专利名称：一种新型热电转换器的制作方法
技术领域：
一种新型热电转换器技术领域[0001]本专利属于内燃发动机和热能工程设备应用技术领域，特别涉及内燃发动机余热利用与热电转换技术问题。
背景技术：
[0002]可持续发展的能量资源和越来越严重的环境污染问题，迫使人们提出节能减排的低碳经济方案。汽车作为能源消耗和环境保护重要技术领域备受关注，汽车燃料燃烧所发出能量的1/3被有效利用，其它能量被排放到大气中，不仅造成能源浪费，还带来巨大环境污染。因此，汽车新能源和节能是一项重要的发展方向，有效利用汽车排放余热是实现汽车节能的一个重要发展主题。汽车余热主要是两种来源，发动机冷却水和排气余热，前者是来至于冷却介质的中低温能量，后者是来至于排出烟气的中高温能量。其中，中高温能量余热利用采用热电转化发电是最佳的选择方案之一，它利用物理学温差热电转换的塞贝克效应，实现余热的热电温差发电(Thermoelectric Generator,TEG)技术。热电技术不连续的、 不稳定的热量实时发电转化，实现车载电力增容，或促进热电空调技术的发展，达到车辆能量效率的再提升。事实上，余热利用的热电转换装置的结构设计一直受到技术应用领域的关注。[0003]本专利提出热旋流均热式热电转换器设计，即流体加热管腔内采用椎柱型均热芯体结构，利用椎柱芯体，达到进口热风的进一步附着管道壁面流动，有利于热量的热电转化充分利用；利用椎柱径比尺寸调整附壁流动份额；利用椎柱芯体入口尺寸、分流筛孔尺寸和数量分布，达到热流体分布调控的均热设计；利用进口旋流器设计，达到流道内的旋流目的，有利于多股流的混合和温位热量的均勻性。专利中的均热设计目的是提高管道沿程的管壁温度均衡一致性，有利于热电片阵列的单元热电均衡性和效率。事实上，不论是气体还是液体热流体，其热电转换器已有技术提及和专利产生，并在工程实际中应用。但是，在解决小型紧凑和车用等方面还远远没能实现应用，已有技术提及和专利均没有提到热旋流均热结构概念。利用椎柱芯体、筛孔和旋流器等，达到贴壁分流、热流分布再混合等提高温位和热量的均衡一致性，达到提高热利用率和热电片阵列热电转换均勻性的目的，避免和克服以往相热电转换器的局限性。热电转换在内燃发动机和热能工程领域得到研究和应用， 但是这些研究和专利还没有提到利用椎柱筛孔芯体和旋流结构，以及其具有的适应性和可变性概念。本专利通过一个诸如内燃发动机实施例的热风热电转换器余热利用，设计热旋流均热式热电转换器，实现内燃发动机和热能工程设备的技术应用和组合精细调整可变性能力。发明内容[0004]本专利提供一种热旋流均热式热电转换器设计，热电转换器采用椎柱筛孔芯体和旋流结构，并通过利用椎柱芯体、筛孔和旋流器等，达到贴壁分流、热流分布再混合等提高温位和热量的均衡一致性，达到提高热利用率和热电片阵列热电转换均勻性的目的，避免和克服以往相热电转换器的局限性。[0005]热旋流均热式热电转换器包括进口管道、进口变化段、工作管段、热电转换单元、 出口变换段和出口管道，工作管段为六面，椎柱筛孔芯体固定在六面工作管段上，热电转换单元由热电片和散热片构成，热电片粘接在六面工作管段上，散热片粘接于热电片上，椎柱筛孔芯体由芯体连接件连接。[0006]在热旋流均热式热电转换器中，布置有进口旋流器、椎柱筛孔芯体等关键设计。利用椎柱芯体，达到进口热风的进一步附着管道壁面流动，有利于热量的热电转化充分利用； 利用椎柱径比尺寸调整附壁流动份额；利用椎柱芯体入口尺寸、分流筛孔尺寸和数量分布， 达到热流体分布调控的均热设计；利用进口旋流器设计，达到流道内的旋流目的，有利于多股流的混合和温位热量的均勻性。本专利以内燃发动机为实施技术案例，其核心创新思想与技术设计可应用于其它热工装置的余热利用和换热均热利用，具有同等作用。[0007]本专利设计是通过引入进口旋流器、椎柱筛孔芯体，形成更良好的热流体沿程热量和温度均勻性，使热电转换器壁面贴附的热电片各单元获得更加一致性的温度和热量， 促进热量充分利用的同时，也提高了发电均勻性和稳定性，最大限度发挥各组热电片热电能力，提升热电效率。