一種車用熱電發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種車用熱電發(fā)電裝置，包括：設(shè)置于車輛的排氣管道上的箱體，所述箱體具備使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣流入的進(jìn)氣口和使該尾氣排出的出氣口；設(shè)置于所述箱體內(nèi)的多根相互平行的空心的管體，所述管體的排列方向與所述箱體中的氣流方向垂直；以及套設(shè)于各所述管體上的具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積緊湊，盡可能多的保留了原車底部的結(jié)構(gòu)，并且熱利用率高，可以更有效地將汽車尾氣廢熱轉(zhuǎn)化為電能。
【專利說(shuō)明】—種車用熱電發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種車用熱電發(fā)電裝置，特別是一種利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱進(jìn)行發(fā)電的熱電發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)作為一種新型的新能源和再生清潔能源技術(shù)近幾年在國(guó)際上收到了廣泛的矚目。它利用半導(dǎo)體材料直接將熱能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，具有系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物質(zhì)、能夠有效地利用低密度能量等特點(diǎn)。
[0003]而在眾多熱電材料之中，方鈷礦基化合物作為一種典型的中高溫區(qū)熱電材料，在工業(yè)余廢熱和汽車尾氣廢熱的回收利用等高新【技術(shù)領(lǐng)域】具有非常巨大的應(yīng)用前景。
[0004]目前主要的熱電器件構(gòu)造為如圖1 (a)中所示的型構(gòu)造，如圖1 (a)所示，η型和P型熱電元件以電串聯(lián)和熱并聯(lián)的形式集成于兩個(gè)電絕緣而熱傳導(dǎo)良好的陶瓷平板之中。由于該結(jié)構(gòu)中需要熱流沿垂直于陶瓷平板的方向傳輸，所以η形構(gòu)造適合于平板狀熱源的工作環(huán)境。
[0005]現(xiàn)有的車用熱電發(fā)電裝置(如專利文獻(xiàn)CN 103166527，US 6759586等)，基本上都是基于這種傳統(tǒng)的η形構(gòu)造的熱電器件進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造而成的。為了滿足η形構(gòu)造對(duì)平板狀熱源的要求，往往在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣道中增設(shè)一高溫氣箱，然后將熱電器件平鋪于高溫氣箱的側(cè)壁之上，使該熱電器件的一側(cè)接觸汽車尾氣，形成高溫端；而另一側(cè)接觸冷卻裝置，形成低溫端，進(jìn)而熱電元件即可利用高溫端與低溫端之間的溫差將汽車廢氣中的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br> [0006]然而，由于該設(shè)計(jì)需要在高溫氣箱的外部安裝額外的冷卻裝置，因此將占用較多原本就非常有限的汽車底部空間。并且，使用該設(shè)計(jì)，熱電元件僅能安放于高溫氣箱的側(cè)壁之上，而箱體內(nèi)部廣大的空間無(wú)法充分利用，故其熱量利用效率比較低。
[0007]針對(duì)這一問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)CN 103104325中進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，其將發(fā)動(dòng)機(jī)的前排氣管在到達(dá)熱電發(fā)電裝置的進(jìn)氣口之前，均勻分成多個(gè)較細(xì)的氣管，分別與熱電發(fā)電裝置的多個(gè)進(jìn)氣口相連，然后在到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的后排氣管部分之前，該多個(gè)較細(xì)的高溫氣管重新合并成一個(gè)較粗的氣管。這種設(shè)計(jì)可以增加熱交換的面積，進(jìn)而提供了安放更多熱電器件的可能性，提高了熱利用率。
[0008]但是，該設(shè)計(jì)也增加了熱電發(fā)電裝置的總體積。并且，由于需要根據(jù)多個(gè)高溫氣管的位置來(lái)安裝相應(yīng)的冷卻裝置，使得總體結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。總之，現(xiàn)有的車用熱電發(fā)電裝置由于熱電器件本身和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面原因，其實(shí)際應(yīng)用和推廣還比較困難。
