一种集成尾气消音功能的多级温差发电装置

技术领域

本发明涉及一种温差发电装置，特别涉及一种集成尾气消音功能的多级温差发电装置。

背景技术

低碳、环保已经成为了当今社会的主题，随着“碳达峰、碳中和”双碳目标的提出，汽车尾气的回收再利用也越来越受到人们的关注。传统的内燃机汽车在行驶过程中，燃料燃烧的能量最多只有约25%-30%左右可以转化为汽车正常行驶所需要的动能，大约40%左右的能量通过尾气的形式排放到大气中，造成了严重的环境污染和能量浪费。

温差发电技术可以将尾气中低品位的热能转化为高品位的电能储存在蓄电池中或直接供车载电器使用。温差发电技术的基本原理是利用热电材料的塞贝克效应将热能转化为电能。热电材料分为P型半导体和N型半导体，这两种类型的半导体连接在一起形成一对PN结，若PN结的两端形成温差，则P型半导体中的空穴由热端向冷端移动，N型半导体中的电子由热端向冷端移动，从而形成了电流，这样热电材料就可以将热端输入的热能转化为电能。汽车尾气温差发电装置一般安装在三元催化与消音器之间，目前多数研究集中在对尾气催化、尾气发电、尾气消音进行单独设计开发并且相对成熟。

尾气消音可以通过放大尾气排放口的开口面积，使尾气排放时在出口处形成扩张比，进而减少噪音的输出；尾气发电器内部热端换热室需要将足够的热量传导至温差发电器，所以内部设计一般较为紧凑以捕获更多的热量，进而就加大了尾气消音设备与尾气发电设备集成的难度，因此传统的汽车尾气处理模块都是将二者分开组装在一起，占用空间大，且不利于汽车轻量化。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种集成尾气消音功能的多级温差发电装置，该装置采用多级结构，将消音结构集成在温差发电器的换热器内部，使换热器在具备换热发电功能的同时具备尾气消音作用，减少占用空间，有利于车辆轻量化。

技术方案：一种集成尾气消音功能的多级温差发电装置，包括热端换热器、分别安装于热端换热器两端的进气管和排气管，所述热端换热器外表面通过温差发电模块和冷端散热器连接,所述热端换热器内设置有平行于进气方向的平板翅片，所述热端换热器内安装有垂直于进气方向的分流板，所述分流板上开设有分流孔，所述分流板上安装有横截面沿进气方向逐渐扩大的消音装置。

本发明通过在热端换热器内部设置分流板将热端换热器分为两个空间，为安装消音装置提供适宜的空间，并且利用消音装置的结构将空间再次分为消音腔和换热腔，使热端换热器既能保证原有的换热发电功能的同时，也具备了尾气消音效果，实现了热端换热器与消音装置的集成，减少了占用空间。

优选的，为了实现有效的将换热发电与消音功能集成在一体，所述分流板将换热器内部分为高温段换热室和低温段换热室，所述平板翅片均匀安装于高温段换热室内壁上，所述消音装置安装于低温段换热室中。

尾气进入热端换热器内时温度较高，因此在靠近尾气输入端设置多个均匀分布的平板翅片用于加强热量捕获效率，从而提升换热发电效率；将消音装置安装在低温段换热室中，可对经过高温段换热室换热后的尾气进行消音处理，减少噪音输出。

优选的，为了实现对尾气中的噪声进行初阶段抑制，所述平板翅片外表面开设有均匀分布的消音凹槽。

通过在平板翅片上开设多个相互交错均匀分布的消音凹槽使平板翅片不仅具有热传导的功能同时具备了对高频段噪声的消音功能，使尾气在初步换热的同时也进行了消音处理。

优选的，为了实现对尾气的二次噪声抑制，所述低温段换热室靠近排气管一侧的内壁上还设置有与内壁紧密贴合的消音棉。

尾气在通过分流板分流后会因为消音装置的结构而向热端换热器的内壁方向流动，在靠近排气管一侧的内壁上设置消音棉，使得尾气在低温段换热器换热后再流经消音棉，实现对未通过消音装置的尾气的消音处理。

