CN100360771C - 废热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明的废热回收系统(1)包括热量发生单元(11)，以及可移除地连接至这个热量发生单元(11)的热电转换模块(3)。热量发生单元(11)所回收的废气中的热量被传送到热电转换模块(3)从而使得能执行热电转换。而且，热量回收单元(12)在废气通道(2)中位于热量发生单元(11)的废气流动方向下游侧，并且其间放入有热泵(10)。不能被热量发生单元(11)所回收的废气的多余热量被热量回收单元(12)所回收，并且经由热泵(10)供应至热量发生单元(11)。随后热量被传送至热电转换模块(3)中用于热电转换。

Description

废热回收系统

背景技术

1.技术领域

本发明涉及用于回收气体中的热能的废热回收系统，并且例如可用于机车如混合机车中，以便将从气体回收的热能转变成电能。

2.背景技术

从机车的发动机排出的废气等中包含有热能。因此，如果废气只是简单地排出，就造成能量浪费。为了解决这个问题，已经开发了利用废热回收系统来回收包含在排出气体中的热能并利用热电转换元件将其转换成电能的技术。转换得到的电能随后可用于，例如，给电池充电。

这种用于在机车中回收热能的技术的一个实例是日本专利公开出版物No.2001-068138中公开的燃料回收系统。在这个燃料回收系统中，利用化学热泵吸收燃料电池机车中由燃料电池所产生的热量。然后，吸收的热量在放热反应中释放，该放热反应用于执行将氢气从水合物中分离出来的脱氢反应。

需要说明的是，上述废热回收系统能潜在地改进以使得能回收废气中的更多热能。为此，建议了一种装置，其中使用热泵来回收热能，从而允许提高废气中热能的回收率，并且增加由热电转换元件所产生的电能的量。

然而，日本专利公开出版物No.2001-068138中公开的燃料回收系统仅仅使用了化学热泵以使得燃料电池所产生的热能用作脱氢反应的热能。因而，所公开的构造没有想到利用热泵传递热以使得废气中包含的热能可转换成电能的想法。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种废热回收系统，其有利地利用热泵来传送热量，以使得包含在废气中的热能被转换成电能。采用这种配置使得能够同时提高热能的回收速度以及所产生的电能。

本发明提供了一种能解决上述问题的废热回收系统。这种废热回收系统具有利用从发动机排出的废气中的热量通过热电转换产生电能的热电转换元件，并且其特征在于包括：一个热泵，其具有(1)利用加热介质通过吸热反应吸收包含在废气中的热量的热量回收单元，和(2)通过加热介质的放热反应产生热量并且将热量供应至热电转换元件的热量发生单元。根据这个废热回收系统，热量发生单元置于废气通道中，并且热电转换元件和热量发生单元彼此相连。而且，热量回收单元在废气通道中位于热量发生单元的废气流动方向下游侧。

采用上述配置能使得由热量回收单元所回收的废气的热量被传送到热量发生单元，从而大量的热能被供应至热电转换模块。因此，有利地利用热泵来传送热量以使得包含在废气中的热能可被转换成电能。于是，就能够同时提高热能的回收速度以及所产生的电能。

此外，上述废热回收系统的热泵还可以包括用于净化废气的催化剂，以及判断催化剂是否需要加热的加热需求判断装置。利用这种配置，当加热需求判断部分判断催化剂需要加热时，加热介质的热量被供应到催化剂。

应当说明的是，用于净化废气的催化剂不能显示充分的净化性能，除非其温度达到活化温度或更高。然而，如果将大量包含在废气中的热量供应至热电转换元件，可能在催化剂显示充分的净化性能之前需要更长的时间。为了解决这个问题，提供了判断催化剂是否需要加热的加热需求判断装置。当催化剂需要加热时，热泵用于将热量传送至催化剂。于是，就可以缩短在催化剂能显示充分的净化性能之前必须等待的时间。

此外，利用这种配置，热泵还可以包括能为加热介质的热量选择供应目标(也就是热量供应到的地方)的选择装置，这个供应目标是热电转换元件和催化剂中之一。

通过提供能为热量选择供应目标的选择装置，就可以基于判断优先需要应当给予(a)增加由热电转换元件所产生的电能，或(b)加热催化剂来决定热量供应目标。

此外，利用以上配置，选择装置可以(1)当加热需求判断装置判断催化剂需要加热时，选择催化剂作为加热介质热量的供应目标；和(2)当加热需求判断装置判断催化剂不需要加热时，选择热电转换元件作为加热介质热量的供应目标。

而且，上述废热回收系统还可以包括：(1)冷却介质可通过其中并且能冷却热电转换元件的冷却单元；以及能在接触状态和不接触状态之间切换热电转换元件和冷却单元的推动装置。

