一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置

1.本实用新型涉及汽车尾气及发电热交换技术领域，具体涉及一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置。


背景技术：

2.随着环保政策日益严格以及新能源汽车快速发展，发动机节能减排的技术升级十分迫切，发动机在运行过程中通过尾气带走的能量占燃料总能的40％，甚至更高，如果能充分回收利用这部分能量，将有助于改善发动机的燃油经济性，节约石油资源，减少温室气体排放，带来巨大的社会效率和经济效益。
3.发动机排气温差发电系统的出现，为节能减排提供了途径，但是现有技术存在以下问题：
4.第一、现有的温差发电装置布置于发动机的排气歧管附近，由于发动机附近的布置空间有限，使得温差发电装置为迎合空间局限性结构变得复杂，安装面积有限，温差发电片数量少，同时安装及维修困难，对发动机动力性能、经济性能带来不利；
5.第二、现有的温差发电装置的温差发电片材料单一，而受环境影响，发动机的排气温度变化较大，单一材料的温差发电片，不能随温度变化而改善换热效率，发电效率低；
6.第三、现有的温差发电装置只针对温差发电片的低温段进行冷却，对高温段未做处理，如果温度超过温差发电材料的耐热温度，将会对装置造成不可逆的损坏；
7.第四、现有的温差发电装置无法实现温差发电片的精准控制，热电转换效率低。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的为解决上述技术缺陷，提出一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置，温差发电装置与发动机原消音器集成，实现温差发电的同时可以降低排气噪声，该装置设有分段温差发电片、冷却系统和温控系统，提高了温差和发电效率。
9.本实用新型的技术方案是：提供一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置，包括壳体、换热系统、冷却系统、温控系统，其中，所述壳体为中间矩形、两端锥形的腔体，包括矩形壳体、渐扩管道、减缩管道；
10.所述换热系统包括传热肋片、分段温差发电片，所述传热肋片间隔设置在所述矩形壳体内、且与所述矩形壳体的内壁连接；所述分段温差发电片为至少两个以上水平邻接的发电片、且覆盖于所述矩形壳体的外表面；
11.所述冷却系统用于控制所述分段温差发电片的低温段，所述冷却系统包括冷却液槽，所述冷却液槽覆盖于所述分段温差发电片的上表面；
12.所述温控系统用于控制所述分段温差发电片的高温段，所述温度传感器分别设置在所述分段温差发电片的外表面、所述分段温差发电片的内表面与所述矩形壳体之间，以及所述分段温差发电片和所述冷却液槽之间；所述喷嘴设置于所述渐扩管道的壳体上。
13.所述渐扩管道和所述减缩管道的大端与所述矩形壳体的两侧相连，所述渐扩管道
的小端与汽车排气总管连接，所述减缩管道的小端与汽车排气尾管连接。
14.所述分段温差发电片从排气入口至排气出口方向依次设有高温型温差发电片、中温型温差发电片、低温型温差发电片，所述分段温差发电片的每段发电片根据发动机排气温度分布特点选用匹配的温差发电材料。
15.所述分段温差发电片的低温段为低温型温差发电片，所述分段温差发电片的高温段为高温型温差发电片。
16.所述换热系统还包括消音板，所述消音板间隔设置在相邻的所述传热肋片之间、且与所述传热肋片相互平行。
17.所述消音板上设有若干孔，孔的大小和数量根据排气背压及消音效果设定。
18.所述冷却液槽的内部为若干导流隔板组成的蛇形结构，所述冷却液槽的两端分别设有进液口和出液口。
19.所述冷却系统还包括散热器、冷却液箱、电子泵和冷却液管，所述冷却液管分别与所述冷却液槽的进液口和出液口连接，用于将所述散热器、冷却液箱与所述冷却液槽串联形成循环液路；
20.所述电子泵设置于所述冷却液箱内部，用于给所述冷却系统提供液体循环动力及控制冷却液的流量。
21.所述温控系统还包括电磁阀、补液水箱和补液水箱管路；
22.所述补液水箱管路的一端设有所述电磁阀，所述电磁阀与所述喷嘴连接，所述补液水箱管路的另一端与所述补液水箱连接。
23.所述温度传感器用于采集所述分段温差发电片的温度数值，所述分段温差发电片的任意发电片的温度超过系统设定温度值后，所述电磁阀接收所述温度传感器的信号，控制所述喷嘴向所述渐扩管道内喷水。
24.所述渐扩管道和所述减缩管道的小端均设有法兰结构。
