专利名称：柔性基座的温差发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种余热回收再利用技木，尤其涉及一种汽车尾气管排热的温差发电装置，属于热发电应用领域。
背景技术：
汽车エ业是各国国民经济的支柱产业之一。随着汽车エ业的飞速发展，车辆与日俱增的节能问题也越来越受关 注。然而内燃机所消耗燃油中60%以上的能量没有得到有效利用，绝大部分以汽车尾气余热的形式排放到大气中，造成了巨大的经济损失和能源浪费。据测定，汽车行驶中排放尾气的温度可达600°C以上，若对这部分热量进行合理回收利用可以大大节省汽车的油耗，同时达到节能减排、具有很好的社会和经济效益。使用半导体温差发电技术可以有效地回收汽车行进中的尾气热量。温差发电设备具有体积小、结构紧凑、无运动部件等特点，在低品位热能利用方面具有独特的效果。把它安装在内燃机的排气管上，能够将内燃机运行余热直接转换为电能，供汽车内电气设备使用。与传统的车载交流发电机相比，温差发电设备产生的电カ完全不会增加发动机的负荷，达到了节油效果。目前已有的汽车尾气管温差发电装置的专利以如下几项为代表CN201507346U所公开的专利提出了ー种独立的汽车尾气温差发电装置，使用时需要截断原有的汽车尾气管以接入温差发电装置，一方面对汽车结构的改动较大、操作难度大，另一方面接入的发电装置可能影响汽车尾气的排放，对汽车正常运行造成隐患。CN200997576Y所公开的专利中使用弧形热电片直接固定于尾气管外表面，避免了对汽车结构的改动。但是该设立对热电片的生产和低温端的散热提出了较高的要求，増加了其使用的难度。CN201523345U和CN201277082Y分别公开了使用与尾气管外形契合的导热平台的汽车尾气管温差发电装置，避免了使用弧形热电片，减小了生产和使用难度。但是这种方案会大量増加整个装置的重量，增加发动机负荷，抵消尾气发电的节能效果，同时由于各型号汽车的尾气管外径均不相同，需要对各种型号的尾气管单独设计单独加工，不利于设计成本和制造成本的降低。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种柔性基座的温差发电装置，以解决针对装接对象的各形状表面普遍适用、重量较轻、易于标准化制造和方便安装的温差发电利用。本发明的上述目的，将通过以下技术方案得以实现一种柔性基座的温差发电装置，具有至少ー个温差发电模组，其特征在干所述温差发电模组自装接对象向外依次包括柔性导热基座、导热弹簧片、刚性导热基板、温差发电片和散热器，每个所述温差发电模组在散热器以下的外侧包覆设有隔热板。上述技术方案进ー步优选为，所述温差发电模组含有两个以上的温差发电片，所述温差发电片分别与散热器底面和刚性导热基板上表面相接，各个所述温差发电片之间填充有隔热材料层。更进一歩地，所述温差发电模组中，对应温差发电片处的导热弹簧片密度大于温差发电片隔空处的导热弹簧片密度。上述技术方案还可进一歩优选为，对应装接对象为弧面的情况，所述温差发电装置中导热弹簧片的分布密度自中央向外围渐密；对应装接对象为平面的情况，所述温差发电装置中导热弹簧片的分布密度均匀。进ー步地，所述温差发电模组设有缓冲弾片，所述缓冲弾片分别与柔性导热基座的边缘和隔热板的底缘相连。进ー步地，所述温差发电装置具有两个以上的温差发电模组，全部温差发电模组 通过卡箍固定在装接对象表面。更进一歩地，两个相邻的所述温差发电模组之间设有V型合页，所述V型合页的两翼分别装接固定在温差发电模组相邻侧的隔热板上。更进一歩地，所述卡箍具有柔性条状的主体部和主体部两端向外翻折的连接部，两条以上的卡箍通过螺钉相自连并与温差发电装置的隔热板相固接。本发明技术方案的应用实施，其突出效果为使用柔性导热基座配合导热弹簧片实现与不同型号汽车尾气管的兼容，并保证了热接触的紧密型，极大地増加了汽车尾气管温差发电装置的灵活性以及有效减少了对汽车尾气管的改动和工作状态的损害，具有安装和扩展的便利性。此外，由导热弹簧片替代常用的块体导热材料能够显著降低整套发电装置的重量，増加机动车的整体节能减排效果。以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进ー步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