而且，上述系统可以如此地构造以使得，当冷却介质通过冷却单元时，推动装置能将热电转换元件和冷却单元置于接触状态。

此外，本发明提供了能解决上述问题的另一废热回收系统。这种废热回收系统的特征在于包括：热电转换元件，其利用从发动机排出的废气中的热量通过热电转换产生电能；热泵，其包括(1)利用加热介质通过吸热反应吸收包含在废气中的热量的热量回收单元和(2)通过加热介质的放热反应产生热量并且将热量供应至热电转换元件的热量发生单元，热量发生单元位于废气通道中；冷却单元，冷却介质能穿过其中并且该冷却单元能冷却热电转换元件；以及推动装置，其能在相应的接触状态和非接触状态之间切换热电转换元件和热量发生单元，以及热电转换元件和冷却单元中的至少一个。在这个系统中，热量回收单元在废气通道中位于热量发生单元的废流动方向下游侧。

利用这种配置，在冷却介质通过冷却单元时，推动装置将热电转换元件和热量发生单元，以及热电转换元件和冷却单元都置于相应的接触状态。

附图说明

通过结合附图阅读以下对于本发明示例性实施例的详细描述，本发明的以上述及的实施例以及其它实施例、目的、特点、优点、技术和工业意义将会得到更好的理解。在附图中：

图1示出了根据本发明第一个实施例的废热回收系统的配置；

图2A是沿着图1中A-A线的横截面视图；

图2B是沿着图1中B-B线的横截面视图；

图3示出了根据本发明第二个实施例的废热回收系统的配置；

图4A是沿着图3中C-C线的横截面视图；

图4B是沿着图3中D-D线的横截面视图；

图5示出了根据本发明第三个实施例的废热回收系统的配置；

图6A是沿着图5中E-E线的横截面视图；

图6B是沿着图5中F-F线的横截面视图；

图6C是沿着图5中G-G线的横截面视图；

图7示出了根据本发明第四个实施例的废热回收系统的配置；

图8A是沿着图7中H-H线的横截面视图；

图8B是沿着图7中I-I线的横截面视图；

图8C是沿着图7中J-J线的横截面视图；

图9是第四个实施例的一个改进形式的发动机的横截面视图；

图10是第四个实施例的一个不同改进形式的发动机的横截面视图；

具体实施方式

在以下描述中，将根据示例性实施例更详细地描述本发明。

需要说明的是，相同的附图标记用于标识不同实施例中相同的结构件，并且省略了其重复性的描述。解释从本发明的第一个实施例开始。

图1示出了根据本发明第一个实施例的废热回收系统的配置；图2A和2B示出了沿着图1中A-A线和B-B线的相应横截面视图。

如图1所示，根据第一个实施例的废热回收系统1设有连接至发动机(未示出，作为热源)的废气通道2。从发动机排出的废气沿着废气通道2传送。在废气通道2中设有化学热泵(下文中简单地称之为“热泵”)10。热泵10包括热量发生单元11和热量回收单元12。热量发生单元11朝着废气流动方向的上游侧布置，热量回收单元12位于热量发生单元11的下游。

如可从图2A中看到的，热量发生单元11具有一个箱体20，其中设有多个第一废热回收翅片21。而且，在这些第一废热回收翅片21之间形成有废气从中通过的第一废气通路22。包含在沿着第一废气通路22传送的废气中的热量被第一废热回收翅片21所回收。第一废气通路22与废气通道2相通。

箱体20包括一个放热反应部分23。向放热反应部分23供应作为加热介质的气态氢以及丙酮，并且由其中发生的放热反应产生了液态的二丙醇。另外，在放热反应部分23中设有多个用于回收放热反应中所产生的热量的翅片23A。

如图2B所示，热量回收单元12设有箱体24，在箱体24中设有多个第二废热回收翅片25，并且在这些第二废热回收翅片25之间形成有废气从中通过的第二废气通路26。包含在沿着第二废气通路26传送的废气中的热量被第二废热回收翅片25所回收。第二废气通路26与废气通道2相通。

在壳体24中设有吸热反应部分27。向该吸热反应部分27供应液态二丙醇，并且通过吸热反应产生气态氢和丙酮。

起热电转换元件作用的热电转换模块3连接至热量发生单元11。这个热电转换模块3是能利用所谓的热电效应(Seebeck effect)将热能转换成电能的设备。本实施例利用了一种在约200摄氏度下具有高热电转换效率的BiTe基热电转换模块。应当说明的是，本实施例中采用的热电转换元件可以是其它类型，例如一种在约400摄氏度下具有高热电转换效率的苯氢反应基的热电转换元件。

模块冷却单元4连接至热电转换模块3上与连接热量发生单元11的侧面相对的侧面上。向模块冷却单元4供应用作冷却介质的冷却剂，从而使得热电转换模块3能执行热电转换，其中从热量发生单元11的回收热量产生电能。此时，由于热电转换模块3中的热量回收，在热量发生单元11的放热反应部分23中发生放热反应。应当说明的是，热量发生单元11回收(1)当氢和丙酮反应而产生二丙醇时产生的热量，以及(2)废气中的热量，并且随后通过热电转换模块3从热量发生单元11中回收热量。

