[发明专利]一种车用热电发电装置

说明书

技术领域

本发明属于汽车制造技术领域，具体地，涉及一种车用热电发电装置，特别是一种利用汽车发动机尾气废热进行发电的热电发电装置。

背景技术

热电转换技术作为一种新型的新能源和再生清洁能源技术近几年在国际上收到了广泛的瞩目。它利用半导体材料直接将热能与电能进行相互转换，具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物质、能够有效地利用低密度能量等特点。

而在众多热电材料之中，方钴矿基化合物作为一种典型的中高温区热电材料，在工业余废热和汽车尾气废热的回收利用等高新技术领域具有非常巨大的应用前景。

目前主要的热电器件构造为如图1（a）中所示的π型构造，如图1（a）所示， n型和p型热电元件以电串联和热并联的形式集成于两个电绝缘而热传导良好的陶瓷平板之中。由于该结构中需要热流沿垂直于陶瓷平板的方向传输，所以π形构造适合于平板状热源的工作环境。

现有的车用热电发电装置（如专利文献CN 103166527，US 6759586等），基本上都是基于这种传统的π形构造的热电器件进行设计与制造而成的。为了满足π形构造对平板状热源的要求，往往在发动机的排气道中增设一高温气箱，然后将热电器件平铺于高温气箱的侧壁之上，使该热电器件的一侧接触汽车尾气，形成高温端；而另一侧接触冷却装置，形成低温端，进而热电元件即可利用高温端与低温端之间的温差将汽车废气中的热能转变为电能。

然而，由于该设计需要在高温气箱的外部安装额外的冷却装置，因此将占用较多原本就非常有限的汽车底部空间。并且，使用该设计，热电元件仅能安放于高温气箱的侧壁之上，而箱体内部广大的空间无法充分利用，故其热量利用效率比较低。

针对这一问题，在专利文献CN 103104325中进行了相应改进，其将发动机的前排气管在到达热电发电装置的进气口之前，均匀分成多个较细的气管，分别与热电发电装置的多个进气口相连，然后在到达发动机的后排气管部分之前，该多个较细的高温气管重新合并成一个较粗的气管。这种设计可以增加热交换的面积，进而提供了安放更多热电器件的可能性，提高了热利用率。

但是，该设计也增加了热电发电装置的总体积。并且，由于需要根据多个高温气管的位置来安装相应的冷却装置，使得总体结构过于复杂。总之，现有的车用热电发电装置由于热电器件本身和结构设计等多方面原因，其实际应用和推广还比较困难。

近年来，除了传统的π形构造的热电器件，Weinberg等人还提出了可以将热电器件设计成环形构造的设想（参见F. J. Weinberg, D. M. Rowe, and G. Min, “Novel high performance small-scale thermoelectric power generation employing regenerative combustion systems”, J. Phys. D: Appl. Phys. 35 (2002) L61-L63；以及G. Min and D. M. Rowe, “Ring-structured thermoelectric module”, Semicond. Sci. Technol. 22 (2007) 880-883）。

如图1（b）所示的环形构造热电器件中，n型和p型环形中空热电元件交替沿柱状热源同轴排列。这种环形构造适用于非平板状热源的环境，特别是热流方向沿柱状热源的径向传输的环境。这一设想克服了传统π形构造的热电器件只能应用于平板状热源的环境的限制，大幅度拓宽了热电器件的应用范围。但是，目前为止，还没有专门针对具有该种环形构造的热电器件而设计的热电发电装置。

发明内容

鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种车用热电发电装置，该装置结构简单，体积紧凑，尽可能多的保留了原车底部的结构，并且热利用率高，可以更有效地将汽车尾气废热转化为电能。

为了解决上述技术问题，本发明的一种车用热电发电装置，包括：设置于车辆的排气管道上的箱体，所述箱体具备使来自发动机的尾气流入的进气口和使该尾气排出的出气口；设置于所述箱体内的多根相互平行的空心的管体，所述管体的排列方向与所述箱体中的气流方向垂直；以及套设于各所述管体上的具有环形构造的热电器件。