專利名稱：一種基于夾心平板陣列型的溫差發(fā)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種溫差發(fā)電器，尤其涉及一種基于夾心平板陣列型的溫差發(fā)電器。
背景技術(shù)：
全球目前約有9億輛汽車，其中絕大部分是普通的燃油內(nèi)燃機(jī)汽車，而燃油在發(fā)動機(jī)中燃燒產(chǎn)生的熱量并未全部轉(zhuǎn)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(fā)動機(jī)一般汽車尾氣余熱占40% 45%?？紤]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°C，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(jīng)濟(jì)性，減少溫室氣體的排放是很有幫助的。采用溫差發(fā)電技術(shù)可以有效解決上述問題。溫差發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的塞貝克效應(yīng)，將熱能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。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(gòu)成一個串聯(lián)電路，該電路兩端即會產(chǎn)生開路電壓。將熱電偶進(jìn)行一定形式的串聯(lián)和并聯(lián)，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(fā)明專利CN201010282948.2公布了一種圓筒式溫差發(fā)電器。包括八邊形排氣管、套筒、溫差發(fā)電器組件、冷卻水套；八邊形排氣管主體部分的每個側(cè)面上布置有溫差發(fā)電組件和絕熱層；每個側(cè)面上的溫差發(fā)電片采用串聯(lián)連接，不同的側(cè)面之間采用并聯(lián)連接。該發(fā)明的缺點是:(1)該專利中溫差發(fā)電片在同一側(cè)面上采用了串聯(lián)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(fā)電片產(chǎn)生的電壓小于前面部分的電壓，這樣的電路在熱電轉(zhuǎn)換效率上會大大降低；(2)由于所有的溫差發(fā)電片都是布置于溫差發(fā)電器外側(cè)，這將導(dǎo)致尾氣的熱量利用率降低。
發(fā)明內(nèi)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(fā)電器，是通過溫差熱電偶的合理陣列型布置和多溫差發(fā)電模塊的平行排列夾心設(shè)計，來達(dá)到對汽車尾氣能量的有效利用，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、發(fā)電功率穩(wěn)定和適應(yīng)多管徑的尾氣管的特點。本實用新型采用的技術(shù)方案是:本實用新型包括4塊結(jié)構(gòu)相同的溫差發(fā)電模塊、冷卻板、4塊保護(hù)板、并聯(lián)電路、夕卜箱左側(cè)板、外箱右側(cè)板、外箱上側(cè)板、外箱下側(cè)板、冷卻水管、兩個氣罩和兩根通氣管；該箱體由外箱左側(cè)板、外箱右側(cè)板、外箱上側(cè)板和外箱下側(cè)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I塊溫差發(fā)電模塊貼在外箱上側(cè)板和第I塊保護(hù)板之間;第2塊溫差發(fā)電模塊貼在第2塊保護(hù)板和冷卻板之間;第3塊溫差發(fā)電模塊貼在冷卻板和第3塊保護(hù)板之間