[發明專利]一種汽車尾氣溫差發電系統及其冷卻方法和對尾氣流量控制的方法

有效

• 申請號: 201611018399.1
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106571751B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 樊文淵;何仁
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;F02G5/02;G05D7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供了一種新型汽車尾氣溫差發電裝置及冷卻和對尾氣流量控制的方法，屬于汽車尾氣能量回收利用技術領域。

背景技術

現有汽車在行駛過程中，燃料燃燒產生的能量最多只有約25-30％左右可以轉化為驅動汽車行駛的動能，剩余70％左右的能量通過尾氣排放等形式(其中約40％的能量隨尾氣排出)散失到大氣之中，造成了巨大的能量損失和嚴重的環境污染。

溫差發電裝置是基于熱電材料的塞貝克效應發展起來的一種發電技術，將P型和N型兩種不同類型的熱電材料(P型是富空穴材料，N型是富電子材料)一端相連形成一個PN結，置于高溫狀態，另一端形成低溫，則由于熱激發作用，P(N)型材料高溫端空穴(電子)濃度高于低溫端，因此在這種濃度的驅動下，空穴和電子就開始向低溫端擴散，從而形成電動勢，這樣熱電材料就通過高低溫端間的溫差完成了將高溫端輸入的熱能直接轉換為電能。汽車尾氣溫差發電系統主要安裝在汽車排氣系統位于三元催化器與消音器之間的位置，汽車的尾氣作為熱源端并對溫差發電裝置的冷端進行冷卻，當兩端形成溫度差時產生電能。溫差發電通過廢熱回收利用產生的電能可供汽車蓄電池充電從而提供汽車額外的電能。溫差發電在實際發電過程中使用的熱能僅僅來源于汽車排放的高溫廢氣，因此汽車尾氣溫差發電系統不僅在降低汽車燃油消耗上起著重要的作用，而且在減少尾氣排放上也具有相當重要的意義。

目前，專利號為CN104279078A的發明專利，其汽車尾氣溫差發電系統僅采用單一的水冷方式對散熱片進行冷卻，通過冷卻在溫差發電裝置的兩端形成溫差，從而產生電動勢，然而單一的冷卻方法無法對汽車不同的車況進行合理的冷卻，或造成冷卻量不夠、冷卻量過高等多種不良后果。因此，采取合適的冷卻方法對于提高溫差發電的效率十分重要。專利號為CN205260106U的發明專利，提出的集熱裝置只是對尾氣進行分流而沒有考慮溫差發電裝置熱端可承受的最大溫度限值，目前關于集熱器內廢氣流量精確控制的專利發明相對甚少，一旦溫差發電裝置熱端達到其可承受的最大溫度限值時，可能會導致裝置的損壞，所以對溫差發電裝置中廢氣流量的控制相當重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種汽車尾氣溫差發電系統及其冷卻方法，采用控制尾氣流量的方法解決了溫差發電裝置熱端因承受溫度過高而導致損壞的問題；并通過水冷和風冷作為冷卻系統的工作方式，提高了溫差發電系統的效率、充分提高了廢氣能源的利用率。

本發明一種汽車尾氣溫差發電系統采用的技術方案是：包括集熱系統、溫差發電裝置、冷卻系統、溫度保護系統、DC-DC控制系統、蓄電池。三位四通閥2的進口端連接尾氣排氣管1，閥門A、閥門B、閥門C分別連接集熱器A、集熱器B、冷凝管7；溫差發電裝置6(包括溫差發電裝置A和溫差發電裝置B)的熱端貼合在集熱器5的外表面；溫差發電裝置6由2組溫差發電單元組成，一組溫差發電單元由多對P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂組成；P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂分別通過電導線、DC-DC控制電路11連接蓄電池12；溫度傳感器A安裝在溫差發電裝置A的熱端用來感應溫差發電裝置A熱端的溫度，溫度傳感器B安裝在三位四通閥2的進口端用來感應尾氣進口端的溫度，溫度傳感器A、溫度傳感器B、三位四通閥2通過信號線連接電子控制單元4，電子控制單元4通過接收信號實現對閥門的控制；冷卻系統包括水冷和風冷，溫差發電裝置6的冷端通過水冷通道13依次與單向控制閥10和發動機水箱9連接，并通過風冷通道14和空氣風扇8連接；冷凝管7進口端連接閥門C的出口，出口端連接發動機水箱，發動機水箱9內部裝有溫度傳感器C，溫度傳感器C通過信號線連接電子控制單元4，電子控制單元4通過接受信號實現對單向閥開關的控制；其中單向控制閥安裝在10水冷通道13與發動機水箱9之間，單向控制閥10一端連接發動機水箱9并通過信號線連接電子控制單元4，另一端連接水冷通道13；水冷通道13和風冷通道中間14通過隔離板15進行隔離，與溫差發電裝置6的冷端連接的散熱片穿過隔離板15依次與水冷通道13和風冷通道14充分接觸。

本發明的汽車尾氣溫差發電系統中對尾氣流量控制方法采用的技術方案是包括如下步驟：

步驟1，閥門A在汽車啟動到溫度保護系統開啟時一直處于完全打開狀態，當保護系統打開時關閉；

步驟2，當開始有尾氣產生時，閥門C完全關閉，通過實驗可以得出此時溫差發電裝置A的熱端溫度關于閥門B開度和三位四通閥2進口端溫度的函數表達式a，電子控制單元4在接收到溫度傳感器B的信號后，通過控制閥門B的開度來使得溫差發電裝置A的熱端溫度接近可承受的最大溫度限值；