內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)研究

1、內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)研究摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用溫差發(fā)電技術(shù)可以將 汽車內(nèi)燃機(jī)尾氣中的余熱轉(zhuǎn)變成電能，繼而更好的解決汽車 行業(yè)的能源利用問(wèn)題。因此，基于這種認(rèn)識(shí)，本文首先對(duì)系 統(tǒng)發(fā)電原理進(jìn)行了分析。而在此基礎(chǔ)上，則通過(guò)分析溫差發(fā) 電系統(tǒng)的各組成部分，對(duì)內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱半導(dǎo)體溫差發(fā)電系 統(tǒng)展開(kāi)了研究，以便為關(guān)注這一話題的人們提供參考。關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；尾氣余熱；半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)引言：作為汽車消費(fèi)和生產(chǎn)大國(guó)，中國(guó)汽車行業(yè)的能源 消耗和污染排放問(wèn)題一直是各國(guó)關(guān)注的問(wèn)題。而將溫差發(fā)電 技術(shù)用在汽車內(nèi)燃機(jī)尾氣處理上，則不僅可以節(jié)約大量的燃 油，還可以為汽車提供一定的電氣用能。同時(shí)，半導(dǎo)體

2、溫差 發(fā)電模塊可以在低溫條件下工作，繼而可以滿足汽車尾氣余 熱的處理需求。因此，有關(guān)人員有必要對(duì)內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱半 導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)展開(kāi)研究，以便利用該系統(tǒng)解決汽車行業(yè) 的能源利用問(wèn)題。1 系統(tǒng)發(fā)電原理概述作為固體能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)具 有無(wú)污染、壽命長(zhǎng)和安全可靠的特點(diǎn)，可以在多個(gè)領(lǐng)域得到 廣泛的應(yīng)用。從原理角度來(lái)看，半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)就是利 用不同類型的半導(dǎo)體構(gòu)成的回路來(lái)發(fā)電的一種技術(shù)。具體來(lái) 講，就是在其中的一個(gè)半導(dǎo)體處在高溫狀態(tài)，而另一個(gè)處于 低溫狀態(tài)時(shí)，二者構(gòu)成的回路將出現(xiàn)溫差，繼而導(dǎo)致直流電 壓產(chǎn)生。就實(shí)際情況而言，由半導(dǎo)體構(gòu)成的溫差熱電偶可以 產(chǎn)生大量的電能，即每攝

3、氏度溫差幾百微伏的電壓。而由不 同半導(dǎo)體組成的單元?jiǎng)t為熱電片，在內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱發(fā)電方 面得到了應(yīng)用。近年來(lái)，隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車的 尾氣排放問(wèn)題也同樣引起了人們的關(guān)注。就目前來(lái)看，汽車 內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的尾氣中包含了 40%的燃油能量，并最終被釋放 在空氣中 1 。而利用半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)，則可以將尾氣中 的熱量轉(zhuǎn)化成電能，繼而在有效節(jié)省能源的同時(shí)，解決汽車 尾氣排放問(wèn)題。2 內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)研究 就目前來(lái)看，內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)主要 由集熱器、溫差發(fā)電片、冷卻系統(tǒng)和夾緊裝置構(gòu)成。在系統(tǒng) 運(yùn)行的過(guò)程中，內(nèi)燃機(jī)的尾氣將成為溫差發(fā)電片的熱源。而 發(fā)電片的冷端則為恒溫水

4、冷卻器，可以保證溫差發(fā)電片的兩 端出現(xiàn)溫差，繼而產(chǎn)生一定的電量。2.1 系統(tǒng)集熱器研究 從根本上來(lái)講，設(shè)置集熱器就是為了回收內(nèi)燃機(jī)尾氣中 的余熱。在系統(tǒng)中， 集熱器需要與排放尾氣的排氣管相連接。 而在集熱器的前后位置上，則設(shè)有兩個(gè)法蘭，可以幫助集熱 器較好的與排氣管連接。但是，由于該種連接是剛性連接， 容易因汽車運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致排氣管出現(xiàn)震動(dòng)。所以，需要在排氣 管上安裝軟管。而集熱器的另一端則需要與溫差發(fā)電片的熱 面接觸，繼而向溫差發(fā)電片提供熱量。所以，為了防止因集 熱器表面不平而造成的發(fā)電片損壞，并減小二者之間的接觸 電阻，還要做好集熱器表面的平面度的控制。此外，為了使 集熱器與發(fā)電片之間的導(dǎo)熱狀

