本發明專利技術公開了一種汽車尾氣溫差發電系統及其冷卻方法和對尾氣流量控制的方法，集熱系統通過電子控制單元對溫差發電裝置的熱端溫度進行控制從而實現對尾氣的分流，溫差發電裝置通過在溫差發電材料的兩端(尾氣形成的熱端，冷卻系統對溫差發電材料進行冷卻所形成的冷端)形成溫差產生電能，冷卻系統通過風冷以及對水冷的控制來實現對冷端的降溫，溫度保護系統在連接冷凝管的閥門完全打開時(通過電子控制單元來控制連接集熱器閥門的關閉)保護溫差發電系統，DC?DC控制電路對溫差發電裝置產生的不穩定開路電壓進行整合得到恒定的輸出電功率并對蓄電池進行充電，蓄電池在必要時給車載用電器供電。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術提供了一種新型汽車尾氣溫差發電裝置及冷卻和對尾氣流量控制的方法，屬于汽車尾氣能量回收利用
技術介紹
現有汽車在行駛過程中，燃料燃燒產生的能量最多只有約25-30％左右可以轉化為驅動汽車行駛的動能，剩余70％左右的能量通過尾氣排放等形式(其中約40％的能量隨尾氣排出)散失到大氣之中，造成了巨大的能量損失和嚴重的環境污染。溫差發電裝置是基于熱電材料的塞貝克效應發展起來的一種發電技術，將P型和N型兩種不同類型的熱電材料(P型是富空穴材料，N型是富電子材料)一端相連形成一個PN結，置于高溫狀態，另一端形成低溫，則由于熱激發作用，P(N)型材料高溫端空穴(電子)濃度高于低溫端，因此在這種濃度的驅動下，空穴和電子就開始向低溫端擴散，從而形成電動勢，這樣熱電材料就通過高低溫端間的溫差完成了將高溫端輸入的熱能直接轉換為電能。汽車尾氣溫差發電系統主要安裝在汽車排氣系統位于三元催化器與消音器之間的位置，汽車的尾氣作為熱源端并對溫差發電裝置的冷端進行冷卻，當兩端形成溫度差時產生電能。溫差發電通過廢熱回收利用產生的電能可供汽車蓄電池充電從而提供汽車額外的電能。溫差發電在實際發電過程中使用的熱能僅僅來源于汽車排放的高溫廢氣，因此汽車尾氣溫差發電系統不僅在降低汽車燃油消耗上起著重要的作用，而且在減少尾氣排放上也具有相當重要的意義。目前，專利號為CN104279078A的專利技術專利，其汽車尾氣溫差發電系統僅采用單一的水冷方式對散熱片進行冷卻，通過冷卻在溫差發電裝置的兩端形成溫差，從而產生電動勢，然而單一的冷卻方法無法對汽車不同的車況進行合理的冷卻，或造成冷卻量不夠、冷卻量過高等多種不良后果。因此，采取合適的冷卻方法對于提高溫差發電的效率十分重要。專利號為CN205260106U的專利技術專利，提出的集熱裝置只是對尾氣進行分流而沒有考慮溫差發電裝置熱端可承受的最大溫度限值，目前關于集熱器內廢氣流量精確控制的專利專利技術相對甚少，一旦溫差發電裝置熱端達到其可承受的最大溫度限值時，可能會導致裝置的損壞，所以對溫差發電裝置中廢氣流量的控制相當重要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提出一種汽車尾氣溫差發電系統及其冷卻方法，采用控制尾氣流量的方法解決了溫差發電裝置熱端因承受溫度過高而導致損壞的問題；并通過水冷和風冷作為冷卻系統的工作方式，提高了溫差發電系統的效率、充分提高了廢氣能源的利用率。本專利技術一種汽車尾氣溫差發電系統采用的技術方案是：包括集熱系統、溫差發電裝置、冷卻系統、溫度保護系統、DC-DC控制系統、蓄電池。