本實用新型涉及溫差發(fā)電、熱吸收與傳遞、發(fā)動機(jī)尾氣管結(jié)構(gòu)對發(fā)動機(jī)性能的影響等領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于汽車尾氣溫差發(fā)電的高熱吸收傳導(dǎo)性能排氣管。

背景技術(shù)：

目前，排氣管是僅僅針對發(fā)動機(jī)排氣目的使用，其橫截面一般呈圓形或橢圓形，且為中空結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的排氣管吸熱面積小、存儲熱體積小、熱吸收效率低，且熱存儲和傳導(dǎo)能力有限，不適用溫差發(fā)電。另外，在溫差發(fā)電中需使用溫差發(fā)電片，溫差發(fā)電片普遍呈片狀，現(xiàn)有的排氣管形狀也不利于安裝溫差發(fā)電片。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種適用于汽車尾氣溫差發(fā)電的高熱吸收傳導(dǎo)性能排氣管。

本實用新型基于熱吸收和熱傳導(dǎo)理論對發(fā)動機(jī)排氣管結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以增大排氣管和溫差發(fā)電片的接觸面積，這樣可增大熱傳遞效能；同時，增大排氣管和尾氣的接觸面積，這樣可增大排氣管對尾氣的熱吸收能力。

為達(dá)到上述目的，本實用新型提供的適用于汽車尾氣溫差發(fā)電的高熱吸收傳導(dǎo)能力排氣管，包括若干正構(gòu)傳熱主體件和若干異構(gòu)傳熱主體件，正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件通過連接件交替串聯(lián)構(gòu)成排氣管，所述的連接件為法蘭盤結(jié)構(gòu)；其中：

正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件為橫截面尺寸相同的正N棱柱管；正構(gòu)傳熱主體件內(nèi)設(shè)N支葉片，各葉片分別垂直設(shè)于各側(cè)壁上，在正構(gòu)傳熱主體件的正N邊形橫截面上，葉片分別與正N邊形的N條邊的中垂線重合；

異構(gòu)傳熱主體件內(nèi)也設(shè)N支葉片，N支葉片分別設(shè)于相鄰側(cè)壁形成的夾角處并平分相鄰側(cè)壁形成的夾角；

上述N為經(jīng)驗值，在4～16范圍取值。

進(jìn)一步的，正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的橫截面邊長S＝A+Δ，其中，A為發(fā)電片邊長，Δ為發(fā)電片的安裝冗余，Δ在0.1mm～2.0mm范圍取值。

進(jìn)一步的，N采用經(jīng)驗公式確定，其中，S為正構(gòu)傳熱主體件或異構(gòu)傳熱主體件的橫截面邊長；D₀為傳統(tǒng)排氣管的最大直徑。

進(jìn)一步的，正構(gòu)傳熱主體件中，各葉片的高度為正構(gòu)傳熱主體件橫截面的內(nèi)切圓半徑的37％～43％。

進(jìn)一步的，異構(gòu)傳熱主體件中，各葉片的高度為異構(gòu)傳熱主體件橫截面的內(nèi)切圓半徑的40％～46％。

進(jìn)一步的，葉片采用耐高溫抗腐蝕的不銹鋼。

進(jìn)一步的，葉片長度Lv為150mm～500mm，且Lv＝k(A+Δ)，k取正整數(shù)。

進(jìn)一步的，正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的長度比葉片長度Lv長10～30mm。

進(jìn)一步的，正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件通過連接件交替串聯(lián)構(gòu)成排氣管，具體為：

正構(gòu)傳熱主體件兩端固定于兩法蘭盤內(nèi)，異構(gòu)傳熱主體件兩端也固定于兩法蘭盤內(nèi)，通過將法蘭盤連接，實現(xiàn)正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的交替串聯(lián)。

進(jìn)一步的，正構(gòu)傳熱主體件、異構(gòu)傳熱主體件與法蘭盤獨立制造，然后焊接一起；或者，正構(gòu)傳熱主體件、異構(gòu)傳熱主體件與法蘭盤通過打印方式一體制造。

