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      一種具有汽車尾氣分流控制功能的溫差發(fā)電裝置及其分流控制方法與流程

      文檔序號(hào):11273153閱讀:371來(lái)源:國(guó)知局
      一種具有汽車尾氣分流控制功能的溫差發(fā)電裝置及其分流控制方法與流程

      本發(fā)明屬于汽車尾氣能量回收利用技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種具有汽車尾氣分流控制功能的溫差發(fā)電裝置及其分流控制方法。



      背景技術(shù):

      目前,大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)汽車對(duì)燃油的利用率僅為40%左右,高達(dá)60%的燃油能量無(wú)法得到有效的利用,這其中有35%的燃油能量以汽車尾氣能量的形式被排放到空氣中,不僅造成了大量能源浪費(fèi),也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。汽車尾氣中的主要能量形式是熱能,近年來(lái),隨著溫差發(fā)電技術(shù)的日益進(jìn)步,溫差發(fā)電材料的不斷革新,溫差發(fā)電裝置的性能不斷地在提高,這使得對(duì)汽車尾氣熱能的回收利用成為了可能。

      溫差發(fā)電技術(shù)是一種利用熱源和冷源間的溫差進(jìn)行發(fā)電的新型能源形式。該項(xiàng)技術(shù)近年來(lái)被應(yīng)用在利用汽車尾氣,進(jìn)行廢熱能量回收,通過溫差發(fā)電將尾氣廢熱轉(zhuǎn)換成電能,這部分電能可以儲(chǔ)存于蓄電模塊中,應(yīng)用于車載的用電設(shè)備,從而提高汽車的燃油利用率?,F(xiàn)有的研究多為對(duì)溫差發(fā)電器集熱箱尺寸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,但這種機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)溫差發(fā)電器發(fā)電效能的提升非常有限。因此,結(jié)合熱電模塊本身的特性,轉(zhuǎn)換思路對(duì)尾氣流進(jìn)行分流控制對(duì)于進(jìn)一步提高溫差發(fā)電器發(fā)電效能有重要意義。

      中國(guó)專利(cn201623673u)公開了汽車尾氣廢熱溫差發(fā)電裝置,其設(shè)計(jì)的溫差發(fā)電器的集熱箱,通過采用“s”型的擾流通道來(lái)提高集熱箱的集熱效果,但由于這種結(jié)構(gòu)的集熱箱所帶來(lái)的排氣背壓極大,如果將該集熱箱安裝于汽車排氣系統(tǒng)中,將會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓過大而無(wú)法正常工作的情況。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明提供一種利用汽車尾氣進(jìn)行溫差發(fā)電的裝置及其分流控制方法,該裝置具有對(duì)汽車尾氣分流控制的功能;在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓影響較小的情況下,該裝置可以最大程度地發(fā)揮熱電模塊的性能,同時(shí)也對(duì)熱電模塊具有一定的保護(hù)作用。

      本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:

      一種具有汽車尾氣分流控制功能的溫差發(fā)電裝置,包括集熱箱體、進(jìn)氣管道和排氣管道,所述集熱箱體為中空、兩端開口的箱體,其形狀為一個(gè)長(zhǎng)方體和兩個(gè)棱臺(tái)拼接而成的多面體狀,所述進(jìn)氣管道、排氣管道分別通過蓋板與集熱箱體兩開口端相焊接;所述集熱箱體前后兩個(gè)表面為集熱翅片的平整面,且集熱翅片的翅片朝向箱體內(nèi)部,所述翅片的長(zhǎng)度在集熱翅片中間位置處最短,依次對(duì)稱增長(zhǎng),在貼近箱體上下表面處最長(zhǎng),所述集熱翅片的平整面通過螺栓連接有散熱翅片的平整面并預(yù)緊,且兩平整面之間有一定的間距,用于放置熱電模塊組,所述熱電模塊組與蓄電模塊相連,所述集熱翅片的平整面還連接溫度傳感器,所述溫度傳感器連接電控模塊,所述電控模塊還連接有壓力傳感器、步進(jìn)電機(jī),所述步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與連接圓桿上端相連接,所述連接圓桿下端伸入集熱箱體內(nèi)部,且連接圓桿底端連接有分流柵片。

