摘要：随着社会经济的发展，节能减排以及开发新能源都已经成为当前人类科学研究的重点。汽车工业需要消耗大量的能源，在现有热电材料的限制下，要想把温差发电技术广泛地应用于汽车行业，那么我们就只能从结构入手提高温差发电器的转换效率以期望达到装车所需要的要求。本设计就是从结构上对一种平板式温差发电器进行研究，对温差发电器的发电模块的进行优化设计。
　　关键词：废气余热 温差发电 温差发电模块 散热模块
　　一、绪论
　　从目前汽车发动机的热平衡来看，只有30%～45%（柴油机），20%～30%（汽油机）的燃烧能量被有效地转换为有效功，剩下的被以余热的形式排出车外，主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热量。汽车余热的利用具有鲜明的特点和特殊的要求，简单归纳如下：（1）汽车余热的品位低，能量回收较困难；（2）余热利用装置要求简单，体积小，重量轻，效率高；（3）不能影响发动机工作特性，不能降低发动机动力性和经济性。
　　二、温差发电的基本原理及在汽车上的应用
　　（一）温差发电的基本理论框架
　　温差发电是两种不同材料的导体，在它们所构成的回路中，如果在两个接触点位置出现温度（T1和T2）不同的情况下，那么在A，B所构成的回路中就会产生电动势。上述现象最早是由德国物理学家塞贝克发现的，所以人们把它叫做塞贝克效应，它的出现为温差发电技术的研究奠定了坚实的理论基础。在一般情况下塞贝克系数的值都是很小的，所以它的常用单位是V/K，从塞贝克效应的定义中可以得出塞贝克系数也是分正负的。所以导体A和B的热电特性决定塞贝克系数的数值及正负，温差的大小和方向与塞贝克系数的数值及正负没有任何关系。
　　（二）汽车上的温差发电技术
　　温差发电技术的主要问题表现在以下的两个方面：
　　一是由于没有充分地利用热源与冷源所导致传热不合理。在当下的传统的温差发电装置仅仅利用了绝少一部分余热与装置内表面之间的传热量，其余大部分能量仍然没有得到利用，使得现有的温差发电装。二是通道的结构不合理，功率密度比较低。采用比较先进的HZ一14模块平面排列，那么需要表面积为0.283才能输出1KW的功率。所以温差发电装置的功率和体积比也就仅仅是相当于其功率置的热效率低下。与上下表面积之比，可以知道如果这个比值过小的话就不会有任何意义。
　　（三）温差发电的半导体材料
　　首先介绍，目前广泛应用的温差发电组件大多选择采用的就是它了，这主要是归结于以下优点：因为目前的应用条件大多是在低温条件，而它又是在常温下ZT值最高的固体块状温差发电材料，在制冷器和低温温差发电器上都有广泛的运用。在热电材料没有取得实际性进展之前，研究新的材料制备方法和工艺可能是有效改善改进材料性能的途径。在400K到700K的中温段温差发电器主要采用的是PbTe。700K以上的高温段温差发电主要采用的是SiGe。
　　三、温差发电系统的设计
　　（一）温差发电器结构方案
　　平板式温差发电器：由于汽车排气管均为圆形和椭圆形，通常将排气管设计成宽大的方形结构，可利于发电器热端蓄热以及温差发电组件的布置，并且在方形管内部增加小突起结构，加大与尾气的对流换热，从而提高发电器热端换热量，两端通过与法兰与排气管连接。平板式温差发电器可以使用普通的材料散热器作为其发电器的冷却系统，通过与空气的对流换热来达到降低温度为目的。
　　（二）本设计方案确定
　　考虑到平板式温差发电器较其他结构形式的温差发电器结构更为简单，零部件少，制造工艺简单且成本不高，后续维修方面也方便，而且在矩形的废气通道上便于布置温差发电模块，在和指导老师讨论后，本设计决定采用平板式温差发电器。
　　（三）通水管道的结构设计
　　目前，利用温差发电器件实现汽车尾气温差发电的难点和关键在于如何最大化建立各个温差发电器的冷热端实际温差，但实验结构表明，相同条件下，冷源采用小型化设计更有利于温差发电器件的冷面和冷源表面的接触和散热，能建立更大的温差以提高温差发电系统的系能，本文考虑上述三种不同结构冷却源结构的复杂性能和制造成本，最终选择了单列式的冷源结构作为冷却水箱，即在温差发电器的废气管道的每一个面的热电模块上都有两块冷却水箱对其进行冷却。
　　（四）小结
　　在热电材料没有取得突破性进展之前，对热电装置结构的优化研究仍然是重点，本设计虽然在温差发电装置的结构优化上提出了一些创新改动，但是由于条件限制，温差发电技术设计到多个学科，对设计者的设计水平要求较高，本人知识水平非常有限可能会导致设计出现许多不足或需要改善的地方。