汽车尾气变温发电系统设计

本科毕业设计（论文）汽车尾气变温发电系统设计说明书 学 院 汽车工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 2016年 月 日 华南理工大学广州学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：2016年 月 日学位论文版权使用授权书本人完全了解华南理工大学广州学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本；华南理工大学广州学院图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，可以公布论文的部分或全部内容。学位论文作者签名： 日期：2016年 月 日指导教师签名： 日期：2016年 月 日作者联系电话： 电子邮箱：摘 要 汽车尾气会以热的形式大量散失, 散失的热量在100瓦的量级。本项目基于微电脑控制技术将汽车发动机尾气原本以余热直接排放到大气中的能量，运用半导体温差发电组件转化成电能回收利用。并且将发电核心装置和汽车三元催化器结合。使此装置在现有车辆上应用的可行性大幅度提高，并且弥补了三元催化器在汽车启动时催化效率低的缺陷。发电核心模块为全固态结构，正常使用时间达10-15年。基于开关稳压电路设计的稳压模块为车载电器提供稳定的12V电源。发电组件在为车载电器供电还有盈余时对蓄电池充电。并且发电组件的工作情况，发电功率等信息通过显示器显示。同时发电组件和发动机三元催化器结合，在发动机启动时蓄电池为发电件供电，发电组件具有制热功能可以为三元催化器加热，缩短发动机起动时三元催化器达到正常催化效率温度的时间，从而提升三元催化器在发动机启动时的催化效率。当发动机正常工作时发电组件高温面的温度符合三元催化器正常工作温度范围。所以两部分结合既可以提升三元催化器在发动机起动时的催化性能，又方便此系统在现有车辆上安装。关键词:汽车尾气发电；温差发电；三元催化器；节能减排。 Abstract A large number of automobile exhaust will be lost in the form of heat, the heat loss in the order of 100 watts. The project is based on microcomputer control technology, the automobile engine exhaust gas energy is directly discharged into the atmosphere, the use of semiconductor thermoelectric components into electrical energy recycling. And the combination of the power generation core device and the automobile three element catalytic converter. The feasibility of the application of the device in the existing vehicle is greatly improved, and the defect of the catalytic efficiency of the three element catalytic converter at the start of the automobile is made up. Power is the core module of all solid state structure, the normal use of time up to 10-15 years. Switching regulator module circuit design based on 12V provides a stable power supply for electric vehicle. Power components for battery charging for electric vehicle power supply and surplus. The work and power components, power generation and other information displayed by the display. Simultaneous generation engine components and ternary catalytic converter with. When you start the engine in the battery for power supply electric and power components with heating function can be for the three-way catalytic converter heating, shorten the engine when starting the three-way catalytic converter