CN103166527A - 车辆的热电发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆的热电发电机。车辆的热电发电机装置可以包括高温构件、低温构件和热电模块，所述高温构件安装在车辆的消音器内部的排气管的外壁上并与排放气体换热，所述低温构件安装在排气管的外壁上并位于所述高温构件的一侧，所述热电模块通过结合P-型半导体和N-型半导体而形成，其中所述热电模块可安装在所述高温构件和所述低温构件之间的排气管的外壁上，使得其一侧可被所述高温构件加热而其另一侧可被所述低温构件冷却，从而使用由所述热电模块的一侧和另一侧之间的温差引起的热电现象而发电。

Description

车辆的热电发电机
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年12月15日提交的韩国专利申请第10-2011-0135371号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及车辆的热电发电机，更特别地，涉及车辆的热电发电机，其使用汽车的排放气体的热而发电。
背景技术
热电元件是使用热电现象的元件，在热电现象中，通过将元件两个端部之间的温度差距（temperature gap）转化成电而使热能转化成电能，或者通过使电流经元件并通过引起两个端部中的温度差距而使电能转化成热能。这种热电元件被用于小型的冷却、加热或发电设备。
当热电元件被用于小型的发电设备时，其被称作热电发电设备或热电发电机。这种设备主要被用于无线通信设备、宇宙飞船和核动力潜艇的供电单元以及用于安装在车辆排放系统中的热电发动机。
图1是显示了车辆的热电发动机的横截面图。
如图所示，安装在车辆10的排放系统中的热电发电机包括：六边形的排热回收设备40，高温排放气体经过所述排热回收设备40；冷却设备30，所述冷却设备30安装在所述排热回收设备40的外部且冷却剂流经其内部；和多个热电模块20，所述热电模块20与所述排热回收设备40的外部接触并与所述冷却设备30的内部接触，从而使用两个端部之间的温度差距而发电。
在所述排热回收设备40内部，高温排放气体经过并将热能传递至所述热电模块20。在所述冷却设备30内部形成冷却管，所述冷却管增加所述热电模块20与所述排热回收设备40接触的内部和所述热电模块20与所述冷却设备30接触的外部之间的温度差距。当所述热电模块20的内部和外部之间的温度差距增加时，安装在车辆的排放系统中的热电发电机的效率增加。
为了在热电发电机中大量发电，即为了增加热电发电效率，必须高效地将排放气体的热能传递至热电模块。然而，在传统的车辆热电发电机中，排放气体的热能不能充分传递至高温构件，因此排放气体的热能的回收率降低，因此热电发电机的热电效率降低。
同样地，在传统的车辆热电发电机中，尽管冷却设备30占据大面积，但是换热面积较小，因此热传递率相对于尺寸来说较低，且热电发电的效率较低。
公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面涉及提供一种小型的车辆热电发电机，其具有改善的热电发电效率。
本发明打算解决的技术问题不限于上文提及的技术问题，本领域技术人员通过阅读本发明的说明书应清楚理解未提及的技术问题。
在本发明的一个方面，车辆的热电发电机装置可包括：高温构件，穿过所述高温构件安装排气管，其中由发动机发出的排放气体经过所述排气管，且其中所述高温构件安装在车辆的消音器内部的排气管的外壁上并与排放气体换热；低温构件，所述低温构件安装在排气管的外壁上并位于所述高温构件的一侧，且冷却剂经过所述低温构件；和热电模块，所述热电模块通过结合P-型半导体和N-型半导体而形成，其中所述热电模块安装在所述高温构件和所述低温构件之间的排气管的外壁上，使得所述热电模块的一侧被所述高温构件加热而所述热电模块的另一侧被所述低温构件冷却，从而使用由所述热电模块的所述一侧和所述另一侧之间的温差引起的热电现象而发电。
所述高温构件可包括：第一换热板，所述第一换热板具有第一安装孔，所述排气管穿过所述第一安装孔，其中所述第一换热板安装在所述排气管的外壁上，使得所述第一换热板的外壁与所述消音器的内壁接合；和第二换热板，所述第二换热板具有第二安装孔，所述排气管穿过所述第二安装孔，其中所述第二换热板安装在所述排气管的外壁上，使得所述第二换热板连接至所述第一换热板，其中所述第一换热板和所述第二换热板之间具有预定空间，其中所述第一换热板和所述第二换热板由排放气体加热，从而加热所述热电模块的所述一侧。