三位四通閥2的進口端連接尾氣排氣管1，閥門A、閥門B、閥門C分別連接集熱器A、集熱器B、冷凝管7；溫差發電裝置6(包括溫差發電裝置A和溫差發電裝置B)的熱端貼合在集熱器5的外表面；溫差發電裝置6由2組溫差發電單元組成，一組溫差發電單元由多對P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂組成；P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂分別通過電導線、DC-DC控制電路11連接蓄電池12；溫度傳感器A安裝在溫差發電裝置A的熱端用來感應溫差發電裝置A熱端的溫度，溫度傳感器B安裝在三位四通閥2的進口端用來感應尾氣進口端的溫度，溫度傳感器A、溫度傳感器B、三位四通閥2通過信號線連接電子控制單元4，電子控制單元4通過接收信號實現對閥門的控制；冷卻系統包括水冷和風冷，溫差發電裝置6的冷端通過水冷通道13依次與單向控制閥10和發動機水箱9連接，并通過風冷通道14和空氣風扇8連接；冷凝管7進口端連接閥門C的出口，出口端連接發動機水箱，發動機水箱9內部裝有溫度傳感器C，溫度傳感器C通過信號線連接電子控制單元4，電子控制單元4通過接受信號實現對單向閥開關的控制；其中單向控制閥安裝在10水冷通道13與發動機水箱9之間，單向控制閥10一端連接發動機水箱9并通過信號線連接電子控制單元4，另一端連接水冷通道13；水冷通道13和風冷通道中間14通過隔離板15進行隔離，與溫差發電裝置6的冷端連接的散熱片穿過隔離板15依次與水冷通道13和風冷通道14充分接觸。本專利技術的汽車尾氣溫差發電系統中對尾氣流量控制方法采用的技術方案是包括如下步驟：步驟1，閥門A在汽車啟動到溫度保護系統開啟時一直處于完全打開狀態，當保護系統打開時關閉；步驟2，當開始有尾氣產生時，閥門C完全關閉，通過實驗可以得出此時溫差發電裝置A的熱端溫度關于閥門B開度和三位四通閥2進口端溫度的函數表達式a，電子控制單元4在接收到溫度傳感器B的信號后，通過控制閥門B的開度來使得溫差發電裝置A的熱端溫度接近可承受的最大溫度限值；步驟3，當閥門B完全打開時，其溫差發電裝置B熱端的溫度變化與溫差發電裝置A一致；通過實驗可以得出此時溫差發電裝置A熱端的溫度關于閥門C開度和三位四通閥2進口端溫度的函數表達式b，電子控制單元4在接收到溫度傳感器B的信號后，通過控制閥門C的開度來使得溫差發電裝置A、溫差發電裝置B的熱端溫度接近可承受的最大溫度限值；步驟4，當閥門C完全打開時，此時溫差發電裝置A、溫差發電裝置B均達到其熱端可承受的最大溫度限值，此時溫度保護系統工作，通過電子控制單元4控制閥門A、閥門B的關閉，使其尾氣全部從閥門C出去。本專利技術汽車尾氣溫差發電系統的冷卻方法采用的技術方案是包括如下步驟：步驟a，空氣風扇8在汽車行駛過程中始終工作；步驟b，水冷通道連接冷凝管7的部分，在閥門C打開時開始接通水冷通道13；步驟c，水冷通道連接發動機水箱9的部分，電子控制單元4接收溫差發電裝置A內溫度傳感器A的信號以及發動機水箱9內的溫度傳感器C的信號控制單向閥的開關，當溫差發電裝置A的熱端溫度低于某一設定值時，電子控制單元4控制單向閥門10關閉，發動機水箱9不提供冷卻水源；當溫度溫差發電裝置A的熱端溫度高于某一設定值時，且發動機水箱9內的溫度低于某一設定值時，電子控制單元4控制單向閥門10打開，發動機水箱9提供冷卻水源；當發動機水箱內9的溫度高于某一設定值時，電子控制單元4控制單向閥門10關閉，發動機水箱9不提供冷卻水源；步驟d，當存在水冷工作時，隔離板15關閉，冷卻水從水冷通道13通過，空氣風扇8產生的風從風冷通道14通過；當不存在水冷工作時，隔離板15完全打開，空氣風扇8產生的風可以從水冷通道13和風冷通道14通過。