      上述方案中,集熱翅片的翅片連續(xù)平直,所述散熱翅片的翅片長(zhǎng)度一致,且連續(xù)平直。

      上述方案中,所述分流柵片為圓餅狀,分流柵片的圓形表面直徑與進(jìn)氣管道的內(nèi)徑相同。

      上述方案中,在溫差發(fā)電裝置不工作時(shí),分流柵片的圓形表面與尾氣流經(jīng)方向一致;在溫差發(fā)電裝置工作時(shí),分流柵片由步進(jìn)電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)一定角度。

      上述方案中,所述熱電模塊組至少為一個(gè),且每個(gè)熱電模塊組內(nèi)的熱電模塊串聯(lián),每?jī)蓚€(gè)熱電模塊組并聯(lián)。

      上述方案中,所述蓄電模塊可以采用蓄電池或超級(jí)電容器。

      一種具有汽車尾氣分流控制功能的溫差發(fā)電裝置的分流控制方法,當(dāng)溫差發(fā)電裝置剛開始工作時(shí),步進(jìn)電機(jī)控制分流柵片旋轉(zhuǎn)一定角度,將大部分尾氣流導(dǎo)向主集熱面集熱翅片,保證主集熱面集熱翅片的溫度優(yōu)先達(dá)到熱電模塊的高功率工作溫度tp;當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到主集熱面集熱翅片一側(cè)的溫度達(dá)到tp后,分流柵片保持開度不變,若一側(cè)溫度即將超過熱電模塊的溫度耐受極限ts,通過步進(jìn)電機(jī)調(diào)整分流柵片開度,減少流向該側(cè)的尾氣流量;當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到溫差發(fā)電裝置的排氣背壓超過發(fā)動(dòng)機(jī)所能承受的背壓極限時(shí),步進(jìn)電機(jī)將分流柵片開度調(diào)節(jié)至0°,待背壓減小后再次進(jìn)行分流控制。

      進(jìn)一步,分流柵片的開度定義為:分流柵片的圓形表面與進(jìn)氣管道、排氣管道的軸線的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾角,開度范圍為-90°~90°;初始安裝時(shí),分流柵片開度為0°。

      本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):

      1.分流柵片的控制不僅可以對(duì)熱電模塊起到防過熱的保護(hù)作用,而且可以依據(jù)尾氣溫度的不同,將尾氣流以不同的比例導(dǎo)向集熱箱體的兩側(cè),從而使得一部分熱電發(fā)電模塊優(yōu)先進(jìn)入高效工作,進(jìn)而提高溫差發(fā)電裝置的整體輸出性能。

      2.本發(fā)明將集熱翅片的翅片設(shè)計(jì)為連續(xù)平直的長(zhǎng)條,且翅片長(zhǎng)度中間短,上下側(cè)長(zhǎng);該結(jié)構(gòu)可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣背壓,從而提高裝置的實(shí)用性。

      附圖說明

      圖1為溫差發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)俯視圖;

      圖2為集熱箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖;

      圖3為分流柵片控制流程圖;

      圖4為熱電模塊連接電路圖。

      圖中:1-進(jìn)氣管道,2-壓力傳感器,2-1-進(jìn)氣壓力傳感器,2-2-排氣壓力傳感器,3-電控模塊,4-熱電模塊組,4-1-主集熱面熱電模塊組,4-1-輔助集熱面熱電模塊組,5-散熱翅片,5-1-主集熱面散熱翅片,5-1-輔助集熱面散熱翅片,6-溫度傳感器,6-1-主集熱面溫度傳感器,6-2-輔助集熱面溫度傳感器,7-集熱面,7-1-主集熱面,7-2-輔助集熱面,8-蓄電模塊,9-排氣管道,10-集熱箱體,11-分流柵片,12-集熱翅片,12-1-主集熱面集熱翅片,12-2-輔助集熱面集熱翅片,13-連接圓桿,14-聯(lián)軸器,15-步進(jìn)電機(jī)。