to normal temperature catalytic efficiency, so as to enhance the three-way catalytic converter when the engine is started in the catalytic efficiency. When the engine works normally meet the temperature high temperature power components three waycatalytic normal working temperature range. The two part of the combination of catalytic performance so it can not only enhance the three waycatalytic when the engine starts, and convenient to install this system on the existing vehicle.关键词:汽车尾气发电；温差发电；三元催化器；节能减排。Keywords: automobile exhaust gas generator; thermoelectric generation; three catalytic converters; energy saving and emission reduction.I 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论1 1.1 课题背景和意义1 1.2 国内外研究现状及我国的研究近况2 1.3 汽车尾气温差发电3第二章 基本原理 5 2.1 塞贝克效应6 2.2 温差发电器7第三章 实验过程9 3.1 温差发电组件的技术参数10 3.2 汽车尾气温差发电发光灯珠实验10 3.3 汽车尾气温差发电系统的分析11 3.3.1 汽车尾气的排热量11 3.3.2 经济性分析12 3.3.3 汽车三元催化器的工况温度分析13 3.4.4 电力发热加热三元催化器的可行性分析15第四章 汽车尾气温差发电系统的创新16结 论17致 谢18参考文献19 第一章 引 言1.1 课题的背景和意义 随着科技和社会的发展和进步，各种各样的车辆将会陆续出现在公路上面，与此同时，车辆对环境造成的污染问题也越来越严重，严重影响了人们的生活环境，所以机动车辆所带来的环境污染问题是人类当前必须解决的一个问题。对这个问题解决的程度如何，反映着一个社会从科技水平到人文关怀等各方面的发达程度。我国对这种现状的重视程度还是不够，即在交通工具上没有安装减除费油废气排放的节能设施，这种现状存在着许多不和谐因素，更使群体分化加剧，社会人文关怀程度的下降。而如果能够大量使用无油污，无污染的电动汽车，将会大大减少环境污染程度，给人类一个无碳、环保的、绿色的生态环境。 在新的市场需求的驱动下，电动汽车的更新和优化升级更加迫切。国内电动汽车生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展经济节能型环保节能的电动汽车，在机动车辆向绿色环保化的转变中挥积极作用。一般生产电动汽车的企业对设备环保指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种种问题，从而减少设备因为排放的废气以及运行过程中产生的噪音而引起的噪音大、污染重等现象。国内电动汽车的研发及制造要与全球号召的低碳经济、绿色世界主题保持一致。加大电动汽车新型节能绿色环保类型的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。实现绿色驾车无污染化，并实现通过司乘人员，以及经过专门培训的人员对此类电动汽车的简单辅助操作，即可完成的电动汽车充电、制动、行驶等等方面的控制，达到环保节能无污染的目的。首先应该从机理的可行性方案上进行深入讨论，通过对动力单元研究着手，然后经过反复细致的可行性，安全性分析以及对整个系统的运动校核，功能分析，而得到并形成系统的整体的结构，并且针对本系统的特点，来选择最适合的系统方案。 当前, 我们社会面临环境恶化和能源危机的威胁, 人类的可持续发展需要对绿色能源技术的发展给予更多地关注这使得温差发电技术越来越引人注目, 该技术是一种固态能量转换方式, 能够直接将热能转化为电能半导体温差发电组件无汽车转动, 因而无噪声寿命长工作稳定可靠轻便,且可利用各种设备的废热、余热等, 因而适用于军事、勘探和边远地区等的小功率发电和深空探测另外, 半导体发电模块可广泛用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业。由于传统能源价格日益高涨，废热回收利用愈形重要，热电废热回收技术可望继太阳光电技术之外，成为下一波新兴产业。其技术特点:利用汽车尾气发出的电给汽车电瓶充电，供应用电系统。设计发明的目的和基本思路： 针对现有汽车燃油中大部分能量以余热的形式排放到大气中,造成了巨大的经济损失和严重的环境污染问题。利用半导体温差发电芯片为核心元件，以发动机尾气为能量来源发电。从而达到提高发动机综合能效实现节能减排的目的。 