所述低温构件可在其中心具有第三安装孔，并且所述低温构件安装在所述高温构件内部的排气管的外壁上，所述排气管穿过所述第三安装孔，所述低温构件在其一端装配有冷却剂入口和在其另一端装配有冷却剂出口，其中冷却剂流入所述冷却剂入口并流出所述冷却剂出口。
所述高温构件可包括第一换热板和第二换热板，并且所述热电模块可包括：第一热电元件，所述第一热电元件安装在所述排气管的外壁上并接触所述低温构件和所述第一换热板的内壁，其中所述第一热电元件可包括第四安装孔，所述排气管穿过所述第四安装孔，使得所述第一热电元件的一侧被所述第一换热板加热而所述第一热电元件的另一侧被所述低温构件冷却，从而使用由所述低温构件和所述第一换热板之间的温差引起的热电现象而发电；和第二热电元件，所述第二热电元件安装在所述排气管的外壁上并接触所述低温构件和所述第二换热板的内壁，其中所述第二热电元件可包括第五安装孔，所述排气管穿过所述第五安装孔，使得所述第二热电元件的一侧被所述第二换热板加热而所述第二热电元件的另一侧被所述低温构件冷却，从而使用由所述低温构件和所述第二换热板之间的温差引起的热电现象而发电，并且其中所述低温构件位于所述第一热电元件和所述第二热电元件之间，且所述第一热电元件和所述第二热电元件位于所述第一换热板和所述第二换热板之间。
与消音器结合的所述第一换热板和所述第二换热板由位于消音器内部的挡板形成，从而减少消音器内部的噪音并同时加热所述热电模块的一侧而发电。
根据本发明的车辆的热电发电机，通过使发电的热电模块直接接触排放气体可使热电效率最大化。
通过安装在车辆的消音器的内部，本发明的车辆的热电发电机既可减少排放气体的噪音同时又可吸收排放气体的热能。
另外，由于挡板的横截面较大，排放气体和冷却剂之间的接触面积增加并改善了热电效率。
同样地，本发明的车辆的热电发电机尺寸较小，其封装时具有优势，且其结构简单，因此其可增加生产率。
此外，本发明的车辆的热电发电机的导热性较高，因此使用的热电模块的数量较少，因此可降低制造成本并且也可降低其总重量。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1是传统的车辆热电发电机的横截面图。
图2是根据本发明的一个示例性具体实施方案的安装在车辆的消音器内部的车辆热电发电机的横截面图。
图3是根据本发明的一个示例性具体实施方案的安装在车辆的消音器内部的车辆热电发电机的局部立体图。
图4是根据本发明的一个示例性具体实施方案的车辆热电发电机的分解立体图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征（包括例如具体尺寸、方向、位置和外形）将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记涉及本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
接下来将对本发明的不同实施方案详细地作出引用，实施方案的实施例被显示在附图中并描述如下。虽然本发明与示例性的实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书不是要将本发明限制为那些示例性的实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同和其它实施方案。
下面将参考附图对本发明的优选的具体实施方案进行详细描述。开始之前应注意，基于发明人可适当地定义术语的概念从而以最好的方式解释其自有发明的原则，本说明书和权利要求书中使用的术语和词语并不仅仅解释为一般含义或词典含义，它们应被解释为符合本发明的技术理念的含义和概念。因此，具体实施方案中描述的组成和本说明书的附图仅为最优选类型的具体实施方案，且它们不代表本发明的整个技术理念，因此，应理解在本发明申请之时可存在能够代替这些具体实施方案的各种等价或替换。
图2是根据本发明的一个示例性具体实施方案的安装在车辆的消音器内部的车辆热电发电机100的横截面图。图3是根据本发明的一个示例性具体实施方案的安装在车辆的消音器内部的车辆热电发电机100的局部立体图。图4是根据本发明的一个示例性具体实施方案的车辆热电发电机100的分解立体图。
如图所示，根据本发明的一个示例性具体实施方案的车辆的热电发电机100包括高温构件110、低温构件130和热电模块120，所述高温构件110安装在穿过车辆消音器60内部的排气管62上，所述低温构件130安装在所述高温构件110的内部，并且冷却剂流经所述低温构件130的内部，所述热电模块120位于所述高温构件110和所述低温构件130之间并发电。
