适用于汽车尾气温差发电的高热吸收传导性能排气管的制作方法

本实用新型涉及温差发电、热吸收与传递、发动机尾气管结构对发动机性能的影响等领域，尤其涉及一种适用于汽车尾气温差发电的高热吸收传导性能排气管。

背景技术：

目前，排气管是仅仅针对发动机排气目的使用，其横截面一般呈圆形或椭圆形，且为中空结构。该结构的排气管吸热面积小、存储热体积小、热吸收效率低，且热存储和传导能力有限，不适用温差发电。另外，在温差发电中需使用温差发电片，温差发电片普遍呈片状，现有的排气管形状也不利于安装温差发电片。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种适用于汽车尾气温差发电的高热吸收传导性能排气管。

本实用新型基于热吸收和热传导理论对发动机排气管结构进行改进，以增大排气管和温差发电片的接触面积，这样可增大热传递效能；同时，增大排气管和尾气的接触面积，这样可增大排气管对尾气的热吸收能力。

为达到上述目的，本实用新型提供的适用于汽车尾气温差发电的高热吸收传导能力排气管，包括若干正构传热主体件和若干异构传热主体件，正构传热主体件和异构传热主体件通过连接件交替串联构成排气管，所述的连接件为法兰盘结构；其中：

正构传热主体件和异构传热主体件为横截面尺寸相同的正N棱柱管；正构传热主体件内设N支叶片，各叶片分别垂直设于各侧壁上，在正构传热主体件的正N边形横截面上，叶片分别与正N边形的N条边的中垂线重合；