图I是本发明发电装置中温差发电模组实施例装接前的结构示意图。图2是本发明发电装置中温差发电模组实施例装接后的结构示意图。
图3是本发明发电装置针对机动车排气管的一种装接方式剖视示意图。图4是本发明发电装置针对机动车排气管的另ー种装接方式剖视示意图。图5是本发明卡箍的结构示意图。图6是本发明V型合页的结构示意图。
具体实施例方式本发明为解决针对装接对象的各形状表面普遍适用、重量较轻、易于标准化制造和方便安装的温差发电利用问题，创新提出了一种柔性基座的温差发电装置，该温差发电装置能方便安装于汽车尾气管各部位，还可应用于烟气管路、冷却介质管路、エ业废气管路等进行余热回收发电，在低品位热能利用方面具有独特的效果。上述柔性基座的温差发电装置，具有外壳中所设的至少ー个温差发电模组。如图I所示，是本发明发电装置中温差发电模组实施例装接前(自然状态)的结构示意图。从该图示可见，该温差发电模组3自装接对象(图示实施例为机动车尾部排气管I)向外依次包括柔性导热基座31、导热弹簧片32、刚性导热基板33、温差发电片34和散热器35，每个温差发电模组在散热器以下的外侧包覆设有隔热板36，且隔热板36通过螺钉与刚性导热基板相固定。隔热板可选用如绝热陶瓷，绝热玻璃，石棉等刚性绝热材料。其底缘与装接对象接触处的外形可以选择弧面、平面等多种形式，以方便与尾气管表面接触。在刚性导热基板33与散热器35之间形成结构相对稳定的温差发电区域。以刚性导热基板33为界，其上表面部分主要负责温差发电，其中的温差发电片符合半导体温差发电原理，为已有渐趋成熟的技术，兹不予赘述；而其下表面部分主要与该温差发电模组的安装相关。利用所设的柔性导热基座31和导热弹簧片32，该温差发电模组3可以安装在任意平面或弧曲面上。上述柔性导热基座为可弯曲的薄铜片或其它导热材料，通过导热弹簧片与刚性导热平台连接。在未安装状态时，柔性导热基座处于自然平面形态。当与装接对象(排气管I)弧形面接触后，柔性导热基座受カ弯曲，其弯曲弧度与排气管弧面吻合。结合导热硅脂等辅助材料，实现与汽车尾气管的紧密热接触。柔性导热基座弯曲后，其形变传递给其上方的导热弹簧片，导热弹簧片再与刚性导热平台连接，实现了由曲面热源到平面热源的转换。
上述导热弹簧片将发挥三个方面的作用1，吸收形变，实现热源面特性的转换；2，传导热量，将柔性导热基座吸收的热量传递至刚性导热平台；3，支撑，一方面对柔性导热基座起挤压作用，保证柔性导热基座与排气管的紧密接触，另ー方面挤压上方的刚性导热平台，使刚性导热平台与温差发电片紧密接触。进ー步细化来看上述技术方案，该温差发电模组含3有两个以上的温差发电片34，该温差发电片34分别与散热器底面和刚性导热基板上表面相接，用于在两者之间所形成的剧烈温差下进行半导体温差发电。为进ー步提高各温差发电片的发电效率、减少热能损耗，本实施例还在各个温差发电片之间填充有隔热材料层(两温差发电片间的空白区域，未图示)。隔热材料层石棉、绝热陶瓷或绝热棉等覆盖在刚性导热平台之上。隔热材料中均匀留出空隙，露出刚性导热平台以安装温差发电片。隔热材料中设有温差发电片的线路，且厚度略低于温差发电片厚度，以保证温差发电片与冷热两端的热接触紧密。温差发电模块热端辅助以导热膏与刚性导热平台接触；温差发电片冷端与散热器紧密接触，其界面同样辅助以导热膏等导热材料。