所述高温构件110包括第一换热板112和第二换热板114，所述第一换热板112安装在所述排气管62的外壁上，所述第二换热板114在离所述第一换热板112固定距离处安装在所述排气管62的外壁上。
在所述第一换热板112的中心形成第一安装孔113，且在所述第二换热板114的中心形成第二安装孔115，且所述第一换热板112和第二换热板114相隔固定距离安装在所述排气管62的外壁上，且所述第一换热板112和第二换热板114的外壁与所述消音器60的内壁接合。
所述第一换热板112和第二换热板114被经过所述消音器60内部的高温排放气体加热。经加热的第一换热板112和第二换热板114加热所述热电模块120的外壁，且所述排放气体的热能传递至所述热电模块120。
所述低温构件130位于所述第一换热板112和第二换热板114之间，且在外壁的一侧上形成冷却剂入口131，并在外壁的另一侧上形成冷却剂出口132，冷却剂通过所述冷却剂出口132从所述低温构件130排出。在所述低温构件130的中心形成第三安装孔，所述第三安装孔具有与所述第一安装孔113和第二安装孔115相同的尺寸。所述低温构件130的外壁与所述消音器60的内壁接合，这与所述高温构件110的换热板112、114的情况相同。
当循环发动机冷却系统的冷却剂通过所述冷却剂入口131流入所述低温构件130并通过所述冷却剂出口132流出所述低温构件130时，其冷却所述热电模块120。当冷却剂经过所述低温构件130内部并冷却所述热电模块120时，在所述热电模块120的内壁和外壁上产生温差。
同时，所述热电模块120位于所述高温构件110和所述低温构件130之间。所述热电模块120包括第一热电元件122和第二热电元件124，所述第一热电元件122的外壁与所述高温构件110的所述第一换热板112的内壁接触，所述第二热电元件124的外壁与所述高温构件110的所述第二换热板114的内壁接触。所述第一热电元件122和第二热电元件124通过结合P-型半导体和N-型半导体而形成。所述第一热电元件122和第二热电元件124的外壁是所述消音器60的内壁，这与所述第一传热板和第二传热板与所述低温构件130的情况相同。在所述第一热电元件和第二热电元件的中心形成第四安装孔123和第五安装孔125，所述第四安装孔123和第五安装孔125具有与第一安装孔113、第二安装孔115和第三安装孔133相同的尺寸，且它们安装在所述排气管62的外壁上。
为了高效地导热，所述第一热电元件122和第二热电元件124通过焊接或胶带连接至所述第一换热板112和第二换热板114以及所述低温构件130。通过以这种方式安装，所述第一热电元件122的外壁和所述第二热电元件124的外壁被所述第一换热板112的内壁和所述第二换热板124的内壁加热。同时，所述第一热电元件和第二热电元件的内壁被所述低温构件130冷却。以这种方式，在所述第一热电元件122和第二热电元件124的内壁和外壁之间产生温差，且该温差导致所述第一热电元件122和第二热电元件124内部的热电现象，所述热电现象发电。所述热电元件122、124相互电连接且它们也连接至未示出的车辆电池，因此它们为电池充电。
消音器60内部可以安装多个根据本发明的示例性具体实施方案的具有上述组成的车辆热电发电机100。如果在消音器60内部安装多个车辆热电发电机100，则可产生更多的电，发动机燃料效率增加且噪音减少。
下文将解释上文描述的根据本发明的示例性具体实施方案的车辆热电发电机的应用。
当发动机运转时，从发动机排出排放气体，所述排放气体通过所述排气管62流入所述消音器60，同时冷却剂通过所述低温构件130的冷却剂入口131流入所述低温构件130。
流入所述消音器60的高温排放气体加热所述高温构件110以及所述第一换热板112和第二换热板114，且所述热电模块120的第一热电元件122和第二热电元件124的外壁被所述第一换热板112和第二换热板114加热。
同时，流入所述低温构件130的冷却剂冷却所述第一热电元件122和第二热电元件124的内壁，所述内壁与所述低温构件130的外壁接触。因此，在所述第一热电元件122和第二热电元件124的内壁和外壁之间产生温差。所述温差帮助在所述第一热电元件122和第二热电元件124内部发电。产生的电被用于为车辆的电池充电。
在所述消音器60内部，由于排放气体加热了所述高温构件110而使得排放气体的噪音减少，且排放气体通过所述排气管62从所述消音器60排出。冷却剂（当其流入所述低温构件130时冷却所述热电模块120）通过在所述低温构件130处形成的冷却剂出口132从所述低温构件130排出并返回至冷却系统。