在热量回收单元12的吸热反应部分27和热量发生单元11的放热反应部分23之间设有一个分离器13。分离器13通过三个气体通道，即第一气体通道14、第二气体通道15和第三气体通道16，连接至热量发生单元11和热量回收单元12。分离器13将从热量回收单元12的吸热反应部分27排出的氢和丙酮的气态混合物分离成氢和丙酮。应当说明的是，氢和丙酮的气态混合物通过了连接热量发生单元11的吸热反应部分27和分离器13的第一气体通道14。而且，在连接分离器13和热量发生单元11的放热反应部分23的气体通道中，氢通过第二气体通道15，丙酮通过第三气体通道16。

此外，在热量发生单元11的放热反应部分23和热量回收单元12的吸热反应部分27之间设有一个液体传送泵17。这个液体传送泵17由第一和第二液体通道18和19分别连接至热量发生单元11和热量回收单元12。液体传送泵17将在热量发生单元11的放热反应部分23中液化的液态二丙醇向热量回收单元12的吸热反应部分27传送。

接着，将解释根据第一个实施例的上述废热回收系统1的操作和效果。

在根据第一个实施例的废热回收系统1中，从发动机(未示出)排出的废气流过废气通道2。应当说明的是，流过废气通道2的废气流过形成于热量发生单元11中的第一废气通路22以及形成于热量回收单元12中的第二废气通路26。

沿废气通道2传送的废气首先流过形成于热量发生单元11中的第一废气通路22。此时，包含在废气中的一些热量被第一废气回收翅片21所回收，因此包含在废气中的热量就减少。随后由第一废热回收翅片21所回收的热量经由箱体20被供应至热电转换模块3。

由于热电转换模块3从箱体20中接受热量，热电转换模块3连接至箱体20的侧面温度会升高。但另一方面，热电转换模块3连接至模块冷却单元4的相对侧面温度，由于与连接至箱体20的侧面相对，仍然保持在低的设定温度。由于热电转换模块3的相对侧面之间的不同温度，在热电转换模块3内产生了温度差，这使得能进行热电转换。

排出的废气流过第一废气通路22，随后进入热量回收单元12的第二废气通路26。在这里，包含在废气中的热量进一步被第二废热回收翅片25所回收。于是，更多的热量从废气中移除，废气随后从第二废气通路26中排出。

应当说明的是，液体传送泵17将二丙醇从热量发生单元11的放热反应部分23供应至热量回收单元12的吸热反应部分27。在热量回收单元12，由第二废热回收翅片25回收的热量将热量赋予吸热反应部分27中为液体的二丙醇，从而二丙醇被分解成氢和丙酮。随后分解的氢和丙酮呈混合状态通过第一气体通道14并且被输送到分离器13。

此后，混合的氢和丙酮在分离器13中分离，氢沿第二气体通道15传送，丙酮沿第三气体通道16传送，以便供应至热量发生单元11的放热反应部分23。

然后在放热反应部分23中由供应的氢和丙酮产生二丙醇。应当说明的是，产生二丙醇的反应是放热反应。于是，在产生二丙醇时会释放热量。释放的热量被翅片23A回收。以这种方式回收的热量随后经由箱体20被供应至热电转换模块3。

通过采用上述配置，利用热泵10将热量从废气通道2的下游侧供应至位于上游侧的热电转换模块3。利用这种配置，供应至热电转换模块3的热量大于仅向其供应由第一废热回收翅片21所回收的热量的情况。因此，在热电转换模块3的两个相对侧面之间可能产生更大的温度差。

应当说明的是，热电转换模块3的热电转换效率η由下式给出：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Th}-\mathrm{Tc}}{\mathrm{Th}}\·\frac{\sqrt{1+\mathrm{ZT}}-1}{\sqrt{1+\mathrm{ZT}}+\frac{\mathrm{Tc}}{\mathrm{Th}}}\·\·\·\left(1\right)$

其中，Th是热电转换模块的高温侧的温度；Tc是热电转换模块的低温侧的温度；ZT是性能系数。

从公式(1)中明显看到，如果热电转换模块3的低温侧的温度是常量，随着热电转换模块3的高温侧的温度升高，热电转换模块3的热电转换效率η会更高。因此，提高高温侧的温度使得能够增大热电转换模块3的热电转换效率η，这样允许所产生的电量相等程度地增加。

应当说明的是，在热电转换模块3中必须有至少一些度数的温度差以使得能够进行热电转换。因此，例如，当包含在废气中的热量很少(例如当发动机刚启动，或者只有少量废气流出时)时，不可能仅仅通过从废气中回收热量就能获得热电转换模块3进行发电所必须的热量。因此，就不能发电。