优选的，为了能够将尾气均匀的引流到低温段换热室中进行充分换热和进一步噪声抑制，所述消音装置安装在分流板中部，所述消音装置将低温段换热室分为上部温差发电腔、中部消音腔和下部温差发电腔。

将消音装置安装在分流板中部实现对尾气的均匀分流作用，使的低温段换热室各个换热发电面能够均匀的受热产生温差进，避免了受热不均匀导致温差发电片工作效率降低的问题。

优选的，为了实现更高效的换热发电，所述温差发电模块包括相互串联的高温温差发电片和相互串联的低温温差发电片，所述高温温差发电片安装于高温段换热室外表面，所述低温温差发电片安装于低温段换热室外表面。

利用不同的温差发电片对应不同的换热区段，使高温温差发电片对应高温段换热室，低温温差发电片对应低温段换热室，使不同区段拥有更高效的换热发电能力，进一步提升了温差发电模块的发电能力。

优选的，为了进一步提升导热效率，所述温差发电模块与热端换热器外表面之间设置有陶瓷片。

安装陶瓷片加强热传导的效率，进一步提升热端换热器与冷端换热器的换热效率。

优选的，为了提升冷段散热器的制冷效果，所述冷端散热器两端分别设有进水歧管和排水歧管。

通过设置进水、排水歧管，利用流通水实现冷端散热器的持续降温功能，提升冷端散热器的制冷效果，进一步提升温差发电模块的发电效率。

优选的，为了使尾气排放更加通畅，所述排气管一端设置在低温段换热室内，另一端设置在热端换热器外，所述排气管设置在低温段换热室内的部分前段沿进气方向呈逐渐缩小结构，管壁上开设有通气孔。

排气管前端设置为逐渐缩小的结构可以增加出气量，使尾气更顺畅的排出，减小背压；管壁上开设通气孔是为了便于流经消音棉进行二次消音的气体流出，避免出现气体回流导致尾气排放不顺的问题。

优选的，为了使尾气进入热端换热室时能够进行充分的换热，所述热端换热器的进气口位置安装有向热端换热器内壁逐渐扩张的扰流装置。

在入口处设置扰流装置可以使高温尾气均匀的流动到高温段换热室内与平板翅片进行充分的热交换，从而提升换热效率。

有益效果：本发明通过设置分流板将热端换热器分为两个空间，为消音装置提供了足够的安装空间；同时在高温段换热室中的平板翅片上设置多个消音凹槽，对进入到热端换热器内的尾气进行第一阶段的消音，对中高频段的噪声有良好的的抑制作用；安装在分流板上的消音装置对尾气进行第二阶段的消音，对中低频噪声有较好的抑制效果；同时由于消音装置的结构特殊，对通过分流板的尾气进行分流作用，可以将尾气热量抬升到换热器表面，具有较好的温差发电效果；设置消音棉对经过分流后与热端换热器内壁换热后的尾气进行第二阶段的消音，可以对中高频噪声再次降噪，进一步提升消音效果。

为了进一步提升换热发电效率，将温差发电模块分为低温温差发电片和高温温差发电片，并且对应不同温度区段的换热室，能够更高效的进行换热发电工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构立体图。

图2为本发明的正视剖视图。

图3为本发明的俯视剖视图。

图4为本发明的分区示意图。

图5为本发明的分流板结构示意图。

图6为本发明的分流板与消音装置结构示意图。

图7为本发明的冷段散热器结构图。

图8为本发明的排气管结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，一种集成尾气消音功能的多级温差发电装置，包括热端换热器1、分别安装于热端换热器1两端的进气管2和排气管3，所述热端换热器1外表面通过温差发电模块4和冷端散热器5连接, 所述冷端散热器5设有进水歧管51和排水歧管52；所述热端换热器1内设置有平行于进气方向的平板翅片6，所述平板翅片6外表面开设有均匀分布的消音凹槽61；所述热端换热器1内安装有垂直于进气方向的分流板7，所述分流板7上开设有分流孔8，所述分流板7上安装有横截面沿进气方向逐渐扩大的消音装置9。所述分流板7将换热器内部分为高温段换热室11和低温段换热室12，所述平板翅片6均匀安装于高温段换热室11内壁上，所述消音装置9安装于低温段换热室12中。

