內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，包括換熱器、熱電發(fā)電組件、水冷板、緊定箍、高溫板、進(jìn)氣錐、出氣錐、連接法蘭、外殼體。其中內(nèi)燃機(jī)尾氣經(jīng)排氣管從與法蘭連接的進(jìn)氣錐輸入，經(jīng)過(guò)換熱器內(nèi)的集熱裝置時(shí)廢氣中的部分熱量被集熱裝置收集并通過(guò)集熱裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)傳導(dǎo)至安裝在熱電發(fā)電組件一端的高溫板，熱電發(fā)電組件的另一面由內(nèi)通冷卻水的水冷板冷卻，高溫板和水冷板之間產(chǎn)生溫度差，熱電發(fā)電組件在存在溫度差情況下即可產(chǎn)生電量充電。實(shí)用新型的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造組裝方便、發(fā)電效率高的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種溫差發(fā)電裝置，特別涉及內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 廢熱溫差發(fā)電是將內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱等低品位能源轉(zhuǎn)換為電能的有效方式，目前汽 車尾氣廢熱回收利用的方式有多種，按照其使用用途來(lái)劃分，大致有制冷空調(diào)、廢熱發(fā)電、 廢熱取暖、改良燃料、廢氣渦輪增壓等方式。近些年，美國(guó)、日本以及歐盟各發(fā)達(dá)國(guó)家在利 用熱電發(fā)電機(jī)回收汽車尾氣廢熱方面的投入逐漸加大，如美國(guó)hz公司早在1990年已開(kāi)發(fā) 了熱電發(fā)電組件樣機(jī)，日本Nissan公司也于1998年設(shè)計(jì)了熱電發(fā)電機(jī)樣機(jī)，2004年美國(guó) Clarkson大學(xué)也發(fā)明了的熱電發(fā)電機(jī)樣機(jī)。其中，美國(guó)Hi-Z公司的Bass等基于一輛重 載汽車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)Cummins H-14設(shè)計(jì)的一臺(tái)熱電發(fā)電機(jī)樣機(jī)的最大發(fā)電功率超過(guò)lkW ; 美國(guó)Clarkson大學(xué)Thacher等在美國(guó)能源部和NYSERDA的支持下與德?tīng)柛９竟餐?制的一臺(tái)熱電發(fā)電機(jī)樣機(jī)可通過(guò)回收尾氣廢熱發(fā)電實(shí)現(xiàn)提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性1~2% ;日本 Nissan汽車公司研究中心研制的一種排氣溫差發(fā)電器可以回收11%的熱量；西班牙研制的 排氣溫差發(fā)電器可以收37%的熱量。
[0003] 國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了對(duì)汽車尾氣余熱收集的相關(guān)研究，目前該技術(shù)仍然處于一個(gè)初級(jí)階 段，之前熱電發(fā)電技術(shù)的研究主要集中于一些熱電基礎(chǔ)理論以及熱電材料方面。從2009 年，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所與上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)研究中心在國(guó)家973 重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃專項(xiàng)資金的資助下，共同啟動(dòng)了一項(xiàng)熱電技術(shù)在汽車尾氣回收的新 項(xiàng)目。汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)換效率僅40%左右，燃油中有多達(dá)60%左右的能量沒(méi)有得到有效利用， 若將這些能量的10%利用起來(lái)，將定會(huì)帶來(lái)良好的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益，但從已報(bào) 道的研究成果來(lái)看，目前技術(shù)還不成熟，仍有很長(zhǎng)的路要走。