本實(shí)用新型涉及節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用相變材料的汽車尾氣余熱溫差發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車數(shù)量的不斷增加，車輛消耗的能源與日俱增，車輛節(jié)能越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在這一形勢(shì)下，溫差發(fā)電技術(shù)在汽車尾氣余熱利用方面的研究與應(yīng)用不斷發(fā)展。溫差發(fā)電是一種新型的、環(huán)保的發(fā)電方式，其原理是：根據(jù)塞貝克效應(yīng)，維持聯(lián)結(jié)成電偶對(duì)的半導(dǎo)體器件兩端的溫差，在這個(gè)半導(dǎo)體器件中就會(huì)產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。
汽車在行駛的過(guò)程中，排氣溫度可達(dá)600-800℃，依據(jù)半導(dǎo)體的溫差發(fā)電原理，可以將廢氣余熱轉(zhuǎn)化為電能，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。然而受到溫差發(fā)電模塊制作工藝和現(xiàn)有溫差發(fā)電技術(shù)的限制，溫差發(fā)電模塊熱端有一定的安全工作溫度，該溫度不僅與溫差發(fā)電材料的最佳工作溫度有關(guān)，還與溫差發(fā)電模塊制作中所用焊料的熔點(diǎn)等相關(guān)。溫差發(fā)電模塊的熱端最高溫度不可超過(guò)此上限值，否則將引起開(kāi)焊等問(wèn)題，造成溫差發(fā)電器無(wú)法正常工作。而汽車在實(shí)際行駛中，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況一直在變化，造成排氣管的溫度是變化的，從而使溫差發(fā)電器熱端溫度不在溫差發(fā)電器的安全工作溫度范圍內(nèi)。為盡可能保證溫差發(fā)電器的性能、穩(wěn)定的輸出電壓、一定的熱應(yīng)力適應(yīng)程度及運(yùn)行壽命，一個(gè)解決途徑是維持其熱端的溫度在溫差發(fā)電片的安全工作溫度范圍內(nèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種采用相變材料的汽車尾氣余熱溫差發(fā)電裝置，該裝置能夠使溫差發(fā)電器的熱端溫度維持在溫差發(fā)電片的安全工作溫度范圍內(nèi)。
本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種采用相變材料的汽車尾氣余熱溫差發(fā)電裝置，包括貼合固定在排氣管上的導(dǎo)熱體，在所述導(dǎo)熱體上固定有溫差發(fā)電器，所述溫差發(fā)電器的熱端貼合在所述導(dǎo)熱體的外表面上，在所述溫差發(fā)電器的冷端設(shè)有散熱器，在所述導(dǎo)熱體內(nèi)靠近所述溫差發(fā)電器的一側(cè)設(shè)有相變材料容納腔，在所述相變材料容納腔中填充有相變材料。
在所述相變材料內(nèi)填充有泡沫金屬。
所述相變材料容納腔采用長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
在所述導(dǎo)熱體的外表面上貼合有與所述溫差發(fā)電器對(duì)接的保溫絕熱板。
所述導(dǎo)熱體設(shè)有與排氣管貼合的內(nèi)側(cè)圓弧面以及與所述溫差發(fā)電器熱端貼合的外側(cè)平面；所述散熱器為翅式散熱器，所述翅式散熱器的平面?zhèn)扰c所述溫差發(fā)電器的冷端貼合，所述翅式散熱器的翅片與汽車長(zhǎng)度方向一致。
所述導(dǎo)熱體設(shè)有與排氣管貼合的半圓形內(nèi)側(cè)圓弧面，所述導(dǎo)熱體設(shè)置在排氣管的下方，所述導(dǎo)熱體的頂端和底端均為平面，所述導(dǎo)熱體采用半圓形抱箍固定在排氣管上，所述溫差發(fā)電器的熱端貼合在所述導(dǎo)熱體的底端平面上，在所述導(dǎo)熱體的頂端平面以及周圍表面上均貼合有所述保溫絕熱板。