25.本实用新型中的技术方案提供一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置，具备以下有益效果：
26.第一、温差发电装置与发动机原消音器集成一体，实现温差发电的同时可以降低排气噪声，结构简单，布置空间大，便于安装维修；
27.第二、具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置设有分段温差发电片，分段温差发电片从排气入口至排气出口方向依次设有高温型温差发电片、中温型温差发电片、低温型温差发电片，采用分段温差发电片，根据发动机排气温度分布特点，不同段选择不同的热电材料，提高各段的发电效率；
28.第三、具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置在渐扩管道上设有温控喷嘴，同时在温差发电片的上下表面设有传感器，用于精准控制每段温差发电片的温度，当超过安全温度后，通过温控喷嘴向渐扩管道内部喷水，降低排气温度，保护高温段的温差发电片，喷入的水在排气高温加热作用下迅速蒸发为气体，进而增加排气流量，还可以增大换热器的换热量，提高发电效率；
29.第四、具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置设有冷却系统，冷却系统的冷却液槽覆盖于分段温差发电片外侧，水流从高温段流向低温段，同时冷却液槽内部设有若干导流隔板，使得冷却液流速分布均匀，增加冷却液在冷却液槽内的停留时间，电子泵
控制冷却液的流量大小，增加冷却液槽和分段温差发电片的换热量，提高了温差和发电效率。
附图说明
30.图1是本实用新型的壳体和冷却系统的示意图；
31.图2是本实用新型的控制系统的示意图；
32.图3是本实用新型的爆炸图；
33.图4是本实用新型的冷却液槽的结构示意图；
34.图5是本实用新型的换热系统的剖视图；
35.其中，1-壳体；1.1-矩形壳体；1.2-渐扩管道；1.3-减缩管道；2-换热系统；2.1-传热肋片；2.2-分段温差发电片；2.21-高温型温差发电片；2.22
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中温型温差发电片；2.23-低温型温差发电片；2.3-消音板；3-冷却系统； 3.1-冷却液槽；3.2-散热器；3.3-冷却液箱；3.4-电子泵；3.5-冷却液管； 4-温控系统；4.1-温度传感器；4.2-喷嘴；4.3-电磁阀；4.4-补液水箱；4.5
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补液水箱管路。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
37.以下将结合附图1至图5对本实用新型的实施进行详细说明。
38.如图1、图2、图5所示，箭头表示发动机排气方向，发动机排气从渐扩管道1.2进入，从减缩管道1.3排出。
39.如图4所示，箭头表示冷却液槽3.1的冷却液流向，冷却液从冷却液槽3.1的进液口进入，从冷却液槽3.1的出液口留向散热器3.2。
40.本实施例提供了一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置，包括壳体1、换热系统2、冷却系统3、温控系统4，其中，壳体1 为中间矩形、两端锥形的腔体，包括矩形壳体1.1、渐扩管道1.2、减缩管道1.3。
41.具体的，渐扩管道1.2和减缩管道1.3的大端与矩形壳体1.1的两侧相连，渐扩管道1.2的小端通过连接法兰与汽车排气总管固定，减缩管道 1.3的小端通过连接法兰与汽车排气尾管固定。
42.发动机排出的高温废气进入渐扩管道1.2，进而进入换热系统2，换热系统2包括传热肋片2.1、分段温差发电片2.2和消音板2.3。
43.具体的，传热肋片2.1间隔设置在所述矩形壳体1.1内、且与矩形壳体1.1的内壁连接，用于增加换热面积。
44.具体的，消音板2.3间隔设置在相邻的传热肋片2.1之间、且与传热肋片2.1相互平行，消音板2.3上设有若干孔，用于对尾气进行降噪处理，根据排气背压及消音效果来设定孔的大小和数量。
45.具体的，分段温差发电片2.2的下表面覆盖于矩形壳体1.1的外表面，通过导热硅脂与矩形壳体1.1压紧，分段温差发电片2.2从排气入口至排气出口方向依次设有高温型温差发电片2.21、中温型温差发电片2.22、低温型温差发电片2.23，分段温差发电片2.2的每
段发电片根据发动机排气温度分布特点选用匹配的温差发电材料，从而提高发电效率。