本專利技術具有以下的技術效果：可以通過溫度傳感器獲得溫差發電裝置熱端的溫度，實現對尾氣的分流控制；通過溫度傳感器獲得發動機水箱的溫度以及溫差發電裝置熱端的溫度，實現對連接發動機水箱的水冷系統控制。附圖說明附圖1是溫差發電系統結構示意圖；附圖2是集熱器閥門控制流程圖；附圖3是冷卻系統控制流程圖；附圖4是三位四通閥內部件安裝圖。圖中：1-排氣管，2-三位四通閥，2-1-閥門A，2-2-閥門B，2-3-閥門C，3-1-溫度傳感器A，3-2-溫度傳感器B，3-3-溫度傳感器C，4-電子控制單元，5-1-集熱器A，5-2-集熱器B，6-溫差發電裝置，6-1-溫差發電裝置A，6-2-溫差發電裝置B，7-冷凝管，8-空氣風扇，9-發動機水箱，10-單向控制閥，11-DC-DC控制電路，12-蓄電池，13-水冷通道，14-風冷通道，15-隔離板。具體實施方式如圖1所示，本專利技術一種新型汽車尾氣溫差發電系統，包括集熱系統、溫差發電裝置、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種汽車尾氣溫差發電系統，其特征是：包括集熱器(5)、溫差發電裝置(6)、冷卻系統、溫度保護系統、DC?DC控制系統、蓄電池(12)；集熱器(5)包括集熱器A(5?1)、集熱器B(5?2)；溫差發電裝置(6)包括溫差發電裝置A(6?1)和溫差發電裝置B(6?2)，冷卻系統包括水冷和風冷單元，溫度保護系統包括冷凝管(7)、閥門B(2?2)，DC?DC控制系統包括DC?DC控制電路(11)；尾氣排氣管(1)連接三位四通閥(2)的進口端，三位四通閥(2)包括閥門A(2?1)、閥門B(2?2)、閥門C(2?3)，閥門A(2?1)連接集熱器A(5?1)，閥門B(2?2)連接冷凝管(7)，閥門C(2?3)連接集熱器B(5?2)；溫差發電裝置(6)的熱端貼合在集熱器(5)的外表面；溫差發電裝置(6)由兩組溫差發電單元組成，一組溫差發電單元由多對P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂組成；P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂分別通過電導線、DC?DC控制電路(11)連接蓄電池(12)；溫度傳感器A(3?1)安裝在溫差發電裝置A(6?1)的熱端，溫度傳感器B(3?2)安裝在三位四通閥(2)的進口端，溫度傳感器A(3?1)、溫度傳感器B(3?2)、三位四通閥(2)通過信號線連接電子控制單元(4)；水冷單元包括發動機水箱(9)、水冷通道(13)、單向控制閥(10)，風冷單元包括風冷通道(14)和空氣風扇(8)，溫差發電裝置(6)的冷端通過水冷通道(13)依次與單向控制閥(10)和發動機水箱(9)連接，并通過風冷通道(14)和空氣風扇(8)連接；冷凝管(7)進口端連接閥門C的出口，冷凝管(7)的出口端連接發動機水箱(9)，發動機水箱(9)內部裝有溫度傳感器C(3?3)，溫度傳感器C(3?3)通過信號線連接電子控制單元(4)；水冷通道(13)與發動機水箱(9)之間安裝有單向控制閥(10)，單向控制閥(10)一端連接發動機水箱(9)并通過信號線連接電子控制單元(4)，另一端連接水冷通道(13)；水冷通道(13)和風冷通道中間(14)通過隔離板(15)進行隔離，與溫差發電裝置(6)的冷端連接的散熱片穿過隔離板(15)依次與水冷通道(13)和風冷通道(14)充分接觸。...