本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：通過(guò)采用在導(dǎo)熱體輸出端設(shè)置相變材料，采用相變材料使溫差發(fā)電器的熱端溫度維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，進(jìn)而大大提高溫差發(fā)電器的性能以及輸出電壓的穩(wěn)定性，并在一定程度上延長(zhǎng)了溫差發(fā)電器的運(yùn)行壽命。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、半圓形抱箍，2、排氣管，3、螺釘，4、導(dǎo)熱體，5、保溫絕熱板，6、溫差發(fā)電器，7、翅式散熱器，8、相變材料。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：
請(qǐng)參閱圖1，一種采用相變材料的汽車尾氣余熱溫差發(fā)電裝置，包括貼合固定在排氣管2上的導(dǎo)熱體4，在所述導(dǎo)熱體4上固定有溫差發(fā)電器6，所述溫差發(fā)電器6的熱端貼合在所述導(dǎo)熱體4的外表面上，在所述溫差發(fā)電器6的冷端設(shè)有散熱器7，在所述導(dǎo)熱體內(nèi)靠近所述溫差發(fā)電器7的一側(cè)設(shè)有相變材料容納腔，在所述相變材料容納腔中填充有相變材料8。
如果相變材料容納腔的結(jié)構(gòu)不恰當(dāng)可能會(huì)引起溫差發(fā)電器熱端溫度分布不均勻；溫差發(fā)電器熱端溫度會(huì)受到相變材料導(dǎo)熱性能的限制。上述兩方面均會(huì)導(dǎo)致發(fā)電效率低。針對(duì)此問(wèn)題，可通過(guò)在一定初始條件和邊界條件下的模擬計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋找最優(yōu)的相變材料容腔結(jié)構(gòu)。例如，可將本實(shí)施例中的相變材料容納腔由長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)改成三棱柱結(jié)構(gòu)。通過(guò)模擬計(jì)算，綜合考慮溫度分布和發(fā)電效率，選擇最佳的相變材料容納腔結(jié)構(gòu)。為了提高導(dǎo)熱系數(shù)，在所述相變材料8內(nèi)填充有泡沫金屬。為了有效減少熱量損失，提高發(fā)電器熱端溫度，進(jìn)而提高發(fā)電效率和功率，在所述導(dǎo)熱體4的外表面上貼合有與所述溫差發(fā)電器6對(duì)接的保溫絕熱板5。為了提高發(fā)電器熱端溫度，提高發(fā)電效率和功率，方便溫差發(fā)電器6的安裝，所述導(dǎo)熱體4設(shè)有與排氣管4貼合的內(nèi)側(cè)圓弧面以及與所述溫差發(fā)電器6熱端貼合的外側(cè)平面；所述散熱器為翅式散熱器7，所述翅式散熱器7的平面?zhèn)扰c所述溫差發(fā)電器6的冷端貼合，所述翅式散熱器7的翅片與汽車長(zhǎng)度方向一致，有助于汽車行駛中氣流流過(guò)翅片的各個(gè)換熱面。更加具體的，考慮到安裝空間有限，所述導(dǎo)熱體4設(shè)有與排氣管2貼合的半圓形內(nèi)側(cè)圓弧面，所述導(dǎo)熱體4設(shè)置在排氣管2的下方，所述導(dǎo)熱體4的頂端和底端均為平面，所述導(dǎo)熱體4采用半圓形抱箍1固定在排氣管2上，所述溫差發(fā)電器6的熱端貼合在所述導(dǎo)熱體4的底端平面上，在所述導(dǎo)熱體4的頂端平面以及周圍表面上均貼合有所述保溫絕熱板5，所述導(dǎo)熱體4、保溫絕熱板5和半圓形抱箍1采用螺釘3固接在一起。在本實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱體4是采用高導(dǎo)熱材料制成的，例如：銅或鋁等。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下：
汽車啟動(dòng)后，產(chǎn)生高溫汽車尾氣，溫差發(fā)電器6隨之進(jìn)入工作狀態(tài)。溫差發(fā)電器6的熱端吸收由高導(dǎo)熱材料4傳遞的熱量，冷端通過(guò)翅式散熱器7發(fā)生強(qiáng)迫對(duì)流換熱，將熱量排至空氣中，從而維持冷熱端的溫差。當(dāng)汽車行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，排氣管的溫度會(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況發(fā)生變化,從而使高導(dǎo)熱材料4的溫度不斷變化。當(dāng)高導(dǎo)熱材料4的溫度高于溫差發(fā)電器6的安全工作溫度范圍上限時(shí)，相變材料8將發(fā)生相變，相變過(guò)程吸熱，溫度保持基本恒定，使得溫差發(fā)電器6的熱端溫度維持在安全工作溫度范圍上限以下。
盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。