然而，根据第一个实施例的废热回收系统1并不受上述问题的影响，因为使用了热泵10来使由位于热电转换模块3下游的热量回收单元12所回收的热量能够经由热量发生单元11被供应至热电转换模块3。因此，即使包含在废气中的热量很少，热电转换模块也能够发电。

应当说明的是，当发动机负载相当大并且包含在废气中的热量很多时，有时也会出现不能利用热量发生单元11释放所有由热量回收部分12所回收的热量的情况。在这种情况下，不能释放的热量可以存储在热泵10中，当发动机负载降低时可以再次回收。由于这样的配置，就可能手提高系统的效率。

接着将描述本发明的第二个实施例。图3示出了根据本发明第二个实施例的废热回收系统的配置，图4A和4B示出了沿着图3中C-C线和D-D线的相应横截面视图。

如从图3中可以看出，根据第二个实施例的废热回收系统5设有热泵30。热泵30具有一个催化剂存储单元31，以及第一个实施例中的热量回收单元12。催化剂存储单元31和热量回收单元12都设在废气通道2中。应当说明的是，催化剂存储单元31位于废气通道2从热量回收单元12的上游流动方向，或者换言之，热量回收单元12位于催化剂存储单元31的下游。

催化剂存储单元31设有如图4A所示的箱体32。箱体32包括一个能由提供到其中的气态氢和丙酮产生二丙醇的放热反应部分33。此外，箱体32还包括催化剂34。催化剂34是废气净化催化剂，在其活化温度或活化温度之上的一个范围内操作时显示了充分的净化性能，活化温度是一个，例如，等于或高于例如300℃至400℃范围内一个设定温度的温度。催化剂34设在废气通道2中以使废气通过催化剂34。

一个检测催化剂34温度的温度传感器35连接至催化剂存储单元31。温度传感器35直接附着于催化剂34并检测其温度。温度传感器35将表示催化剂34检测温度的温度检测结果输出到控制设备36，其相当于根据本发明的加热需求确定设备。控制设备36基于所检测的催化剂34的温度，判断催化剂34是否需要加热，并根据催化剂34是否需要加热来控制液体传送泵17运行或不运行。应当说明的是，如图4B所示，热量回收单元12具有如第一个实施例相同的构造。

以下将解释上述根据第二个实施例的废热回收系统5的操作和作用。

在根据第二个实施例的废热回收系统5中，从发动机(未示出)排出的废气流过废气通道2。应当说明的是，流过废气通道2的废气穿过形成于催化剂存储单元31中的催化剂34，随后穿过形成于热量回收单元12中的第二废气通路26。

流过废气通道2的废气在流过催化剂34时被净化，并且随后经由一个消声器(未示出)从车辆中排出。然而，如果催化剂34的温度低，催化剂34就没有被充分地加热，并且因而就削弱了其净化性能。为了解决这个问题，为催化剂34提供了温度传感器35。因此，就能检测催化剂34的温度并且将这个温度检测结果输出到控制设备36。

控制设备36存储与催化剂34被充分加热的温度相关的信息，并且将此信息与从温度传感器35输出的温度检测结果相比较。当判断出催化剂34的温度还没有达到充分加热的温度时，控制设备36就致动液体传送泵17，由此使二丙醇流过第一和第二液体通道18和19。在二丙醇流过第一和第二液体通道18和19的同时，氢和丙酮的气态混合物穿过第一气体通道14，并且随后被分离以使得氢穿过第二气体通道15，丙酮穿过第三气体通道16。

应当说明的是，催化剂存储单元31中的催化剂34通过从废气中吸收热量而变热。然而，任何不能被吸收的热量都被传送至热量回收单元12。热量回收单元12利用第二废热回收翅片25来吸收任何保留在经过第二废气通路26的废气中的热量。

当催化剂34的温度还没有达到充分热的温度就致动液体传送泵17时，在热量回收单元12的吸热反应部分27中发生吸热反应，其中二丙醇被分解成氢和丙酮。此外，在催化剂存储单元31的放热反应部分33中，氢和丙酮在其中产生了二丙醇的放热反应中化合。随后，产生的二丙醇经由第一和第二液体通道18和19被传送到热量回收单元12的吸热反应部分27。

利用这种构造，就能够将热量回收单元12所回收的热量供应至催化剂存储单元31，并且利用这个热量快速地加热设置于催化剂存储单元31中的催化剂。

接着将参考附图描述本发明的第三个实施例。图5示出了根据本发明第三个实施例的废热回收系统6的配置，图6A，6B和6C示出了沿着图5中E-E线、F-F线和G-G线的相应横截面视图。

如图5所示，根据第三个实施例的废热回收系统6设有热泵40。热泵40设有热量发生单元11和热量回收单元12，这两者都与第一个实施例中的相同。另外，热泵40设有第二个实施例中的催化剂存储单元31。这些结构件如此地布置：热量发生单元11最大程度地位于废气通道2的上游侧；催化剂存储单元31位于热量发生单元11的下游；热量回收单元12位于催化剂存储单元31的下游。应当说明的是，用于检测催化剂34温度的温度传感器35附着于催化剂存储单元31。温度传感器35将催化剂34的温度检测结果输出到控制设备36。