;第4塊溫差發(fā)電模塊貼在第4塊保護(hù)板和外箱下側(cè)板之間;第1-4塊保護(hù)板的兩端從上到下分別嵌入外箱左側(cè)板和外箱右側(cè)板之間的槽中；左右兩條并聯(lián)電路連接導(dǎo)線將4塊溫差發(fā)電模塊的接頭連在一起，構(gòu)成輸出電路的兩端；在第I塊溫差發(fā)電模塊上面貼外箱上側(cè)板，在第4塊溫差發(fā)電模塊下面貼外箱下側(cè)板，并在左右兩條并聯(lián)電路連接導(dǎo)線兩側(cè)貼裝外箱左側(cè)板和外箱右側(cè)板形成溫差發(fā)電器的主體；冷卻水管通過前后氣罩兩側(cè)通水孔與外箱左側(cè)板，外箱右側(cè)板相應(yīng)的通水孔相連，外箱左側(cè)板，外箱右側(cè)板內(nèi)部具有冷卻通道，該通道分別和外箱上側(cè)板、外箱下側(cè)板、冷卻板的冷卻通道相連；前后氣罩的同一側(cè)接冷卻水管進(jìn)水，前后氣罩的另一側(cè)接冷卻水管出水。所述4塊結(jié)構(gòu)相同的溫差發(fā)電模塊，均包括兩塊隔熱板，個數(shù)相等的N型熱電臂、P型熱電臂和銅導(dǎo)片；1個N型熱電臂和I個P型熱電臂，通過銅導(dǎo)片連接起來，構(gòu)成I對溫差熱電偶，6對溫差熱電偶通過串聯(lián)方式用銅導(dǎo)片連接形成一個溫差發(fā)電單元，每個溫差發(fā)電單元都有一對接頭，6個溫差發(fā)電單元在橫向上并排放置構(gòu)成I個溫差發(fā)電模塊主體，溫差熱電偶嵌入隔熱板槽中固定，成為I個完整的溫差發(fā)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°C -600°C的溫差熱電材料；在碲化鉛中摻雜Γ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(hù)板的材料為氮化硼。與背景技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果是:I)本實用新型的溫差熱電偶在構(gòu)成溫差發(fā)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(lián)，在縱向并聯(lián)。串聯(lián)部分每個溫差熱電偶都處于相近的溫度區(qū)間，可以使溫差熱電偶的內(nèi)阻接近，產(chǎn)生的電壓也接近。溫差發(fā)電單元在縱向并聯(lián)，既可以防止單個熱電偶對流經(jīng)電流的最大值的限制，又可以增大流經(jīng)負(fù)載的電流。2)本實用新型的溫差發(fā)電模塊在溫差發(fā)電器內(nèi)部采用平行排列布置，在本實用新型中，第二塊溫差發(fā)電模塊和第三塊溫差發(fā)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。3)本實用新型的通氣管，可以做成多種管徑形式，如周長38mm形式(1.0排量)、45_形式(1.4排量)或51_形式(2.0排量)。通氣管與氣罩通過法蘭盤連接，可以適應(yīng)不同直徑的尾氣管。

圖1是本實用新型的總裝配結(jié)構(gòu)斜視示意圖。圖2是本實用新型的去掉外箱右側(cè)板的斜視示意圖。圖3是本實用新型的裝配結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖。圖4是本實用新型的熱電偶裝配結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型的溫差發(fā)電模塊裝配結(jié)構(gòu)斜視示意圖。圖6是本實用新型的溫差發(fā)電模塊裝配結(jié)構(gòu)右視示意圖。