一种利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统技术方案

技术编号:13743855 阅读:111 留言:0更新日期:2016-09-23 06:27
本发明专利技术涉及一种利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统,包括:汽车尾气通道、安装在汽车尾气通道周围的若干套热电系统和与热电系统配套的独立散热装置,散热装置中的工作介质采用纳米流体为工作介质。本发明专利技术设计的独立的冷端换热器不仅不会影响汽车发动机冷却系统的负载,同时还可以有效控制热电器件冷端温度。本发明专利技术采用纳米流体能够有效增强冷端散热,降低热电器件冷端温度,有效提高热电器件转换效率。本发明专利技术中汽车尾气通道和换热器间使用具有高导热性的热界面材料,有利于建立有效的热传导通道,使换热器的作用得到充分地发挥。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种降低热电器件冷端温度的系统,具体涉及一种利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统
技术介绍
随着环境污染和能源紧缺形势的逐渐严峻,探寻清洁环保的新型能源和新的能源转换方式已成为目前各研究机构和能源企业关注的重点。在众多新能源转换技术中,热电发电(TEG)系统以其静态操作、环境友好、高可靠性等优点,吸引了众多研究者的兴趣。热电发电系统是利用半导体的Seebeck效应将热能转化为电能的热能利用系统,当热电器件两端存在温差时,会生成电势差,并在通路情况下伴有电流产生。TEG系统可以将余热废热最大限度的合理利用,是低位热源再利用的新技术。热电器件两端温差和热电材料物性是影响热电发电系统转换效率的两大重要因素。早在1961年,美国国家航空航天局就实现了热电技术在航天器上的应用,但由于较低的转换效率,进一步发展受到限制。随着材料科学的发展,热电技术的转换效率得到了较大的提高。同时,TEG系统两端的温差是提高热电转换性能的关键因素。在TEG系统热端热流量或者温度一定情况下,如果热量在TEG系统的冷端积聚,无法迅速有效地散发掉,将使TEG系统冷端的温度上升,导致冷热端的温差下降,从而影响TEG系统的效率。理论研究发现,热电器件的发电效率ηTE可以由公式表示(Energy Conversion
and Management 2014 78:634-640),其中K为热电器件的热导,R和RL分别为热电器件的电阻和负载电阻,T1和T2分别为热端和冷端的温度,α为热电器件的P型和N型材料的Seeback系数之差。从公式可以看出,强化冷端换热,增大冷热端温差是提高热电转换效率的有效途径。目前以汽车尾气发电为代表的利用工业余废气发电的TEG系统的冷端大多采用水冷冷却,并且把水冷系统直接接入汽车发动机的冷却系统,既增加了发动机的负载,又不能对冷端进行有效的散热。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术的主要目的在于提供一种利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统,所述利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统包括:汽车尾气通道、安装在汽车尾气通道周围的若干套热电系统和与热电系统配套的独立散热装置,散热装置中的工作介质采用纳米流体为工作介质。在本专利技术的具体实施例中,所述热电系统包括:含相变材料的储能装置、p型和n型热电材料构成的热电器件,冷源换热器、热电器件热端与汽车尾气通道贴紧,含相变材料的储能装置在热电器件热端靠近汽车尾气通道,储能装置与热电器件热端之间用一层薄的绝热材料隔离,热电器件四周以及热电器件中的热电臂之间用绝热材料包裹,所述热电器件内部绝热材料靠近热电器件冷端1/6~1/2处放置空气隔离层。在本专利技术的具体实施例中,所述热电器件内部绝热材料靠近热电器件冷端1/3处放置空气隔离层。在本专利技术的具体实施例中,所述纳米流体为指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油这些传统换热介质中,制备成的均匀、稳定、高导热的换热介质,纳米流体基液包括水基、有机溶剂基以及合成油基,纳米粒子包括Cu、ZnO、TiO2、石墨烯、碳纳米管。在本专利技术的具体实施例中,所述散热装置为板翅式换热器。在本专利技术的具体实施例中,所述板翅式换热器为铝基板翅式换热器、镍基板翅式换热器或铜基板翅式换热器。在本专利技术的具体实施例中,所述相变材料包括无机类相变材料、金属或合金类相变材料、有机类相变材料、复合相变材料、改性相变材料。在本专利技术的具体实施例中,所述无机类相变材料有结晶水合盐类、熔融盐类中的一种或几种的混合物;所述有机类相变材料为石蜡或醋酸中的一种或几种的混合物。在本专利技术的具体实施例中,所述热电系统包括两套,对称分布在汽车尾气通道周围。在本专利技术的具体实施例中,所述汽车尾气通道和热电器件间填加热界面材料。本专利技术的积极进步效果在于:本专利技术提供的利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统中独立冷端换热器不仅不会影响汽车发动机冷却系统的负载,同时还可以有效控制热电器件冷端温度。本专利技术采用纳米流体能够有效增强冷端散热,降低热电器件冷端温度,有效提高热电器件转换效率。本专利技术中汽车尾气通道和换热器间使用具有高导热性的热界面材料,建立有效的热传导通道,使换热器的作用得到充分地发挥。