46.高温废气在换热系统2中，通过冷却系统3通过控制冷却液流量，进而控制换热系统2的低温段的温度，即低温型温差发电片2.23的温度。
47.具体的，冷却系统3包括冷却液槽3.1、散热器3.2、冷却液箱3.3、电子泵3.4和冷却液管3.5。
48.具体的，冷却液槽3.1覆盖于分段温差发电片2.2的上表面，通过导热硅脂与分段温差发电片2.2固定，冷却液槽3.1的内部为若干导流隔板组成的蛇形结构，使冷却液流速分布均匀，同时增加冷却液在冷却液槽 3.1的停留时间，进而提高冷却液槽3.1和低温型温差发电片2.23的换热量。
49.具体的，冷却液槽3.1的两端分别设有进液口和出液口，冷却液管 3.5分别与冷却液槽3.1的进液口和出液口连接，用于将散热器3.2、冷却液箱3.3与冷却液槽3.1串联形成循环液路。
50.具体的，散热器3.2采用铝制散热器，实现冷却水与空气的换热，降低冷却水的温度。
51.具体的，电子泵3.4设置于冷却液箱3.3内部，用于给冷却系统3提供液体循环动力及控制冷却液的流量。
52.高温废气在换热系统2中，通过温控系统4精准控制换热系统2的高温段的温度，即高温型温差发电片2.21的温度。
53.具体的，温控系统4包括温度传感器4.1、喷嘴4.2、电磁阀4.3、补液水箱4.4和补液水箱管路4.5。
54.具体的，温度传感器4.1分别设置在分段温差发电片2.2的外表面、分段温差发电片2.2的内表面与矩形壳体1.1之间，以及分段温差发电片 2.2和冷却液槽3.1之间；喷嘴4.2设置于渐扩管道1.2的壳体上。
55.具体的，补液水箱管路4.5的一端设有电磁阀4.3，电磁阀4.3与喷嘴4.2连接，补液水箱管路4.5的另一端与补液水箱4.4连接。
56.具体的，温度传感器4.1用于采集分段温差发电片2.2的温度数值，当分段温差发电片2.2的任意发电片的温度超过设置温度值后，通过电磁阀4.3接收温度传感器4.1的信号控制喷嘴4.2向渐扩管道1.2内喷水降低排气温度。
57.本实施例提供了一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置，控制原理如下：
58.冷却系统3根据低温型温差发电片2.23的温度，调整电子泵3.4的转速，进而控制冷却系统3中的冷却液流量，实现对低温型温差发电片 2.23的控制，当低温型温差发电片2.23的温度高于系统设定值，提高电子泵3.4的转速，当低温型温差发电片2.23的温度低于设定值时，降低电子泵3.4转速或关闭电子泵3.4，从而降低换热系统2的能耗；
59.温控系统4根据高温型温差发电片2.21的温度，调整电磁阀4.3的开度，进而控制喷嘴4.2喷入渐扩管道1.2内的喷水量，实现对高温型温差发电片2.21的温度控制，当高温型温差发电片2.21的温度高于系统设定值，增大电磁阀4.3的开度，当高温型温差发电片2.21的温度低于设定值时，关闭电磁阀4.3，喷嘴4.2不喷水，从而降低换热系统2的能耗。
60.减缩管道1.3的连接法兰与汽车排气尾管固定，经过温差发电后的废气通过减缩
管道1.3后从汽车排气尾管排出。
61.具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置通过分段温差发电片2.2与导线、蓄电池连接，使温差发电产生的电量进入蓄电池中收集利用。
62.一种具有消声功能的发动机排气余热能温差发电装置使用寿命长，使用场景广，可以用于各种内燃机的排气总管的余热能回收，对节能具有重要意义，积极践行国家“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，该装置不局限应用于发动机，凡是具有高低温热源的地方，均可应用该装置实现温差发电。
63.在本实用新型中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
64.附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本实用新型的原理进行说明，并非意在对本实用新型进行限制。
65.尽管参考附图详地公开了本实用新型，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本实用新型的应用。本实用新型的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本实用新型保护范围和精神的情况下针对实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。