本作品的创新点： 将汽车发动机尾气原本以余热直接排放到大气中的能量，用运半导体温差发电芯片转化成电能回收利用。并且将发电核心装置和汽车，三元催化器结合。使此装置在现有车辆上应用的可行性大幅度提高，并且弥补了三元催化器在汽车启动时催化效率低的缺陷。 主要技术指标： 发动机不同转速工况下发电功率曲线。三元催化器在发动机启动时性能对比曲线。1.2 国内外研究现状及我国的研究近况 汽车是现代社会的重要交通工具，为人们提供了便捷、舒适的出行服务，然而车辆对环境造成的污染问题也越来越严重，严重影响了人们的生活环境和起居环境。所以鉴于这些历史原因，电动汽车以其环保节能，经久耐用，外观多样化等等诸多特点文明于世。以锂电池为主要电动来源的特征使得电动汽车能够在任何时候，任何地方只要有充电桩的地方都能够充电。目前，我国正在大力研发高徐电能的锂电子充电桩。通过在指定的区域设置一定数量的充电桩，使得电动汽车的使用率将会大大提高，并且由于锂电池蓄电能力强，经久耐用，所以一般人们只要偶尔几天充一次电就能够保持一段时间，这对于汽油，柴油等传动的动力源泉来说，是一场历时性的变革。 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 随着国际标准化（SIO）的实施，世界小型拖拉机整体车架以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的小型拖拉机整体车架应用到该公司的子公司-一个生产小型拖拉机车架的机械公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国HUGER公司之后，德国的DESTO公司也看到了小型拖拉机车架的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制小型拖拉机车架，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行小型拖拉机整体车架的研发工作。现在国外等著名小型拖拉机整体车架的品牌中，都有小型拖拉机整体车架的销售，全世界小型拖拉机整体车架的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，小型拖拉机整体车架的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此小型拖拉机整体车架是当今小型拖拉机车架生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的小型拖拉机整体车架销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。在未来的几年里，电动汽车的使用将会越来越普遍，越来越多的人们将会选择电动汽车，与此同时，充电桩的使用数量将会普及到我国的各个角落，由于电能便宜，绿色无污染，所以人们将会越来越喜欢这种方式，长此以往，我国的环境，气候将会得到更一步的改变。 汽车工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的汽车装备，汽车工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。汽车工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。在人类社会发展的今天，电动汽车也同样在不断地发展着，随着新能源的开发，电动汽车工业的发展将会越来越快捷和实用。随着电动汽车的出现，人们就可以很方便地出行，而再没有像机动车辆那样排气严重，在某种程度上污染了人类的生活环境。人们对能源的不断的需求，以及环境保护意识的日益增强，使得各国科学家不断探索新的能源，例如：风能、太阳能、潮汐和地热发电等。科学家开始尝试利用汽车尾气的余热发电，而汽车的余热发出的电相当于有“1000节AA电池”。美国加州的热力生命能量公司主要生产工业用温差发电系统。该公司目前也在研制能够在只有几摄氏度温差环境下工作的发电机，这与汽车尾气发电的原理大致相当。将1000台这样的发电机组合在一起，就能够提高能量输出。该公司已经研制成功的原型系统可以在50度温差条件下发电100W，足以驱动一个心脏起搏器或者生物传感器。而美国北卡三角州国际研究院采用纳米材料制成1 cm3大小的发电装置，可以在0.9oC温差范围内，输出144W电量，考虑到能量损失，最终输出电量也达到了67W，足以维持心脏起搏器正常工作，这块贴片输出的1020 mw的电量，也可以为充电电池补足3次电力。1.3 汽车尾气温差发电 早在1821年，德国物理学家塞贝克发现了温差电势，温差电势的大小，同被加热的接点（热端）和没有加热的冷端的温度差成正比，而且与两种导体本身的材料有关。基于此原理的热电偶作为工业测温的主要探测头。利用“塞贝克效应”原理来开发发电电池有着广阔的前景。作品利用基于塞贝克效应制成的半导体温差发电芯片对汽车发动机尾气热能回收利用，遵循基本的科学原理。第二章 基本原理2.1 塞贝克效应 如图1a所示，A、B两种不同导体构成的回路，如果两个结点所处的温度不同(Ta和Tb不等)，回路中就会有电动势存在。这一现象是德国物理学家塞贝克发现的，被称为塞贝克效应，它是温差发电技术的理论基础。