[0008]在一个内燃发动机或热工设备工作过程余热利用实施例中，在动力装置排出的热风流过热电转换器时，实现了热电转化，达到余热发电的目的。[0009]实施过程中，热态循环介质流体(发动机燃烧排气)由进口管道1进入热电转换器流道，流经进口旋流器11，形成一定的旋流，通过进口变换段2，进入工作段3，经过椎柱筛孔芯体9或12分流，一部分分流成贴壁流动，另一部分进入椎柱筛孔芯体12内，逐步经过筛孔分流，分别流出与贴壁流动混合，提升温度和热量，保证流动沿程的温度均勻性，最后流经出口变换段5和出口管道，流出热电转换器，完成热流体的热电转化过程。
[0010]图1为热风旋流均热式热电转换器外形结构图。[0011]图2为横剖结构示意图。[0012]图3为纵向内部流程示意图。[0013]图4均热控件芯体示意图。[0014]图中各部件的编号和对应名称如下[0015]图1中1-进口管道、2-进口变换段、3-工作管段、4-热电转换单元、5-出口变换段、6-出口管道。[0016]图2中7-热电片、8-散热片、9-椎柱筛孔芯体、10-芯体连接件。其中，[0017]图3中11-进口旋流器、12-椎柱筛孔芯体。[0018]图4中13-均热芯体前端入口、14-筛流孔、15-后风帽。
具体实施方式
[0019]在内燃发动机或热工设备工作过程中，热态循环介质流体(如发动机燃烧排气) 由进口管道(1)进入热电转换器流道，流经进口旋流器(11)，形成一定的旋流，通过进口变换段O)，进入工作段(3)，经过椎柱筛孔芯体(9)或(1 分流，一部分分流成贴壁流动，另4一部分进入椎柱筛孔芯体(1 内，逐步经过筛孔分流，分别流出与贴壁流动混合，提升温度和热量，保证流动沿程的温度均勻性，最后流经出口变换段(5)和出口管道(6)，流出热电转换器，完成热流体的热电转化过程。一般而言，热电转化通过整流和稳压处理，作为电力供应或储备电池充电来源，实现余热利用和节能减排。
权利要求1.一种新型热电转换器，包括进口管道(1)、进口变化段O)、工作管段(3)、热电转换单元G)、出口变换段(5)和出口管道(6)，其特征在于，工作管段(3)为六面，椎柱筛孔芯体(9)固定在六面工作管段C3)上，热电转换单元由热电片(7)和散热片(8)构成，热电片(7)粘接在六面工作管段(3)上，散热片(8)粘接于热电片(7)上，椎柱筛孔芯体(9) 由芯体连接件(10)连接。
2.如权利要求1所述的一种新型热电转换器，其特征在于椎柱筛孔芯体(8)控件独立结构。
3.如权利要求2所述的一种新型热电转换器，其特征在于，所述的椎柱芯体结构中椎柱芯体的入口端和出口端半球封头的曲面度设计，进一步辅助控制附壁流份额。
4.如权利要求3所述的一种新型热电转换器，其特征在于，所述的椎柱芯体结构和附壁流份额热控制，椎柱芯体的入口的开孔设计以及与筛孔尺寸和分布设计。
专利摘要本实用新型公开了一种新型热电转换器，实现了热电转化，达到余热发电的目的。热旋流均热式热电转换器，包括进口管道(1)、进口变化段(2)、工作管段(3)、热电转换单元(4)、出口变换段(5)和出口管道(6)，其特征在于，工作管段(3)为六面，椎柱筛孔芯体(9)固定在六面工作管段(3)上，热电转换单元(4)由热电片(7)和散热片(8)构成，热电片(7)粘接在六面工作管段(3)上，散热片(8)粘接于热电片(7)上，椎柱筛孔芯体(9)由芯体连接件(10)连接。此装置其不仅可用于内燃发动机余热利用，而且可应用于其它热工装置的余热利用和蓄能利用。
文档编号H01L35/32GK202280532SQ20112000297
公开日2012年6月20日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者刘研, 张天时, 王国华, 高淳, 魏强, 黄成海 申请人:吉林大学