圖7是本實用新型的外箱上側(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本實 用新型的外箱左側(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本實用新型的外箱氣罩結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本實用新型的通氣管結(jié)構(gòu)斜視示意圖。圖中:1.通氣管，2.氣罩,3.外箱左側(cè)板,4.夕卜箱右側(cè)板，5.冷卻水管，6.外箱上側(cè)板，7.外箱下側(cè)板，8.溫差發(fā)電模塊，9.冷卻板，10.保護(hù)板，11.并聯(lián)電路連接導(dǎo)線，12.溫差熱電偶，13.銅導(dǎo)片，14.隔熱板，15.導(dǎo)線槽，16.法蘭盤，17.溫差發(fā)電單元，18.N型熱電臂，19.P型熱電臂，20.外箱左側(cè)板凹槽，21.外箱上側(cè)板冷卻通道，22.外箱左側(cè)板冷卻通道，23.外箱左側(cè)板端面進(jìn)出水孔，24.外箱上側(cè)板螺紋孔，25外箱左側(cè)板螺紋孔，26氣罩螺紋孔
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施過程對本實用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1、圖2所示，本實用新型包括4塊結(jié)構(gòu)相同的溫差發(fā)電模塊8、冷卻板9、4塊保護(hù)板10、并聯(lián)電路11、外箱左側(cè)板3、外箱右側(cè)板4、外箱上側(cè)板6、外箱下側(cè)板7、冷卻水管5、兩個氣罩2和兩根通氣管I ;如圖2、圖3、圖6所示，該箱體由外箱左側(cè)板3、外箱右側(cè)板4、外箱上側(cè)板6和外箱下側(cè)板7組合而成，箱體的兩端面分別連接氣罩2，兩氣罩外分別連接通氣管I ;第I塊溫差發(fā)電模塊貼在外箱上側(cè)板6和第I塊保護(hù)板10之間；第2塊溫差發(fā)電模塊貼在第2塊保護(hù)板10和冷卻板9之間；第3塊溫差發(fā)電模塊貼在冷卻板9和第3塊保護(hù)板10之間；第4塊溫差發(fā)電模塊貼在第4塊保護(hù)板和外箱下側(cè)板7之間；第1-4塊保護(hù)板的兩端從上到下分別嵌入外箱左側(cè)板3和外箱右側(cè)板4之間的槽中；保護(hù)板10是氮化硼材料制成，具有高導(dǎo)熱性和良好的絕緣性，主要是為了避免熱電材料被尾氣所腐蝕。同時由于保護(hù)板10是嵌入外箱左側(cè)板凹槽20和外箱右側(cè)板凹槽中，可以起到固定溫差發(fā)電模塊8的作用。左右兩條并聯(lián)電路連接導(dǎo)線11將4塊溫差發(fā)電模塊8的接頭連在一起，構(gòu)成輸出電路的兩端；在第I塊溫差發(fā)電模塊上面貼外箱上側(cè)板6，在第4塊溫差發(fā)電模塊下面貼外箱下側(cè)板，并在左右兩條并聯(lián)電路連接導(dǎo)線11兩側(cè)貼裝外箱左側(cè)板3和外箱右側(cè)板4形成溫差發(fā)電器的主體。外箱的左側(cè)板3、外箱的右側(cè)板4中有為并聯(lián)電路連接導(dǎo)線11通道設(shè)計的導(dǎo)線槽15，適合并聯(lián)電路連接導(dǎo)線11的布置。溫差發(fā)電器內(nèi)共有兩條熱氣流通道，為四個溫差發(fā)電模塊提供熱量。如圖1、圖2、圖9所示，外箱的上側(cè)板6、外箱下側(cè)板7和、外箱左側(cè)板3、外箱右側(cè)板4通過螺釘和前后氣罩2相連，外箱上側(cè)板螺紋孔24、外箱左側(cè)板螺紋孔25和氣罩螺紋孔26的孔徑一致。前后氣罩2通過法蘭盤16與前后通氣管I相連，法蘭盤16之間加石棉墊，在連接緊密的同時防止熱量的泄露，構(gòu)成具有通氣功能的溫差發(fā)電器。通氣管I的直徑可變，以適應(yīng)不同口徑的汽車尾氣管。如圖1、圖7、圖8、圖9所示，冷卻水管5通過前后氣罩2兩側(cè)通水孔與外箱左側(cè)板