[0009]近年來(lái)，除了傳統(tǒng)的π形構(gòu)造的熱電器件，Weinberg等人還提出了可以將熱電器件設(shè)計(jì)成環(huán)形構(gòu)造的設(shè)想(參見(jiàn)F.J.Weinberg, D.M.Rowe, and G.Min, “Novel highperformance small-scale thermoelectric power generation employing regenerativecombustion systems，，，J.Phys.D: App1.Phys.35 (2002) L61-L63;以及G.Min andD.M.Rowe, “Ring-structured thermoelectric module”，Semicond.Sc1.Technol.22 (2007) 880-883)。
[0010]如圖1 (b)所示的環(huán)形構(gòu)造熱電器件中，η型和P型環(huán)形中空熱電元件交替沿柱狀熱源同軸排列。這種環(huán)形構(gòu)造適用于非平板狀熱源的環(huán)境，特別是熱流方向沿柱狀熱源的徑向傳輸?shù)沫h(huán)境。這一設(shè)想克服了傳統(tǒng)η形構(gòu)造的熱電器件只能應(yīng)用于平板狀熱源的環(huán)境的限制，大幅度拓寬了熱電器件的應(yīng)用范圍。但是，目前為止，還沒(méi)有專門針對(duì)具有該種環(huán)形構(gòu)造的熱電器件而設(shè)計(jì)的熱電發(fā)電裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于以上所述，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種車用熱電發(fā)電裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積緊湊，盡可能多的保留了原車底部的結(jié)構(gòu)，并且熱利用率高，可以更有效地將汽車尾氣廢熱轉(zhuǎn)化為電能。
[0012]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種車用熱電發(fā)電裝置，包括:設(shè)置于車輛的排氣管道上的箱體，所述箱體具備使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣流入的進(jìn)氣口和使該尾氣排出的出氣口 ；設(shè)置于所述箱體內(nèi)的多根相互平行的空心的管體，所述管體的排列方向與所述箱體中的氣流方向垂直；以及套設(shè)于各所述管體上的具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，在車輛運(yùn)行過(guò)程中，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣通過(guò)進(jìn)氣口流入箱體后從出氣口流出，由于多根相互平行的空心的管體的排列方向與箱體中的氣流方向垂直，因而流入箱體的尾氣與套設(shè)于各管體上的具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件的外圈接觸，形成高溫端；而此時(shí)冷卻劑流經(jīng)箱體內(nèi)的空心的管體，通過(guò)與該具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件的內(nèi)圈接觸換熱而在該熱電器件的內(nèi)圈形成低溫端。該熱電器件在存在溫差的環(huán)境下，基于塞貝克效應(yīng)即可將尾氣中的廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br> [0014]且由于該具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件的外表面整體暴露于高溫的尾氣環(huán)境之下，所以其熱利用效率很高。且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，克服了傳統(tǒng)的車用熱電發(fā)電裝置體積過(guò)大，結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜的特點(diǎn)，并提高了熱量利用效率。有助于促進(jìn)熱電發(fā)電裝置在汽車上的真正應(yīng)用。
[0015]又，在本發(fā)明中，也可以是，所述箱體設(shè)置于所述發(fā)動(dòng)機(jī)及消聲器之間的排氣管道上。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，尾氣從位于發(fā)動(dòng)機(jī)下游的排氣管道排出，從箱體的進(jìn)氣口流入該箱體后從出氣口流出，然后進(jìn)入下游的排氣管道和消聲器，排放到大氣中。