      具體實(shí)施方式

      下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

      如圖1、2所示,一種具有尾氣分流控制功能的溫差發(fā)電裝置,包括集熱箱體10、進(jìn)氣管道1和排氣管道9,集熱箱體10為中空、兩端開口的箱體,其形狀為一個(gè)長(zhǎng)方體和兩個(gè)棱臺(tái)拼接而成的多面體狀,進(jìn)氣管道1、排氣管道9分別通過蓋板與集熱箱體10兩開口端相焊接,進(jìn)氣管道1與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管相連通,排氣管道9與汽車尾氣催化凈化裝置相連通;本實(shí)施例中進(jìn)氣管道1、排氣管道9的材料為白鋼,長(zhǎng)方體四個(gè)表面的材料為鋁合金,棱臺(tái)表面及蓋板的材料為不銹鋼。

      集熱箱體10前后兩個(gè)表面為集熱翅片12的平整面,且集熱翅片12的翅片朝向箱體內(nèi)部,為了降低集熱箱體10中的氣阻,翅片的長(zhǎng)度在集熱翅片12中間位置處最短,向集熱箱體10上下表面方向依次對(duì)稱增長(zhǎng),在貼近箱體上下表面處最長(zhǎng),翅片連續(xù)平直;集熱翅片12的平整面通過螺栓連接有散熱翅片5(散熱翅片5的翅片長(zhǎng)度一致,且連續(xù)平直)的平整面并預(yù)緊,且兩平整面之間有一定的間距,用于放置熱電模塊組4,熱電模塊組4為兩個(gè),且每個(gè)熱電模塊組4內(nèi)的十二個(gè)熱電模塊串聯(lián),每?jī)蓚€(gè)熱電模塊組4并聯(lián),如圖4所示;熱電模塊組4的一端貼合于集熱翅片12的平整面7,熱電模塊組4的另一端貼合于散熱翅片5的平整面,熱電模塊組4分別與集熱翅片12的平整面、散熱翅片5的平整面相貼合,且貼合界面上均涂抹導(dǎo)熱硅膠,以提高界面的導(dǎo)熱性能和貼合平整度;熱電模塊組4通過導(dǎo)線與蓄電模塊8相連,蓄電模塊8為蓄電池;集熱翅片12的平整面還連接溫度傳感器6,溫度傳感器6通過導(dǎo)線連接電控模塊3,溫度信號(hào)傳輸至電控模塊3,電控模塊3通過溫度信號(hào)判斷分流柵片11的轉(zhuǎn)角;電控模塊3還通過導(dǎo)線連接有壓力傳感器2、步進(jìn)電機(jī)15,進(jìn)氣管道1和排氣管道9管壁處分別安裝有進(jìn)氣壓力傳感器2-1和排氣壓力傳感器2-2,壓力信號(hào)傳輸至電控模塊3,用于計(jì)算溫差發(fā)電裝置的排氣背壓,進(jìn)而限制分流柵片11的最大開度;步進(jìn)電機(jī)15通過聯(lián)軸器14與連接圓桿13上端相連接,連接圓桿13下端伸入集熱箱體10內(nèi)部,且連接圓桿13底端采用螺紋連接有圓餅狀的分流柵片11,且分流柵片11可以繞連接圓桿13的軸線旋轉(zhuǎn),分流柵片11靠近進(jìn)氣管道1端的集熱箱10內(nèi)部,分流柵片11的圓形表面直徑與進(jìn)氣管道1的內(nèi)徑相同,裝配時(shí),分流柵片11的中心應(yīng)處于進(jìn)氣管道1的軸線上;在溫差發(fā)電裝置不工作時(shí),分流柵片11的圓形表面與尾氣流經(jīng)方向一致,在溫差發(fā)電裝置工作時(shí),分流柵片11由步進(jìn)電機(jī)15控制旋轉(zhuǎn)一定角度。分流柵片11的圓面與軸線的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾角定義為柵片開度,開度范圍為-90°~90°;初始安裝時(shí),分流柵片11開度為0°??紤]到熱電模塊本身的性能,通過分流柵片11的導(dǎo)流作用,將較多的尾氣流導(dǎo)向主集熱面7-1,使得該側(cè)的溫度優(yōu)先上升,從而保證主集熱面熱電模塊組4-1處于高效工作狀態(tài),這有利于提高溫差發(fā)電裝置的整體發(fā)電效能。

      一種具有汽車尾氣分流控制功能的溫差發(fā)電裝置的工作過程為:

