尾氣溫差發電系統建模及影響規律分析

馬宗正

（河南工程學院 機械工程學院，鄭州 451191）

溫差發電的前提是溫差發電器兩端有溫差，也即溫差發電器需要冷源和熱源[1-2]。已有的研究表明，不論是發動機尾氣還是冷卻液，都是較為理想的熱源[3-4]，通過水冷[5-6]、強制風冷[7]或者自然冷卻[8]方式提供冷源，即可利用溫差發電技術對發動機能量進行回收利用[9]。

Hatzikraniotis 等開發的針對尾氣能量回收的溫差發電系統，冷卻采用156 片20mm 高的散熱片，依靠自然風冷卻，在車速為90 km/h 和120 km/h 的情況下，溫差發電模塊的熱端溫度不超過225 ℃，當環境溫度為20 ℃時冷端溫度不超過80 ℃，此種溫差發電器的轉換效率在2.5%～3.2% 之間[10]；Wang 等對風冷散熱尾氣能量回收裝置采用數值計算的方法進行了改進，通過數值分析可知，散熱片長度減少而增加邊緣面積能夠有效增加溫差發電能量密度，根據其比對結果，在采用改進形式的散熱片后，即使散熱效率降低20.93%的情況下溫差發電模塊的能量密度可增加到88.7%[11]；Orr 等利用熱管技術設計的尾氣能量回收裝置，轉換效率能夠達到2.46%，燃油消耗量能夠降低1.57%[12]；Massaguer 等的研究結果表明，把溫差發電裝置安裝到1.4 L 的汽油發動機上，最大輸出電能可達到111 W[13]；Lobufets 等的研究結果表明，當發動機轉速為2 000 r/min、平均有效壓力為0.6 MPa 時，最大輸出功率可達119 W，最大的能量轉換效率可達2.8%[8]；Kobayashi 等利用SiGe 溫差發電模塊在3 L 汽油機上的試驗結果表明，當利用排氣管作為熱源直接與溫差發電模塊的熱端相連、另一端利用水冷的方式，在汽車車速為60 km/h 時，單片溫差發電模塊的最大輸出功率為1.2 W[14]；……