[實用新型]一種基于夾心平板陣列型的溫差發電器

有效

• 申請號: 201320002644.5
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN203086384U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 輝;梅德慶;姚喆赫;李洋;沈輝;陳子辰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;F01N5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及一種溫差發電器，尤其涉及一種基于夾心平板陣列型的溫差發電器。

背景技術

全球目前約有9億輛汽車，其中絕大部分是普通的燃油內燃機汽車，而燃油在發動機中燃燒產生的熱量并未全部轉化為動能，除去冷卻水帶走的熱量和摩擦等損失外，還有大部分的能量以尾氣余熱的形式排放到大氣中去，對于汽車發動機一般汽車尾氣余熱占40%～45%。考慮到尾氣中酸性氧化物的露點腐蝕問題，則排放溫度不得低于180℃，因此，所排出的還可利用的廢氣熱量約為燃燒總量的16%。若能將此余熱回收利用，對于提高汽車燃油經濟性，減少溫室氣體的排放是很有幫助的。

采用溫差發電技術可以有效解決上述問題。溫差發電技術是利用半導體材料的塞貝克效應，將熱能轉換為電能的技術。通過在熱端和冷端之間布置熱電偶，使N型和P型熱電臂構成一個串聯電路，該電路兩端即會產生開路電壓。將熱電偶進行一定形式的串聯和并聯，就可以得到較高的開路電壓，用于汽車蓄電池的充電或直接利用。

中國發明專利CN201010282948.2公布了一種圓筒式溫差發電器。包括八邊形排氣管、套筒、溫差發電器組件、冷卻水套；八邊形排氣管主體部分的每個側面上布置有溫差發電組件和絕熱層；每個側面上的溫差發電片采用串聯連接，不同的側面之間采用并聯連接。該發明的缺點是：（1）該專利中溫差發電片在同一側面上采用了串聯連接，由于在沿著尾氣通道的方向上溫度場是非均勻的，即后面部分的溫差發電片產生的電壓小于前面部分的電壓，這樣的電路在熱電轉換效率上會大大降低；（2）由于所有的溫差發電片都是布置于溫差發電器外側，這將導致尾氣的熱量利用率降低。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種基于夾心平板陣列型的溫差發電器，是通過溫差熱電偶的合理陣列型布置和多溫差發電模塊的平行排列夾心設計，來達到對汽車尾氣能量的有效利用，其具有結構緊湊、發電功率穩定和適應多管徑的尾氣管的特點。

本實用新型采用的技術方案是：

本實用新型包括4塊結構相同的溫差發電模塊、冷卻板、4塊保護板、并聯電路、外箱左側板、外箱右側板、外箱上側板、外箱下側板、冷卻水管、兩個氣罩和兩根通氣管；該箱體由外箱左側板、外箱右側板、外箱上側板和外箱下側板組合而成，箱體的兩端面分別連接氣罩，兩氣罩外分別連接通氣管；第1塊溫差發電模塊貼在外箱上側板和第1塊保護板之間；第2塊溫差發電模塊貼在第2塊保護板和冷卻板之間；第3塊溫差發電模塊貼在冷卻板和第3塊保護板之間；第4塊溫差發電模塊貼在第4塊保護板和外箱下側板之間；第1-4塊保護板的兩端從上到下分別嵌入外箱左側板和外箱右側板之間的槽中；左右兩條并聯電路連接導線將4塊溫差發電模塊的接頭連在一起，構成輸出電路的兩端；在第1塊溫差發電模塊上面貼外箱上側板，在第4塊溫差發電模塊下面貼外箱下側板，并在左右兩條并聯電路連接導線兩側貼裝外箱左側板和外箱右側板形成溫差發電器的主體；冷卻水管通過前后氣罩兩側通水孔與外箱左側板，外箱右側板相應的通水孔相連，外箱左側板，外箱右側板內部具有冷卻通道，該通道分別和外箱上側板、外箱下側板、冷卻板的冷卻通道相連；前后氣罩的同一側接冷卻水管進水，前后氣罩的另一側接冷卻水管出水。

所述4塊結構相同的溫差發電模塊，均包括兩塊隔熱板，個數相等的N型熱電臂、P型熱電臂和銅導片；1個N型熱電臂和1個P型熱電臂，通過銅導片連接起來，構成1對溫差熱電偶，6對溫差熱電偶通過串聯方式用銅導片連接形成一個溫差發電單元，每個溫差發電單元都有一對接頭，6個溫差發電單元在橫向上并排放置構成1個溫差發電模塊主體，溫差熱電偶嵌入隔熱板槽中固定，成為1個完整的溫差發電模塊。

所述溫差熱電臂的材料為碲化鉛，碲化鉛是一種適用于500℃-600℃的溫差熱電材料；在碲化鉛中摻雜I^-離子形成N型熱電臂，摻雜Na⁺離子形成P型熱電臂。所述保護板的材料為氮化硼。

與背景技術相比，本實用新型具有的有益效果是：

1）本實用新型的溫差熱電偶在構成溫差發電模塊時采用陣列式，即沿著熱氣流通道的方向，在橫向串聯，在縱向并聯。串聯部分每個溫差熱電偶都處于相近的溫度區間，可以使溫差熱電偶的內阻接近，產生的電壓也接近。溫差發電單元在縱向并聯，既可以防止單個熱電偶對流經電流的最大值的限制，又可以增大流經負載的電流。

2）本實用新型的溫差發電模塊在溫差發電器內部采用平行排列布置，在本實用新型中，第二塊溫差發電模塊和第三塊溫差發電模塊的中間是一塊冷卻板，三者共同形成一塊夾心。利用夾心平板布置可以增加與熱源接觸的有效面積，提高對尾氣熱量的利用率。