本實用新型具有如下優(yōu)點：

(1)正N邊形的管體結(jié)構(gòu)更適于安裝平面式溫差發(fā)電片：

由于工藝成本等原因，目前的溫差發(fā)電片均設(shè)計制作成平面式，正N邊形管體表面是平面，正好與溫差發(fā)電片結(jié)構(gòu)匹配。

(2)內(nèi)置輻射狀葉片，大大增加吸熱面積：

排氣管腔體內(nèi)設(shè)輻射狀葉片，可大大增大熱源(即尾氣)的吸收面積和傳導(dǎo)體積，從而顯著增加熱吸收率、熱存儲體積和傳導(dǎo)速度。

(3)正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件交替安裝，葉片交錯，增大擾流，吸熱更充分：

傳熱主體分成多段，相鄰的正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的葉片最大限度錯開，形成良好的擾流、梳理氣流等效果，增大熱吸收率，且不會影響排氣速度。

(4)連接件含法蘭盤結(jié)構(gòu)，尺寸可變，適應(yīng)于各種排量的發(fā)動機(jī)

各段之間連接件由法蘭盤和正N棱柱管體構(gòu)成，各構(gòu)件尺寸可變，故只需按比例改變構(gòu)件尺寸，就能廣泛適用于各發(fā)動機(jī)不同尺寸排氣管。

(5)葉片、連接器可獨立加工：

葉片和連接器的加工精度要求沒有正、異構(gòu)吸熱傳熱主體管體的表面精度要求高，三者者可以通過打印等方式一體制造；也可分開制造，再焊接在一起，加工靈活。

總之，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果：

大大增加了熱源的吸收面積和傳導(dǎo)體積，從而顯著增加熱吸收率、熱存儲體積和傳導(dǎo)速度；同時，不會影響排氣速度；易于加工；能適用于各型汽車尺寸的尾氣溫差發(fā)電。

附圖說明

圖1為實施例中正構(gòu)傳熱主體件的截面圖；

圖2為圖1所示正構(gòu)傳熱主體件的局部示意圖；

圖3為實施例中異構(gòu)傳熱主體件的截面圖；

圖4為圖3所示異構(gòu)傳熱主體件的局部示意圖；

圖5為實施例中采用的法蘭盤連接件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖(a)為側(cè)剖示意圖，圖(b)為正視圖；

圖6為正構(gòu)傳熱主體件與法蘭盤的連接示意圖，其中，圖(a)為側(cè)剖示意圖，圖(b)為正視圖；

圖7為正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的位置關(guān)系示意圖。

具體實施方式

本實用新型為具備高熱吸收傳導(dǎo)能力的旨在適用于汽車尾氣溫差發(fā)電的排氣管，下面將結(jié)合設(shè)計思路和實施例進(jìn)一步說明本實用新型技術(shù)方案。

本實用新型中，正N棱柱管和其內(nèi)設(shè)置的正構(gòu)葉片構(gòu)成正構(gòu)傳熱主體件，正N棱柱管和其內(nèi)設(shè)置的異構(gòu)葉片構(gòu)成異構(gòu)傳熱主體件，正構(gòu)傳熱主體件和兩端的連接件構(gòu)成正構(gòu)傳熱組合件，異構(gòu)傳熱主體件和兩端的連接件構(gòu)成異構(gòu)傳熱組合件，正構(gòu)傳熱組合件和異構(gòu)傳熱組合件交替串聯(lián)構(gòu)成本實用新型排氣管。

1、排氣管外形結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)排氣管一般為圓管或橢圓管，即其橫截面為圓形或橢圓形。本實用新型中將排氣管設(shè)計為正棱柱管，即橫截面為正N邊形，其邊長S設(shè)計為適應(yīng)發(fā)電片安裝的尺寸，即：