5、態(tài)良好，還需要在二者接觸面 上涂抹導(dǎo)熱硅脂。2.2 系統(tǒng)溫差發(fā)電片研究 在尾氣發(fā)電系統(tǒng)中，溫差發(fā)電片起到了至關(guān)重要的作用。 一方面，在選擇半導(dǎo)體溫差發(fā)電片時(shí)，需要考慮尾氣溫度問(wèn) 題，即選用能夠承受200C的低溫段溫差發(fā)電片。另一方面， 考慮到集熱器的溫度主要集中在翅片位置，需要在翅片表面 位置進(jìn)行溫差發(fā)電片的布設(shè)。 同時(shí)，根據(jù)集熱器的表面尺寸， 還要均勻的完成發(fā)電片的布設(shè)。此外，現(xiàn)有的溫差發(fā)電片的 連接方式有三種，即并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)。如果將并聯(lián)發(fā)電片 集中布設(shè)，將導(dǎo)致溫差發(fā)電片之間出現(xiàn)環(huán)流，繼而造成一部 分能量的損失 2 。而將串聯(lián)發(fā)電片集中布設(shè)，則將導(dǎo)致發(fā)電 片組件內(nèi)部的電阻增大，繼而導(dǎo)致功

6、率輸出不良。因此，需 要采用混聯(lián)的方式進(jìn)行溫差發(fā)電片的布設(shè)。2.3 冷卻系統(tǒng)研究在系統(tǒng)工作的過(guò)程中，溫差發(fā)電片會(huì)將從集熱器獲得的 熱量轉(zhuǎn)移。具體來(lái)講，就是將熱端熱量傳遞冷端，并在冷端 進(jìn)行熱量的積累，繼而使冷端溫度逐漸升高。而這樣一來(lái)， 則會(huì)導(dǎo)致兩端的溫差減小，繼而不利于發(fā)電片發(fā)電。所以， 需要在系統(tǒng)中設(shè)置冷卻系統(tǒng)，繼而確保從熱端傳出的熱量得 到及時(shí)散發(fā)。而就目前來(lái)看，系統(tǒng)采用的冷卻方式主要有兩 種，即風(fēng)冷式和水冷式。 其中，風(fēng)冷式的冷卻效率相對(duì)較低， 所以可以采用水冷式的冷卻系統(tǒng)幫助發(fā)電系統(tǒng)降溫。具體來(lái) 講，就是為每一個(gè)溫差發(fā)電組件配備一個(gè)冷卻器，而冷卻器 之間的水路則采取并聯(lián)方式連接。2.

7、4 系統(tǒng)的夾緊裝置研究 在集熱器表面固定冷卻器與溫差發(fā)電片時(shí)，需要采用相 應(yīng)的夾緊裝置。而想要提高發(fā)電片的發(fā)電效率，則需要確保 發(fā)電片兩端有足夠的壓強(qiáng)。所以，需要選擇結(jié)構(gòu)合適的夾緊 裝置，以便確保系統(tǒng)的能效。就目前來(lái)看，主要的夾緊方式 有兩種，即整體式和分段式 3 。其中，整體式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但 要求接觸面的平面度較高。而分段式結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但是卻 能夠改善發(fā)電片與各裝置的接觸程度，繼而有利于提高發(fā)電 片的發(fā)電效率。結(jié)論：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源緊缺問(wèn)題變得日漸嚴(yán) 重。所以，了解內(nèi)燃機(jī)尾氣余熱半導(dǎo)體溫差發(fā)電系統(tǒng)的工作 原理，并掌握系統(tǒng)各組成部分的工作特性，才能夠更好的進(jìn) 行系統(tǒng)的設(shè)置和應(yīng)用，繼而促進(jìn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 劉廣林，鹿院衛(wèi)，呂鵬飛 .汽車尾氣熱源半導(dǎo)體溫差發(fā) 電系統(tǒng)構(gòu)想J節(jié)能，2011 , 01: 10-12.2 徐立珍， 李彥， 楊知等