專利名稱：一種新型熱電轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種新型熱電轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本專利屬于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和熱能工程設(shè)備應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)余熱利用與熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)問題。
背景技術(shù)：
[0002]可持續(xù)發(fā)展的能量資源和越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，迫使人們提出節(jié)能減排的低碳經(jīng)濟(jì)方案。汽車作為能源消耗和環(huán)境保護(hù)重要技術(shù)領(lǐng)域備受關(guān)注，汽車燃料燃燒所發(fā)出能量的1/3被有效利用，其它能量被排放到大氣中，不僅造成能源浪費(fèi)，還帶來巨大環(huán)境污染。因此，汽車新能源和節(jié)能是一項(xiàng)重要的發(fā)展方向，有效利用汽車排放余熱是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能的一個(gè)重要發(fā)展主題。汽車余熱主要是兩種來源，發(fā)動機(jī)冷卻水和排氣余熱，前者是來至于冷卻介質(zhì)的中低溫能量，后者是來至于排出煙氣的中高溫能量。其中，中高溫能量余熱利用采用熱電轉(zhuǎn)化發(fā)電是最佳的選擇方案之一，它利用物理學(xué)溫差熱電轉(zhuǎn)換的塞貝克效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)余熱的熱電溫差發(fā)電(Thermoelectric Generator,TEG)技術(shù)。熱電技術(shù)不連續(xù)的、 不穩(wěn)定的熱量實(shí)時(shí)發(fā)電轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)車載電力增容，或促進(jìn)熱電空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，達(dá)到車輛能量效率的再提升。事實(shí)上，余熱利用的熱電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直受到技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注。[0003]本專利提出熱旋流均熱式熱電轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，即流體加熱管腔內(nèi)采用椎柱型均熱芯體結(jié)構(gòu)，利用椎柱芯體，達(dá)到進(jìn)口熱風(fēng)的進(jìn)一步附著管道壁面流動，有利于熱量的熱電轉(zhuǎn)化充分利用；利用椎柱徑比尺寸調(diào)整附壁流動份額；利用椎柱芯體入口尺寸、分流篩孔尺寸和數(shù)量分布，達(dá)到熱流體分布調(diào)控的均熱設(shè)計(jì)；利用進(jìn)口旋流器設(shè)計(jì)，達(dá)到流道內(nèi)的旋流目的，有利于多股流的混合和溫位熱量的均勻性。專利中的均熱設(shè)計(jì)目的是提高管道沿程的管壁溫度均衡一致性，有利于熱電片陣列的單元熱電均衡性和效率。事實(shí)上，不論是氣體還是液體熱流體，其熱電轉(zhuǎn)換器已有技術(shù)提及和專利產(chǎn)生，并在工程實(shí)際中應(yīng)用。但是，在解決小型緊湊和車用等方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，已有技術(shù)提及和專利均沒有提到熱旋流均熱結(jié)構(gòu)概念。利用椎柱芯體、篩孔和旋流器等，達(dá)到貼壁分流、熱流分布再混合等提高溫位和熱量的均衡一致性，達(dá)到提高熱利用率和熱電片陣列熱電轉(zhuǎn)換均勻性的目的，避免和克服以往相熱電轉(zhuǎn)換器的局限性。