（a）半导体效应产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势温差电动势。自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（Seebeck系数为正），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（Seebeck系数为负），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势。半导体的Seebeck效应较显著。一般，半导体的Seebeck系数为数百mV/K，这要比金属的高得多。（b）金属效应因为金属的载流子浓度和Fermi能级的位置基本上都不随温度而变化，所以金属的Seebeck效应必然很小，一般Seebeck系数为010mV/K。 虽然金属的Seebeck效应很小，但是在一定条件下还是可观的；实际上，利用金属Seebeck效应来检测高温的金属热电偶就是一种常用的元件。（c）塞贝克效应电势差的计算公式：SA与SB分别为两种材料的塞贝克系数。如果SA与SB不随温度的变化而变化， 上式即可表示成如下形式：图1b为简单的温差发电元件（或称温差电池），N型半导体1和P型半导体2在一端用金属片3连接起来，另一端接负载电阻R。当一端加热至温度T1，而另一端保持在温度T0时，回路中产生温差电动势，使负载电阻上有电流I流过。温差发电效率的定义是:外电路中得到的有用电能I2R与热源所消耗的能量之比。热源消耗的能量包括以下几项：在热端吸收的珀尔帖热Q1：Q12T1(T1-T0)/(R+r) 由热端传导到冷端的热量Qm：QmK(T1-T0)，式中K为热导K=(1s1+2s2)/l，式中1、2分别为两臂的热导率。温差电池内部，电流I流过所放出的焦耳热中，有一半将转移到热端，因而把功率还给热源。温差发电机的效率主要取决于热端和冷端的温度和温差发电材料的品质因数Z，Z值还强烈地依赖于温度，因而对于不同的工作温度需要选取不同的材料。 热电转换器件是温差发电器的基本组件，能将热能直接转换为电能，其效率取决于热电材料的性能和器件的设计制造水平。把一只P型半导体组件和一只N型半导体组件通过连接片连接起来，当接头处存在温差和热量的转移时，按照塞贝克效应就会有电动势产生(图1b)，把若干对半导体组件在电路上串联起来，而在传热方面是并联的，这就构成了一个通用的热电转换器件，其结构如图1c所示。在有温差存在的条件下它就能将热能直接转化为电能，且不需任何运动部件，也无气体或液体介质存在，安全可靠，对环境无任何污染，是十分理想的电源。2.2 温差发电器 单个热电转换器件的转换功率很小，需要经过串/并联组合制成温差发电器，实现标准化、系列化。温差发电器的结构趋向通用化和组件化，并取决于热源特征、散热方式和温度分布，以及所用热电转换器件的性能和排列情况。1、一种利用汽车尾气高效率发电装置，包括排气管、进气管、发动机、运动缸、单向辅助阀、火花塞、吸气管、滑动体、弹簧、曲轴、曲柄连杆机构、发电机、蓄电池、调压器、稳压器、温差发电片、CO2液化装置、液态CO2存储罐、延时继电器、尾气聚集腔及冷却腔，其特征在于：排气管出气口设计为喇叭口，在排气管上设有两个对称分布的吸气管，在吸气管上与排气管前端喇叭口处分别设有单向辅助阀；排气管与运动缸相连，在运动缸顶部设有一个火花塞，弹簧与活塞、运动缸相连，曲柄连杆结构与滑动体相连，曲轴与发电机用联轴器连接起来，调压器、稳压器与车用蓄电池用导线连接起来，运动缸与尾气聚集腔通过小孔管道连接起来，在尾气聚集腔与冷却腔之间设有若干温差发电片，CO2液化装置、液态CO2存储罐与液态CO2冷却腔用液态CO2输送管连接起来。目前，温差发电器主要有平板式(如图2所示)。平板式温差发电器的热电转换模块适合平铺在矩形通道上，运行时热流从通道内流过，经壁面向转换模块传递热量。第三章 实验过程3.1 温差发电组件的技术参数 最早用的温差发电材料为ZnSb合金 (P型)，用康铜片(N型) 连接，其热端温度可达400oC。Bi2Te3-Bi2Se3固溶体(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶体在0300oC范围内具有较高品质因数，是较好的低温温差发电材料。在300600oC的中等温区, 常采用PbTe或PbTe与SnTe或PbSe的固溶体，600oC以上的高温发电材料有Ge-Si合金、MnTe等。本项目选用PbTe热电材料。实验采用的热电发电组件主要的技术参数如下：外型尺寸：40404 mm3；最大耐温：600oC器件引线：250 mm 耐高温软线；最大发电电压：7.62 V （温差为200oC时）；最大短路电流：800 mA （温差为200oC时）芯片内阻：4.8 ；最佳匹配电阻：4.5-7.0 组件的构成如图4：主件采用汽车模型的排气管，两片温差发电组件包围构成。由于排气管是圆形的，温差发电组件是平面的，为了增加接触面积，所以，增加了多边形铝制散热器，内涂导热硅脂，以增强导热可靠性。使用铝制散热器可有效增强冷热两端的温差，温差越大，发电效率越高。为了固定散热片，两端打孔用4根螺丝固定，增强发电的稳定性。 