3、外箱右側(cè)板4相應(yīng)的通水孔相連，外箱左側(cè)板3、外箱右側(cè)板4內(nèi)部具有冷卻通道，該通道分別和外箱上側(cè)板6、外箱下側(cè)板7、冷卻板9的冷卻通道相連。前后氣罩的同一側(cè)接冷卻水管進(jìn)水，前后氣罩的另一側(cè)接冷卻水管出水的方式對溫差發(fā)電模塊的其中一個面進(jìn)行冷卻。外箱左側(cè)板端面進(jìn)出水孔23以及外箱上側(cè)板冷卻通道21、外箱左側(cè)板冷卻通道22、冷卻板9的孔徑是一致的。外箱左側(cè)板3和外箱右側(cè)板4結(jié)構(gòu)相同；外箱上側(cè)板6和外箱下側(cè)板7結(jié)構(gòu)相同。如圖4、圖5、圖6所示，所述4塊結(jié)構(gòu)相同的溫差發(fā)電模塊8，均包括兩塊隔熱板14，個數(shù)相等的N型熱電臂18、P型熱電臂19和銅導(dǎo)片13 ;1個N型熱電臂18和I個P型熱電臂19，通過銅導(dǎo)片13連接起來，構(gòu)成I對溫差熱電偶12，6對溫差熱電偶12通過串聯(lián)方式用銅導(dǎo)片13連接形成一個溫差發(fā)電單元17，每個溫差發(fā)電單元17都有一對接頭，6個溫差發(fā)電單元17在橫向上并排放置構(gòu)成I個溫差發(fā)電模塊8主體，溫差熱電偶12嵌入隔熱板14槽中固定，成為I個完整的溫差發(fā)電模塊8。該溫差發(fā)電模塊8具有在一定的溫差條件下形成開路電壓的能力。隔熱板14的材料可以是玻璃棉、絕緣絕熱塑料。如圖1、圖10所示，其中前端的通氣管I為進(jìn)氣管，尾端的通氣管I為出氣管，其氣體類型可為汽車尾氣或其他高溫廢氣。如圖4所示，所述N型熱電臂18、P型熱電臂19的材料為碲化鉛(PbTe)，碲化鉛是一種適用于500°C _600°C的溫差熱電材料；在締化鉛中摻雜Γ離子形成N型熱電臂,摻雜Na+離子形成P型熱電臂。如圖6所示，溫差發(fā)電模塊8表面都覆蓋了一塊保護(hù)板10。該保護(hù)板10的材料為氮化硼B(yǎng)N，具有良好的導(dǎo)熱性和絕緣性，既能將尾氣中的能量有效地傳導(dǎo)至熱電偶表面，又能保證不同回路的熱電偶之間不會有短路發(fā)生。本實用新型的工作過程是:該夾心平板陣列型溫差發(fā)電器通過通氣管與汽車尾氣管連接，尾氣通過氣罩后進(jìn)入上下兩個通道。尾氣中的熱量通過保護(hù)板與溫差發(fā)電模塊的一個面作用，溫差發(fā)電模塊的另一個側(cè)面和冷卻板或同樣具有冷卻能力的外箱上下側(cè)板接觸，由此在溫差發(fā)電模塊兩端形成溫差，由溫差發(fā)電模塊產(chǎn)生電壓。溫差發(fā)電模塊產(chǎn)生的電壓經(jīng)過并聯(lián)輸出，通過引線接出于外箱氣罩前側(cè)，可用作照明、給蓄電池充電等。上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進(jìn)行限制，在本實用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護(hù)范圍 。
權(quán)利要求1.一種基于夾心平板陣列型的溫差發(fā)電器，其特征在于:包括4塊結(jié)構(gòu)相同的溫差發(fā)電模塊(8)、冷卻板(9)、4塊保護(hù)板(10)、并聯(lián)電路(11)、外箱左側(cè)板(3)、外箱右側(cè)板(4)、外箱上側(cè)板(6)、外箱下側(cè)板(7)、冷卻水管(5)、兩個氣罩(2)和兩根通氣管(I);該箱體由外箱左側(cè)板(3)、外箱右側(cè)板(4)、外箱上側(cè)板(6)和外箱下側(cè)板(7)組合而成，箱體的兩端面分別連接氣罩(2)，兩氣罩外分別連接通氣管(I);第I塊溫差發(fā)電模塊貼在外箱上側(cè)板和第I塊保護(hù)板之間；第2塊溫差發(fā)電模塊貼在第2塊保護(hù)板和冷卻板之間；第3塊溫差發(fā)電模塊貼在冷卻板和第3塊保護(hù)板之間；第4塊溫差發(fā)電模塊貼在第4塊保護(hù)板和外箱下側(cè)板(7)之間；第1-4塊保護(hù)板的兩端從上到下分別嵌入外箱左側(cè)板(3)和外箱右側(cè)板(4)之間的槽中；左右兩條并聯(lián)電路連接導(dǎo)線(11)將4塊溫差發(fā)電模塊(8)的接頭連在一起，構(gòu)成輸出電路的兩 