熱電轉(zhuǎn)換在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和熱能工程領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用， 但是這些研究和專利還沒有提到利用椎柱篩孔芯體和旋流結(jié)構(gòu)，以及其具有的適應(yīng)性和可變性概念。本專利通過一個(gè)諸如內(nèi)燃發(fā)動機(jī)實(shí)施例的熱風(fēng)熱電轉(zhuǎn)換器余熱利用，設(shè)計(jì)熱旋流均熱式熱電轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和熱能工程設(shè)備的技術(shù)應(yīng)用和組合精細(xì)調(diào)整可變性能力。發(fā)明內(nèi)容[0004]本專利提供一種熱旋流均熱式熱電轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，熱電轉(zhuǎn)換器采用椎柱篩孔芯體和旋流結(jié)構(gòu)，并通過利用椎柱芯體、篩孔和旋流器等，達(dá)到貼壁分流、熱流分布再混合等提高溫位和熱量的均衡一致性，達(dá)到提高熱利用率和熱電片陣列熱電轉(zhuǎn)換均勻性的目的，避免和克服以往相熱電轉(zhuǎn)換器的局限性。[0005]熱旋流均熱式熱電轉(zhuǎn)換器包括進(jìn)口管道、進(jìn)口變化段、工作管段、熱電轉(zhuǎn)換單元、 出口變換段和出口管道，工作管段為六面，椎柱篩孔芯體固定在六面工作管段上，熱電轉(zhuǎn)換單元由熱電片和散熱片構(gòu)成，熱電片粘接在六面工作管段上，散熱片粘接于熱電片上，椎柱篩孔芯體由芯體連接件連接。[0006]在熱旋流均熱式熱電轉(zhuǎn)換器中，布置有進(jìn)口旋流器、椎柱篩孔芯體等關(guān)鍵設(shè)計(jì)。利用椎柱芯體，達(dá)到進(jìn)口熱風(fēng)的進(jìn)一步附著管道壁面流動，有利于熱量的熱電轉(zhuǎn)化充分利用； 利用椎柱徑比尺寸調(diào)整附壁流動份額；利用椎柱芯體入口尺寸、分流篩孔尺寸和數(shù)量分布， 達(dá)到熱流體分布調(diào)控的均熱設(shè)計(jì)；利用進(jìn)口旋流器設(shè)計(jì)，達(dá)到流道內(nèi)的旋流目的，有利于多股流的混合和溫位熱量的均勻性。本專利以內(nèi)燃發(fā)動機(jī)為實(shí)施技術(shù)案例，其核心創(chuàng)新思想與技術(shù)設(shè)計(jì)可應(yīng)用于其它熱工裝置的余熱利用和換熱均熱利用，具有同等作用。[0007]本專利設(shè)計(jì)是通過引入進(jìn)口旋流器、椎柱篩孔芯體，形成更良好的熱流體沿程熱量和溫度均勻性，使熱電轉(zhuǎn)換器壁面貼附的熱電片各單元獲得更加一致性的溫度和熱量， 促進(jìn)熱量充分利用的同時(shí)，也提高了發(fā)電均勻性和穩(wěn)定性，最大限度發(fā)揮各組熱電片熱電能力，提升熱電效率。[0008]在一個(gè)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或熱工設(shè)備工作過程余熱利用實(shí)施例中，在動力裝置排出的熱風(fēng)流過熱電轉(zhuǎn)換器時(shí)，實(shí)現(xiàn)了熱電轉(zhuǎn)化，達(dá)到余熱發(fā)電的目的。[0009]實(shí)施過程中，熱態(tài)循環(huán)介質(zhì)流體(發(fā)動機(jī)燃燒排氣)由進(jìn)口管道1進(jìn)入熱電轉(zhuǎn)換器流道，流經(jīng)進(jìn)口旋流器11，形成一定的旋流，通過進(jìn)口變換段2，進(jìn)入工作段3，經(jīng)過椎柱篩孔芯體9或12分流，一部分分流成貼壁流動，另一部分進(jìn)入椎柱篩孔芯體12內(nèi)，逐步經(jīng)過篩孔分流，分別流出與貼壁流動混合，提升溫度和熱量，保證流動沿程的溫度均勻性，最后流經(jīng)出口變換段5和出口管道，流出熱電轉(zhuǎn)換器，完成熱流體的熱電轉(zhuǎn)化過程。


