温差热电偶汽车尾气温差发电装置及热电模块的布置研究

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1、温差热电偶汽车尾气温Ill差发电装置及热电模块的布置研究第32卷第2期2010年4月武汉理工大学学报•信息与管理工程版JOURNALOFWUT(INFORMATION&1007-144X(201…MANAGEMENTENGINEERING)VoL32No.2Apr.2010文献标志码：A文章编号：第30卷第3期207年9月长春理工大学学报（自然科学版）JomnaofClumgchunUttvtmityofSienceandn幽1o甜1Ihn1蛀i即ooEdti叩IVoL30No・ep・2007发动机排气管余热发电研究

2、…维普资讯http://www.cqvip.com高新技术Scoyougedi蟹虱捌圜ccnTh1r盈蹈豳凹圃圈iedengCsiHa圈睚tin.新型半导体温差发电系统的研究程…第32卷第2期2010年4月武汉理工大学学报•信息与管理工程版JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Vol.32No.2Apr.2010文献标志码:文章编号：1007-144X(2010)02-0265-03汽车尾气温差发电装置及热电模块的布置研究邓亚东，范韬,郭跖凌凯，代宏伟，苏楚奇(

3、武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070)摘要：针对汽车尾气废热温差发电技术的研究现状，就如何在汽车排气管合适位置安装发电装置及布置热通过测定发动机排气通道外壁温度的梯度分布和不同电模块进行了试验研究。根据现有热电模块性能参数,结构废热箱体外表面的温度场分布，提出了汽车尾气废热温差发电装置在汽车排气通道上的位置要求和半为汽车发动机废热温差发电装置在汽车上的安置提供了依据。导体热电模块在废热箱体上的连接方法,关键词：温度场分布；热电模块；布置方式；汽车尾气中图分类号：TK411；TK115DOI：10.3963/

4、j.issn.l007-144X.2010.02.025表1温度类型低温中温高温在不同温度范围可选择的热电材料温度范围/°c300300〜600600〜1000[8]研究表明，目前汽车发动机的热效率不到30%[1],大部分能量损失于发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可以进一步提高汽车的能源利用率，从行再利用,而提升整车综合性能[2—3]热电材料Bi2Te3及其固溶体合金PbTe—SnTeSiGe、MnTe、SiRe2、CeS等汽车尾气废热温差发电装置主要包括热电模El块.废气通道箱体和冷却水

5、箱体等。其原理是将半导体材料制成的热电模块布置在连接发动机排气管的废气通道箱体和冷却水箱体之间，在模块的两通过两端的温度差产生电端产生热源和冷源，[4-6]o温差发电的效率与热电模块的性能.两端能的温差及其在废气通道箱体上的布置形式有关。能承受的温度范冃O不同厂家生产的热电模块转换性能与耐高温能力不尽相同，热电模块的Furukawa^Komatsu等［9］。生产厂家主要有Hi—Zn例如Komatsu公司的Bi2Te3热电模块,在高温端211280°C＞低温端30°C时，具有7.2%的热电转换效率，该温差下单体模块最大

6、功率可达24W,能量2密度为lW/cmo目前国内也正在积极研究各种热电材料，如图1所示是某型号尺寸为29mmx29mmx4mm的Bi2Te3低温热电模块两端电压随温差变化的实验结果，随着两端温差的增大，模块的发电能力增强,在温差160°C（高温端220°C,低温端60°C）时，开路电压达到1.56Vo11.1热电模块性能研究半导体材料的选择汽车尾气废热温差发电效率与热电模块的性能有直接关系，寻找高优值的热电材料，一直是热电研究的重要内容。在热电材料的研究方面，稀土硫化物.硒化物、富硼固体和方钻矿型化合物都较适于做热电

7、模块的材料。目前用于温差等,发电的热电材料大多是半导体，在不同的温度范围内热电转换效率较高的材料主要有以下几种，如表1所示。1.2热电模块的性能热电模块的性能主要包括热电转换效率及其2发动机排气管温度场分布红外温度计排气管温度场分布测试试验为了解发动机排气沿管道走向的温度分布，并结合热电模块高温端的额定温度，找出理想区域布置废热温差发电装置，笔者进行了发动机排气管温度场分布试验。收稿日期：2009-09-13.作者简介：邓亚东（1958—），男，湖北黄梅人，武汉理工大学汽车工程学院教授.“973”基金项目：国家科技计

8、划基金资助项目(2007cb607506)•图1某型号热电模块温差一电压曲线实验采用某型发动机排量为1.6L乘用车，利用精密红外温度计，测出发动机在不同负荷下，排气管外壁沿纵向等间距15cm各个测量点的温度，起点为排气支管，终点为排气管末端。调整发动机转速改变发动机排气热负荷，在2000r/min和3000r/min工发动机1000r/min>