[0003] 本发明为了解决现有用于汽车尾气废热回收的温差发电器的不足，提出了一种可靠性好、便于大规模实现的平板式温差发电器，安装在汽车三元催化器与消声器之间，同时提出了一种基于热端表面温度分布的热电发电组件分区布置方法，提高了温差发电器的热电转化效率，减少了温差发电器的生产成本，便于温差发电器的推广。
[0004] 为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种平板式温差发电器，包括集热端面板、隔热板和端盖，所述集热端面板、所述隔热板和所述端盖构成一个密闭的集热箱，所述集热端面板的一侧端面上分布有集热翅片，所述集热翅片位于所述集热箱内；所述集热端面板的另外一侧端面上安装有若干块温差发电组件，每块所述温差发电组件的上方固定安装有水冷头。
[0005] 上述方案中，每块所述温差发电组件之间用隔热粘片分离定位，确保每块温差发电组件之间互不干扰。
[0006] 上述方案中，所述集热端面板、所述隔热板和所述端盖的数量均为两块，其中两块集热端面板构成集热箱的上下两个端面，两块隔热板构成集热箱的左右两个侧面，两个端盖分别构成集热箱的进口和出口。
[0007] 上述方案中，所述集热端面板和所述隔热板之间通过第一钢压紧条和第一刚压条螺栓固定在一起，所述集热端面板、所述温差发电组件、所述水冷头之间通过第二钢压紧条和第二刚压条螺栓固定在一起。
[0008] 上述方案中，所述第一钢压紧条两侧设置的第一刚压条螺栓孔之间的距离与所述集热箱的宽度保持一致，确保隔热板与集热端面板的紧密贴合。
[0009] 本发明还提供了一种平板式温差发电器的热电发电组件分区布置方法，包括如下步骤：
[0010] 第一步，确定温差发电器整体尺寸、预期参数，以及所用温差发电片尺寸：
[0011] (1)集热端面板长a1、宽b1、厚度c1；
[0012] (2)温差发电片长a2、宽b2；
[0013] (3)隔热板长a1、宽b3、厚度c3；
[0014] (4)温差发电器预期功率P；
[0015] 第二步，基于已提出新型平板式温差发电器的整体尺寸，在每个集热端面板上基于中线对称预布置两行温差发电片。当车辆废气通过平板式温差发电器的时候，同一列对称的两片温差发电片的热端温度总是一致的。在温差发电器的集热箱中，以同一行每两个温差发电片之间的中线为分区的界限，从集热箱的废气入口处开始以每列温差发电片的位置进行分区，记为u1、u2、……、un，n为所分区域的数量，
[0016]
[0017] 区域的长度L由具体设计的新型平板式温差发电器集热翅片长度a1和所分区域的数量n决定:
[0018]
[0019] 第三步，确定匹配的发动机参数，实验得到发动机在低载低负荷、高载高负荷、中载城市工况、中载高速工况四种工况下的温差发电器入口温度T1i，测量得到四种工况下的平板式温差发电器出口温度T2i，i＝1,2,3,4分别表示低载低负荷、高载高负荷、中载城市工况、中载高速工况四种工况；
[0020] 确定四种工况下尾气流经区域u1、u2、……、un时的物理属性和所处区域的几何参数：
[0021] (1)尾气的物质属性为：密度ρi、导热系数λi、比热容cpi，入口处的气体参数为：质量流量
[0022] (2)计算流经集热箱的尾气总质量mi
[0023]
[0024]
[0025] A＝(b1-2c3)×b3
[0026]
[0027] 式中，表示体积流量，Vi表示流经集热箱的尾气体积，A表示截面面积；
[0028] (3)假设尾气流经集热箱的速度不变，则流经集热箱各个区域的尾气质量mti：
[0029]
[0030] 所述mt1表示低载低负荷工况下流经集热箱各个区域的尾气质量。
[0031] 第四步，计算四种工况下的平板式温差发电器废气流体消耗的总热量Q总i：
[0032] Q总i＝cpimi△T总i
[0033] △T总i＝T1i-T2i
[0034] 所述Q总1表示低载低负荷工况下平板式温差发电器废气流体消耗的总热量。
[0035] 第五步，假设每段区域废气流体消耗的热量相等，则四种工况下每段区域废气流体消耗的热量Qti：
[0036]
[0037] 所述Qt1表示低载低负荷工况下平板式温差发电器每个区域废气流体消耗的热量。
[0038] 第六步，计算四种工况下区域u1与u2之间截面的温度Tp1i：
[0039] Qti＝cpimti△Tt1i
[0040] △Tt1i＝Tp1i-T1i
[0041] 再依次计算得到各区域之间截面的温度Tp1i、Tp2i、……、Tp(n-1)i，所述Tp11表示低载低负荷工况下第1区域与第2区域之间截面的温度，所述Tp(n-1)4表示中载高速工况下第n-1区域与第n区域之间截面的温度。
[0042] 第七步，计算四种工况下各区域的内壁面温度：
[0043] 各区域的对流换热量与废气消耗的热量相等，根据如下传热学公式确定各区域的内壁面温度Tb1i、Tb2i、……、Tbni：
[0044]
[0045] C＝2×(b1+b3)
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[0051] Nuni＝0.023Reni0.8Prnim
[0052]
[0053] 其中，Dh表示水力直径，C表示横截面的周长，μni表示动力粘度，μ0＝1.7894×10-5表示15℃时的粘度，Trni表示各区域的平均废气温度，B为常数，Reni表示雷诺数，vi表示废气流经集热箱的流速，Prni表示普朗特数，Nuni表示努塞尔数，m＝0.3为常数，hni表示废气与内壁面之间的对流换热系数。
[0054] 计算区域u1中的内壁面温度Tb1i：
[0055] Qt1＝h1iA'1△Tn1i
[0056] 其中A'n表示各区域壁面、翅片与流体的接触面积；
[0057] 区域u1中的△Tn1i为：
[0058] △Tn1i＝Tb1i-Tr1i
[0059] 依次计算得到各区域的内壁面温度Tb1i、Tb2i、……、Tbni，所述Tb11表示低载低负荷工况下第1区域的内壁面温度，所述Tbn4表示中载高速工况下第n区域的内壁面温度；
[0060] 第八步，计算各区域外壁面温度Tw1i、Tw2i、……、Twni：
[0061] 气箱壁面长和宽各均超过厚度的十倍，其平壁两侧温度均勾、稳定，“边效应”已减小到可作“大平壁”处理，各区域的内外壁面传热量与废气消耗的热量相等；
[0062]
[0063] △Twni＝Tbni-Twni
[0064] 其中，λa为壁面材料的导热系数，A"n为各区域内外壁面的导热面积；
[0065] 所述Tw11表示低载低负荷工况下第1区域的外壁面温度，所述Twn4表示中载高速工况下第n区域的外壁面温度；
[0066] 第九步，依据四个工况下每个分区的外壁面温度值得到每个分区的外壁面温度范围，据此温度范围选择该范围下热电转化效率最高的温差发电组件，匹配布置到各个区间中。
[0067] 本发明的有益效果：该布置方法能够在提高热电转化效率的同时防止温差发电模块失效破坏。