在根据第三个实施例的废热回收系统6中，分离器13通过第二和第三气体通道41和42连接至图6A所示的热量发生单元11的放热反应部分23。更具体地，氢流过第二气体通道41，丙酮流过第三气体通道42。此外，在沿着第二和第三气体通道41和42的位置处设有相应的第一和第二切换阀43和44。第一和第二切换阀43和44相当于本发明的选择设备。通过切换第一和第二切换阀43和44，也就是切换选择设备或选择部分，就可以选择热量供应目标，也就是向热电转换模块3和催化剂34中的哪一个供应热量。

设在第二和第三气体通道41和42中的第一和第二切换阀43和44，连接至相应的第四和第五气体通道45和46。第四和第五气体通道45和46分别连接至图6B所示的催化剂存储单元31的放热反应部分33。更具体地，氢沿第四气体通道45流动，丙酮沿第五气体通道46流动。放热反应部分33由第三液体通道47连接至液体传送泵17。应当说明的是，第三个实施例的其余结构件和构造与第一个实施例相同。

在下文中将解释上述根据第三个实施例的废热回收系统6的操作和作用。

在根据第三个实施例的废热回收系统6中，从发动机(未示出)排出的废气流过废气通道2。应当说明的是，流过废气通道2的废气穿过形成于热量发生单元11中的第一废气通路22，然后穿过形成于催化剂存储单元31中的催化剂，并且随后穿过形成于热量回收单元12中的第二废气通路26。

当废气沿第一废气通路22流动时，包含在废气中的一部分热量被第一废热回收翅片21所回收，并且从热量发生单元11排出。更具体地，第一废热回收翅片21所回收的热量通过箱体20被供应至热电转换模块3。从热量发生单元11排出的废气随后流入催化剂存储单元31，并穿过催化剂34。此时，废气被催化剂34的净化作用所净化，并且随后从催化剂存储单元31中排出。

接着，从催化剂存储单元31排出的废气流入热量回收单元12，并经过第二废气通路26。此时，包含在废气中的热量进一步被第二废热回收翅片25所回收。这样，废气有更多的热量被第二废热回收翅片25从其中移除，并且随后从第二废气通路26排出。

由热量回收单元12中的第二废热回收翅片25所回收的热量在吸热反应部分27中用于吸热反应，在该吸热反应中二丙醇被分解成氢和丙酮。伴随着这个吸热反应由于分解而产生的氢和丙酮以气态混合物的形式通过第一气体通道14供应至分离器13，并且随后被分离器13分离成氢和丙酮。

应当说明的是，温度传感器35用于催化剂存储单元31，并且将有关催化剂34温度的温度检测结果输出到控制设备36。控制设备36存储有与催化剂34充分加热的温度相关的信息，并且将此信息与从温度传感器35输出的温度检测结果相比较。当判断出催化剂34的温度还没有达到充分热的温度时，控制设备36将第一和第二切换阀43和44切换至第四和第五气体通道45和46的相应侧。

当第一和第二切换阀43和44被切换至第四和第五气体通道45和46的相应侧时，由热量回收单元12的吸热反应部分27所产生的氢和丙酮被供应至催化剂存储单元31的放热反应部分33。然后，在放热反应部分33中，氢和丙酮在其中产生二丙醇的一个放热反应中化合。此后，所产生的二丙醇经由第三液体通道47和第四液体通道49被传送至热量回收单元12的吸热反应部分27。

通过采用上述构造，就能够将由热量回收单元12所回收的热供应至催化剂存储单元31，并且利用这个热量快速地加热设置于催化剂存储单元31中的催化剂34。

另一方面，当由温度传感器35所检测的催化剂34温度已经达到充分热的温度时，就不必加热催化剂34。因此，此时，控制设备36将第一和第二切换阀43和44切换至第二和第三气体通道41和42的相应侧。因此，在热量回收部分12的吸热反应部分27中产生的氢和丙酮被供应至热量发生单元11的放热反应部分23。

然后，在放热反应部分23中由供应的氢和丙酮产生二丙醇。产生这个二丙醇的反应是放热反应。因此，在产生二丙醇时会释放热量。释放的热量被翅片23A所回收。以这种方式回收的热量随后经由箱体20被供应至热电转换模块3。

利用这种构造，供应至热电转换模块3的热量大于仅向其供应由第一废热回收翅片21所回收的热量的情况。因而，通过采用这种构造，就能够在热电转换模块3的两个相对侧面之间产生更大的温度差。因此，就能够利用热电转换模块3产生更大量的电能。

