一种翼板换热式汽车尾气发电装置的制作方法

本发明涉及尾气发电技术领域，更具体地说，涉及一种翼板换热式汽车尾气发电装置。

背景技术：

随着我国汽车工业的发展，与日俱增车辆的节能问题也越来越受到关注。内燃机所消耗燃油中的60％以上的能量没有得到有效利用，绝大部分以汽车尾气余热的形式排放到大气中，排放尾气的温度可达600℃以上。

使用半导体温差发电技术可有效地回收汽车进行中的尾气热量，把它安装在内燃机的尾气管上，能够将内燃机运行余热直接转换为电能，供汽车内电器设备使用。与传统的车载交流发电机相比，温差发电设备产生的电力不会增加发动机的负荷，达到了节油效果。

汽车尾气管通常具有非平面形状的外形轮廓，普通的平面块状形式的温差发电片不能直接安装在现有的汽车尾气管上，需要对温差发电片或汽车尾气管作适应性处理。现有技术中多是把温差发电片贴附在尾气管外表面，并在温差发电片与尾气管之间填充导热材料进行热量传递，在尾气管周向分布温差发电片便可进行热电转换。但该技术存在的最大的一个问题是尾气管散热与温差发电之间的矛盾。

众所周知，发动机排出气体温度有800℃，经过一系列过程后，使温度逐步降低，尾气管使用较好的散热材料，最终排出的气体温度一般在100℃左右；如果排放温度较高，存在较大的安全风险，容易引发着火事故。而所安装的温差发电装置多是包裹在尾气管外周，由于温差发电效率取决于温差的大小，为了增大温差，会尽量避免管道内的热量散失，即便在温差发电片的冷端安装有散热装置，也难以充分将存储的热量散掉，导致排到外界的尾气温度较高，与排放要求相矛盾。

为了不影响尾气管散热，部分技术采用只在尾气管很短的一段上安装发电装置，虽然不会影响排放温度，但也没有充分的利用到尾气余热，发电效率低。如果不直接把温差发电片设置在尾气管外周，难以有效的进行热传导，温差较小，会导致发电效率低。因此，该问题成为尾气余热利用的一大难题。

中国专利号：ZL 201210227087.7，授权公告日：2015年4月8日，发明创造名称为：温差发电模组的保护外壳和汽车尾气管温差发电装置，该申请案公开了一种温差发电模组的保护外壳和汽车尾气管温差发电装置，该保护外壳包括第一半壳体和第二半壳体，可拆卸地安装在汽车尾气管上，第一半壳体和第二半壳体分别包括与汽车尾气管夹持的前锥形段、与汽车尾气管夹持的后锥形段、以及位于前锥形段和后锥形段之间的保护段，其中，保护段与汽车尾气管的外表面之间形成温差发电模组的容纳空间。该专利方案在尾气管外周分布，并在外部又封闭有外壳，虽然装有散热风扇，并不能与外界低温空气形成对流，难以降低温度，导致发电效率低，排放尾气温度高。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中难以在降低尾气温度的同时并提高温差发电效率的不足，提供了一种翼板换热式汽车尾气发电装置，本发明通过对尾气管结构的改进设计，在温差发电的同时不影响尾气管的散热性能，使两者有效结合，对尾气发电技术的发展有较大的促进作用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，包括尾气管，该尾气管分为高温段、发电散热段和排气段，高温段外周设有第一发电模块；所述的发电散热段周向设有至少两个翼板，翼板为壳体结构，翼板的内部空腔与尾气管连通，翼板的两侧与尾气管所形成的夹角与外界连通，并在翼板上方设置第二发电模块。

作为本发明更进一步的改进，所述的第一发电模块包括环形基板和第一温差发电组件，第一温差发电组件固定在环形基板的外表面，且第一温差发电组件的热端与环形基板接触；所述环形基板包裹在尾气管的外表面。

作为本发明更进一步的改进，在环形基板与尾气管之间填充导热材料层。

作为本发明更进一步的改进，发电散热段的顶部和两侧均设置有翼板，相邻翼板之间夹角为90°。

作为本发明更进一步的改进，所述翼板上还设有散热模块，所述散热模块与第二发电模块沿翼板的长度方向排列设置，第二发电模块位于靠近高温段一端。

作为本发明更进一步的改进，所述第二发电模块包括第一固定板、第一翅片和第二温差发电组件，第一翅片垂直设置在第一固定板上，至少3个第一翅片阵列排布；通过第一固定板把第二温差发电组件压紧固定在翼板上，且第二温差发电组件朝向翼板所在侧。