[0017]又，在本發(fā)明中，也可以是，還包括用于將所述熱電器件固定于所述管體的緊固組件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)緊固組件將熱電器件牢固地固定于管體，從而避免在車輛行駛過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)熱電器件的破壞。
[0019]又，在本發(fā)明中，也可以是，在所述箱體的與氣流方向平行的側(cè)壁上設(shè)有用于容納所述管體的多個(gè)孔。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)該設(shè)置于側(cè)壁上的多個(gè)孔，可以有利于將管體固定于箱體上。
[0021]又，在本發(fā)明中，也可以是，多根所述管體之間串聯(lián)連通后與車輛的冷卻系統(tǒng)相連。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，多根相互平行的空心的管體以串聯(lián)的方式連接形成一個(gè)整體冷卻裝置后與車輛的冷卻系統(tǒng)相連，有利于使來(lái)自冷卻系統(tǒng)的冷卻劑流經(jīng)箱體內(nèi)的各個(gè)管體。且由該多根管體構(gòu)成的車用熱電發(fā)電裝置的冷卻裝置基本上均安置在箱體內(nèi)部，從而有利于減小車用熱電發(fā)電裝置的體積，節(jié)約車輛底部空間。
[0023]又，在本發(fā)明中，也可以是，所述管體在所述箱體內(nèi)交錯(cuò)排列。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使管體在箱體內(nèi)交錯(cuò)排列，可以避免高溫氣流從進(jìn)氣口直接流向出氣口，進(jìn)而可以顯著增加氣流在箱體中的擾動(dòng)，提高熱電器件的熱利用率。
[0025]又，在本發(fā)明中，也可以是，各所述管體的外壁上設(shè)有電絕緣層。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在各管體的外壁上設(shè)置電絕緣層，可以實(shí)現(xiàn)管體與固定于其上的熱電器件之間的電絕緣。
[0027]又，在本發(fā)明中，也可以是，各所述熱電器件的外壁上設(shè)有保護(hù)層。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在各熱電器件的外壁上設(shè)置保護(hù)層，可以阻止車輛尾氣中的有害雜質(zhì)(如NO2或SO2)與熱電材料或者電極在高溫下發(fā)生反應(yīng)而對(duì)熱電器件產(chǎn)生惡化作用。
[0029]又，在本發(fā)明中，也可以是，所述熱電器件包括:沿所述管體的軸向依次交替排列的多個(gè)環(huán)形的P型熱電元件和N型熱電元件；設(shè)置于每個(gè)所述P型熱電元件與N型熱電元件之間的環(huán)形的隔離層；連接于每對(duì)所述P型熱電元件和N型熱電元件的外側(cè)壁上的高溫端電極；連接于相鄰對(duì)的所述P型熱電元件和N型熱電元件的內(nèi)側(cè)壁上的低溫端電極；以及分別連接于所述熱電器件的兩端的電極上的導(dǎo)線。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，可使該具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件以導(dǎo)熱并聯(lián)和導(dǎo)電串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形成，有利于熱電轉(zhuǎn)換效率的提聞。
[0031 ] 又，在本發(fā)明中，也可以是，所述熱電器件由方鈷礦基材料制成。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，以作為一種中高溫區(qū)熱電材料且具有優(yōu)良的熱電性能的方鈷礦基材料制成熱電器件，可大幅度提升熱電器件的熱電轉(zhuǎn)換效率。
[0033]根據(jù)下述【具體實(shí)施方式】并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的兩種不同構(gòu)造的熱電器件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1 (a)η形構(gòu)造的熱電器件，而圖1 (b)為環(huán)形構(gòu)造的熱電器件；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)的車用熱電發(fā)電裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3示出了圖2所示的車用熱電發(fā)電裝置的俯視圖；
圖4示出了圖2所示的車用熱電發(fā)電裝置的沿水平方向的剖視圖；
