电子式汽车尾气热能发电装置

孟祥彬等

摘 要 随着人们生活水平的提高，汽车数量和对汽车功能设定的标准越来越多，导致汽车的耗电量增大，燃油发动机燃油效率低下等缺点在这个能源紧缺的时代日益突显，在汽车产业发展的同时开发新的能源和增加能源利用率问题受到广泛关注，而在汽车尾气中带有的大量热能，如果不能被有效利用，不仅浪费能源，而且对环境会造成一定的污染。所以结合汽车构造设计出可以将汽车尾气中不能被利用的热能转化成电能，供人们使用的装置，在现阶段具有重要的现实意义。本文将此设计思想与个人经验相结合，进行电子式汽车尾气热能发电装置设计，并从电子式汽车尾气热能发电装置的技术背景、关键技术及外观结构，和发展前景等方面展开分析，为增加能源利用率，缓解汽车耗电量高等问题做出努力。

关键词 电子式；汽车尾气；热能发电装置

中图分类号 U46 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2015）09-0043-02

在经济迅猛发展和可持续发展战略不断落实的刺激下，人们逐渐认识到人与自然和谐发展的必要性，并在通过技术提升人们生活水平，改善人们生产生活的过程中兼顾环境保护和能源的有效利用，电子式汽车尾气热能发电装置的设计就是认识到环境保护重要性，将汽车尾气中产生的热能进行有效利用的成果。

1 电子式汽车尾气热能发电装置的技术背景介绍

本文设计的电子式汽车尾气热能发电装置以温差电技术为核心，其于1821年由德国人Seebeck发现，是利用材料的Seebeck效应，通过载流子（电子和空穴）进行能量的输运，是制作测温热电偶、温差发电和温差电传感器的基础，其原理主要是当把两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态，而另一端开路并给以低温时，受高温端的热激发作用较强的影响，高温端的空穴和电子浓度会明显高于低温端，在其驱动下，空穴和电子将会向低温端扩散，致使低温开路端形成电势差，当足够多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可累积到足够高的电压，形成一个温差发电机，在有微小温差存在的条件下实现热能直接转化为电能，且转换过程中不需要机械运动部件，也无气态或液态介质存在[1]。

2 电子式汽车尾气热能发电装置的关键技术及外观结构分析

当温差发电片以发电片的热面粘贴在汽车尾气排气管上，冷面通过散热片与空气接触的形式安装在汽车尾气排气管上时，发电片的两侧就会产生温差，形成电能，在此装置设计中将温差发电片视为发电装置核心，不仅结构简单，安装方便，而且不需要更改消音器原有结构，具有不怕污染，使用寿命长，可与其他发电装置共同使用等优点，根据有效测量结果，将六块40×40mm温差发电片串联，在温差达到60℃时，即可以发出满足汽车使用的12V电压，而现实生活中，汽车排放尾气的温度可以达到200℃以上，在选择温差发电片时要特别注意温差发电片的温度范围，在电子式汽车尾气热能发电装置设计的过程中选用温差发电片型号为TEP1-142T30，其适用温度在-40至300℃之间，如果将此装置安装于大型车辆，考虑到其尾气中热量更多，通常要选择最高温度为500°的发电片，安装的过程中发电片的冷端要贴近于散热片，热端要贴近于吸热面，此时要注意需要安装发电片的汽车尾气排气管表面必须平坦，特别是冷面，安装面高度误差要控制在20微米以内，在设计装置安装过程中，为提升安装质量，在利用导热硅胶片粘贴发电片的基础上用外力压紧，并利用螺栓固定，利用耐高温绝缘材料将发电片导线包裹，并使用704硅胶固定，可以使设计的电子式汽车尾气热能发电装置既实现将汽车尾气中的热能转换成电能的作用，又与汽车结构紧密贴合，不影响汽车的正常驾驶，设计的装置外观如图1所示[2]。

在实际中实现将汽车尾气中的热能转化成电能的方法较多，但考虑到利用汽车尾气气流带动安装在汽车尾气排气管内的风扇，实现发电机发电，满足汽车内设备使用和蓄电池充电供给，虽成功将汽车尾气的气体动能转化为二次能源电能，增加了能源利用率，但在排气管内安装风扇可能会影响汽车排气，长时间积累可能造成排气管堵塞，缩减发动机的使用寿命，而且整个装置结构复杂，安装麻烦，对汽车改动大，不易于维修，所以在进行装置设计中并未采用此方案；而通过在排气管外围添加沸点低的液体的气化过程所产生的气流带动汽轮机，从而带动发电机发电的方法，虽同样可以满足汽车的电能需求，但在安装后会导致外围装置过于庞大，不利于在汽车结构中应用，所以在设计的过程中同样不予以采用。而将温差发电片作为发电装置，一方面实现利用汽车尾气中的热能提升发电片温度，另一方面通过散热片自然冷却和汽车行驶过程中风冷使发电片温度降低，使发电片两面自然产生温差，温差所产生的电能不仅可以供汽车用电器使用及蓄电池充电，而且其安装过程简单易操作，后期维修或更换难度低，且整体结构简单，不需要更改汽车消音器原有结构，利用率高、实用性大、寿命长，可与其他发电装置共同使用，可以推广使用，所以在装置设计的过程中积极应用此方法[3]。

3 电子式汽车尾气热能发电装置的发展前景分析

利用发电片温差将汽车尾气中的热量转化成电能的电子式汽车尾气热能发电装置时，首先要将发电片及散热片粘贴在消音器上，并用螺栓固定，按照相关应用说明提示以红色接正，黑色接负的形式完成导线连接，汽车运行的过程中即可发电，整个过程并不需要专业技术人员完成，已出售的正在使用的汽车可以结合自身实际情况选择自行安装，成本低，但对环境的保护作用和对能源利用效率的提升效果明显，被汽车所有者接受的可能性较大，由于本文设计的电子式汽车尾气热能发电装置对汽车消音器的原有结构不需要较多改动，所以其既可以应用于各种燃油车辆，也可以应用于现阶段较受欢迎的燃气的车辆，所以其使用范围非常广泛，市场前景广阔，在人们对人与自然和谐发展认识逐渐加深的刺激下，人们对汽车功能的要求必然增加环境破坏性小等方面，传统汽车耗电量随着汽车数量增加而增大的缺点将逐渐暴露，通过增加发电机功率以及开发其他发电方式改善此缺点的呼声将越来越高，所以本文设计装置发展前景巨大，随着未来汽车数量的逐渐增加，其所产生的经济效应空间巨大，本文所设计的电子式汽车尾气热能发电装置在设计的过程中进行了多次实物模型模拟操作，用吹风机来模拟汽车尾气，用小灯泡模拟汽车用电器，并用万用表测量其实际电压极电流，再按比例放大，整个过程稳定、持续，效果明显，所以在汽车使用中选择安装不必担心其可能引起安全问题，使用过程有保障。

4 结论

通过上述分析可以发现，本文所设计的电子式汽车尾气热能发电装置具有有效的转化技术和满足现阶段人们汽车审美需求的外观结构，具有一般发电装置所不具备有优势，将其应用于现阶段需求市场旺盛的汽车领域，不仅间接上有利于缓解现阶段能源短缺等问题，而且符合人们对汽车功能多样化的需求，具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]詹卫炜.汽车尾气废热温差发电系统能量流研究[D].武汉理工大学，2013.

[2]徐刚.汽车尾气余热温差发电系统仿真与设计[D].北京交通大学，2014.

[3]赵万枫.内燃机尾气余热半导体温差发电系统研究设计[D].北京交通大学，2014.