[发明专利]一种汽车尾气温差发电器的热交换腔室的结构设计方法

说明书

本发明公开了一种汽车尾气温差发电器的热交换腔室的结构设计方法，步骤1，测量汽车尾气温差发电器各部分的导热热阻；步骤2，测量并计算换热系数；步骤3，测量温差发电片的冷、热端温度；步骤4，计算汽车温差发电器的输出功率；步骤5，计算汽车温差发电器因增大扩张比而引起的排气背压损失；步骤6，计算渐缩式温差发电系统的净输出功率Psubgt;net/subgt;；步骤7，比较净输出功率的大小，直到△Psubgt;net/subgt;0。本发明的有益效果：通过匹配计算不同扩张比下的温差发电器，提高温差发电器的工作效率，使得温差发电器的净输出功率增大，优化了温差发电器的性能，基于热阻模型和热电效应基本理论，计算得到不同扩张比下温差发电器的净输出功率，并确定对应的最优扩张比。

技术领域

本发明涉及一种汽车尾气温差发电器的结构设计方法，特别提供了一种汽车尾气温差发电器的热交换腔室的结构设计方法。

背景技术

温差发电器是一种基于塞贝克效应发展起来的能源回收技术，其原理是当温差发电片两端产生温差时，闭合回路中就会产生电流，从而实现热量的有效回收。由于温差发电器具有无运动组件、安全、无污染和结构简单等特点，可以直接将热电转换成电能，有助于实现环保低碳目标。应用于汽车尾气的温差发电器，热端直接利用汽车尾气，冷端采用风冷或者水冷系统，其产生的电能可以直接用于车内电器系统或者存储于蓄电池中。

温差发电器包括进气口、扩张腔、安装在扩张腔外表面的温差发电模块以及出气口，温差发电模块两侧分别连接扩张腔和散热器；

温差发电器的扩张腔腔室结构对温差发电效率有着明显的影响，现有温差发电器的内部结构研究多为在扩张腔腔室内安装翅片以捕获更过的热量；通常，腔室内上下壁面之间的距离或直径与进气口的直径的比值，称为扩张比，其同样对温差发电器的换热发电效率有着很大的影响，进气口直径相对于腔室内上下壁面之间的距离或直径过小，则腔室内换热效率慢；进气口直径相对于腔室内上下壁面之间的距离或直径过大，则腔室内尾气流动过快造成能源浪费，同时换热效率也明显降低；因此对扩张比进行优化，使温差发电器最大效率的进行换热发电，是目前亟待解决的难题。

发明内容

发明目的：提出一种汽车尾气温差发电器的热交换腔室的结构设计方法，通过改变扩张比来有效提高温差发电器的净输出功率，进而优化温差发电器的性能。

技术方案：一种汽车尾气温差发电器的热交换腔室的结构设计方法，具体步骤如下：

步骤1，测量汽车尾气温差发电器换热器底板、散热器底板和陶瓷板和PN结的导热热阻；

步骤2，测量并计算空气对扩张腔表面的对流换热系数以及冷却水对散热器表面的对流换热系数；

步骤3，测量温差发电片的热端温度T_h和冷端温度T_c；

步骤4，计算汽车温差发电器的输出功率P_output；

步骤5，计算汽车温差发电器因增大扩张比而引起的排气背压损失；

步骤6，计算渐缩式温差发电系统的净输出功率P_net；

步骤7，比较净输出功率和的大小，若则继续增大扩张比m，重复以上步骤，直到△P_net0。

进一步的，所述步骤1具体如下：

扩张腔底板的导热热阻为：

式中，δ_h2为与下陶瓷板相接触的扩张腔厚度，λ_h2为换热器底板的热导率，A_h2为扩张腔底板的横截面积；

散热器底板的导热热阻为：