S＝A+Δ (1)

式(1)中，A為發(fā)電片邊長，Δ為發(fā)電片的安裝冗余，Δ取0.1mm～2.0mm為宜。

邊數(shù)N的取值范圍為4～16，其主要取決于邊長S和傳統(tǒng)排氣圓管的最大直徑D₀，并綜合考慮發(fā)動機(jī)排量、排氣管數(shù)量、排氣管橫截面面積、吸熱傳熱效能和工藝成本等因素，通過多次試驗并比對效果確定。

邊數(shù)N可采用如下經(jīng)驗公式確定：

式(2)中，D₀為傳統(tǒng)排氣管的最大直徑。

若原始的傳統(tǒng)排氣管橫截面為圓形，則D₀為圓形直徑；若原始的傳統(tǒng)排氣管橫截面為橢圓，則D₀為橢圓大徑)。取整以靠近原始的傳統(tǒng)排氣管橫截面為原則，一般采用四舍五入法。

2、吸熱傳熱體的設(shè)計

本實用新型排氣管腔內(nèi)設(shè)計有輻射狀葉片，構(gòu)成吸熱傳熱主體。根據(jù)葉片位置不同，吸熱傳熱主體分為正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件。

見圖1～2，正構(gòu)傳熱主體件結(jié)構(gòu)中，在橫截面上，N支葉片分別與正N邊形N條邊的中垂線重合，所有葉片均指向正N邊形中心。本實施例中，葉片高度Hv1為正N邊形內(nèi)切圓半徑的40％，葉片頂端寬20±2mm，葉片兩側(cè)形成1：40的斜度。

見圖3～4，異構(gòu)傳熱主體件結(jié)構(gòu)中，在橫截面上，N支葉片分別位于正N邊形的N條對角線上，所有葉片均指向正N邊形的中心。本實施例中，葉片高度Hv2為正N邊形內(nèi)切圓半徑的45％。

正N邊形內(nèi)切圓直徑D計算公式為：

本實用新型中，所有葉片的形狀、尺寸和所采用材料均相同。葉片材料采用耐高溫抗腐蝕的不銹鋼，包括但不局限于不銹鋼409、不銹鋼400、不銹鋼434、不銹鋼444、不銹鋼18SR、不銹鋼309S、不銹鋼302、不銹鋼304、不銹鋼316等。

本實施例中，正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的外表面的表面粗糙度為：最大峰值高度Rp≤0.5mm，且最大谷值深度Rv≥-0.5mm。

3、連接件和安裝的適應(yīng)設(shè)計

見圖7，本實用新型將正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件交替串聯(lián)，具體為：正構(gòu)傳熱主體件兩端固定于兩法蘭盤內(nèi)，異構(gòu)傳熱主體件兩端也固定于兩法蘭盤內(nèi)，通過將法蘭盤連接，從而實現(xiàn)正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的串聯(lián)。作為優(yōu)選，連接的法蘭盤間設(shè)有石棉墊密封。相鄰的正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件內(nèi)葉片完全錯開，這樣葉片能使得尾氣氣流更加均勻分布、彼此充分接觸，增大了傳熱效能。連接件采用與正N邊形尺寸匹配的法蘭盤，見圖5。法蘭盤內(nèi)接吸熱傳熱主體，法蘭盤和吸熱傳熱主體可獨立制造，然后焊接一起；也可以一體制造。圖6以正構(gòu)傳熱主體件為例，示出了法蘭盤與吸熱傳熱主體的連接示意圖。

正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的長度太長不能形成良好的擾流，太短又會使連接件占據(jù)太大比例，熱流失增大，作為優(yōu)選，正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件中葉片的長度Lv設(shè)為150mm～500mm，且Lv＝k(A+Δ)，k取正整數(shù)；而正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的長度設(shè)為Lv+(10～30)mm，即正構(gòu)傳熱主體件和異構(gòu)傳熱主體件的長度比葉片長度長10～30mm。