[發(fā)明專利]一種基于熱管-相變材料的蓄熱式汽車排氣溫差發(fā)電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110105814.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN112886868B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王軍;倪奇強(qiáng);宋想想;柴進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N11/00
• 分類號(hào): H02N11/00;H02J7/32
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種基于熱管?相變材料的蓄熱式汽車排氣溫差發(fā)電裝置，屬于汽車排氣余熱回收技術(shù)領(lǐng)域。該溫差發(fā)電裝置包括集熱器和相變儲(chǔ)能裝置，集熱器和相變儲(chǔ)能裝置之間設(shè)有熱管，相變儲(chǔ)能裝置的殼體內(nèi)部填充有相變材料LiNO₃?NaCl；通過集熱器和熱管將汽車排氣熱量傳遞給溫差發(fā)電片熱端，溫差發(fā)電片的冷端由水泵控制冷卻水進(jìn)行冷卻，溫差發(fā)電片的兩端形成溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，并通過穩(wěn)壓控制器將其存儲(chǔ)到蓄電池組中。本發(fā)明通過熱管強(qiáng)化換熱，可以有效提高溫差發(fā)電裝置的性能；通過相變儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能，可延長(zhǎng)溫差發(fā)電裝置的發(fā)電時(shí)間且有效避免溫差發(fā)電裝置疲勞損壞，延長(zhǎng)其使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車排氣余熱回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于熱管-相變材料的蓄熱式汽車排氣溫差發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

截至到2020年上半年，我國(guó)汽車保有量已經(jīng)達(dá)到2.75億輛，汽車保有量的增長(zhǎng)帶來的不僅是燃油能耗的增加，還有日益突出的環(huán)境污染問題。因此，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的能源利用率迫在眉睫。有關(guān)研究表明，汽車燃料燃燒的能量?jī)H有30％被轉(zhuǎn)化為汽車行駛的有效功，40％的能量隨著汽車尾氣排放到大氣中。如果能夠?qū)@部分能量進(jìn)行回收利用，將會(huì)極大提高燃料燃燒化學(xué)能的利用率。

溫差發(fā)電裝置是一種基于溫差發(fā)電片的能量轉(zhuǎn)換裝置，其可直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，具有無(wú)噪音、無(wú)需化學(xué)反應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但將溫差發(fā)電裝置應(yīng)用到汽車排氣余熱回收時(shí)，汽車在行駛過程中工況的不斷變化導(dǎo)致其排氣溫度的不斷變化，使得溫差發(fā)電片熱端溫度頻繁變化，給溫差發(fā)電模塊的應(yīng)用帶來極大的挑戰(zhàn)。一方面，溫差發(fā)電模塊通常由P/N型半導(dǎo)體、導(dǎo)熱陶瓷板、導(dǎo)熱墊片等材料焊接而成，各材料熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)其熱端溫度不斷波動(dòng)時(shí)，不同材料的接頭處將產(chǎn)生熱應(yīng)力，極有可能會(huì)造成溫差發(fā)電模塊的疲勞損壞。另一方面，溫差發(fā)電片熱端溫度波動(dòng)會(huì)引起電壓的波動(dòng)，這將極大增加輸出電能的利用難度，同時(shí)也會(huì)增加穩(wěn)壓電路的負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種基于熱管-相變材料的蓄熱式汽車排氣溫差發(fā)電裝置，減小溫度波動(dòng)對(duì)溫差發(fā)電片的損害，緩解穩(wěn)壓系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)通過熱管和相變材料的傳熱，有效利用集熱器內(nèi)部溫度，進(jìn)而提高傳熱速率，減小熱量損失。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種基于熱管-相變材料的蓄熱式汽車排氣溫差發(fā)電裝置，包括集熱器和相變儲(chǔ)能裝置；所述集熱器外側(cè)設(shè)有外形與集熱器匹配的相變儲(chǔ)能裝置，所述相變儲(chǔ)能裝置包括殼體和相變材料，殼體內(nèi)部填充有相變材料LiNO₃-NaCl，其中LiNO₃的質(zhì)量占比13.5％、NaCl的質(zhì)量占比86.5％；所述集熱器與相變儲(chǔ)能裝置之間設(shè)有熱管，熱管蒸發(fā)段伸入集熱器內(nèi)部，熱管冷凝段伸入相變儲(chǔ)能裝置內(nèi)部，且與相變材料接觸；所述相變儲(chǔ)能裝置外側(cè)固定有溫差發(fā)電片和冷卻水通道。

上述技術(shù)方案中，所述熱管冷凝段外圍布置有環(huán)形或螺旋型的翅片。

上述技術(shù)方案中，所述相變材料的相變溫度為255℃，熔化熱為354kJ·kg^-1。

上述技術(shù)方案中，所述熱管為吸液芯型熱管，熱管分為蒸發(fā)段、絕熱段與冷凝段。

上述技術(shù)方案中，所述集熱器通過排氣管道與發(fā)動(dòng)機(jī)連接。

上述技術(shù)方案中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還通過排氣管道連通三通管，且排氣管道與三通管連通的管道上設(shè)有電磁閥。

上述技術(shù)方案中，所述溫差發(fā)電片與相變儲(chǔ)能裝置、冷卻水通道的接觸面之間均涂有高性能導(dǎo)熱硅脂。

上述技術(shù)方案中，所述溫差發(fā)電片列內(nèi)模塊并聯(lián)、列間模塊串聯(lián)。

上述技術(shù)方案中，所述冷卻水通道與水溫控制器、冷卻水泵、冷卻水箱依次相連接。

上述技術(shù)方案中，所述溫差發(fā)電片與DC/DC穩(wěn)壓控制器、蓄電池組、蓄電池管理裝置依次相連接，蓄電池組與用電負(fù)載連接。