[發明專利]基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統

有效

• 申請號: 201310428610.7
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103457515A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 帥永;黃興;王其楨;袁遠;談和平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;F01N5/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及一種汽車尾氣余熱發電系統。屬于汽車尾氣余熱再利用發電技術領域。

背景技術

根據研究表明內燃機在燃燒后產生的能量約有30%至40%是以汽車尾氣的形式排放到大氣中，這些熱量的損失，不僅加快了不可再生能源的消耗，而且加重了環境熱污染。由于汽車尾氣攜帶的能量非常巨大，所以對其吸收利用具有很大的潛在應用價值。熱光伏電池可將汽車尾氣中余熱所產生的輻射能直接轉換為電能。熱光伏系統的理論效率高、具有廣泛的熱源、可便攜、噪音低、高重量比功率、高體積比功率以及可實現熱電聯產等優點。20世紀末，Cody認為當紅外發射體的工作溫度為1000-1800℃時，若熱光伏電池材料禁帶寬度在0.25-0.5eV區間，熱光伏系統將會獲得最高的系統效率和最大輸出功率密度。

目前研究較多的熱光伏電池除傳統Si、Ge電池外，主要集中于Ⅲ-Ⅴ族半導體材料和量子阱結構電池，他們具有較低的禁帶寬度，如GaSb電池、InGaAs電池、InGaAs/InP電池、InGaAsSb/GaSb電池和InAsSbP/InAs電池。目前，國內外InAsSbP型熱光伏材料的研究還處于起步階段，多數研究者還致力于材料性能的分析研究，實際應用中光伏電池最佳轉換頻譜范圍與輻射器射頻范圍相比非常小，因此現有熱光伏系統中的光伏電池在發電時對汽車燃油的利用率低。

發明內容

本發明是為了解決現有熱光伏系統中的光伏電池在發電時對汽車燃油的利用率低的問題，現提供一種基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統。

基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統，它包括：尾氣通道2、選擇輻射器3、濾波器4和光伏電池5；

尾氣通道2的出氣端連接選擇輻射器3的進氣端，濾波器4用于對其接收到的紅外輻射波進行濾波，并將有用輻射能量發送給光伏電池5，光伏電池5用于將其接收到的有用輻射能量轉化為電能。

基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統，它還包括：汽車發動機1、蓄電池6、散熱器7和廢氣收集箱8。

汽車發動機1的排氣端連接尾氣通道2的進氣端，光伏電池5的電能輸出端連接蓄電池6的電能輸入端，散熱器7用于為光伏電池5散熱，廢氣收集箱8的進氣端連接選擇輻射器3的出氣端。

上述選擇輻射器的材料為在800K～1200K的高溫熱輻射平衡態時，發射光譜峰位于3.5微米，發射峰寬小于0.5微米，并且具有單色性的復合材料。

上述濾波器的材料為Si和SiO2交替疊層組合形成的光子晶體材料。

上述光伏電池的材料為禁帶寬度在0.3eV至0.5eV之間的半導體材料。

本發明所述的基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統，通過選擇輻射器將汽車發動機產生的廢氣余熱轉變為輻射能，再通過濾波器讓特定波長的輻射能到達光伏電池表面，產生光電效應，進而實現將汽車尾氣余熱輻射能轉化為電能，本發明所述的基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統通過選擇輻射器和濾波器的優化配合，能夠使汽車燃油的利用效率提高10%，同時還有效解決了汽車尾氣的熱污染問題。本發明所述的基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統適用于汽車尾氣余熱再利用發電領域。

附圖說明

圖1為基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統的結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統，它包括：尾氣通道2、選擇輻射器3、濾波器4和光伏電池5；

尾氣通道2的出氣端連接選擇輻射器3的進氣端，濾波器4用于對其接收到的紅外輻射波進行濾波，并將有用輻射能量發送給光伏電池5，光伏電池5用于將其接收到的有用輻射能量轉化為電能。

具體實施方式二：本實施方式是對具體實施方式一所述的基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統作進一步說明，本實施方式中，它還包括：汽車發動機1、蓄電池6、散熱器7和廢氣收集箱8。

汽車發動機1的排氣端連接尾氣通道2的進氣端，光伏電池5的電能輸出端連接蓄電池6的電能輸入端，散熱器7用于為光伏電池5散熱，廢氣收集箱8的進氣端連接選擇輻射器3的出氣端。

具體實施方式三：本實施方式是對具體實施方式一或二所述的基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統作進一步說明，本實施方式中，選擇輻射器3的材料為在800K～1200K的高溫熱輻射平衡態時，發射光譜峰位于3.5微米，發射峰寬小于0.5微米，并且具有單色性的復合材料。

具體實施方式四：本實施方式是對具體實施方式一或二所述的基于汽車尾氣余熱的熱光伏系統作進一步說明，本實施方式中，濾波器4的材料為Si和SiO2交替疊層組合形成的光子晶體材料。