由于利用了这种构造，第三个实施例的废热回收系统6就能根据催化剂34的温度选择热量供应目标(也就是由热量回收单元12所回收的热量供应到的地方)。更具体地，当催化剂34的温度还没有达到其活化温度时，也就是当催化剂34需要加热时，来自热量回收单元12的热量被供应至催化剂存储单元31。另一方面，当催化剂34的温度已经达到活化温度时，也就是当催化剂34无需加热时，来自热量回收单元12的热量被供应至热量发生单元11。这样，当催化剂34需要加热时，能更快速地进行催化剂34的加热；当催化剂34无需加热时，可以增加由热电转换模块3所产生的电能。

接着将参考附图描述本发明的第四个实施例。图7示出了根据本发明第四个实施例的废热回收系统7的配置，图8A，8B和8C示出了沿着图7中H-H线、I-I线和J-J线的相应横截面视图。

如图7所示，根据第四个实施例的废热回收系统7设有热泵50。热泵50设有热量发生单元11和热量回收单元12，这两者都与第三个实施例中的相同。另外，在废气通道2中设有催化剂存储单元51。如图8B所示，催化剂存储单元51包含有催化剂52。类似于第三个实施例中的催化剂34，催化剂52是一种废气净化催化剂，其在活化温度或活化温度以上的一个范围内显示了充分的净化性能。

应当说明的是，在根据第四个实施例的废热回收系统7中，在热电转换模块3和模块冷却单元4之间放置了起推动装置作用的弹簧53。通过压缩弹簧53，就可能在两种状态之间切换，也就是其中热电转换模块3和模块冷却单元4相接触的状态，以及它们分开的状态。

另外，还设有用于将冷却剂供应至模块冷却单元4的液体传送泵54。液体传送泵54连接至控制设备36，其控制液体传送泵54。如果液体传送泵54被致动，就使冷却剂循环并被供应至模块冷却单元4。当冷却剂被供应至模块冷却单元4时，模块冷却单元4被克服弹簧53的推力而朝着热电转换单元4推动，并且模块化冷却模块4和热电转换模块3布置为彼此相接触。另一方面，当停止液体传送泵54时，就中断了冷却剂向模块冷却单元4的供应，并且弹簧53的推力使模块冷却单元4和热电转换模块3彼此分离。

接着将解释上述根据第四个实施例的废热回收系统7的操作和作用。

在根据第四个实施例的废热回收系统7中，从发动机(未示出)排出的废气流过废气通道2。应当说明的是，流过废气通道2的废气穿过形成于热量发生单元11中的第一废气通路22，然后穿过形成于催化剂存储单元51中的催化剂52，并且随后穿过形成于热量回收单元12中的第二废气通路26。

在当废气通过第一废气通路22时模块冷却单元4与热电转换模块3相接触(由于冷却剂供应至模块冷却单元4)的情况下，包含在废气中的热量被第一废热回收翅片21所回收并且随后从热量发生单元11排出。更具体地，由第一废热回收翅片21所回收的热量经由箱体20被供应到热电转换模块3。从热量发生单元11排出的废气随后流入催化剂存储单元51，并穿过催化剂52。此时，废气通过催化剂52的净化作用进行净化，并且随后从催化剂存储单元51排出。

随后，从催化剂存储单元51排出的废气流入热量回收单元12，并且穿过第二废气通路26。此时，包含在废气中的热量进一步被第二废热回收翅片25所回收。这样，废气有更多的热量被第二废热回收翅片25从中移除，并且随后从第二废气通路26排出。

由第二废热回收翅片25在热量回收单元12中回收的热量在吸热反应部分27中用于吸热反应，该吸热反应中二丙醇分解成氢和丙酮。伴随着这个吸热反应通过分解所产生的氢和丙酮以气态混合物的形式经由第一气体通道14被供应至分离器13，并且随后被分离器13分离成氢和丙酮。

应当说明的是，为催化剂存储单元51提供了温度传感器35，其将催化剂52温度的温度检测结果输出到控制设备36。控制设备36存储了与催化剂52充分加热的温度相关的信息，并且将此信息与从温度传感器35输出的温度检测结果相比较。当判断出催化剂52的温度已经达到充分热的温度时，控制设备36致动液体传送泵54以将冷却剂供应至模块冷却单元4。

当冷却剂被供应至模块冷却单元4时，模块冷却单元4和热电转换模块3布置为彼此相接触。由于模块冷却单元4和热电转换模块3彼此相接触，在热电转换模块3的两个相对侧面之间产生温度差，从而热电转换模块3产生电能。于是，热量发生单元11的热被转换成电能。

此时，由分离器13分离的氢和丙酮(其从热量回收单元12的吸热反应部分27供应)流到热量发生单元11的放热反应部分23。通过氢和丙酮的放热反应产生了二丙醇，并且同时释放热量。这样，由热量回收单元12所回收的热量经由热量发生单元11被供应至热电转换模块3，这使得能够增加由热电转换模块3所产生的电能。

