本实用新型专利技术公开了一种增强传热的汽车尾气余热发电装置，设置在汽车的排气管道上，包括热交换组件、热电模块和冷交换组件，所述热交换组件设置在排气管道上，所述热电模块设置在热交换组件上，所述冷交换组件设置在热电模块上；所述热交换组件包括外管体，所述外管体与排气管道密封连接，所述热电模块设置在外管体的外侧；所述冷交换组件包括冷却箱，所述热电模块设置在外管体与冷却箱之间；所述热电模块的电力输出端与汽车蓄电池连通。其可以保证热交换器壳体表面温度均匀，提高热电模块热端热流密度和温度均匀性，以供更多的热电模块热端受热，从而提高热电发电机总发电量，进而提高汽车尾气余热的利用率。高汽车尾气余热的利用率。高汽车尾气余热的利用率。
【技术实现步骤摘要】
一种增强传热的汽车尾气余热发电装置
[0001]本技术涉及汽车余热回收
，具体地指一种增强传热的汽车尾气余热发电装置。
技术介绍
[0002]汽车给人们的生活带来便利，促进社会发展。然而，它也带来了一系列问题，最主要的问题是能源短缺和环境污染。根据统计数据，汽车每年占全球石油需求的38％，汽车排放的二氧化碳占全球排放的16.4％。而对于典型的内燃机，平均只有25％的燃料能量是有效的，即用于驱动汽车，约有5％被摩擦消散，剩下的70％以热能的形式通过废气排出或被发动机冷却液吸收。
[0003]因此，余热回收对汽车节能减排具有重要意义。如果能回收一部分汽车废热并将其转化为电能，在大大提高车辆系统效率的同时，还可以有效减少碳排放。
[0004]热电发电机由若干长方体形的P型半导体和N型半导体通过导电层连接，可以通过塞贝克效应直接将热能转化为电能，它可以实现提高燃油效率和减少有害气体排放的需求，因为它具有结构简单，重量轻，无机械运动部件，安全可靠等优点。1998年，日产汽车公司制造了第一个基于Si
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Ge材料的用于汽油发动机车辆的热电装置。传统的汽车热电发电机由热交换器和附着在其表面的热电模块组成。热电模块的热电转换效率受到热电材料的品质因数ZT值、热电模块两端的温差和热电支腿的几何结构的影响。热电模块的热端和冷端之间的温差明显小于热流体和冷流体之间的温差是导致热电发电机效率低下的主要原因，而导致冷热端温差较小的原因是流体和热电模块之间的热阻。因此，国内外许多研究人员开始着力于通过增强冷、热流体和热电模块之间的热传递，以此提高热电发电机能量转换效率。在热电发电机的热交换器通道内填充环形纽带或泡沫铜是一种增强传热的方法，但会产生较大的发动机排气背压，对发动机排气系统产生负面影响；而在排气通道内和热电模块冷端添加多翅片结构来增强传热和散热能力是一种有效的方法，既可以增加热流体与热电模块之间的传热能力，同时不会对汽车热电发电机的净功率造成较大的影响。
[0005]近几年来，随着热电材料快速发展，已经获得了较高转换效率的热电材料和几何结构，但现有的汽车热电发电机技术中传热方式有待改进。排气管和热交换器的传热系数不高，导致在热端采用固体导热与热流进行能量交换的方式，传热系数小，能量转换效率低，需要较大的空间和传热面积，这些在以后的研究中都还有待突破。
技术实现思路
[0006]本技术的目的就是要提供一种增强传热的汽车尾气余热发电装置，其可以保证热交换器壳体表面温度均匀，提高热电模块热端热流密度和温度均匀性，以供更多的热电模块热端受热，从而提高热电发电机总发电量，进而提高汽车尾气余热的利用率。
[0007]为实现上述目的，本技术所设计的一种增强传热的汽车尾气余热发电装置，设置在汽车的排气管道上，包括热交换组件、热电模块和冷交换组件，所述热交换组件设置
在排气管道上，所述热电模块设置在热交换组件上，所述冷交换组件设置在热电模块上；所述热交换组件包括外管体，所述外管体与排气管道密封连接，所述热电模块设置在外管体的外侧；所述冷交换组件包括冷却箱，所述热电模块设置在外管体与冷却箱之间；所述热电模块的电力输出端与汽车蓄电池连通。
[0008]进一步地，所述热交换组件还包括内管体，所述内管体与外管体之间设有导流翅片，所述导流翅片沿内管体径向均匀布置，所述导流翅片两端分别与内管体、外管体固定连接。这样，中空的内管体压缩尾气流道，降低了气体流速，导流翅片增加了热流与外管体的接触面积，即增加了热流与热电模块热端的传热，使热电模块的热端能充分受热。通过设置内管体和导流翅片，提高了热交换效率，由于气体较低的流速和逐渐减小的温度，不会产生太大的压降，提高了热电发电装置的净功率，有利于提高发动机的燃油经济性。
[0009]进一步地，所述热交换组件还包括异径管，所述异径管分别与外管体、排气管道密封连接。这样，通过异径管将热交换组件与排气管道密封连接，从而扩大热交换区域，有利于尾气流经箱体时气体的均匀扩散，保证热交换器壳体表面温度均匀。