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型的目的，在于提供一種應(yīng)用賽貝克效應(yīng)，利用汽車尾氣廢熱進(jìn)行發(fā)電， 從而提高內(nèi)燃機(jī)的能量利用效率的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，一種內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱 回電裝置，包括進(jìn)氣錐、廢熱回電部件組、出氣錐；所述廢熱回電部件組一端的殼體連接所 述進(jìn)氣錐，所述廢熱回電部件組另一端的殼體連接所述出氣錐；所述進(jìn)氣錐進(jìn)氣口處設(shè)有 大端法蘭，所述大端法蘭與汽車排氣系統(tǒng)前端連接；所述出氣錐出氣口處設(shè)有小端法蘭，所 述小端法蘭與排氣系統(tǒng)后端連接；所述廢熱回電部件組內(nèi)部自上而下依次為水冷板、熱電 發(fā)電組件、高溫板、換熱器；所述水冷板通過(guò)冷卻水管接頭與外部水箱連通；所述熱電發(fā)電 組件的上下面分別與所述水冷板、所述高溫板緊密貼合；所述高溫板安裝在所述換熱器外 表面，所述高溫板通過(guò)換熱介質(zhì)管接頭與換熱介質(zhì)儲(chǔ)存裝置連通；所述換熱器內(nèi)部為集熱 裝置。該裝置總體上具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造組裝方便、發(fā)電效率高的特點(diǎn)。
[0006] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述進(jìn)氣錐與所述出氣錐均為薄壁錐殼體并與所 述殼體焊接，所述進(jìn)氣錐進(jìn)氣口與所述大端法蘭焊接，所述出氣錐出氣口與所述小端法蘭 焊接；所述冷卻水管接頭包括一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所述冷卻水管接頭的進(jìn)口和出口分別 位于所述水冷板同一側(cè)面的兩端；所述換熱介質(zhì)管接頭包括一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所述換 熱介質(zhì)管接頭的進(jìn)口和出口分別位于所述高溫板同一側(cè)面的兩端；所述水冷板上表面扣有 所述緊定箍，所述緊定箍上有螺絲鎖緊在所述外殼上，所述水冷板內(nèi)部為進(jìn)出端口焊有接 頭的蛇形管道，所述蛇形管道為一體鑄造，上述改進(jìn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造組裝方便。
[0007] 作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述熱電發(fā)電組件為溫差發(fā)電組件，由單個(gè)熱電 發(fā)電片組成，采用三片熱電發(fā)電片串聯(lián)為一組，然后三組并聯(lián)的方式連接成為一個(gè)矩形平 面；所述熱電發(fā)電組件低溫面緊密貼合所述水冷板，所述熱電發(fā)電組件高溫面與所述高溫 板緊密貼合，該改進(jìn)有利于熱電發(fā)電組件提高發(fā)電能力。
[0008] 進(jìn)一步改進(jìn)，所述換熱器的截面為長(zhǎng)方形，所述換熱器內(nèi)部的集熱裝置由銅板構(gòu) 成，內(nèi)部為蛇形管道，外部與尾氣接觸部分有吸熱涂層，所述集熱裝置與尾氣流動(dòng)方向平行 均勻分布，并與所述換熱器內(nèi)壁焊接，該改進(jìn)有利于集熱裝置充分的吸收內(nèi)燃機(jī)廢熱。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型的汽車廢氣余熱溫差發(fā)電裝置，汽車廢氣 從進(jìn)氣錐輸入，經(jīng)過(guò)換熱器時(shí)廢氣中的部分余熱由換熱器內(nèi)的集熱裝置吸收并通過(guò)集熱裝 置內(nèi)的換熱介質(zhì)傳遞至安裝在換熱器外表面的高溫板，熱電發(fā)電組件的低溫端與水冷板緊 密貼合，即熱電片熱端被高溫板加熱，低溫端被水冷板冷卻，因此熱電發(fā)電組件熱端冷端產(chǎn) 生溫度差，從而產(chǎn)生電量。實(shí)用新型的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造組裝方 便、發(fā)電效率高的特點(diǎn)。另外，通過(guò)內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置為車載電池充電，充分提高了 內(nèi)燃機(jī)能源的利用率，降低了整車油耗，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本實(shí)用新型內(nèi)燃機(jī)廢熱回電裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2是本實(shí)用新型內(nèi)燃機(jī)廢熱回電裝置的橫截面圖。
