專(zhuān)利名稱(chēng)：三元催化熱電轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，特別是一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣廢熱產(chǎn)生的高溫發(fā)電并和三元催化裝置設(shè)計(jì)為一體的三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，屬于汽車(chē)制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)約30%的總能量用于驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，約30%的總能量被冷卻系統(tǒng)消耗，余下約40%的總能量都以高溫廢氣的形式由汽車(chē)排氣系統(tǒng)排出；普通家用轎車(chē)以常速行駛時(shí)的能量損失就達(dá)2(T30 kW。若對(duì)這部分廢氣余熱加以回收和利用可有效降低汽車(chē)的能源消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染。例如CN201020204766. 9所公開(kāi)的“一種汽車(chē)余 熱發(fā)電裝置”中，就是采用熱電轉(zhuǎn)換裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的熱能轉(zhuǎn)換為電能提供給整車(chē)系統(tǒng)，這是發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣利用的一個(gè)具體表現(xiàn)。但這類(lèi)熱電轉(zhuǎn)換裝置體積過(guò)大、能量利用率低，而且布置方式和安裝均達(dá)不到安裝在車(chē)內(nèi)的要求，而且僅僅解決了溫差發(fā)電這一項(xiàng)問(wèn)題。而本三元催化熱電轉(zhuǎn)換器將三元催化器和溫差發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，使新結(jié)構(gòu)同時(shí)具有催化凈化和溫差發(fā)電的功能。這樣一方面能最大限度地利用汽車(chē)尾氣的熱能、節(jié)約布置空間并有效降低汽車(chē)排氣系統(tǒng)背壓，減小溫差發(fā)電系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響，另一方面也解決了溫差發(fā)電系統(tǒng)對(duì)三元催化器工作溫度影響問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種空間利用率高、能量利用率大、散熱性好、穩(wěn)定性高、發(fā)電效率高的三元催化熱電轉(zhuǎn)換器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種三元催化熱電轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)中空的并具有進(jìn)氣口和出氣口的正六邊形殼體，靠殼體的進(jìn)氣口處一段距離裝有氧傳感器和溫度傳感器，氧傳感器與第I控制器相連，溫度傳感器與第2控制器相連，其殼體內(nèi)部填充有三元催化器的催化載體(蜂窩陶瓷載體)、三元催化劑(Pt)、三元催化器襯墊，殼體外表面依次覆蓋著熱電模塊、長(zhǎng)條形水箱及薄壁圓筒，所述的長(zhǎng)條形水箱的進(jìn)水口和出水口與汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)相通并形成循環(huán)閉路，所述的薄壁圓筒通過(guò)螺母螺栓夾緊固定熱電模塊和長(zhǎng)條形水箱。本實(shí)用新型中，所述的熱電模塊的熱端與殼體外表面接觸，熱電模塊的冷端與長(zhǎng)條形水箱接觸，正六邊形殼體每一邊的熱電模塊按照矩陣的形式串聯(lián)，然后再并聯(lián)起來(lái)構(gòu)成熱電模塊組。本實(shí)用新型中，所述的溫度傳感器輸出端與第2控制器輸入端相連，第2控制器輸出端和控制開(kāi)關(guān)輸入端相連，其控制開(kāi)關(guān)輸出端與汽車(chē)蓄電池的電極相連，熱電模塊組電極連接汽車(chē)蓄電池的電極。本實(shí)用新型中，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣出口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器殼體的進(jìn)氣口相通；汽車(chē)后消聲器的進(jìn)氣口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器殼體的出氣口相通。[0008]本實(shí)用新型中，所述的熱電模塊的額定最高溫度380°C，最低工作溫度也不能低于200。。。本實(shí)用新型將三元催化器和溫差發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)同時(shí)具有催化凈化和溫差發(fā)電的功能。本實(shí)用新型在熱電模塊冷端設(shè)有長(zhǎng)條形水箱，并與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)相通且形成閉路循環(huán)，不需要單獨(dú)建立新的冷卻系統(tǒng)，而且冷卻效果好。殼體外部的固定裝置薄壁圓筒既能對(duì)熱電模塊和長(zhǎng)條形水箱進(jìn)行位置的固定和夾緊，又能保護(hù)三元催化熱電轉(zhuǎn)換器不暴露在外，耐久性極高。由于三元催化熱電轉(zhuǎn)換器表面溫度的不均勻性，每塊熱電模塊所發(fā)出的電量差距會(huì)有所區(qū)別，若單純將熱電模塊串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)，會(huì)影響到熱電模塊組整體的發(fā)電功率和熱電模塊的使用壽命。所述的正六邊形殼體每一邊表面的熱電模塊按照矩陣的形式串聯(lián)， 然后再并聯(lián)起來(lái)組成熱電模塊組。由于三元催化器中的HC (碳?xì)浠衔?