内燃机尾气余热半导体温差发电系统研究
来源:用户上传
作者:
摘 要：随着科学技术的发展，利用温差发电技术可以将汽车内燃机尾气中的余热转变成电能，继而更好的解决汽车行业的能源利用问题。因此，基于这种认识，本文首先对系统发电原理进行了分析。而在此基础上，则通过分析温差发电系统的各组成部分，对内燃机尾气余热半导体温差发电系统展开了研究，以便为关注这一话题的人们提供参考。
关键词：内燃机；尾气余热；半导体温差发电系统
引言：作为汽车消费和生产大国，中国汽车行业的能源消耗和污染排放问题一直是各国关注的问题。而将温差发电技术用在汽车内燃机尾气处理上，则不仅可以节约大量的燃油，还可以为汽车提供一定的电气用能。同时，半导体温差发电模块可以在低温条件下工作，继而可以满足汽车尾气余热的处理需求。因此，有关人员有必要对内燃机尾气余热半导体温差发电系统展开研究，以便利用该系统解决汽车行业的能源利用问题。
1系统发电原理概述
作为固体能量转换技术的一种，半导体温差发电技术具有无污染、寿命长和安全可靠的特点，可以在多个领域得到广泛的应用。从原理角度来看，半导体温差发电技术就是利用不同类型的半导体构成的回路来发电的一种技术。具体来讲，就是在其中的一个半导体处在高温状态，而另一个处于低温状态时，二者构成的回路将出现温差，继而导致直流电压产生。就实际情况而言，由半导体构成的温差热电偶可以产生大量的电能，即每摄氏度温差几百微伏的电压。而由不同半导体组成的单元则为热电片，在内燃机尾气余热发电方面得到了应用。近年来，随着汽车行业的快速发展，汽车的尾气排放问题也同样引起了人们的关注。就目前来看，汽车内燃机产生的尾气中包含了40%的燃油能量，并最终被释放在空气中[1]。而利用半导体温差发电技术，则可以将尾气中的热量转化成电能，继而在有效节省能源的同时，解决汽车尾气排放问题。
2内燃机尾气余热半导体温差发电系统研究
就目前来看，内燃机尾气余热半导体温差发电系统主要由集热器、温差发电片、冷却系统和夹紧装置构成。在系统运行的过程中，内燃机的尾气将成为温差发电片的热源。而发电片的冷端则为恒温水冷却器，可以保证温差发电片的两端出现温差，继而产生一定的电量。
2.1系统集热器研究
从根本上来讲，设置集热器就是为了回收内燃机尾气中的余热。在系统中，集热器需要与排放尾气的排气管相连接。而在集热器的前后位置上，则设有两个法兰，可以帮助集热器较好的与排气管连接。但是，由于该种连接是刚性连接，容易因汽车运动而导致排气管出现震动。所以，需要在排气管上安装软管。而集热器的另一端则需要与温差发电片的热面接触，继而向温差发电片提供热量。所以，为了防止因集热器表面不平而造成的发电片损坏，并减小二者之间的接触电阻，还要做好集热器表面的平面度的控制。此外，为了使集热器与发电片之间的导热状态良好，还需要在二者接触面上涂抹导热硅脂。
2.2系统温差发电片研究
在尾气发电系统中，温差发电片起到了至关重要的作用。一方面，在选择半导体温差发电片时，需要考虑尾气温度问题，即选用能够承受200℃的低温段温差发电片。另一方面，考虑到集热器的温度主要集中在翅片位置，需要在翅片表面位置进行温差发电片的布设。同时，根据集热器的表面尺寸，还要均匀的完成发电片的布设。此外，现有的温差发电片的连接方式有三种，即并联、串联和混联。如果将并联发电片集中布设，将导致温差发电片之间出现环流，继而造成一部分能量的损失[2]。而将串联发电片集中布设，则将导致发电片组件内部的电阻增大，继而导致功率输出不良。因此，需要采用混联的方式进行温差发电片的布设。
2.3冷却系统研究
在系统工作的过程中，温差发电片会将从集热器获得的热量转移。具体来讲，就是将热端热量传递冷端，并在冷端进行热量的积累，继而使冷端温度逐渐升高。而这样一来，则会导致两端的温差减小，继而不利于发电片发电。所以，需要在系统中设置冷却系统，继而确保从热端传出的热量得到及时散发。而就目前来看，系统采用的冷却方式主要有两种，即风冷式和水冷式。其中，风冷式的冷却效率相对较低，所以可以采用水冷式的冷却系统帮助发电系统降温。具体来讲，就是为每一个温差发电组件配备一个冷却器，而冷却器之间的水路则采取并联方式连接。
2.4系统的夹紧装置研究
在集热器表面固定冷却器与温差发电片时，需要采用相应的夹紧装置。而想要提高发电片的发电效率，则需要确保发电片两端有足够的压强。所以，需要选择结构合适的夹紧装置，以便确保系统的能效。就目前来看，主要的夹紧方式有两种，即整体式和分段式[3]。其中，整体式结构简单，但要求接触面的平面度较高。而分段式结构相对复杂，但是却能够改善发电片与各装置的接触程度，继而有利于提高发电片的发电效率。
结论：随着经济的快速发展，能源紧缺问题变得日渐严重。所以，了解内燃机尾气余热半导体温差发电系统的工作原理，并掌握系统各组成部分的工作特性，才能够更好的进行系统的设置和应用，继而促进汽车行业的可持续发展。
参考文献
[1]刘广林，鹿院卫，吕鹏飞.汽车尾气热源半导体温差发电系统构想[J].节能，2011，01：10-12.
[2]徐立珍，李彦，杨知等.汽车尾气温差发电的实验研究[J].清华大学学报（自然科学版），2010，02：287-289+294.
[3]许艳艳，王东生，韩东等.基于余热回收的半导体温差发电模型及数值模拟[J].节能技术，2010，02：168-172.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-11721270.htm