[0012] 圖3是本實(shí)用新型內(nèi)燃機(jī)廢熱回電裝置中換熱器內(nèi)的集熱裝置示意圖。
[0013] 圖中：1-大端法蘭、2-進(jìn)氣錐、3-出氣錐、4-水冷板、5-熱電發(fā)電組件、6-高溫 板、7-換熱器、8-集熱裝置、9-緊定箍、10-換熱介質(zhì)管接頭、11-冷卻水管接頭、12-殼體、 13-小端法蘭、14-吸熱涂層。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0015] 如圖1~3所示，一種內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，包括：進(jìn)氣錐2、廢熱回電部件組、 出氣錐3 ;所述廢熱回電部件組一端的殼體12連接所述進(jìn)氣錐2,所述廢熱回電部件組另一 端的殼體12連接所述出氣錐3 ;所述進(jìn)氣錐2進(jìn)氣口處設(shè)有大端法蘭1，所述大端法蘭1與 汽車排氣系統(tǒng)前端連接，所述進(jìn)氣錐2另一端直接與換熱器7前端連接；所述出氣錐3 -端 直接與換熱器7后端連接，所述出氣錐3出氣口處設(shè)有小端法蘭13,所述小端法蘭13與汽 車排氣系統(tǒng)后端連接，此外，上述進(jìn)氣錐2與出氣錐3均為薄壁錐殼體并與所述殼體12焊 接，進(jìn)氣錐2進(jìn)氣口與所述大端法蘭1焊接，出氣錐3出氣口與小端法蘭13焊接。
[0016] 所述廢熱回電部件組外部包括冷卻水管接頭11、換熱介質(zhì)管接頭10、殼體12 ;所 述廢熱回電部件組內(nèi)部自上而下依次為水冷板4、熱電發(fā)電組件5、高溫板6、換熱器7 ;所述 水冷板4通過(guò)所述冷卻水管接頭11與外部水箱連通，所述冷卻水管接頭11包括一個(gè)進(jìn)口 和一個(gè)出口，分別位于所述水冷板4同一側(cè)面的兩端；所述熱電發(fā)電組件5的上下面分別與 水冷板4、高溫板6緊密貼合；所述高溫板6安裝在換熱器7外表面，所述高溫板6通過(guò)所 述換熱介質(zhì)管接頭10與換熱介質(zhì)儲(chǔ)存裝置連通，所述換熱介質(zhì)管接頭10包括一個(gè)進(jìn)口和 一個(gè)出口，分別位于所述高溫板6同一側(cè)面的兩端；所述換熱器7內(nèi)部為集熱裝置8。
[0017] 進(jìn)一步的，所述水冷板4上表面扣有所述緊定箍9,所述緊定箍9上有螺絲鎖緊在 外殼12上，所述水冷板4內(nèi)部為進(jìn)出端口焊有接頭的蛇形管道，為一體鑄造；所述熱電發(fā) 電組件5為溫差發(fā)電組件，采用美國(guó)HZ公司的HZ-20熱電發(fā)電組件，由單個(gè)熱電發(fā)電片組 成，采用三片熱電發(fā)電片串聯(lián)為一組，然后三組并聯(lián)的方式連接成為一個(gè)矩形平面；所述發(fā) 電組件5低溫面緊密貼合所述水冷板4,所述熱電發(fā)電組件5高溫面與所述高溫板6緊密貼 合；所述換熱器7的截面為長(zhǎng)方形；所述集熱裝置8由銅板構(gòu)成，內(nèi)部為蛇形管道，外部與 尾氣接觸部分有吸熱涂層，所述集熱裝置8與尾氣流動(dòng)方向平行均勻分布，并與所述換熱 器7內(nèi)壁焊接。
[0018] 本實(shí)用新型的工作原理結(jié)合圖1、圖2、說(shuō)明如下：
[0019] 汽車廢氣通過(guò)進(jìn)氣錐2進(jìn)入換熱器7的內(nèi)部，廢氣中的部分余熱被換熱器7內(nèi)集 熱裝置8收集并通過(guò)集熱裝置8內(nèi)部的換熱介質(zhì)傳遞至安裝在換熱器7外部的高溫板6上， 熱電發(fā)電組件5兩面分別與高溫板6、水冷板4緊密貼合，水冷板4內(nèi)部有冷卻水通過(guò)，其冷 卻水由水箱提供，換熱介質(zhì)由換熱介質(zhì)儲(chǔ)存裝置提供，汽車廢氣在通過(guò)集熱管后由出氣錐 進(jìn)入汽車排氣系統(tǒng)。而熱電發(fā)電組件5熱端被高溫板6加熱，冷端被水冷板4冷卻，因此熱 電發(fā)電組件5熱端冷端產(chǎn)生溫度差，從而產(chǎn)生位差電動(dòng)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。實(shí)用新型 的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造組裝方便、發(fā)電效率高的特點(diǎn)。另外，通過(guò) 內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置為車載電池充電，充分提高了內(nèi)燃機(jī)能源的利用率，降低了整車 油耗，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。
