资源描述：
《汽车尾气温差发电装置的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、网络出版时间：2014-12-0209:27网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/43.1362.U.20141205.1122.064.html公路与汽运12Highways&AutomotiveApplications总第165期汽车尾气温差发电装置的设计李淼林,赵勇杰,黄科(华南理工大学广州学院汽车工程学院,广东广州510800)摘要:节能减排和提高发动机热效率是汽车工业界的研究热点。文中简要阐述了半导体温差发电的原理,提出利用汽车尾气余热和冷却液水冷形成温差发电;基于Solidworks设计了
2、一种汽车尾气温差发电装置,并详细介绍了该汽车尾气温差发电装置的结构及在汽车上的布置。关键词:汽车;尾气;温差发电;发电片;电动汽车中图分类号:U469.72文献标志码:A文章编号:1671-2668(2014)06-0012-03随着中国汽车工业的发展,传统燃油汽车的能端产生热源和冷源,通过两端的温度差产生电能。耗与日俱增,汽车节能减排和如何提高汽车发动机温差发电的效率与热电模块的性能、两端的温差及热效率一直是人们关注的焦点。研究表明,目前汽其在废气通道箱体上的布置形式有关。车发动机的热效率不到30%,大部分能量损失于发2热电模块的性能研究
3、动机的冷却水和车辆排放的高温尾气中。若将发动机的尾气废热进行回收再利用,通过特定装置将尾2.1热电材料的选择气废热转换成电能给蓄电池充电,可提供汽车行驶汽车尾气废热温差发电效率与热电模块的性能辅助动力,同时可提高汽车的燃料利用率,减少汽车有直接关系。目前用于温差发电的热电材料大多是尾气排放和空气污染,从而提升整车综合性能。半导体,它具有体积小、重量轻、无运动部件、寿命长、移动方便、可靠性高以及无污染等诸多优点。无1汽车尾气温差发电的基本原理论汽车处于何种工况,该温差发电装置都可以实现半导体温差发电的基本原理如图1所示。它是对蓄电池进行稳定供
4、电。在不同的温度范围内,热由两种不同类型的半导体构成回路,当半导体的一电材料的转换效率不同,其中热电转换效率较高的端处于高温状态,另一端置于低温状态时,两端便形材料如表1所示。成温差,从而产生直流电压(塞贝克效应)。半导体表1不同温度范围的热电材料选择温差发电具有无噪音、寿命长、性能稳定等特点。温度类型温度范围/℃热电材料冷端绝缘体低温300Bi2Te3及其固溶体合金金属导体中温300~600PbTe-SnTeNPNPNPNPPN结高温600~1000SiGe、MnTe、SiRe2、CeS等热端2.2单体发电片的性能选择型号为TEC1-12
5、076的单体发电片,尺寸+-为40mm×40mm×3mm,其两端电压随温差变直流电源化的关系曲线如图2所示。图中显示,随着发电片两端温差的增大,输出电压近似呈线性增大。图1半导体温差发电原理示意图研究表明:汽车尾气带走的热量占燃料燃烧总汽车尾气废热温差发电装置主要包括热电模热量的30%~40%,尾气温度可高达700~800℃。块、废气通道箱体和冷却水通道等。其原理是将半根据图2,若能使发电片两端保持温差70℃,则可导体材料制成的热电模块布置在连接发动机排气管发出电压3.0V,电流为0.1~2A。可见,可以利用的废气通道箱体和冷却水通道之间,
6、在发电片的两半导体温差发电技术回收尾气余热进行发电。2014年第6期李淼林,等:汽车尾气温差发电装置的设计134.5示,发电片通过汽车尾气形成的热层和冷却水形成4.03.5的冷层之间的温差进行发电。3.0/V2.5压2.0电1.5热层：尾气通道箱体1.0废热出口0.5废热入口0.0020406080100120冷层：冷却水箱体发电片温度差/℃图4温差发电装置结构示意图图2温差发电片的温差-电压关系曲线若使发电片组件平稳地贴在高温物体表面,其3汽车尾气温差发电装置的安装位置高温热面温度应不能超过180℃,而汽车尾气温度高达700~800℃。因
7、此,发电片采取冷面安装金属鉴于汽车尾气所蕴含的大量热量和温差发电片散热片和冷却液水冷的双重冷却措施,确保从热面的发电特点,将温差发电装置串联安装在汽车排气传递到冷面的热量即时散发,使热面温度迅速降至管上,位于三元催化装置之后和尾管消声器之前(选180℃以下,并且冷热面之间采用石棉等隔热性良择合适的一段,如图3所示)。当发动机工作时,排好的材料进行分隔,以增大发电片组件上下两端面气管变热,利用尾气的高热量给发电片的一个端面的温度差,提高发电效率。加热,另一端面进行散热(冷却液水冷),使发电片两根据以上思路设计的尾气通道箱体(热层)如图端面形成
8、温度差,对外提供电能,并将产生的电能用5所示,冷却水箱体(冷层)如图6所示。于车载蓄电池充电,辅助汽车行驶,从而实现发动机能量的回收,提高燃料的利用率。040064蓄电池++3