圖5示出了圖4中的A區(qū)域的放大示意圖；
圖6示出了圖4中的B區(qū)域的放大示意圖；
圖7示出了圖2所示的車用熱電發(fā)電裝置的沿垂直方向的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施形態(tài)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的車用熱電發(fā)電裝置。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)的車用熱電發(fā)電裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了圖2所示的車用熱電發(fā)電裝置的俯視圖；圖4示出了圖2所示的車用熱電發(fā)電裝置的沿水平方向的剖視圖；圖5和圖6示出了圖4的局部放大示意圖；且圖7示出了圖2所示的車用熱電發(fā)電裝置的沿垂直方向的剖視圖。
[0036]如圖2至圖4所示，本發(fā)明的車用熱電發(fā)電裝置，包括:設(shè)置于車輛的排氣管道4上的箱體2，該箱體2具備使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)I的尾氣流入的進(jìn)氣口 21和使該尾氣排出的出氣口 22 ;設(shè)置于該箱體2內(nèi)的多根相互平行的空心的管體5，該管體5的排列方向與箱體2中的氣流方向垂直；以及套設(shè)于各管體5上的具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件7。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，在車輛運(yùn)行過(guò)程中，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)I的尾氣通過(guò)進(jìn)氣口 21流入箱體2后從出氣口 22流出，由于多根相互平行的空心的管體5的排列方向與箱體2中的氣流方向垂直，因而流入箱體2的尾氣與套設(shè)于各管體5上的具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件7的外圈接觸，形成高溫端；而此時(shí)冷卻劑流經(jīng)箱體2內(nèi)的空心的管體5，通過(guò)與該具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件7的內(nèi)圈接觸換熱而在該熱電器件7的內(nèi)圈形成低溫端。該熱電器件7在存在溫差的環(huán)境下，基于塞貝克效應(yīng)即可將尾氣中的廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。且由于該具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件7的外表面整體暴露于高溫的尾氣環(huán)境之下，所以其熱利用效率很高。
[0038]具體地，上述箱體2為高溫氣箱，該高溫氣箱2可使用不銹鋼材料制成，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和抗震動(dòng)性。在圖2所示的實(shí)施形態(tài)中，該箱體2例如可以為長(zhǎng)方體的形狀，其可以設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)I及消聲器3之間的排氣管道4上。由此，尾氣從位于發(fā)動(dòng)機(jī)I下游的排氣管道4排出，從箱體2的進(jìn)氣口 21流入該箱體2后從出氣口 22流出，然后進(jìn)入排氣管道4和消聲器3，排放到大氣中。
[0039]在本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)中，選取不銹鋼制作空心的管體5，這是因?yàn)椴讳P鋼具有良好的導(dǎo)熱性，從而可以較快的將由熱電器件7的高溫端傳輸至低溫端的熱量帶走，有效地保持高溫端與低溫端之間的溫差。同時(shí)，不銹鋼材料的良好可焊性也可以使得此處的空心管體5很容易地被焊接于箱體2的側(cè)壁之上。
[0040]此外，在該箱體2的與氣流方向平行的側(cè)壁23上設(shè)有用于容納管體5的多個(gè)孔24。例如，參見(jiàn)圖3與圖4，在該實(shí)施形態(tài)中，上述箱體2的與氣流方向平行的兩個(gè)側(cè)壁23上分別設(shè)有多個(gè)孔24，用以固定多根空心的管體5，該孔24的內(nèi)徑需要與管體5的外徑一致。兩個(gè)側(cè)壁23上的孔24的位置完全對(duì)稱。通過(guò)該設(shè)置于側(cè)壁上的多個(gè)孔，可以有利于將管體5固定于箱體2上。