[0010]圖1為熱風(fēng)旋流均熱式熱電轉(zhuǎn)換器外形結(jié)構(gòu)圖。[0011]圖2為橫剖結(jié)構(gòu)示意圖。[0012]圖3為縱向內(nèi)部流程示意圖。[0013]圖4均熱控件芯體示意圖。[0014]圖中各部件的編號和對應(yīng)名稱如下[0015]圖1中1-進(jìn)口管道、2-進(jìn)口變換段、3-工作管段、4-熱電轉(zhuǎn)換單元、5-出口變換段、6-出口管道。[0016]圖2中7-熱電片、8-散熱片、9-椎柱篩孔芯體、10-芯體連接件。其中，[0017]圖3中11-進(jìn)口旋流器、12-椎柱篩孔芯體。[0018]圖4中13-均熱芯體前端入口、14-篩流孔、15-后風(fēng)帽。
具體實(shí)施方式
[0019]在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)或熱工設(shè)備工作過程中，熱態(tài)循環(huán)介質(zhì)流體(如發(fā)動機(jī)燃燒排氣) 由進(jìn)口管道(1)進(jìn)入熱電轉(zhuǎn)換器流道，流經(jīng)進(jìn)口旋流器(11)，形成一定的旋流，通過進(jìn)口變換段O)，進(jìn)入工作段(3)，經(jīng)過椎柱篩孔芯體(9)或(1 分流，一部分分流成貼壁流動，另4一部分進(jìn)入椎柱篩孔芯體(1 內(nèi)，逐步經(jīng)過篩孔分流，分別流出與貼壁流動混合，提升溫度和熱量，保證流動沿程的溫度均勻性，最后流經(jīng)出口變換段(5)和出口管道(6)，流出熱電轉(zhuǎn)換器，完成熱流體的熱電轉(zhuǎn)化過程。一般而言，熱電轉(zhuǎn)化通過整流和穩(wěn)壓處理，作為電力供應(yīng)或儲備電池充電來源，實(shí)現(xiàn)余熱利用和節(jié)能減排。
權(quán)利要求1.一種新型熱電轉(zhuǎn)換器，包括進(jìn)口管道(1)、進(jìn)口變化段O)、工作管段(3)、熱電轉(zhuǎn)換單元G)、出口變換段(5)和出口管道(6)，其特征在于，工作管段(3)為六面，椎柱篩孔芯體(9)固定在六面工作管段C3)上，熱電轉(zhuǎn)換單元由熱電片(7)和散熱片(8)構(gòu)成，熱電片(7)粘接在六面工作管段(3)上，散熱片(8)粘接于熱電片(7)上，椎柱篩孔芯體(9) 由芯體連接件(10)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于椎柱篩孔芯體(8)控件獨(dú)立結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種新型熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的椎柱芯體結(jié)構(gòu)中椎柱芯體的入口端和出口端半球封頭的曲面度設(shè)計(jì)，進(jìn)一步輔助控制附壁流份額。
4.如權(quán)利要求3所述的一種新型熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的椎柱芯體結(jié)構(gòu)和附壁流份額熱控制，椎柱芯體的入口的開孔設(shè)計(jì)以及與篩孔尺寸和分布設(shè)計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種新型熱電轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了熱電轉(zhuǎn)化，達(dá)到余熱發(fā)電的目的。熱旋流均熱式熱電轉(zhuǎn)換器，包括進(jìn)口管道(1)、進(jìn)口變化段(2)、工作管段(3)、熱電轉(zhuǎn)換單元(4)、出口變換段(5)和出口管道(6)，其特征在于，工作管段(3)為六面，椎柱篩孔芯體(9)固定在六面工作管段(3)上，熱電轉(zhuǎn)換單元(4)由熱電片(7)和散熱片(8)構(gòu)成，熱電片(7)粘接在六面工作管段(3)上，散熱片(8)粘接于熱電片(7)上，椎柱篩孔芯體(9)由芯體連接件(10)連接。此裝置其不僅可用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)余熱利用，而且可應(yīng)用于其它熱工裝置的余熱利用和蓄能利用。
文檔編號H01L35/32GK202280532SQ20112000297
公開日2012年6月20日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者劉研, 張?zhí)鞎r(shí), 王國華, 高淳, 魏強(qiáng), 黃成海 申請人:吉林大學(xué)