附图说明图1-1本专利技术中热电器件在汽车尾气应用结构示意图。图1-2本专利技术中热电系统的结构示意图。图2本专利技术中热电发电器件冷端不同工况对应对流换热系数。图3热电发电器件冷端不同工况对应电势差。图4热电发电器件冷端纳米流体冷却功率提高的百分比。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例,以详细说明本专利技术的技术方案。图1-1本专利技术中热电器件在汽车尾气应用结构示意图。图1-2本专利技术中热电系统的结构示意图,如图1-1和1-2所示:本专利技术提供的利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统包括:汽车尾气通道100、安装在汽车尾气通道100周围的若干套热电系统200和与热电系统200配套的独立散热装置300,热电系统200和散热装置300中的工作介质采用纳米流体为工作介质。汽车发动机冷却系统与传统汽车冷却系统一致:汽车发动机的冷却装置以水冷却为主;使用气缸水道内的循环水冷却,把水道内受热的水引入散热器(水箱),通过风冷却后再返回到水道内。热电器件冷端不再采用和汽车发动机公用一个冷却系统,而是采用独立的散热器。本专利技术中,汽车尾气经输送管路到达电磁阀400和三通管500,通过电磁阀400和三通管500控制汽车尾气进入热电系统200热端换热器的量,剩余汽车尾气经汽车尾气排放系统直接排放到空气中。进入热电器件热端换热器的汽车尾气在与换热器进行充分的热交换之后进入汽车尾气排放系统排放到空气中。热端换热器吸收热量后温度升高并将热量传递到热电器件热端,热电器件冷端换热器采用板翅式换热器,冷却工质纳米流体流经换热器时进行充分的热交换,
带走热电器件冷端热量从而降低冷端温度。本专利技术中热电系统200包括:含相变材料的储能装置1、p型和n型热电材料构成的热电器件3,冷源换热器4、热电器件3热端与汽车尾气通道贴紧,含相变材料的储能装置1在热电器件热端靠近汽车尾气通道,储能装置1与热电器件3热端之间用一层薄的绝热材料隔离,热电器件3四周以及热电器件3中的热电臂之间用绝热材料5包裹,热电器件内部绝热材料靠近热电器件冷端1/6~1/2处放置空气隔离层6,一般可以选1/3处放置空气隔离层6。热电器件3内部绝热材料5靠近热电器件冷端。发动机排放含余热的废气经电磁阀和三通管控制后,经过四周排布热电器件的发电区域与热电器件热端进行充分热交换之后排出,冷端采用独立的散热器系统。依据纳米流体基本热物理特性和流动特性以及汽车尾气排放系统空间结构,选取合适的换热器结构,同时利用小型泵保证纳米流体具有合适的流速和流量。通过调整换热器换热能力和纳米流体流速以及流量,控制热电器件冷端的温度。本专利技术中,纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中,制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质,因为在原液中加入纳米颗粒和分散剂,使得液体随着温度的提高,纳米液的比热容大幅增大,传热性能大本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统,其特征在于:所述利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统包括:汽车尾气通道、安装在汽车尾气通道周围的若干套热电系统和与热电系统配套的独立散热装置,散热装置中的工作介质采用纳米流体为工作介质。

【技术特征摘要】
1.一种利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统,其特征在于:所述利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统包括:汽车尾气通道、安装在汽车尾气通道周围的若干套热电系统和与热电系统配套的独立散热装置,散热装置中的工作介质采用纳米流体为工作介质。2.根据权利要求1所述的利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统,其特征在于:所述热电系统包括:含相变材料的储能装置、p型和n型热电材料构成的热电器件,冷源换热器、热电器件热端与汽车尾气通道贴紧,含相变材料的储能装置在热电器件热端靠近汽车尾气通道,储能装置与热电器件热端之间用一层薄的绝热材料隔离,热电器件四周以及热电器件中的热电臂之间用绝热材料包裹,所述热电器件内部绝热材料靠近热电器件冷端1/6~1/2处放置空气隔离层。3.根据权利要求2所述的利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统,其特征在于:所述热电器件内部绝热材料靠近热电器件冷端1/3处放置空气隔离层。4.根据权利要求2或3所述的利用强化介质纳米流体降低热电器件冷端温度的系统,其特征在于:所述纳米流体为指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油这些传统换热介质中,制备成的均匀、稳定、高导热的换热介...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴子华谢华清邢姣娇王元元李奕怀
申请(专利权)人:上海第二工业大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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