[0041]具體地，將上述套設(shè)有熱電器件7的管體5，安放于箱體2的兩個(gè)側(cè)壁23上的互相對(duì)稱的孔24內(nèi)，其排列方式與箱體2中的氣流方向垂直。每根管體5均貫穿箱體2的兩個(gè)側(cè)壁23，即每根管體5的兩端均位于箱體2的外部。然后，通過(guò)電弧焊接或氬弧焊接的方式將管體5牢固地焊接于箱體2之上，并且保證管體5四周的空隙被完全密封，以使得汽車尾氣只在箱體2的進(jìn)氣口 21與出氣口 22之間流動(dòng)，而不會(huì)從側(cè)壁泄露出箱體2。
[0042]另外，參見(jiàn)圖7所示，多根管體5可在箱體2內(nèi)交錯(cuò)排列。由此，可以避免高溫氣流從進(jìn)氣口 21直接流向出氣口 22，進(jìn)而可以顯著增加氣流在箱體2中的擾動(dòng)，提高熱電器件的熱利用率。在此情況下，上述側(cè)壁上的孔24的分布可設(shè)計(jì)為使得固定于該孔24上的管體5實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)排列。
[0043]又，在本發(fā)明中，多根管體5之間可串聯(lián)連通后與車輛的冷卻系統(tǒng)相連。具體地，如圖3所示，多根相互平行的空心的管體5的位于箱體2外部的部分通過(guò)U形管51連接，從而多根管體5以串聯(lián)的方式連接形成一個(gè)整體冷卻裝置，整體冷卻裝置可具有出水口與進(jìn)水口，以與車輛的冷卻系統(tǒng)相連。從而，有利于使來(lái)自冷卻系統(tǒng)的冷卻劑流經(jīng)箱體2內(nèi)的各個(gè)管體5。且由該多根管體5構(gòu)成的車用熱電發(fā)電裝置的冷卻裝置基本上均安置在箱體2的內(nèi)部，從而有利于減小車用熱電發(fā)電裝置的體積，節(jié)約車輛底部空間。
[0044]又，在本發(fā)明中，各管體5的外壁上可設(shè)有電絕緣層，通過(guò)在各管體5的外壁上設(shè)置電絕緣層，可以實(shí)現(xiàn)管體5與固定于其上的熱電器件7之間的電絕緣。該電絕緣層可以是使用反應(yīng)濺射、等離子噴涂、微弧氧化等方法，預(yù)先在管體5的外表面上沉積的一層導(dǎo)熱性良好、電絕緣的、致密的Al2O3層，其厚度可為10?500 μ m。且，該包裹有諸如Al2O3層那樣的電絕緣層的管體5的外徑可以比熱電器件7的內(nèi)徑小0.05?0.5_，從而使得該熱電器件7可以套在管體5之上。
[0045]又，參見(jiàn)圖4和圖6，在將該熱電器件7套設(shè)于管體5之上后，可通過(guò)緊固組件8將熱電器件7牢固地固定于管體5,從而避免在車輛行駛過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)熱電器件7的破壞。例如，在各熱電器件7的兩端采用緊固組件8將該熱電器件7夾緊并牢固地固定于管體5之上。
[0046]更具體地，如圖6所示，每個(gè)緊固組件8均可包括兩個(gè)對(duì)稱的Ω形部件13，該Ω形部件13例如可由不銹鋼制成。在每個(gè)Ω形部件13的兩端均各有一個(gè)孔13a，將緊固螺栓14穿過(guò)該孔13a并通過(guò)緊固螺母15將兩個(gè)Ω形部件13鎖緊于管體5之上，即可以將兩個(gè)Ω形部件13之間的熱電器件7夾緊并牢固地固定于管體5之上。且該Ω形部件13的圓弧處的內(nèi)徑與包裹有Al2O3層的管體5的外徑相同。但本發(fā)明不限于此，也可以形成為其他任意結(jié)構(gòu)的緊固組件，只要能將熱電器件7牢固地固定于管體5即可。
[0047]又，在本發(fā)明中，在每根管體5上的每個(gè)環(huán)形構(gòu)造的熱電器件7，其內(nèi)徑可為5?20mm,外徑可為10?50mm,且每個(gè)熱電器件7的長(zhǎng)度可為100?500_。
[0048]且在各熱電器件7的外壁上可設(shè)有保護(hù)層9。該保護(hù)層9均勻致密，可以選用Mo/Si/SiOx,總厚度約為0.5?50 μ m，制備方法可以選用磁控濺射等，其中Mo與熱電材料直接接觸，Si位于中間，SiOr位于最外層。通過(guò)設(shè)置該保護(hù)層9，可以阻止車輛尾氣中的有害雜質(zhì)(如NO2或SO2)與熱電材料或者電極在高溫下發(fā)生反應(yīng)而對(duì)熱電器件產(chǎn)生惡化作用。
[0049]在圖4和圖5所示的實(shí)施形態(tài)中，上述熱電器件7包括:沿管體5的軸向依次交替排列的多個(gè)環(huán)形的P型熱電元件IOa和N型熱電元件IOb ；設(shè)置于每個(gè)P型熱電元件IOa與N型熱電元件之間IOb的環(huán)形的隔離層12 ;連接于每對(duì)P型熱電元件IOa和N型熱電元件IOb的外側(cè)壁上的高溫端電極Ila ;連接于相鄰對(duì)的P型熱電元件IOa和N型熱電元件IOb的內(nèi)側(cè)壁上的低溫端電極Ilb ;以及分別連接于該熱電器件7的兩端的電極上的導(dǎo)線6。由此以每對(duì)熱電元件之間形成導(dǎo)熱并聯(lián)和導(dǎo)電串聯(lián)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件7，有利于熱電轉(zhuǎn)換效率的提聞。