而且，当控制设备36基于从温度传感器35输出的温度检测结果判断出催化剂52的温度还没有达到活化温度时，控制设备36停止液体传送泵54。于是，中断了冷却剂向模块冷却单元4的供应，并且弹簧53的推力导致模块冷却单元4和热电转换模块3彼此分离。

一旦模块冷却单元4和热电转换模块3已经彼此分离，热电转换模块3就不能执行热电转换。于是，就不从穿过热量发生单元11的废气中回收热量。因此，包含大量热量的废气流过催化剂52，这使得其更快地被加热。

而且，由分离器13分离的氢和丙酮(其从热量回收单元12的吸热反应部分27供应)流入热量发生单元11的放热反应部分23，在此处通过氢和丙酮形成二丙醇的放热反应产生热量。这个热量经由第一废热回收翅片21被传送至废气，这样就使更大量的热被赋予废气。因此，就能够在相等程度上加速催化剂52的加热。

接着将描述第四个实施例的废热回收系统7的一个形式，其中对热量发生单元、热电转换模块和模块冷却单元(以下统称为“发电机”)进行了修改。图9是第四个实施例的这种修改形式的发电机8的横截面视图。

如图9所示，发电机8带有箱体61。在箱体61中形成有四个废气通道62。从发动机(未示出)排出的废气流过四个废气通道62并朝着催化剂存储单元51排出。在每个废气通道62中设有用于回收包含在废气内的热量的翅片单元63。每个翅片单元63包括一个热传送部分63A和翅片构件63B。多个翅片构件63B附着至热传送部分63A。热传送部分63A和多个翅片构件63B通过挤压模塑等形成为一个单独的整体单元。

而且，相应的冷却剂箱体64在相应于翅片单元63的位置处附着至箱体61的外轮缘区域。每个冷却剂箱体64包括一个内轮缘64A和一个外轮缘64B。外轮缘64B固定至箱体61的外轮缘区域，并且内轮缘64A附着于外轮缘64B从而能够相对于外轮缘64B相对运动。

在内轮缘64A中形成有狭缝形冷却剂通道64C，并且由液体传送泵54所供应的冷却剂穿过其中。当冷却剂穿过这些冷却剂通道64C时，导致内轮缘64A朝着翅片单元63侧移动。而且，在外轮缘64B内侧的内轮缘54A滑动位置设有密封64D。这些密封64D防止穿过冷却剂通道64C的冷却剂泄漏到外面。

另外，热电转换模块65附着至内轮缘64A的内侧，或者换言之，附着至内轮缘64A上与外轮缘64B相对并且位于翅片单元63的热传送部分63A一侧的侧面。当冷却剂流过冷却剂通道64C并且内轮缘64A移动至翅片单元63侧时，热电转换模块65也在相同方向上移动。于是，热电转换模块65和翅片单元63置于彼此相接触。

在每个翅片单元的热传送部分63A的外侧和每个冷却剂箱体64的内轮缘64A之间装配有用作推动装置的弹簧66。这些弹簧66布置为围绕着相应的热电转换模块65。弹簧66在相反方向上，也就是在使热传送部分63A和内轮缘64A彼此分离的方向上推动翅片单元63的热传送部分63A和冷却剂箱体64的内轮缘64A。

此外，在每个翅片单元63的每个热传送部分63A中设有放热反应部分67。从分离器13将氢和丙酮供应给放热反应部分67。通过在每个放热反应部分67中发生的氢和丙酮的放热反应而产生二丙醇，同时释放热量。

应当说明的是，通过用上述发电机8替换图7所示的热量发生单元11、热电转换模块3以及模块冷却单元4，能实现本发明的另一个修改形式。

此外，可以用图10所示的设备作为发电机。图10是第四个实施例的一个不同修改形式的电动机9的横截面视图。

如图10所示，根据这种形式的发电机9带有一个箱体71，其具有形成于其中间部分的单个废气通道72。在这个废气通道72中设有多个翅片73，并且这些翅片73附着至一个管状热传送构件74的内表面。热传送构件74和翅片73通过挤压模塑等形成单个整体单元。

应当说明的是，在热传送构件74的外周边部分上形成有八个热传送部分74A，并且在圆周方向上间隔相等的距离。这些热传送部分74A相当于本发明的热量回收单元。每个热传送部分74A的外侧表面形成为扁平表面。和一个其中心位于废气通道72中心处的八面体横截面的假定目标的外侧表面相比，这些扁平表面从中心偏移。

在相应于每个热传送部分74A的位置处布置有相应的热电转换模块75。当每个热电转换模块75置于与每个热传送构件74相应的热传送部分74A相接触时，穿过废气通道72的废气的热量经由热传送构件74被传送至热电转换模块75。