并且再请如图I所示，为增强热传导与温差发电片之间的效率，在该温差发电模组中对应温差发电片处的导热弹簧片密度大于温差发电片隔空处的导热弹簧片密度。此处，关于导热弹簧片的分布结构根据应用的不同具有多种实施方式。对应装接对象为弧面的情况，所述温差发电装置中导热弹簧片的分布密度自中央向外围渐密。对应装接对象为平面的情况，所述温差发电装置中导热弹簧片的分布密度均匀。在图I和图2所示实施例中，该温差发电模组3的装接对象为机动车尾部排气管1，而导热弹簧片是对应温差发电片的位置呈区块分布，但对应每个区块为均匀密度的分布结构。故此图2所示的装接后结构示意图可见中间区块的导热弹簧片被大幅压缩，相对两侧区块的导热弹簧片更显致密，易造成导热不均的现象。由此可见，针对不同的应用状况，导热弹簧片的分布结构具有灵活设计性。为提高装接的适应性，特别是当柔性导热基座31变形发生长度变化后，显然不能与原有的隔热板很好地保持相连，故此，该温差发电模组3还设有缓冲弾片37，该缓冲弾片37分别与柔性导热基座的边缘和隔热板的底缘相连。根据柔性导热基座31的长度变化而自身拉伸或收缩，从而保持柔性导热基座31与隔热板36之间的连接关系，同时起到平衡柔性导热基座位置的作用。在实际应用过程中，该温差发电模组很少单个使用，而是用数个该温差发电模组按一定的布局或排列结构组成温差发电装置，全部温差发电模组通过卡箍固定在装接对象表面，各温差发电模组的输出线通过DC/DC稳压器聚能、调制后完成与机动车蓄电池组的连接，再在全部温差发电模组外侧笼罩ー个保护及散热性的外売。作为装接结构，图I所示的实施例采用的是卡箍结合V型合页的装接结构或方式。在相邻两个温差发电模组之间通过V型合页连接，而ー侧温差发电模组则通过柔性的卡箍环绕排气管I与另ー侧温差发电模组相固接。其中V型合页的两翼分别通过螺钉71装接固定在温差发电模组相邻侧的隔热板上，且两翼之间形成特定角度的夹角，或通过牵引弹簧8起辅助固定作用，用来防止温差发电组件一端翘起。该牵引弹簧在未安装时处于自然收缩状态，安装后处于拉伸状态。卡箍具有柔性条状的主体部和主体部两端向外翻折的连接部，两条以上的卡箍通过螺钉相自连并与温差发电装置的隔热板相固接，其主体部可以为铝、铜、不锈钢、高温橡胶，绝热棉，复合绝热材料等。。图I所示的实施例即为卡箍21、卡箍22 通过螺钉72相自连，卡箍21相对卡箍22的另一端与边侧的一个温差发电模组的隔热片相接，卡箍22相对卡箍21的另一端通过螺钉73与另ー边侧的ー个温差发电模组的隔热片相接，而三个温差发电模组之间通过V型合页4相连接。再者，图2所示的实施例仅采用卡箍的装接结构或方式。即各温差发电模组相邻处均为卡箍连接，所不同的是根据模组分布的疏密而使得卡箍的本体部存在长度差异而已。图中相自连的卡箍21和卡箍22相对较长,而卡箍23和卡箍24则长度相对较短。为进ー步提高本发明温差发电装置的发电效率，直接来看即是加大散热器的散热性能，増大温差发电片上下表面间的温差。为做到这一点，本发明还可在直接空冷的基础上，辅助以強制空冷或循环水冷等方式散热。上述两个实施例分别提供了两种可行的实施方式，但绝非仅限于此。一者可在散热器的翅片上加设散热微风风扇5进行强制空冷(如图I所示)；二者可在散热器的翅片上加设循环水冷器6进行循环水冷(如图2所示)。在上述两个实施例中，整个柔性基座的温差发电装置的工作过程为汽车尾气热量通过管壁传递给柔性导热基座31，柔性导热基座31吸收的热量由导热弹簧32传递给刚性导热平台33。温差发电片34热端吸收刚性导热平台33的热量，经热电转换后热量经散热器35排出。温差发电片34产生的电カ通过引线引出，经DC/DC稳压器调压后接入车载蓄电系统。本发明技术方案的应用实施，使用柔性导热基座配合导热弹簧片实现与不同型号汽车尾气管的兼容，并保证了热接触的紧密型，极大地増加了汽车尾气管温差发电装置的灵活性以及有效减少了对汽车尾气管的改动和工作状态的损害，具有安装和扩展的便利性。此外，由导热弹簧片替代常用的块体导热材料能够显著降低整套发电装置的重量，増加机动车的整体节能减排效果。