异构传热主体件内也设N支叶片，N支叶片分别设于相邻侧壁形成的夹角处并平分相邻侧壁形成的夹角；

上述N为经验值，在4～16范围取值。

进一步的，正构传热主体件和异构传热主体件的横截面边长S＝A+Δ，其中，A为发电片边长，Δ为发电片的安装冗余，Δ在0.1mm～2.0mm范围取值。

进一步的，N采用经验公式确定，其中，S为正构传热主体件或异构传热主体件的横截面边长；D₀为传统排气管的最大直径。

进一步的，正构传热主体件中，各叶片的高度为正构传热主体件横截面的内切圆半径的37％～43％。

进一步的，异构传热主体件中，各叶片的高度为异构传热主体件横截面的内切圆半径的40％～46％。

进一步的，叶片采用耐高温抗腐蚀的不锈钢。

进一步的，叶片长度Lv为150mm～500mm，且Lv＝k(A+Δ)，k取正整数。

进一步的，正构传热主体件和异构传热主体件的长度比叶片长度Lv长10～30mm。

进一步的，正构传热主体件和异构传热主体件通过连接件交替串联构成排气管，具体为：

正构传热主体件两端固定于两法兰盘内，异构传热主体件两端也固定于两法兰盘内，通过将法兰盘连接，实现正构传热主体件和异构传热主体件的交替串联。

进一步的，正构传热主体件、异构传热主体件与法兰盘独立制造，然后焊接一起；或者，正构传热主体件、异构传热主体件与法兰盘通过打印方式一体制造。

本实用新型具有如下优点：

(1)正N边形的管体结构更适于安装平面式温差发电片：

由于工艺成本等原因，目前的温差发电片均设计制作成平面式，正N边形管体表面是平面，正好与温差发电片结构匹配。

(2)内置辐射状叶片，大大增加吸热面积：

排气管腔体内设辐射状叶片，可大大增大热源(即尾气)的吸收面积和传导体积，从而显著增加热吸收率、热存储体积和传导速度。

(3)正构传热主体件和异构传热主体件交替安装，叶片交错，增大扰流，吸热更充分：

传热主体分成多段，相邻的正构传热主体件和异构传热主体件的叶片最大限度错开，形成良好的扰流、梳理气流等效果，增大热吸收率，且不会影响排气速度。

(4)连接件含法兰盘结构，尺寸可变，适应于各种排量的发动机

各段之间连接件由法兰盘和正N棱柱管体构成，各构件尺寸可变，故只需按比例改变构件尺寸，就能广泛适用于各发动机不同尺寸排气管。

(5)叶片、连接器可独立加工：

叶片和连接器的加工精度要求没有正、异构吸热传热主体管体的表面精度要求高，三者者可以通过打印等方式一体制造；也可分开制造，再焊接在一起，加工灵活。

总之，和现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

大大增加了热源的吸收面积和传导体积，从而显著增加热吸收率、热存储体积和传导速度；同时，不会影响排气速度；易于加工；能适用于各型汽车尺寸的尾气温差发电。

附图说明

图1为实施例中正构传热主体件的截面图；

图2为图1所示正构传热主体件的局部示意图；

图3为实施例中异构传热主体件的截面图；

图4为图3所示异构传热主体件的局部示意图；

图5为实施例中采用的法兰盘连接件的结构示意图，其中，图(a)为侧剖示意图，图(b)为正视图；

图6为正构传热主体件与法兰盘的连接示意图，其中，图(a)为侧剖示意图，图(b)为正视图；

图7为正构传热主体件和异构传热主体件的位置关系示意图。

具体实施方式

本实用新型为具备高热吸收传导能力的旨在适用于汽车尾气温差发电的排气管，下面将结合设计思路和实施例进一步说明本实用新型技术方案。

本实用新型中，正N棱柱管和其内设置的正构叶片构成正构传热主体件，正N棱柱管和其内设置的异构叶片构成异构传热主体件，正构传热主体件和两端的连接件构成正构传热组合件，异构传热主体件和两端的连接件构成异构传热组合件，正构传热组合件和异构传热组合件交替串联构成本实用新型排气管。

1、排气管外形结构设计

传统排气管一般为圆管或椭圆管，即其横截面为圆形或椭圆形。本实用新型中将排气管设计为正棱柱管，即横截面为正N边形，其边长S设计为适应发电片安装的尺寸，即：

S＝A+Δ (1)

式(1)中，A为发电片边长，Δ为发电片的安装冗余，Δ取0.1mm～2.0mm为宜。

边数N的取值范围为4～16，其主要取决于边长S和传统排气圆管的最大直径D₀，并综合考虑发动机排量、排气管数量、排气管横截面面积、吸热传热效能和工艺成本等因素，通过多次试验并比对效果确定。

边数N可采用如下经验公式确定：

式(2)中，D₀为传统排气管的最大直径。

若原始的传统排气管横截面为圆形，则D₀为圆形直径；若原始的传统排气管横截面为椭圆，则D₀为椭圆大径)。取整以靠近原始的传统排气管横截面为原则，一般采用四舍五入法。

2、吸热传热体的设计

本实用新型排气管腔内设计有辐射状叶片，构成吸热传热主体。根据叶片位置不同，吸热传热主体分为正构传热主体件和异构传热主体件。

见图1～2，正构传热主体件结构中，在横截面上，N支叶片分别与正N边形N条边的中垂线重合，所有叶片均指向正N边形中心。本实施例中，叶片高度Hv1为正N边形内切圆半径的40％，叶片顶端宽20±2mm，叶片两侧形成1：40的斜度。

见图3～4，异构传热主体件结构中，在横截面上，N支叶片分别位于正N边形的N条对角线上，所有叶片均指向正N边形的中心。本实施例中，叶片高度Hv2为正N边形内切圆半径的45％。

正N边形内切圆直径D计算公式为：

本实用新型中，所有叶片的形状、尺寸和所采用材料均相同。叶片材料采用耐高温抗腐蚀的不锈钢，包括但不局限于不锈钢409、不锈钢400、不锈钢434、不锈钢444、不锈钢18SR、不锈钢309S、不锈钢302、不锈钢304、不锈钢316等。

本实施例中，正构传热主体件和异构传热主体件的外表面的表面粗糙度为：最大峰值高度Rp≤0.5mm，且最大谷值深度Rv≥-0.5mm。

3、连接件和安装的适应设计

见图7，本实用新型将正构传热主体件和异构传热主体件交替串联，具体为：正构传热主体件两端固定于两法兰盘内，异构传热主体件两端也固定于两法兰盘内，通过将法兰盘连接，从而实现正构传热主体件和异构传热主体件的串联。作为优选，连接的法兰盘间设有石棉垫密封。相邻的正构传热主体件和异构传热主体件内叶片完全错开，这样叶片能使得尾气气流更加均匀分布、彼此充分接触，增大了传热效能。连接件采用与正N边形尺寸匹配的法兰盘，见图5。法兰盘内接吸热传热主体，法兰盘和吸热传热主体可独立制造，然后焊接一起；也可以一体制造。图6以正构传热主体件为例，示出了法兰盘与吸热传热主体的连接示意图。

正构传热主体件和异构传热主体件的长度太长不能形成良好的扰流，太短又会使连接件占据太大比例，热流失增大，作为优选，正构传热主体件和异构传热主体件中叶片的长度Lv设为150mm～500mm，且Lv＝k(A+Δ)，k取正整数；而正构传热主体件和异构传热主体件的长度设为Lv+(10～30)mm，即正构传热主体件和异构传热主体件的长度比叶片长度长10～30mm。