特别地，根据本发明的一个示例性具体实施方案，所述第一换热板和所述第二换热板（它们结合使它们的外壁成为所述消音器的内壁）可由位于所述消音器内部的挡板组成，因此所述挡板的作用帮助减少所述消音器内部的噪音。特别地，如果必要，由所述挡板组成的所述第一换热板和所述第二换热板的尺寸和位置可适当改变，从而有效地减少产生的噪音。
同样地，如上所述，所述消音器内部的挡板的作用可帮助减少噪音，并且同时，所述第一换热板和所述第二换热板分别与所述热电模块的两侧接触并作为加热所述热电模块的高温构件，并且结合所述低温构件（冷却剂流经其内部），这可帮助通过热电发电而产生电。因此可达到噪音减少和热电发电的两种效果。
此外，根据本发明的一个示例性具体实施方案的车辆热电发电机安装在车辆的消音器中并帮助减少安装空间。同时，其通过吸收排放气体的热能而避免了排放气体的热能损失，因此提高了效率。
另外，零件的数量对于车辆来说较少，因此可节省制造成本。结构较为简单因此增加了生产率，并且也改善了发动机的燃料效率。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性具体实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性具体实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (5)

1.一种车辆的热电发电机装置，包括：
高温构件，穿过所述高温构件安装排气管，其中由发动机发出的排放气体经过所述排气管，且其中所述高温构件安装在车辆的消音器内部的排气管的外壁上并与排放气体换热；
低温构件，所述低温构件安装在排气管的外壁上并位于所述高温构件的一侧，且冷却剂经过所述低温构件；和
热电模块，所述热电模块通过结合P-型半导体和N-型半导体而形成，其中所述热电模块安装在所述高温构件和所述低温构件之间的排气管的外壁上，使得所述热电模块的一侧被所述高温构件加热而所述热电模块的另一侧被所述低温构件冷却，从而使用由所述热电模块的所述一侧和所述另一侧之间的温差引起的热电现象而发电。
2.根据权利要求1所述的车辆的热电发电机装置，其中所述高温构件包括：
第一换热板，所述第一换热板具有第一安装孔，所述排气管穿过所述第一安装孔，其中所述第一换热板安装在所述排气管的外壁上，使得所述第一换热板的外壁与所述消音器的内壁接合；和
第二换热板，所述第二换热板具有第二安装孔，所述排气管穿过所述第二安装孔，其中所述第二换热板安装在所述排气管的外壁上，使得所述第二换热板连接至所述第一换热板，其中所述第一换热板和所述第二换热板之间具有预定空间，
其中所述第一换热板和所述第二换热板由排放气体加热，从而加热所述热电模块的所述一侧。
3.根据权利要求1所述的车辆的热电发电机装置，
其中所述低温构件在其中心具有第三安装孔，并且所述低温构件安装在所述高温构件内部的排气管的外壁上，所述排气管穿过所述第三安装孔，所述低温构件在其一端装配有冷却剂入口和在其另一端装配有冷却剂出口，并且
其中冷却剂流入所述冷却剂入口并流出所述冷却剂出口。
4.根据权利要求1所述的车辆的热电发电机装置，其中
所述高温构件包括第一换热板和第二换热板；并且
所述热电模块包括：
第一热电元件，所述第一热电元件安装在所述排气管的外壁上并接触所述低温构件和所述第一换热板的内壁，其中所述第一热电元件包括第四安装孔，所述排气管穿过所述第四安装孔，使得所述第一热电元件的一侧被所述第一换热板加热而所述第一热电元件的另一侧被所述低温构件冷却，从而使用由所述低温构件和所述第一换热板之间的温差引起的热电现象而发电；和
第二热电元件，所述第二热电元件安装在所述排气管的外壁上并接触所述低温构件和所述第二换热板的内壁，其中所述第二热电元件包括第五安装孔，所述排气管穿过所述第五安装孔，使得所述第二热电元件的一侧被所述第二换热板加热而所述第二热电元件的另一侧被所述低温构件冷却，从而使用由所述低温构件和所述第二换热板之间的温差引起的热电现象而发电，并且
其中所述低温构件位于所述第一热电元件和所述第二热电元件之间，且所述第一热电元件和所述第二热电元件位于所述第一换热板和所述第二换热板之间。
5.根据权利要求2所述的车辆的热电发电机装置，其中与消音器结合的所述第一换热板和所述第二换热板由位于消音器内部的挡板形成，从而减少消音器内部的噪音并同时加热所述热电模块的一侧而发电。
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