权利要求
1.柔性基座的温差发电装置，具有外壳中所设的至少一个温差发电模组，其特征在于所述温差发电模组自装接对象向外依次包括柔性导热基座、导热弹簧片、刚性导热基板、温差发电片和散热器，每个所述温差发电模组在散热器以下的外侧包覆设有隔热板。
2.根据权利要求I所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于所述温差发电模组含有两个以上的温差发电片，所述温差发电片分别与散热器底面和刚性导热基板上表面相接。
3.根据权利要求2所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于各个所述温差发电片之间填充有隔热材料层。
4.根据权利要求2所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于所述温差发电模组中，对应温差发电片处的导热弹簧片密度大于温差发电片隔空处的导热弹簧片密度。
5.根据权利要求I所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于对应装接对象为弧面的情况，所述温差发电装置中导热弹簧片的分布密度自中央向外围渐密。
6.根据权利要求I所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于对应装接对象为平面的情况，所述温差发电装置中导热弹簧片的分布密度均匀。
7.根据权利要求I所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于所述温差发电模组设有缓冲弹片，所述缓冲弹片分别与柔性导热基座的边缘和隔热板的底缘相连。
8.根据权利要求I所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于所述温差发电装置具有两个以上的温差发电模组，全部温差发电模组通过卡箍固定在装接对象表面。
9.根据权利要求8所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于两个相邻的所述温差发电模组之间设有V型合页，所述V型合页的两翼分别装接固定在温差发电模组相邻侧的隔热板上。
10.根据权利要求8所述的柔性基座的温差发电装置，其特征在于所述卡箍具有柔性条状的主体部和主体部两端向外翻折的连接部，两条以上的卡箍通过螺钉相自连并与温差发电装置的隔热板相固接。
全文摘要
本发明揭示了一种柔性基座的温差发电装置，具有至少一个温差发电模组，该温差发电模组自装接对象向外依次包括柔性导热基座、导热弹簧片、刚性导热基板、温差发电片和散热器，每个所述温差发电模组在散热器以下的外侧包覆设有隔热板。多个温差发电模组包覆在装接对象外围并连接构成温差发电装置。本发明技术方案的应用实施，使用柔性导热基座配合导热弹簧片实现与不同型号汽车尾气管的兼容，并保证了热接触的紧密型，增加了汽车尾气管温差发电装置的灵活性以及有效减少了对汽车尾气管的改动和工作状态的损害，具有安装和扩展的便利性。此外，由导热弹簧片替代常用的块体导热材料能够显著降低整套发电装置的重量，增加机动车的整体节能减排效果。
文档编号H02N11/00GK102664562SQ20121011386
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者刘大为, 彭文博, 许世森, 金安君 申请人:中国华能集团清洁能源技术研究院