      發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣從進(jìn)氣管道1進(jìn)入溫差發(fā)電裝置,流經(jīng)進(jìn)氣壓力傳感器2-1,尾氣進(jìn)入集熱箱體10后,經(jīng)分流柵片11的導(dǎo)流作用,大部分尾氣流向主集熱面集熱翅片12-1,主集熱面集熱翅片12-1經(jīng)加熱后將熱量傳導(dǎo)至主集熱面7-1;主集熱面7-1作為主集熱面熱電模塊組4-1的熱源,主集熱面散熱翅片5-1作為冷源,在主集熱面熱電模塊組4-1的兩側(cè)形成溫差并產(chǎn)生溫差電;剩下部分的尾氣流向輔助集熱面7-2,加熱輔助集熱面集熱翅片12-2,輔助集熱面集熱翅片12-2經(jīng)加熱后將熱量傳導(dǎo)至輔助集熱面7-2;輔助集熱面7-2作為輔助集熱面熱電模塊組4-2的熱源,輔助集熱面散熱翅片5-2作為冷源,在輔助集熱面熱電模塊組4-2的兩側(cè)形成溫差并產(chǎn)生溫差電;尾氣從尾氣排氣管道9流出,流經(jīng)排氣壓力傳感器2-2;進(jìn)氣壓力傳感器2-1和排氣壓力傳感器2-2分別測(cè)得進(jìn)出口壓力,并將壓力信號(hào)輸送至電控模塊3;主集熱面溫度傳感器6-1和輔助集熱面溫度傳感器6-2分別測(cè)得集熱箱體10兩側(cè)集熱壁面的溫度,并將溫度信號(hào)傳輸至電控模塊3;電控模塊3接受到壓力和溫度信號(hào)后,經(jīng)由如附圖3所示的控制流程,控制分流柵片11進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作;熱電模塊組4在溫差作用下產(chǎn)生電能,再利用回路中的蓄電模塊8將這部分電能收集并儲(chǔ)存。

      如圖3所示,溫差發(fā)電裝置的分流控制方法為:

      步驟1:通過溫度傳感器6分別獲得主集熱面7-1和輔助集熱面7-2的溫度t1和t2,通過壓力傳感器2分別獲得進(jìn)氣管道1和排氣管道9的氣流壓力p1和p2,計(jì)算得到溫差發(fā)電裝置的排氣壓差δp=p1-p2;

      步驟2:判斷主集熱面7-1的溫度t1是否達(dá)到熱電模塊高功率工作溫度tp,若未達(dá)到,則判斷此時(shí)的裝置壓差δp是否達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)所能承受的安全壓差ps,若未到達(dá),則提高分流柵片11的開度,加強(qiáng)對(duì)主集熱面7-1的加熱,若已經(jīng)達(dá)到安全壓差,則保持分流柵片11的開度不變;

      步驟3:若主集熱面7-1的溫度t1已經(jīng)達(dá)到熱電模塊高功率工作溫度tp,則繼續(xù)判斷主集熱面7-1的溫度是否達(dá)到熱電模塊耐溫極限ts,若未達(dá)到,則保持分流柵片11的開度不變,若已經(jīng)達(dá)到耐溫極限,則需減小分流柵片11的開度,防止主集熱面熱電模塊組4-1過熱損壞;

      步驟4:若某一時(shí)刻裝置壓差達(dá)到了極限壓差plim,則立即將分流柵片11開度調(diào)整至0°,防止發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)非正常工作狀態(tài),待壓差減小后,再次開始分流控制;

      步驟5:判斷輔助集熱面7-2的壁面溫度是否大于熱電模塊耐溫極限ts,特殊工況下,當(dāng)輔助集熱面7-1的溫度是否達(dá)到熱電模塊耐溫極限ts,則立即將分流柵片11開度調(diào)整至0°。

      以上所述對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了簡(jiǎn)單說明,并不受上述工作范圍限值,只要采取本發(fā)明思路和工作方法進(jìn)行簡(jiǎn)單修改運(yùn)用到其他設(shè)備,或在不改變本發(fā)明主要構(gòu)思原理下做出改進(jìn)和潤(rùn)飾的等行為,均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

      當(dāng)前第1頁(yè)1 2 
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