相应的冷却剂箱体76附着至每个热电转换模块75。在冷却剂箱体76中形成有从液体传送泵54接收冷却剂的冷却剂通道。冷却剂冷却热电转换模块75。

此外，在箱体71中设有旋转导轨77以围绕冷却剂箱体76的外侧。这个旋转导轨77布置为与废气通道72的圆形横截面基本同轴。此外，形成有八个旋转导向器78以使得能在冷却剂箱体76的外侧处滑动。

应当说明的是，连接有一根在中间部分穿过每个旋转导向器78的线79。这根线79将所有八个旋转导向器78链接起来。当拉动线79时，旋转导向器78移动同时沿着旋转导轨77滑动。线79的一端连接至一个致动器(未示出)，以使得能通过驱动这个致动器而拉动线79。

另外，旋转导向器78设有用作推动装置的相应的弹簧(未示出)。当线79没有被拉紧时，弹簧在热电转换模块75和热传送部分74A相接触的方向上推动旋转导向器78。因此，通过驱动致动器，就能够克服弹簧的推力拉紧线79并且移动旋转导向器78。应当说明的是，致动器接收从控制设备36输出的控制信号。控制设备36基于由温度传感器35所检测的催化剂52的温度将控制信号输出到致动器。利用这种形式的第四个实施例，控制设备36控制并驱动致动器，而不是控制一个泵。

此外，在每个热传送部分74A中设有相应的放热反应部分80。来自分离器13的氢和丙酮被供应至每个放热反应部分80。在每个放热反应部分80中发生的氢和丙酮的放热反应产生了二丙醇，并且同时释放热量。

应当说明的是，通过用上述发电机9替换图7所示的热量发生单元11、热电转换模块3以及模块冷却单元4，能实现本发明的另一个修改形式。

Claims (8)

1.一种包括热电转换元件(3)的废热回收系统，该热电转换元件(3)利用从发动机排出的废气中的热量通过热电转换产生电能，该废热回收系统包括：

热泵(10；30；40；50)，其包括利用加热介质通过吸热反应吸收包含在废气中的热量的热量回收单元(12)，以及通过加热介质的产生热量并且将该热量供应至热电转换元件(3)的热量发生单元(11)，该热量发生单元(11)设置于废气通道(2)中，热量回收单元中吸收的热量能够传递到热量发生单元中，其特征在于

所述热电转换元件(3)和所述热量发生单元(11)彼此相连，并且所述热量回收单元(12)在废气通道(2)中位于所述热量发生单元(11)的废气流动方向的下游侧。

2.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中

热泵(10；30；40；50)还包括用于净化废气的催化剂(34；52)，以及判断催化剂(34；52)是否需要加热的加热需求判断装置(36)，并且当加热需求判断部分(36)判断出催化剂需要加热时，加热介质的热量被供应至催化剂。

3.根据权利要求2所述的废热回收系统，其中

热泵(10；30；40；50)还包括能为加热介质的热量选择供应目标的选择装置(43；44)，供应目标是热电转换元件(3)和催化剂(43；44)中之一。

4.根据权利要求3所述的废热回收系统，其中

当加热需求判断装置(36)判断催化剂(34；52)需要加热时，选择装置(43；44)将催化剂(34；52)选择为加热介质热量的供应目标；当加热需求判断装置(36)判断催化剂(34；52)不需要加热时，将热电转换元件(3)选择为加热介质热量的供应目标。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的废热回收系统，其特征在于还包括：

冷却介质能通过其中并且能够冷却热电转换元件(3)的冷却单元(4)；和

能在接触状态和不接触状态之间切换热电转换元件(3)和冷却单元(4)的推动装置(53)。

6.根据权利要求5所述的废热回收系统，其中

在冷却介质通过冷却单元(4)时，推动装置(53)将热电转换元件(3)和冷却单元(4)置于接触状态。

7.一种废热回收系统，包括：

热电转换元件(65，75)，其利用从发动机排出的废气通过热电转换产生电能；

热泵，其包括利用加热介质通过吸热反应吸收包含在废气中的热量的热量回收单元(12)，以及通过加热介质的放热反应产生热量并且将该热量供应至热电转换元件的热量发生单元(63，74)，热量发生单元位于废气通道中，热量回收单元中吸收的热量能够传递到热量发生单元中；

冷却单元(64，76)，冷却介质能通过其中并且该冷却单元(64，76)能冷却热电转换元件(65，75)；和

推动装置(66，79)，其能在相应的接触状态和不接触状态之间切换热电转换元件(65，75)和热量发生单元(63，74)，以及热电转换元件(65，75)和冷却单元(64，76)中的至少之一，其特征在于

热量回收单元在废气通道中位于热量发生单元(63，74)的废气流动方向下游侧。

8.根据权利要求7所述的废热回收系统，其中：

在冷却介质通过冷却单元(64，76)时，推动装置(66，79)将热电转换元件(65，75)和热量发生单元(63，74)，以及热电转换元件(65，75)和冷却单元(64，76)都置于相应的接触状态。

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