作为本发明更进一步的改进，所述第一翅片沿尾气管轴向设置。

作为本发明更进一步的改进，在同一个翼板上的第二发电模块中排列有至少两个第一固定板。

作为本发明更进一步的改进，所述散热模块包括第二固定板和设置在第二固定板上的第二翅片，第二翅片垂直于第二固定板，至少3个第二翅片阵列排布。

作为本发明更进一步的改进，所述第二翅片沿尾气管轴向设置。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，把尾气管分为高温段、发电散热段和排气段，高温段温度较高，具有较高的发电效率；发电散热段需要综合考虑发电和散热性能，因此设置了翼板，翼板的两侧与尾气管所形成的夹角与外界连通，并在翼板上方设置第二发电模块，一方面，翼板的上表面相对于圆弧面更利于固定温差发电组件，传热效率更高，有助于提高发电效率；另一方面，夹角与外界连通区域增加了尾气管与空气接触面，使尾气管内气体温度能够正常下降，不会影响热量的转换，克服了现有技术中存在的矛盾点；

(2)本发明的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，高温段外周设置第一发电模块，环形基板包裹住尾气管，并在两者之间填充导热材料层，尾气管内的高温余热传递到第一温差发电组件进行发电；由于尾气管高温段外周设置有第一温差发电组件，内部热量不易散失，那么在发电散热段还能够有较高的温度进行发电，两者在功能上相互结合，有助于提高发电效率；

(3)本发明的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，第一固定板下方的第二温差发电组件被压紧在翼板上，翼板内部的高温气体的热量可直接传递到第二温差发电组件的热端；在第一固定板上方排布有第一翅片，多个第一翅片沿尾气管轴向相互平行设置，车辆行驶时，气流从翅片间快速流通而带走热量，从而降低第二温差发电组件冷端的温度，增加热端与冷端的温度差，提高了发电效率；

(4)本发明的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，在翼板上还设置有散热模块，该散热模块能够利用第二翅片快速散热，以降低尾气管排放气体温度，结构设计合理，原理简单，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明中翼板换热式汽车尾气发电装置的结构示意图；

图2为本发明中尾气管的结构示意图；

图3为本发明中第一发电模块的截面结构示意图；

图4为本发明中多边形尾气管的结构示意图；

图5为本发明中第二发电模块的截面结构示意图；

图6为本发明中散热模块的截面结构示意图；

图7为本发明中实体翼板的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、尾气管；11、高温段；12、发电散热段；13、翼板；14、排气段；2、第一发电模块；21、环形基板；22、第一温差发电组件；23、导热材料层；3、第二发电模块；31、第一固定板；32、第一翅片；33、第二温差发电组件；4、散热模块；41、第二固定板；42、第二翅片。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1、图2，本实施例的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，包括尾气管1，该尾气管1分为高温段11、发电散热段12和排气段14，高温段11、排气段14与发电散热段12之间通过锥形过渡管连接，具有一定的消声作用。尾气管1也可为等径的管道，把尾气管1进行分段只是在功能上更容易区分，和具体结构没有关联。高温段只是温度相对于发电散热段12和排气段14的温度较高，在温度上没有特殊限制。高温段11外周设有第一发电模块2，该第一发电模块2可以采用传统式温差发电结构，包裹在高温段11外周，在发电的同时，能够减少热量的大量散失，有利于为后续发电组件提供高温热源。

作为本实施例的关键点，发电散热段12周向设有至少两个翼板13，参照图1所示，本实施例中设置有3个翼板，翼板13沿尾气管1长度方向设置，相邻翼板13之间夹角为90°。翼板13为壳体结构，即其内部为空腔，空腔形状与翼板13形状相近，翼板13的内部空腔与尾气管1连通，翼板13的两侧向外延伸，延伸部分与尾气管1所形成的夹角与外界连通，在翼板13上方设置第二发电模块3。

所设置的翼板13上表面为平面结构或者是有一定的弧形凸起，能够在翼板13上方固定更多的温差发电组件，而且相对于圆弧面也更易固定。如果为圆弧面，必须要辅助填充导热材料才能使尾气管1内的热量传递到温差发电组件的热端，而本实施例中在翼板13内部开设空腔，气体更直接的与温差发电组件接触，热量传递效率更高，温差发电组件热端的温度提高，有助于提高发电效率。