[0010]更进一步地，所述冷交换组件还包括进液管和出液管，所述进液管和出液管设置在冷却箱上与冷却箱内部连通，所述进液管和出液管与汽车发动机冷却水箱连通，形成冷却循环。
[0011]进一步地，所述内管体一端设有导流环，所述导流环设置在热交换组件的进气端。这样，通过导流环进一步压缩尾气流道，降低气体流速，增加了热流与热电模块热端的传热，使热电模块的热端能充分受热。
[0012]进一步地，所述外管体上设有平面，所述热电模块设置在外管体的外平面上。这样，方便将热电模块设置在外管体上，安装在平面上更加牢固，提高整个装置的耐用性。
[0013]更进一步地，所述外管体上设有多个平面，所述热电模块也设有多个，多个所述热电模块分别布置在外管体的多个外平面上。
[0014]作为优选项，多个所述热电模块分组布置在外管体的外平面上，各组内的所述热电模块串联连接，多组所述热电模块并联连接。
[0015]作为优选项，所述冷却箱也设有多个，多个所述冷却箱分别布置在外管体的各个外平面上，所述冷却箱上还套接有卡箍。这样，通过卡箍将多个冷却箱固定，提高整个装置的耐用性。
[0016]作为优选项，所述冷却箱内冷却液的流向与热交换组件内的气体流向相反。这样，轴向上所有热电模块的冷热两端温度差的一致性，从而提高热电发电机的发电功率。
[0017]本技术的优点在于：
[0018]1、其采用设有导流环和导流翅片的中空多边形管体，当汽车尾气通过多边形管体通道时会产生分流，减小了流动的边界层厚度，增加了热流与多边形管体的接触面积，即增加了与热电模块热端的传热，使热电模块的热端能充分受热，从而保证热电模块吸收更多的热量，维持热电模块热端的温度；同时，其还采用汽车发动机冷却单元中的冷却水作为冷却介质，通过循环水泵和多个单列式冷却水箱降低热电模块冷端的温度，冷却水流动方向与热端尾气流动方向相反，以实现轴向上所有热电模块的冷热两端温度差的一致性，从而提高热电发电机的发电功率；
[0019]2、由于尾气的温度从进气口到出气口逐渐降低，其通过增加圆柱形中空管体压缩
尾气流道，增加的轴向翅片提高了传热面积，降低了气体流速，一方面提高了热交换效率，另一方面由于气体较低的流速和逐渐减小的温度，不会产生太大的压降，提高了热电发电装置的净功率，有利于提高发动机的燃油经济性；
[0020]3、其在多边形管体上加装的轴向导流翅片，有利于尾气流经箱体时气体的均匀扩散，保证热交换器壳体表面温度均匀，提高了热电模块热端热流密度和温度均匀性，以供更多的热电模块热端受热，提高了热电发电机总发电量，从而提高了汽车尾气余热的利用率。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种增强传热的汽车尾气余热发电装置，设置在汽车的排气管道(1)上，其特征在于：包括热交换组件(2)、热电模块(3)和冷交换组件(4)，所述热交换组件(2)设置在排气管道(1)上，所述热电模块(3)设置在热交换组件(2)上，所述冷交换组件(4)设置在热电模块(3)上；所述热交换组件(2)包括外管体(2.1)，所述外管体(2.1)与排气管道(1)密封连接，所述热电模块(3)设置在外管体(2.1)的外侧；所述冷交换组件(4)包括冷却箱(4.1)，所述热电模块(3)设置在外管体(2.1)与冷却箱(4.1)之间；所述热电模块(3)的电力输出端与汽车蓄电池连通。2.根据权利要求1所述的一种增强传热的汽车尾气余热发电装置，其特征在于：所述热交换组件(2)还包括内管体(2.2)，所述内管体(2.2)与外管体(2.1)之间设有导流翅片(2.3)，所述导流翅片(2.3)沿内管体(2.2)径向均匀布置，所述导流翅片(2.3)两端分别与内管体(2.2)、外管体(2.1)固定连接。3.根据权利要求2所述的一种增强传热的汽车尾气余热发电装置，其特征在于：所述热交换组件(2)还包括异径管(2.4)，所述异径管(2.4)分别与外管体(2.1)、排气管道(1)密封连接。4.根据权利要求3所述的一种增强传热的汽车尾气余热发电装置，其特征在于：所述冷交换组件(4)还包括进液管(4.2)和出液管(4.3)，所述进液管(4.2)和出液管(4.3)设置在冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢长君，杨文龙，朱文超，杨扬，石英，李维波，黄亮，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：
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