和CO發(fā)生氧化反應(yīng)能放出大量的熱，三元催化熱電轉(zhuǎn)換器的正六邊形殼體表面溫度會(huì)有所上升，進(jìn)而提高了熱電模塊熱端溫度，力口大了模塊兩端的溫差，進(jìn)而提升了每個(gè)熱電模塊的發(fā)電量，同時(shí)也降低了背壓，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，降低了機(jī)動(dòng)車(chē)的燃油消耗。氧傳感器和溫度傳感器安裝在排氣管內(nèi)，氧傳感器反映發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)空燃比的大小，ECU (行車(chē)電腦)會(huì)據(jù)此判斷空燃比是否偏離理論數(shù)值，然后調(diào)節(jié)噴油量，使實(shí)際空燃比在理論空燃比上下浮動(dòng)。溫度傳感器監(jiān)控排氣管內(nèi)溫度，是否超過(guò)熱電模塊的高溫端上下限，當(dāng)溫度傳感器顯示溫度低于200°C或者高于380°C時(shí)，第I控制器控制開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)汽車(chē)蓄電池的電極和熱電模塊的電極。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，布置容易汽車(chē)廢氣出口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器的進(jìn)氣口相通；汽車(chē)后消聲器的進(jìn)氣口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器殼體的出氣口相通；汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器冷卻水箱裝置相通并形成閉路循環(huán)；汽車(chē)蓄電池的電極與熱電模塊元件的電極相連。固定裝置薄壁圓筒不僅對(duì)模塊和水箱進(jìn)行了夾緊固定，使得熱電模塊兩端分別與熱冷端更好的接觸，提升發(fā)電量，而且保護(hù)了本應(yīng)暴露在外的熱電模塊和水箱，耐久性高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練緊湊，容易安裝。充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣廢熱和三元催化過(guò)程中氧化還原反應(yīng)的放熱進(jìn)行溫差發(fā)電，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的背壓，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能；降低了油耗，提升了汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性；降低了三元催化熱電轉(zhuǎn)換器的占有空間和成本，提升了汽車(chē)廢熱的利用率。

圖I是本實(shí)用新型三元催化熱電轉(zhuǎn)換器的外部結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型三元催化熱電轉(zhuǎn)換器去掉固定裝置薄壁圓筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型三元催化熱電轉(zhuǎn)換器與機(jī)動(dòng)車(chē)其他設(shè)備裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖中1_進(jìn)氣口，2-出氣口，3-殼體，4-熱電模塊，5-長(zhǎng)條形水箱，6-進(jìn)水口，7-出水口，8-螺母螺栓，9-薄壁圓筒，10-氧傳感器，11-溫度傳感器，12-第I控制器，13-第2控制器，14-開(kāi)關(guān)，15-汽車(chē)蓄電池。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理、工作過(guò)程和具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I和圖2所示，本實(shí)用新型三元催化熱電轉(zhuǎn)換器的實(shí)例包括一個(gè)內(nèi)空的并具有進(jìn)氣口 I和出氣口 2的正六邊形殼體3，其殼體3的進(jìn)口處小段距離裝有氧傳感器10和溫度傳感器11，氧傳感器10連有第I控制器12，溫度傳感器11連有第2控制器13，殼體3內(nèi)部填充有三元催化器的催化載體(蜂窩陶瓷載體)、三元催化劑(Pt)、三元催化器襯墊，殼體3外表面每一邊上都裝有熱電模塊4,正六邊形殼體3表面每一邊的熱電模塊4按照矩陣的形式串聯(lián)，然后再并聯(lián)起來(lái)組成熱電模塊組。熱電模塊4的熱端與殼體3外表面接觸，熱電模塊4的另一端(冷端)覆蓋有長(zhǎng)條形水箱5，長(zhǎng)條形水箱5通過(guò)進(jìn)水口 6和出水口 7與 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)相通并形成閉路循環(huán)。一個(gè)薄壁圓筒9包裹住殼體3、熱電模塊4和長(zhǎng)條形水箱5，殼體3外表面每一邊的長(zhǎng)條形水箱用六個(gè)螺母螺栓8進(jìn)行壓緊固定，螺母螺栓8分別位于前段、中段和末段。溫度傳感器11顯示溫度低于20(TC或者高于380°C時(shí)，第2控制器13控制開(kāi)關(guān)14,斷開(kāi)汽車(chē)蓄電池15的電極和熱電模塊4電極,提升催化效率。正六邊形殼體3每一邊的熱電模塊4按照矩陣的形式串聯(lián)，然后再并聯(lián)起來(lái)組成熱電模塊組，同時(shí)也可避免磁場(chǎng)的干擾。氧傳感器10安裝在排氣管內(nèi)，氧傳感器10反映發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)空燃比的大小，ECU會(huì)據(jù)此判斷空燃比是否偏離理論數(shù)值，然后調(diào)節(jié)噴油量，使實(shí)際空燃比在理論空燃比上下浮動(dòng)。