[发明专利]基于夹心平板阵列型的温差发电器

说明书

技术领域

本发明涉及一种温差发电器，尤其涉及一种基于夹心平板阵列型的温差发电器。

背景技术

全球目前约有9亿辆汽车，其中绝大部分是普通的燃油内燃机汽车，而燃油在发动机中燃烧产生的热量并未全部转化为动能，除去冷却水带走的热量和摩擦等损失外，还有大部分的能量以尾气余热的形式排放到大气中去，对于汽车发动机一般汽车尾气余热占40%～45%。考虑到尾气中酸性氧化物的露点腐蚀问题，则排放温度不得低于180℃，因此，所排出的还可利用的废气热量约为燃烧总量的16%。若能将此余热回收利用，对于提高汽车燃油经济性，减少温室气体的排放是很有帮助的。

采用温差发电技术可以有效解决上述问题。温差发电技术是利用半导体材料的塞贝克效应，将热能转换为电能的技术。通过在热端和冷端之间布置热电偶，使N型和P型热电臂构成一个串联电路，该电路两端即会产生开路电压。将热电偶进行一定形式的串联和并联，就可以得到较高的开路电压，用于汽车蓄电池的充电或直接利用。

中国发明专利CN201010282948.2公布了一种圆筒式温差发电器。包括八边形排气管、套筒、温差发电器组件、冷却水套；八边形排气管主体部分的每个侧面上布置有温差发电组件和绝热层；每个侧面上的温差发电片采用串联连接，不同的侧面之间采用并联连接。该发明的缺点是：（1）该专利中温差发电片在同一侧面上采用了串联连接，由于在沿着尾气通道的方向上温度场是非均匀的，即后面部分的温差发电片产生的电压小于前面部分的电压，这样的电路在热电转换效率上会大大降低；（2）由于所有的温差发电片都是布置于温差发电器外侧，这将导致尾气的热量利用率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于夹心平板阵列型的温差发电器，是通过温差热电偶的合理阵列型布置和多温差发电模块的平行排列夹心设计，来达到对汽车尾气能量的有效利用，其具有结构紧凑、发电功率稳定和适应多管径的尾气管的特点。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括4块结构相同的温差发电模块、冷却板、4块保护板、并联电路、外箱左侧板、外箱右侧板、外箱上侧板、外箱下侧板、冷却水管、两个气罩和两根通气管；该箱体由外箱左侧板、外箱右侧板、外箱上侧板和外箱下侧板组合而成，箱体的两端面分别连接气罩，两气罩外分别连接通气管；第1块温差发电模块贴在外箱上侧板和第1块保护板之间；第2块温差发电模块贴在第2块保护板和冷却板之间；第3块温差发电模块贴在冷却板和第3块保护板之间；第4块温差发电模块贴在第4块保护板和外箱下侧板之间；第1-4块保护板的两端从上到下分别嵌入外箱左侧板和外箱右侧板之间的槽中；左右两条并联电路连接导线将4块温差发电模块的接头连在一起，构成输出电路的两端；在第1块温差发电模块上面贴外箱上侧板，在第4块温差发电模块下面贴外箱下侧板，并在左右两条并联电路连接导线两侧贴装外箱左侧板和外箱右侧板形成温差发电器的主体；冷却水管通过前后气罩两侧通水孔与外箱左侧板，外箱右侧板相应的通水孔相连，外箱左侧板，外箱右侧板内部具有冷却通道，该通道分别和外箱上侧板、外箱下侧板、冷却板的冷却通道相连；前后气罩的同一侧接冷却水管进水，前后气罩的另一侧接冷却水管出水。

所述4块结构相同的温差发电模块，均包括两块隔热板，个数相等的N型热电臂、P型热电臂和铜导片；1个N型热电臂和1个P型热电臂，通过铜导片连接起来，构成1对温差热电偶，6对温差热电偶通过串联方式用铜导片连接形成一个温差发电单元，每个温差发电单元都有一对接头，6个温差发电单元在横向上并排放置构成1个温差发电模块主体，温差热电偶嵌入隔热板槽中固定，成为1个完整的温差发电模块。

所述温差热电臂的材料为碲化铅，碲化铅是一种适用于500℃-600℃的温差热电材料；在碲化铅中掺杂I^-离子形成N型热电臂，掺杂Na⁺离子形成P型热电臂。所述保护板的材料为氮化硼。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

1）本发明的温差热电偶在构成温差发电模块时采用阵列式，即沿着热气流通道的方向，在横向串联，在纵向并联。串联部分每个温差热电偶都处于相近的温度区间，可以使温差热电偶的内阻接近，产生的电压也接近。温差发电单元在纵向并联，既可以防止单个热电偶对流经电流的最大值的限制，又可以增大流经负载的电流。

2）本发明的温差发电模块在温差发电器内部采用平行排列布置，在本发明中，第二块温差发电模块和第三块温差发电模块的中间是一块冷却板，三者共同形成一块夹心。利用夹心平板布置可以增加与热源接触的有效面积，提高对尾气热量的利用率。