【技術特征摘要】
1.一種汽車尾氣溫差發電系統，其特征是：包括集熱器(5)、溫差發電裝置(6)、冷卻系統、溫度保護系統、DC-DC控制系統、蓄電池(12)；集熱器(5)包括集熱器A(5-1)、集熱器B(5-2)；溫差發電裝置(6)包括溫差發電裝置A(6-1)和溫差發電裝置B(6-2)，冷卻系統包括水冷和風冷單元，溫度保護系統包括冷凝管(7)、閥門B(2-2)，DC-DC控制系統包括DC-DC控制電路(11)；尾氣排氣管(1)連接三位四通閥(2)的進口端，三位四通閥(2)包括閥門A(2-1)、閥門B(2-2)、閥門C(2-3)，閥門A(2-1)連接集熱器A(5-1)，閥門B(2-2)連接冷凝管(7)，閥門C(2-3)連接集熱器B(5-2)；溫差發電裝置(6)的熱端貼合在集熱器(5)的外表面；溫差發電裝置(6)由兩組溫差發電單元組成，一組溫差發電單元由多對P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂組成；P型溫差電偶臂和N型溫差電偶臂分別通過電導線、DC-DC控制電路(11)連接蓄電池(12)；溫度傳感器A(3-1)安裝在溫差發電裝置A(6-1)的熱端，溫度傳感器B(3-2)安裝在三位四通閥(2)的進口端，溫度傳感器A(3-1)、溫度傳感器B(3-2)、三位四通閥(2)通過信號線連接電子控制單元(4)；水冷單元包括發動機水箱(9)、水冷通道(13)、單向控制閥(10)，風冷單元包括風冷通道(14)和空氣風扇(8)，溫差發電裝置(6)的冷端通過水冷通道(13)依次與單向控制閥(10)和發動機水箱(9)連接，并通過風冷通道(14)和空氣風扇(8)連接；冷凝管(7)進口端連接閥門C的出口，冷凝管(7)的出口端連接發動機水箱(9)，發動機水箱(9)內部裝有溫度傳感器C(3-3)，溫度傳感器C(3-3)通過信號線連接電子控制單元(4)；水冷通道(13)與發動機水箱(9)之間安裝有單向控制閥(10)，單向控制閥(10)一端連接發動機水箱(9)并通過信號線連接電子控制單元(4)，另一端連接水冷通道(13)；水冷通道(13)和風冷通道中間(14)通過隔離板(15)進行隔離，與溫差發電裝置(6)的冷端連接的散熱片穿過隔離板(15)依次與水冷通道(13)和風冷通道(14)充分接觸。2.根據權利要求1所述的汽車尾氣溫差發電系統，其特征是：集熱器A(5-1)、集熱器B(5-2)、冷凝管(7)安裝在排氣管中三元催化器和消音器之間的位置；冷凝管(7)與汽車排氣管(1)在同一直線上，集熱器A(5-1)與集熱器B(5-2)關于冷凝管(7)對稱且成30°進行安裝。3.根據權利要求1所述的汽車尾氣溫差發電系統，其特征是：集熱器A(5-1)和集熱器B(5-2)之間的內部結構和材料完全一致；溫差發電裝置A(6-1)和溫差發電裝置B(6-2)之間的內部結構和材料完全一致，其安裝在集熱器上的位置也完全一致。4.根據權利要求1所述的汽車尾氣溫差發電系統，其特征是：所述溫差電單元的P型溫差電偶臂相串聯、N型溫差電偶臂相串聯。5.根據權利要求4所述的汽車尾氣溫差發電系統，其特征是：若干個...
【專利技術屬性】
技術研發人員：樊文淵，何仁，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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