[0050]在本發(fā)明中，熱電器件7可由方鈷礦基材料制成，具體地，上述P型熱電元件IOa為P型方鈷礦基環(huán)形熱電元件，且上述N型熱電元件IOb為η型方鈷礦基環(huán)形熱電元件。以作為一種中高溫區(qū)熱電材料且具有優(yōu)良的熱電性能的方鈷礦基材料制成熱電器件7，可大幅度提升熱電器件的熱電轉(zhuǎn)換效率。優(yōu)選地，所使用的熱電材料可以為填充方鈷礦，摻雜方鈷礦，或填充的摻雜方鈷礦等。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在制備一實(shí)施形態(tài)的車用熱電發(fā)電裝置時(shí)，可以先于空心不銹鋼管體5的外表面通過(guò)反應(yīng)濺射、等離子噴涂、微弧氧化法等沉積一層電絕緣的致密Al2O3層，其厚度為10?500 μ m。
[0052]然后將該表面已包裹了電絕緣層的空心不銹鋼管體5穿進(jìn)方鈷礦基環(huán)形熱電器件7的中心孔之中，該環(huán)形熱電器件7的表面已經(jīng)預(yù)先濺射一層護(hù)層。在該環(huán)形熱電器件7的兩端，使用緊固組件8將熱電器件7夾緊并牢固地固定在空心不銹鋼管體5之上。然后將固定有環(huán)形熱電器件7的空心不銹鋼管體5焊接在箱體2的兩個(gè)側(cè)壁23上預(yù)先設(shè)計(jì)的孔24之中。
[0053]焊接完成后，使用U形管51將多根空心不銹鋼管體5以串接的方式連接成為一個(gè)整體的冷卻裝置，與汽車的冷卻系統(tǒng)相連接。另外，在每個(gè)環(huán)形熱電器件7之間，可以使用導(dǎo)線6以串聯(lián)或并聯(lián)的形式，與汽車的外電路連接。
[0054]以下詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的車用熱電發(fā)電裝置的一具體實(shí)施例及其制備過(guò)程。該車用熱電發(fā)電裝置主要位于長(zhǎng)方體形的高溫氣箱2內(nèi)部。該高溫氣箱2具有進(jìn)氣口 21和出氣口 22，分別與汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)I下游的排氣管道4和消聲器3上游的排氣管道4連接。高溫尾氣從發(fā)動(dòng)機(jī)I排出，流經(jīng)高溫氣箱2后進(jìn)入后排氣管道4和消聲器3，然后排放到大氣中。
[0055]該高溫氣箱2的內(nèi)部的每根空心不銹鋼管體5的兩端均延伸出高溫氣箱2外壁，彼此間以U形管51串聯(lián)連接構(gòu)成一個(gè)整體連通的冷卻裝置，并與車用冷卻系統(tǒng)相連接。
[0056]且在該實(shí)施例中，該管體5的外徑為9.S+aiIiim,內(nèi)徑為7mm。管體5的表面已通過(guò)等離子噴涂預(yù)先沉積一層厚度為20 μ m的Al2O3層。
[0057]在每根管體5之上，均固定有一組表面已通過(guò)磁控濺射制備了一層均勻致密的Mo/Si/SiOx層作為保護(hù)層9的方鈷礦基環(huán)形熱電器件7。該環(huán)形熱電器件7套設(shè)在管體5之上，兩端使用緊固組件8將其夾緊并牢固地固定于管體5之上，以避免車輛在行駛過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)熱電發(fā)電裝置造成破壞。其中，該Mo/Si/SiOx保護(hù)層9用以隔絕汽車尾氣與熱電器件7的直接接觸，進(jìn)而避免汽車尾氣中具有腐蝕性的雜質(zhì)(如NO2或SO2)在高溫下對(duì)熱電器件7中的熱電元件10以及電極材料11的損害。
[0058]通過(guò)氬弧焊的方式，將管體5牢固地焊接于高溫氣箱2的側(cè)壁23之上，并保證焊接處完全密封，即汽車尾氣只在高溫氣箱2的進(jìn)氣口 21與出氣口 22之間流動(dòng)，而不會(huì)從側(cè)壁泄露出高溫氣箱2。
[0059]在本具體實(shí)施例中，沿水平方向，每個(gè)環(huán)形熱電器件7之間的最短距離為20mm。且本實(shí)施例選用方鈷礦基環(huán)形熱電器件7。該環(huán)形熱電器件7的內(nèi)徑為10mm，外徑為20mm。
[0060]在每個(gè)環(huán)形熱電器件7中，P型方鈷礦熱電元件IOa和η型方鈷礦熱電元件IOb沿管體5軸向依次交替排列，具有極低熱導(dǎo)率的白云母片作為隔離層材料12位于P型方鈷礦熱電元件IOa和η型方鈷礦熱電元件IOb之間，起到將P型熱電元件IOa和η型熱電元件IOb之間實(shí)現(xiàn)熱絕緣的目的。此處P型熱方鈷礦電元件IOa和η型方鈷礦熱電元件IOb的厚度均為3mm。