端；在第I塊溫差發(fā)電模塊上面貼外箱上側(cè)板(6)，在第4塊溫差發(fā)電模塊下面貼外箱下側(cè)板，并在左右兩條并聯(lián)電路連接導(dǎo)線(11)兩側(cè)貼裝外箱左側(cè)板和外箱右側(cè)板形成溫差發(fā)電器的主體；冷卻水管(5)通過前后氣罩兩側(cè)通水孔與外箱左側(cè)板(3)，外箱右側(cè)板(4)相應(yīng)的通水孔相連，外箱左側(cè)板(3)，外箱右側(cè)板(4)內(nèi)部具有冷卻通道，該通道分別和外箱上側(cè)板(6)、外箱下側(cè)板(7)、冷卻板的冷卻通道相連；前后氣罩的同一側(cè)接冷卻水管進(jìn)水，前后氣罩的另一側(cè)接冷卻水管出水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夾心平板陣列型的溫差發(fā)電器，其特征在于:所述4塊結(jié)構(gòu)相同的溫差發(fā)電模塊(8)，均包括兩塊隔熱板(14)，個數(shù)相等的N型熱電臂(18)、P型熱電臂(19)和銅導(dǎo)片(13) ;1個N型熱電臂(18)和I個P型熱電臂(19)，通過銅導(dǎo)片(13)連接起來，構(gòu)成I對溫差熱電偶(12)，6對溫差熱電偶(12)通過串聯(lián)方式用銅導(dǎo)片連接形成一個溫差發(fā)電單元(17)，每個溫差發(fā)電單元都有一對接頭，6個溫差發(fā)電單元在橫向上并排放置構(gòu)成I個溫差發(fā)電模塊(8)主體，溫差熱電偶(12)嵌入隔熱板(14)槽中固定，成為I個完整的溫差發(fā)電模塊(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夾心平板陣列型的溫差發(fā)電器，其特征在于:所述溫差熱電臂的材料為碲化鉛，碲化鉛是一種適用于500°C -600°C的溫差熱電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于夾心平板陣列型的溫差發(fā)電器，其特征在于:所述保護(hù)板的材料為氮化硼。
專利摘要本實用新型公開了一種基于夾心平板陣列型的溫差發(fā)電器。包括4塊相同的溫差發(fā)電模塊、冷卻板、4塊保護(hù)板、并聯(lián)電路、外箱左側(cè)板、外箱右側(cè)板、外箱上側(cè)板、外箱下側(cè)板、冷卻水管、氣罩和通氣管；該箱體由外箱左側(cè)板、外箱右側(cè)板、外箱上側(cè)板和外箱下側(cè)板組合而成，箱體的兩端面分別連接氣罩和通氣管；4塊溫差發(fā)電模塊分別過保護(hù)板的兩端嵌入外箱左、右側(cè)板之間的槽中；用并聯(lián)電路連接構(gòu)成輸出電路；冷卻水管通過前后氣罩兩側(cè)通水孔與外箱左、右側(cè)板相應(yīng)的冷卻通道相連；前后氣罩的同一側(cè)接冷卻水管進(jìn)水，另一側(cè)接冷卻水管出水。本實用新型能適應(yīng)不同孔徑大小的尾氣管，具有良好的熱量收集和冷卻能力，能夠有效地對汽車尾氣中包含的能量進(jìn)行收集。
文檔編號F01N5/00GK203086384SQ20132000264
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者王輝, 梅德慶, 姚喆赫, 李洋, 沈輝, 陳子辰 申請人:浙江大學(xué)