此外，翼板13的两侧与尾气管1所形成的夹角与外界连通，尾气管1周向裸露部分的长度增加，与空气接触面增加，保证其散热效率不会降低，因此，本实施例的汽车尾气发电装置在提高发电效率的同时，不会影响尾气管的散热性能，结构设计合理。

参看图5，本实施例所设置的第二发电模块3包括第一固定板31、第一翅片32和第二温差发电组件33，第一翅片32垂直于第一固定板31的表面设置，多个第一翅片32相互平行排布；把第二温差发电组件33的热端贴在翼板13上，通过第一固定板31把第二温差发电组件33压紧固定在翼板13上，第一固定板31通过螺栓或卡套等方式固定在翼板13上。

由于第二温差发电组件33的热端直接与翼板13接触，提高了热端温度；第二温差发电组件33的冷端与第一固定板31相接触，在第一固定板31外表面设置第一翅片32，第一翅片32沿尾气管1轴向设置，有助于降低冷端的温度，从而增加第二温差发电组件33热端与冷端的温差，以提高发电效率。

需要说明的是，翼板13间的夹角也可以设置为其他角度，如设置为80度或120度等，夹角越大，翼板13的宽度更大，但所能设置的翼板13数量越少。为了方便固定，第二发电模块3中的第一固定板31也可分段设置，即在同一个翼板13上排列多个第一固定板31，如果尾气管有一定的弯曲，分段设置能够更好的与尾气管结合。

实施例2

结合图3，本实施例的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：本实施例的第一发电模块2包括环形基板21和第一温差发电组件22，环形基板21闭合后为多边形结构，第一温差发电组件22固定在环形基板21的每条边的外表面，且第一温差发电组件22的热端与环形基板21接触。把环形基板21包裹在尾气管1的高温段外表面，在发电同时，内部热量不易散失，有助于为第二温差发电组件33提供较高的内部温度。

由于环形基板21为多边形形结构，其边缘难以充分与尾气管1贴合，可在环形基板21与尾气管1之间填充导热材料层23。此外，为了加快热量传导，还可在第二温差发电组件33的上下两侧填充导热胶，导热胶可填平空隙处，使其能够充分与尾气管1和第一固定板31接触。

实施例3

本实施例的一种翼板换热式汽车尾气发电装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：本实施例在翼板13上还设有散热模块4，所述散热模块4与第二发电模块3沿翼板13的长度方向排列设置，第二发电模块3位于靠近高温段11一端。

进一步地，为了提高高温端的发电效率，可以把尾气管的高温段11设置为多边形，则可以把温差发电片直接贴附在尾气管的外壁上，而且接触面积增加。如图4中所示，把高温段11设置为正六边形，环形基板21扣合在尾气管外部，在环形基板21与尾气管高温段11之间填充导热材料层，可以是导热胶，第一温差发电组件22能够完全贴合在环形基板21表面。由于环形基板21的形状与尾气管高温段11的结构可完全配合，减小空隙区域，更有助于提高发电效率。

在一些大型车辆上，尾气管1内排出的温度较高，可以通过散热模块4加快尾气降温。具体地，参看图6，散热模块4包括第二固定板41和设置在第二固定板41上的第二翅片42，第二翅片42垂直于第二固定板41，至少3个第二翅片42阵列排布。第二翅片42沿尾气管1轴向设置，在车辆行驶时，气流顺着翅片方向快速流通，从而达到降温效果。还可在第二固定板41与翼板13之间填充导热胶，以提高传热效率。

为了使翼板结构得到充分利用，还可以把翼板设置为实体结构，如图7所示并通过铸造加工为一体结构，内部热量通过翼板直接传输到其上表面，第二温差发电组件33的热端与其接触，第二温差发电组件33的热端和冷端形成温差，进行温差发电。

本发明把尾气管分为高温段、发电散热段和排气段，高温段温度较高，具有较高的发电效率；发电散热段需要综合考虑发电和散热性能，因此设置了翼板，翼板的两侧与尾气管所形成的夹角与外界连通，并在翼板上方设置第二发电模块，一方面，翼板的上表面相对于圆弧面更利于固定温差发电组件，传热效率更高，有助于提高发电效率；另一方面，夹角与外界连通区域增加了尾气管与空气接触面，使尾气管内气体温度能够正常下降，不会影响热量的转换，克服了现有技术中存在的矛盾点，对尾气发电技术的发展有较大的促进作用。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。