【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，其特征在于：包括進(jìn)氣錐（2)、廢熱回電部件組、出 氣錐（3);所述廢熱回電部件組一端的殼體（12)連接所述進(jìn)氣錐（2)，所述廢熱回電部件組 另一端的殼體（12 )連接所述出氣錐（3 ); 所述進(jìn)氣錐（2)進(jìn)氣口處設(shè)有大端法蘭（1 )，所述大端法蘭（1)與汽車排氣系統(tǒng)前端 連接；所述出氣錐（3)出氣口處設(shè)有小端法蘭（13)，所述小端法蘭（13)與排氣系統(tǒng)后端連 接； 所述廢熱回電部件組內(nèi)部自上而下依次為水冷板（4)、熱電發(fā)電組件（5)、高溫板（6)、 換熱器（7);所述水冷板（4)通過(guò)冷卻水管接頭（11)與外部水箱連通；所述熱電發(fā)電組件 (5)的上下面分別與所述水冷板（4)、所述高溫板（6)緊密貼合；所述高溫板（6)安裝在所 述換熱器（7 )外表面，所述高溫板（6 )通過(guò)換熱介質(zhì)管接頭（10 )與換熱介質(zhì)儲(chǔ)存裝置連通； 所述換熱器（7)內(nèi)部為集熱裝置（8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，其特征在于：所述進(jìn)氣錐（2)與所 述出氣錐（3)均為薄壁錐殼體并與所述殼體（12)焊接，所述進(jìn)氣錐（2)進(jìn)氣口與所述大端 法蘭（1)焊接，所述出氣錐（3)出氣口與所述小端法蘭（13)焊接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，其特征在于：所述冷卻水管接頭 (11)包括一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所述冷卻水管接頭（11)的進(jìn)口和出口分別位于所述水冷板 (4)同一側(cè)面的兩端；所述換熱介質(zhì)管接頭（10)包括一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，所述換熱介質(zhì) 管接頭（10)的進(jìn)口和出口分別位于所述高溫板（6)同一側(cè)面的兩端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，其特征在于：所述水冷板（4) 上表面扣有所述緊定箍（9)，所述緊定箍（9)上有螺絲鎖緊在所述外殼（12)上，所述水冷板 (4) 內(nèi)部為進(jìn)出端口焊有接頭的蛇形管道，所述蛇形管道為一體鑄造。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，其特征在于：所述熱電發(fā)電組件 (5) 為溫差發(fā)電組件，由單個(gè)熱電發(fā)電片組成，采用三片熱電發(fā)電片串聯(lián)為一組，然后三組 并聯(lián)的方式連接成為一個(gè)矩形平面；所述熱電發(fā)電組件（5)低溫面緊密貼合所述水冷板 (4)，所述熱電發(fā)電組件（5)高溫面與所述高溫板（6)緊密貼合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，其特征在于：所述換熱器（7)的截 面為長(zhǎng)方形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的內(nèi)燃機(jī)尾氣廢熱回電裝置，其特征在于：所述換熱器（7) 內(nèi)部的所述集熱裝置（8)由銅板構(gòu)成，內(nèi)部為蛇形管道，外部與尾氣接觸部分有吸熱涂層， 所述集熱裝置（8 )與尾氣流動(dòng)方向平行均勻分布，并與所述換熱器（7 )內(nèi)壁焊接。
【文檔編號(hào)】H02N11/00GK203906057SQ201420242776
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】汪若塵, 葉青, 謝健, 孫澤宇, 陳龍 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)