如圖1，2，3所示，應(yīng)用本三元催化熱電轉(zhuǎn)換器的汽車(chē)的結(jié)構(gòu)如下汽車(chē)廢氣出口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器殼體3的進(jìn)氣口I相通；汽車(chē)后消聲器的進(jìn)氣口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器殼體3的出氣口 2相通；氧傳感器10和溫度傳感器11置于三兀催化熱電轉(zhuǎn)換器前端的排氣管內(nèi)；汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器長(zhǎng)條形水箱5相通并形成閉路循環(huán)；汽車(chē)蓄電池15的電極與熱電模塊4的電極相連。整車(chē)行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生大量廢氣，通過(guò)進(jìn)氣口 I進(jìn)入該三元催化熱電轉(zhuǎn)換器中，內(nèi)部催化載體和催化劑將廢氣進(jìn)行凈化并放熱，熱電模塊4 一面與殼體3接觸，另一面與從進(jìn)水口 6引入的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻水的長(zhǎng)條形水箱5接觸，兩者產(chǎn)生溫差，熱電模塊4產(chǎn)生電能提供給整車(chē)用電設(shè)備及發(fā)動(dòng)機(jī)蓄電池。經(jīng)過(guò)三元催化熱電轉(zhuǎn)換器加熱的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水經(jīng)出水口 7重新回到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)，從出氣口 2排出的氣體進(jìn)入消聲器等其他整車(chē)設(shè)備當(dāng)中。溫度傳感器11顯示的排氣管內(nèi)最高工作溫度不能超過(guò)熱電模塊4的額定最高溫度380°C，最低工作溫度也不能低于200°C，否則，第2控制器13立即斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)汽車(chē)蓄電池15的電極和熱電模塊4電極。
權(quán)利要求1.一種三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，其特征是，它包括一個(gè)中空的并具有進(jìn)氣口(I)和出氣口( 2 )的正六邊形殼體(3 )，靠殼體(3 )的進(jìn)氣口處一段距離裝有氧傳感器(10 )和溫度傳感器(11)，氧傳感器(10)與第I控制器(12)相連，溫度傳感器(11)與第2控制器(13)相連，殼體(3)內(nèi)部填充有三兀催化器的催化載體、三兀催化劑、三兀催化器襯墊,殼體(3)外表面依次覆蓋著熱電模塊(4)、長(zhǎng)條形水箱(5)及薄壁圓筒(9)，長(zhǎng)條形水箱(5)的進(jìn)水口(6)和出水口(7)與汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)相通并形成循環(huán)閉路，薄壁圓筒(9)通過(guò)螺母螺栓(8)夾緊固定熱電模塊(4)和長(zhǎng)條形水箱(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述熱電模塊(4)的熱端與殼體(3 )外表面接觸，熱電模塊(4)的冷端與長(zhǎng)條形水箱(5 )接觸，正六邊形殼體(3 )每一邊的熱電模塊(4)按照矩陣的形式串聯(lián)，然后再并聯(lián)起來(lái)組成熱電模塊組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，溫度傳感器(11)輸出端與第2控制器(13)輸入端相連，第2控制器(13)輸出端和控制開(kāi)關(guān)(14)輸入端相連，控制開(kāi)關(guān)(14)輸出端與汽車(chē)蓄電池(15)的電極相連，熱電模塊組電極連接汽車(chē)蓄電池(15)的電極。
4.如權(quán)利要求I所述的三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣出口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器殼體的進(jìn)氣口(I)相通；汽車(chē)后消聲器的進(jìn)氣口與三元催化熱電轉(zhuǎn)換器殼體的出氣口(2)相通。
5.如權(quán)利要求I所述的三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的三元催化器的催化載體為蜂窩陶瓷載體。
6.如權(quán)利要求I所述的三元催化熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的熱電模塊的額定最高溫度380°C，最低工作溫度也不能低于200°C。
專(zhuān)利摘要一種三元催化熱電轉(zhuǎn)換器。包括一個(gè)中空的并有進(jìn)氣口和出氣口的正六邊形殼體，殼體的進(jìn)氣口處一段距離裝有氧傳感器和溫度傳感器，氧傳感器與第1控制器相連，溫度傳感器與第2控制器相連，殼體內(nèi)部填充有催化載體、三元催化劑、三元催化器襯墊，殼體外表面依次覆蓋著熱電模塊、長(zhǎng)條形水箱及薄壁圓筒，水箱的進(jìn)水口和出水口與汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)相通并形成循環(huán)閉路，薄壁圓筒通過(guò)螺母螺栓夾緊固定熱電模塊和長(zhǎng)條形水箱。汽車(chē)廢氣出口與該轉(zhuǎn)換器進(jìn)氣口相通;汽車(chē)后消聲器進(jìn)氣口與殼體出氣口相通；汽車(chē)蓄電池電極與熱電模塊電極相連；第2控制器控制開(kāi)關(guān)，控制汽車(chē)蓄電池的電極和熱電模塊的電極。本轉(zhuǎn)換器空間利用率高、能量利用率大、散熱性好、性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H02N11/00GK202718733SQ20122028720
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者鄧亞?wèn)|, 劉珣, 謝蛟龍, 佟乃強(qiáng), 陳珊, 楊小慶, 鎮(zhèn)新 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)