实验技术参数如下： 排气管外型尺寸：直径：40mm，表面积：125.6m2；温差发电片：边长：40mm X 40mm，2片，加热到150oC；散热器组件：规格：5cm7cm3.5cm，2个；发电功率：1W。考虑到今后的实际使用情景，我们设计了：排气管外型尺寸：直径：60mm，表面积：2826m2；温差发电片：边长：40mm X 40mm，5片，加热到500oC；散热器组件：规格：5cm7cm3.5cm，5个；发电功率：50W 实验表明，温差发电系统的温差越大、热源温度越高、材料优值越高，发电的效率就越高。3.2 汽车尾气温差发电发光灯珠实验 LED灯珠使用低压电源，供电电压在24 V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所；工作电流在015 mA，亮度随电流的增大而变量。组件两面上的温差在060oC时，可产生电压03.8 V，电流03 A。为了驱动LED，可以是发电组件的温差增大到60oC，也可以使45个温差发电组件的串联起来。本实验的装置如图5所示，我们将6 x 4=24个LED灯阵列安装在插线板上，电路为24个灯珠并联，供电为二个发电组件串联。为了便于实验和减少组件，我们只用两个发电组件。我们知道，LED驱动的门槛电压在1.8 -2.2V以上。当LED的电压达到1.8 V以上，才有电流流过。同样，在合理设计的情况下，温差发电还可以给电池进行充电啦！（a）实验过程采用2片温差发电组片考虑到今后的实际使用情景，我们设计了如图6，LED完全点亮总电流500MA。将2片温差发电片，加热到120oC，即可产生2V电压，400MA电流，即可点亮80盏灯；如果加热温度越高，散热片面积增大，温差越大，发电量就越大。3.3 汽车尾气温差发电系统的分析3.3.1 汽车尾气的排热量 汽车排放的尾气温度最高可以达到600700, 发动机怠速运转时400。对解放CA141汽车排气余热温差发电进行了研究。研究结果表明，将60块热电转换器串联或串然后并联，能够满足额定电压为14V，额定电流为25A的交流发电机的功率要求。杭州电子科技大学应用数学与工程计算研究所的刘斌和徐江荣对热电转换模块在利用发电机废热时的摆放位置进行了研究，分析结果表明，排气直管出口处压力较大，有利于对流传热，将温差发电器安装在此处可以有效利用废气余热。在近似长方形的尾气管上的散/集热效率在同样截面积的情况下，近似长方形尾气管的周长更长，有利于集热器的与尾气管的接触和热量的收集。3.3.2 经济性分析 据调查，以上海大约24000辆出租车，如果所有的这些车辆都是用我们的装置的话，那这些车辆的电瓶就不用汽油充电啦。假如我们保守估计，一辆车辆充满自己的电瓶需要两个小时。这段时间内燃油大约6L,我们将这个数字保守的估计，假如这其中只用2L汽油来充电。假如说这其中现在汽油的价格为7.5元,也就是每天每辆车车辆能节省15元，一个月能节省450元。上海大约有24000辆这样一月就会节省1080万，这可不是一个小数目啊。一年就会节省10000万元。3.3.3 汽车三元催化器的工况温度分析 三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的工种主要有害物质转化为无害物质，故称三元。 三元催化器对发动机排出来的废气进行催化转化,当发动机的空燃比控制在理论空燃比附近时,其可以净化90%的CO和HC以及70%的NOx,净化效率是相当高的,但是其高低受到温度的影响,只有当三元催化器达到起燃温度即250300时才能有较高的转化效率,而汽油机冷启动后2分钟后才能达到此温度范围。试验表明在汽油车上一个排放测试循环中,绝大部分污染物(约占总量的70%80%)是在冷启动最初的23分钟内排出的。在实车实验中，EURO-循环测试催化器前的原始排放,在34s和65s后,其HC的排放值均超过了EURO-和EURO-标准限值,所以,必须采取措施提高三元催化器的起燃温度。3.4.4 电力发热加热三元催化器的可行性分析电加热催化反应器主要用于控制冷启动的废气排放, 是满足美国加州标准中LEV 和ULEV的技术途径。电加热催化反应器是利用电阻金属叶片置于催化器前端的进气流路上, 使电阻在电流通过时达到使排气升温的作用。在汽车启动之前, 金属基体电加热催化转化器通常和二次空气泵联合使用, 以保障有充足的氧气来氧化排气中的CO 和HC。加热电流可以由汽车尾气集热发电系统存储的电能转换供给, 通过电极加热叶片、金属压膜或金属基体。金属基体需要在发动机启动之前加热1020s, 发动机启动之后再加热2030s以加热尾气。第四章 汽车尾气温差发电系统的创新 作品利用基于塞贝克效应制成的半导体温差发电芯片对汽车发动机尾气热能回收利用,遵循基本的科学原理。现有关于汽车尾气温差发电的研究大多都停留在理论研究层面，本课题在充分理论研究的基础上制作了性能可靠的样机，并且提出将尾气发电和三元催化器结合，在实现发电的同时又能提升三元催化器在发动机启动时的催化效率。结 论 本文所设计的是汽车尾气变温发电系统设计，原理比较简单，结构比较复杂，在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。 通过本次设计，我还提高了利用制图软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于实物，装配时必须考虑的大