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《【自動化】翻譯-汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)電壓巡檢模塊設(shè)計(jì)與開發(fā)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、基于熱電式發(fā)電機(jī)的汽車尾氣余熱發(fā)電設(shè)計(jì)：目標(biāo)與挑戰(zhàn)摘要：新一代具有潛力的熱電式動力汽車（通過回收汽車廢氣余熱），可以取代交流發(fā)電機(jī)或提供額外的充電電池組車輛，隨著熱電材料的發(fā)展，這種新型汽車的數(shù)量不斷增加。以汽油為燃料的車輛（GFVs），約40％的燃料能源通過余熱被浪費(fèi)，還有一小部分的能源量（30％）是通過發(fā)動機(jī)冷卻液流失。因此，ETEG熱電發(fā)電機(jī)在20世紀(jì)80年代一直被認(rèn)為是以汽油為燃料的汽車應(yīng)用的焦點(diǎn)。在過去二十年里先進(jìn)的熱電轉(zhuǎn)換材料的換效率已經(jīng)比以前提高了3倍。但是，這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體效率與其缺陷間存在
2、矛盾。在余熱發(fā)電中存在很多挑戰(zhàn)，例如，用于提高效率的換熱器（冷、熱箱），在不同的工作條件下使熱電轉(zhuǎn)換模塊兩個面保持足夠的溫度差，并將系統(tǒng)作為一個整體，減少熱量損失。本文重點(diǎn)在于通過對過去20年中的熱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行逐個調(diào)查分析。本文組織如下：第一部分，構(gòu)建一個模型用于描述ETEG。接下來討論ETEG的熱量和效率的平衡。然后，本文第三部分強(qiáng)調(diào)了ETEG設(shè)計(jì)主要目標(biāo)和系統(tǒng)效率挑戰(zhàn)。最后，回顧在過去二十年里ETEG設(shè)計(jì)研究的一些事例，主要是講各研究機(jī)構(gòu)應(yīng)對挑戰(zhàn)所研究并使用的方法。關(guān)鍵詞：熱電發(fā)電，汽車余熱回收，能
3、源管理1．引言任何汽車ETEG系統(tǒng)通常由四部分組成：一個熱箱，熱電模塊，冷板，和一些裝配部件。熱箱是尾氣余熱提取的組件，冷板是在熱氣通過熱電轉(zhuǎn)換模塊后用于散熱，裝配部件可以提供足夠的壓力使熱電模塊與所有其他部件理想的結(jié)合在一起(Vázquezetal.,2002)。一個熱電模塊包含大量的N型和P型半導(dǎo)體，成對擺放，可直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能(RoweandBhandari,1983)。在整篇文章中，縮寫“TEMs”用來代表熱電模塊。絕熱是任何ETEG系統(tǒng)的另一個重要組成部分，用來降低熱箱的熱量損失；同時熱表面材料
4、（即熱油脂）必須適用于冷熱之間的表面，熱電模塊可以克服兩面之間的接觸熱阻。典型的結(jié)構(gòu)和工作液體的流動如圖1所示。圖1典型ETEG的構(gòu)造 熱電模塊用組裝元件（壓縮彈簧和螺栓）固定在熱箱和兩個冷板之間2．ETEG熱平衡與效率在內(nèi)燃機(jī)中，約有40％的在燃料能源浪費(fèi)在廢氣中，30％是消耗在發(fā)動機(jī)冷卻液上，5％在輻射和摩擦中失去，25％用于機(jī)動車輛及配件(Yang,2005)。ETEG熱量回收系統(tǒng)，往往從第一部分那40％中回收能量，但由于諸多因素，在當(dāng)今的ETEG技術(shù)只有5~6％的回收效率(Kushchetal.,20
5、01)。圖2 一個典型的熱平衡ETEG結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的熱平衡的解釋如圖2所示。Qin和Qout分別是汽車尾氣通過熱箱的入口和出口。Q0是通過熱電模塊的是有效熱量。在該系統(tǒng)的熱量損失表示為Qlosses（參見方程（1）及（2）），Q1是來自于熱箱沒有被利用的表面通過熱輻射和對流損失的熱量；Q2是熱電模塊引腳的對流和熱輻射造成的熱量損失；Q3是通過裝配部件熱量傳導(dǎo)失去的熱量；Q4熱電模塊之間的間隙處的熱量散失；Q5是熱電模塊接觸熱阻中的傳導(dǎo)的熱量。在圖2中，熱平衡模型可以表示為：Qin-Qout=Q0+Qlosse
6、s ?。?）Qlosse=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 ?。?）ETEG的整體效率可以表示為：ηOV=ηom×ηHX×ρ （3）其中熱電模塊的轉(zhuǎn)換效率表現(xiàn)為： ?。?）P0是從ETEG輸出電量。熱電轉(zhuǎn)換的熱效率可表示為： ?。?） （6）每一個元件的熱量損失的百分比以及通過熱電模塊的有用熱量主要取決于ETEG的設(shè)計(jì)。但是，最近一個案例研究表明Qout占全部廢氣余熱
7、的45％，而另外45％是Q2、Q5和Q0的總和(Rowe,2005)。3．目標(biāo)和挑戰(zhàn)提高整體效率是任何ETEG設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，效率的增加可以通過增加技術(shù)投入。減少熱接觸阻力（Q5）使熱量散失降低來提高熱電轉(zhuǎn)換效率。它可以通過提供一個統(tǒng)一的對熱電模塊安裝和在熱/冷端和各模塊之間使用高導(dǎo)電導(dǎo)熱界面材料。由于熱箱和冷板通常導(dǎo)電的，熱電模塊應(yīng)該是絕緣的，陶瓷片是理想的絕熱絕緣材料，符合絕緣要求。經(jīng)過絕緣片溫度會下降10~15℃(Hi-ZInc.,1996)。其他解決辦法，如硅和金屬基脂可能不適合ETEG，因?yàn)槟K的運(yùn)
8、行溫度很高（>200℃），以及成本的考慮。有許多方法可以控制換熱器的熱效率。當(dāng)熱箱具有較大截面積，尾氣進(jìn)入熱箱通道，速度會降低。這樣氣體的速度突然下降會形成了一個厚厚的熱邊界層，導(dǎo)致總傳熱系數(shù)大幅下降。內(nèi)部鰭、和氣和波紋面是消除這一邊界層的影響最有利的解決辦法。然而，要考慮到一個重要的因素是氣體必須是自由的經(jīng)橫截面面積向前流動的，因?yàn)樗赡軙?dǎo)致發(fā)動機(jī)效率降低。為了盡量減少通過元器件傳導(dǎo)造成的熱量損
