[发明专利]一种汽车尾气温差发电系统及其冷却方法和对尾气流量控制的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种新型汽车尾气温差发电装置及冷却和对尾气流量控制的方法，属于汽车尾气能量回收利用技术领域。

背景技术

现有汽车在行驶过程中，燃料燃烧产生的能量最多只有约25-30％左右可以转化为驱动汽车行驶的动能，剩余70％左右的能量通过尾气排放等形式(其中约40％的能量随尾气排出)散失到大气之中，造成了巨大的能量损失和严重的环境污染。

温差发电装置是基于热电材料的塞贝克效应发展起来的一种发电技术，将P型和N型两种不同类型的热电材料(P型是富空穴材料，N型是富电子材料)一端相连形成一个PN结，置于高温状态，另一端形成低温，则由于热激发作用，P(N)型材料高温端空穴(电子)浓度高于低温端，因此在这种浓度的驱动下，空穴和电子就开始向低温端扩散，从而形成电动势，这样热电材料就通过高低温端间的温差完成了将高温端输入的热能直接转换为电能。汽车尾气温差发电系统主要安装在汽车排气系统位于三元催化器与消音器之间的位置，汽车的尾气作为热源端并对温差发电装置的冷端进行冷却，当两端形成温度差时产生电能。温差发电通过废热回收利用产生的电能可供汽车蓄电池充电从而提供汽车额外的电能。温差发电在实际发电过程中使用的热能仅仅来源于汽车排放的高温废气，因此汽车尾气温差发电系统不仅在降低汽车燃油消耗上起着重要的作用，而且在减少尾气排放上也具有相当重要的意义。

目前，专利号为CN104279078A的发明专利，其汽车尾气温差发电系统仅采用单一的水冷方式对散热片进行冷却，通过冷却在温差发电装置的两端形成温差，从而产生电动势，然而单一的冷却方法无法对汽车不同的车况进行合理的冷却，或造成冷却量不够、冷却量过高等多种不良后果。因此，采取合适的冷却方法对于提高温差发电的效率十分重要。专利号为CN205260106U的发明专利，提出的集热装置只是对尾气进行分流而没有考虑温差发电装置热端可承受的最大温度限值，目前关于集热器内废气流量精确控制的专利发明相对甚少，一旦温差发电装置热端达到其可承受的最大温度限值时，可能会导致装置的损坏，所以对温差发电装置中废气流量的控制相当重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种汽车尾气温差发电系统及其冷却方法，采用控制尾气流量的方法解决了温差发电装置热端因承受温度过高而导致损坏的问题；并通过水冷和风冷作为冷却系统的工作方式，提高了温差发电系统的效率、充分提高了废气能源的利用率。

本发明一种汽车尾气温差发电系统采用的技术方案是：包括集热系统、温差发电装置、冷却系统、温度保护系统、DC-DC控制系统、蓄电池。三位四通阀2的进口端连接尾气排气管1，阀门A、阀门B、阀门C分别连接集热器A、集热器B、冷凝管7；温差发电装置6(包括温差发电装置A和温差发电装置B)的热端贴合在集热器5的外表面；温差发电装置6由2组温差发电单元组成，一组温差发电单元由多对P型温差电偶臂和N型温差电偶臂组成；P型温差电偶臂和N型温差电偶臂分别通过电导线、DC-DC控制电路11连接蓄电池12；温度传感器A安装在温差发电装置A的热端用来感应温差发电装置A热端的温度，温度传感器B安装在三位四通阀2的进口端用来感应尾气进口端的温度，温度传感器A、温度传感器B、三位四通阀2通过信号线连接电子控制单元4，电子控制单元4通过接收信号实现对阀门的控制；冷却系统包括水冷和风冷，温差发电装置6的冷端通过水冷通道13依次与单向控制阀10和发动机水箱9连接，并通过风冷通道14和空气风扇8连接；冷凝管7进口端连接阀门C的出口，出口端连接发动机水箱，发动机水箱9内部装有温度传感器C，温度传感器C通过信号线连接电子控制单元4，电子控制单元4通过接受信号实现对单向阀开关的控制；其中单向控制阀安装在10水冷通道13与发动机水箱9之间，单向控制阀10一端连接发动机水箱9并通过信号线连接电子控制单元4，另一端连接水冷通道13；水冷通道13和风冷通道中间14通过隔离板15进行隔离，与温差发电装置6的冷端连接的散热片穿过隔离板15依次与水冷通道13和风冷通道14充分接触。

本发明的汽车尾气温差发电系统中对尾气流量控制方法采用的技术方案是包括如下步骤：

步骤1，阀门A在汽车启动到温度保护系统开启时一直处于完全打开状态，当保护系统打开时关闭；

步骤2，当开始有尾气产生时，阀门C完全关闭，通过实验可以得出此时温差发电装置A的热端温度关于阀门B开度和三位四通阀2进口端温度的函数表达式a，电子控制单元4在接收到温度传感器B的信号后，通过控制阀门B的开度来使得温差发电装置A的热端温度接近可承受的最大温度限值；