通过在热端换热器1内部设置分流板7将热端换热器1分为两个空间，为安装消音装置9提供适宜的空间，并且利用消音装置9的结构将空间再次分为消音腔122和上部换热腔121以及下部换热腔123，使热端换热器1既能保证原有的换热发电功能的同时，也具备了尾气消音效果，实现了热端换热器1与消音装置9的集成，减少了占用空间；通过设置进水歧管51、排水歧管52，利用流动水实现冷端散热器5的持续降温功能，提升冷端散热器5的制冷效果，进一步提升温差发电模块4的发电效率；通过在平板翅片6上开设多个相互交错均匀分布的消音凹槽61使平板翅片6不仅具有热传导的功能同时具备了对高频段噪声的消音功能，使尾气在初步换热的同时也进行了消音处理。

所述低温段换热室12靠近排气管3一侧的内壁上还设置有与内壁紧密贴合的消音棉13。

尾气在通过分流板7分流后会因为消音装置9的结构而向热端换热器1的内壁方向流动，在靠近排气管3一侧的内壁上设置消音棉13，使得尾气在低温段换热室12换热后再流经消音棉13，实现对未通过消音装置9的尾气的消音处理。

如图2至3所示，在本实施例中，所述的消音装置9为上下结构对称的板状消音翅片，其作用主要是将高温段换热室11中输出的尾气向内壁抬升，进而提升换热效率；所述消音装置9安装在分流板7的中部，所述消音装置9将低温段换热室12分为上部温差发电腔121、中部消音腔122和下部温差发电腔123。

将消音装置9安装在分流板7中部实现对尾气的均匀分流作用，使得低温段换热室12各个换热发电面能够均匀的受热产生温差，避免了受热不均匀导致温差发电片工作效率降低的问题。

其中消音翅片与分流板7之间的夹角为α角，由于各类汽车的排量不同，可根据排量的大小计算出最合适的α角的数值，针对不同排量的汽车设计不同夹角的消音装置9，进而达到最佳的消音效果及温差发电效率。

所述温差发电模块4包括相互串联的高温温差发电片41和相互串联的低温温差发电片42，所述高温温差发电片41安装于高温段换热室11外表面，所述低温温差发电片42安装于低温段换热室12外表面；所述温差发电模块4与热端换热器1外表面之间设置有陶瓷片14。

利用不同的温差发电片对应不同的换热区段，使高温温差发电片41对应高温段换热室11，低温温差发电片42对应低温段换热室12，使不同区段拥有更高效的换热发电能力，进一步提升了温差发电模块4的发电能力。安装陶瓷片14加强热传导的效率，进一步提升热端换热器1与冷端散热器5的换热效率。

所述排气管3一端设置在低温段换热室12内，另一端设置在热端换热器1外，所述排气管3设置在低温段换热室12内的部分前段沿进气方向呈逐渐缩小结构，管壁上开设有通气孔31。

排气管3前端设置为逐渐缩小的结构可以增加出气量，使尾气更顺畅的排出，减小背压；管壁上开设通气孔31是为了便于流经消音棉13进行二次消音的气体流出，避免出现气体回流导致尾气排放不顺的问题。

所述热端换热器1的进气口位置安装有横截面积沿进气方向逐渐扩大的扰流装置15。

在入口处设置扰流装置15可以使高温尾气均匀的流动到高温段换热室11内与平板翅片6进行充分的热交换，从而提升换热效率。

所述的扰流装置15如图1和2所示，其结构为板状，但实际运用过程中不限于板状的扰流装置，也可以为喇叭状等任意一种横截面沿进气方向逐渐扩张的结构。

在另一个实施例中，所述的消音装置9也可以根据温差发电模块4的排布位置做相应的变动，如本发明可以根据不同的需求改变外部形状如圆柱体，当设计为圆柱体时，温差发电模块4均匀的分布在圆柱体外表面，则消音装置9可设计为喇叭状结构，同时分流板7设置为带有固定结构的圆环状，既拥有了通过扩张比来实现消音的功能也实现了对尾气的抬升作用。上述的α角同样适用于本实施例的技术方案。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。