[0061]在每個(gè)環(huán)形熱電器件7的內(nèi)部，P型方鈷礦熱電元件IOa和η型方鈷礦熱電元件IOb之間以Mo5tlCu5tl合金作為電極11進(jìn)行連接形成導(dǎo)電串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其中位于環(huán)形熱電元件外圈側(cè)壁的電極Ila為高溫端電極，位于環(huán)形熱電元件內(nèi)圈側(cè)壁的電極Ilb為低溫端電極，高溫端電極Ila與低溫端電極Ilb沿軸向依次交替排列。且在每個(gè)環(huán)形熱電器件7的兩端，均有Cu導(dǎo)線6引出，并與汽車的電路進(jìn)行連接。[0062]又，在本發(fā)明的又一具體實(shí)施例中，如圖7所示，在高溫氣箱2中，沿與氣流垂直的方向依次有B根和(B-1)根互相平行的管體5，其中根數(shù)較少的每列中的管體5與根數(shù)較多的每列中的管體5交錯(cuò)排列，即沿氣流方向排列的第偶數(shù)行中的每根管體5和前一奇數(shù)行中的與該一根管體5相鄰的兩根管體5呈“品”字形排列。以避免高溫氣流從進(jìn)氣口 21直接流向出氣口 22，進(jìn)而可以顯著增加氣流在高溫氣箱2中的擾動(dòng)，提高熱電發(fā)電器件的熱利用率。
[0063]在本具體實(shí)施例中，沿與氣流垂直的方向，每個(gè)環(huán)形熱電器件7之間的最短距離為2_。且每個(gè)環(huán)形熱電器件7以串聯(lián)的形式，連接成為一個(gè)整體電路，與汽車的電路連接。
[0064]在不脫離本發(fā)明的基本特征的宗旨下，本發(fā)明可體現(xiàn)為多種形式，因此本發(fā)明中的實(shí)施形態(tài)是用于說(shuō)明而非限制，由于本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定而非由說(shuō)明書(shū)限定，而且落在權(quán)利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價(jià)范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)理解為包括在權(quán)利要求書(shū)中。
【權(quán)利要求】
1.一種車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，包括: 設(shè)置于車輛的排氣管道上的箱體，所述箱體具備使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣流入的進(jìn)氣口和使該尾氣排出的出氣口； 設(shè)置于所述箱體內(nèi)的多根相互平行的空心的管體，所述管體的排列方向與所述箱體中的氣流方向垂直；以及 套設(shè)于各所述管體上的具有環(huán)形構(gòu)造的熱電器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，所述箱體設(shè)置于所述發(fā)動(dòng)機(jī)及消聲器之間的排氣管道上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，還包括用于將所述熱電器件固定于所述管體的緊固組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，在所述箱體的與氣流方向平行的側(cè)壁上設(shè)有用于容納所述管體的多個(gè)孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，多根所述管體之間串聯(lián)連通后與車輛的冷卻系統(tǒng)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，所述管體在所述箱體內(nèi)交錯(cuò)排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，各所述管體的外壁上設(shè)有電絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，各所述熱電器件的外壁上設(shè)有保護(hù)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，所述熱電器件包括:沿所述管體的軸向依次交替排列的多個(gè)環(huán)形的P型熱電元件和N型熱電元件； 設(shè)置于每個(gè)所述P型熱電元件與N型熱電元件之間的環(huán)形的隔離層； 連接于每對(duì)所述P型熱電元件和N型熱電元件的外側(cè)壁上的高溫端電極； 連接于相鄰對(duì)的所述P型熱電元件和N型熱電元件的內(nèi)側(cè)壁上的低溫端電極；以及 分別連接于所述熱電器件的兩端的電極上的導(dǎo)線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的車用熱電發(fā)電裝置，其特征在于，所述熱電器件由方鈷礦基材料制成。
【文檔編號(hào)】F01N5/02GK103758617SQ201410046453
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】仇鵬飛, 陳立東, 黃向陽(yáng), 吳汀, 顧明, 夏緒貴 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所