CN103166529B - 车辆的热电发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆的热电发电机，该热电发电机可包括高温构件、低温构件和环形热电模块，所述高温构件具有排气管和环形第一传热板，所述环形第一传热板配备有第一凸缘，该第一凸缘安装于所述排气管的外壁上并沿着所述排气管的纵向方向形成；所述低温构件具有第一冷却剂管和环形第二传热板，所述第一冷却剂管包围所述排气管的外壁，所述环形第二传热板安装于所述第一冷却剂管的内部，第二凸缘在所述环形第二传热板上沿着所述第一冷却剂管的纵向方向延伸；所述环形热电模块可通过接合P形半导体和N形半导体而形成。

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10-20110135138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

本发明涉及一种车辆的热电发电机，更特别地涉及一种车辆的热电发电机，其使用汽车废气的热量来产生电力。

背景技术

热电元件为利用热电现象的元件，其中通过将元件两端之间的温差转化为电力而将热能转化为电能，或者其中通过使电力经过元件并通过引起两端的温差而将电能转化为热能。这种热电元件在小规模的冷却、加热或发电设备中使用。

当热电元件在小规模发电设备中使用时，其称为热电发电设备或热电发电机。该设备主要用于无线通讯设备、宇宙飞船和核动力潜艇的供电单元中以及用于安装于车辆的排气系统中的热电发电机中。

图1为示出了车辆的热电发电机的横截面图。

如所示，安装于车辆的排气系统中的热电发电机10包括：六边形废热回收设备40、冷却设备30和多个热电模块20，高温废气经过所述六边形废热回收设备40；所述冷却设备30安装于所述废热回收设备40的外部，且冷却剂经过所述冷却设备30的内部；所述多个热电模块20与所述废热回收设备40的外部和所述冷却设备30的内部接触，以利用两端之间的温差来产生电力。

在废热回收设备40内，高温废气行进并将热能传送至热电模块20。在冷却设备30内形成冷却管，所述冷却管增加了与废热回收设备40接触的热电模块20的内部和与冷却设备30接触的热电模块20的外部之间的温差。当热电模块20的内部和外部之间的温差增加时，安装于车辆的排气系统中的热电发电机的效率增加。

为了在热电发电机中产生大量电力，即为了增加热电发电效率，废气的热能必须被有效传送至热电模块。然而，在车辆的传统热电发电机中，废气的热能未充分传送至高温构件，因此废气的热能的回收率下降，因此热电发电机的热电效率下降。

而且，在车辆的传统热电发电机中，尽管冷却设备30占据较大区域，但热交换面积较小，因此热传送率相比于尺寸较低，且热电产生效率较低。

公开于该发明背景技术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

本发明的各个方面旨在提供一种车辆的小型热电发电机，其具有改进的热电产生效率。

在本发明的一个方面，一种车辆的热电发电机可包括高温构件、低温构件和环形热电模块；所述高温构件具有排气管、环形第一传热板，高温废气经过所述排气管，其中所述排气管通过与废气的热交换过程而被加热，所述环形第一传热板配备有第一凸缘，该第一凸缘安装于所述排气管的外壁上并沿着所述排气管的纵向方向形成；所述低温构件具有第一冷却剂管和环形第二传热板，所述第一冷却剂管包围所述排气管的外壁，在所述第一冷却剂管与所述排气管的外壁之间具有预定空间，冷却剂在所述第一冷却剂管的内部行进，所述环形第二传热板安装于所述第一冷却剂管的内部，第二凸缘在所述环形第二传热板上沿着所述第一冷却剂管的纵向方向延伸；所述环形热电模块通过接合P形半导体和N形半导体而形成，且所述环形热电模块中的每一个的一侧与所述第一传热板接触，所述环形热电模块中的每一个的另一侧与所述第二传热板接触，以通过利用由两侧之间的温差所引起的热电现象来产生电力。

所述发电机还可包括旁通管、旁通阀、弹性构件和传热网，所述旁通管以预定间隙安装于所述排气管的内部，且废气绕过所述旁通管；所述旁通阀安装于所述旁通管的端部，以根据废气来打开和关闭所述旁通管；所述弹性构件弹性地支承所述旁通阀以抵着所述旁通管的端部；所述传热网安装于所述排气管与所述旁通管之间，以将热能从废气传送至所述排气管。

所述第一冷却剂管还可包括冷却剂入口、冷却剂出口和多个环形挡板，所述冷却剂入口在所述第一冷却剂管的下部形成；所述冷却剂出口在所述冷却剂入口的对角线方向上在所述第一冷却剂管的上部形成，冷却剂通过所述冷却剂出口流出；所述多个环形挡板安装于所述第一冷却剂管的内部，并在两个相对方向上形成冷却剂路径；其中所述多个环形挡板均可具有一个开放端部，且开放端部以固定角度设置。

所述发电机还可包括第二冷却剂管，所述第二冷却剂管以预定间隙设置于所述第一冷却剂管的内部，并与所述环形第二传热板的第二凸缘接触，其中冷却剂在所述第一冷却剂管与所述第二冷却剂管之间流动。

所述发电机还可包括第一冷却剂管，所述第一冷却剂管还可包括冷却剂入口、冷却剂出口和多个环形挡板，所述冷却剂入口在所述第一冷却剂管的下部形成；所述冷却剂出口在所述冷却剂入口的对角线方向上在所述第一冷却剂管的上部形成，冷却剂通过所述冷却剂出口流出；所述多个环形挡板安装于所述第一冷却剂管与所述第二冷却剂管之间，并在两个相对方向上形成冷却剂路径；其中所述多个环形挡板均可具有一个开放端部，且开放端部以固定角度设置。

根据本发明的热电发电机，导热板的结构得以简化，因此，热电发电机的制造成本降低，生产率增加。

而且，热电发电机的尺寸缩小，从而不仅易于将其安装于车辆中，还由于对于相同长度的热电发电机而言热电模块的面积增加，因此增加了热电效率。

此外，通过在车辆的小尺寸电设备中和在给电池充电时使用所产生的电力，发动机负荷可得以降低，且燃油效率得以改进。

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他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为示出了车辆的传统热电发电机的横截面图。

图2为根据本发明的一个示例性实施方案的车辆的热电发电机的纵向截面图。

图3为图2的‘B’部分的放大截面图。

图4为根据本发明的一个示例性实施方案的车辆的热电发电机的第一热交换销、热电模块和第二热交换销的分解立体图。

图5为通过线A-A’切开的图2的横截面图。

图6为根据本发明的一个示例性实施方案的热电发电机的挡板的立体图。

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性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，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个具体实施方案，这些具体实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性具体实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性具体实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性具体实施方案，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选择形式、修改形式、等价形式及其它具体实施方案。

下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。在开始之前，应注意在本说明书和权利要求书中所用的术语和词语不应仅解释为一般或词典含义，它们应被解释为符合本发明的技术思想的含义和概念，所述技术思想是基于本发明人可恰当限定术语的概念，从而以最佳可能的方式解释其本身的发明的原则。因此，在示例性实施方案中描述的组成以及本说明书的附图仅为实施方案的最优选类型，它们不代表本发明的全部技术思想，因此，应了解可以有多种等同替代和改变能够替换在本申请提交时的这些实施方案。。

图2为根据本发明的一个示例性实施方案的车辆的热电发电机的纵向截面图。图3为图2的‘B’部分的放大截面图。图4为根据本发明的一个示例性实施方案的车辆的热电发电机的第一热交换销、热电模块和第二热交换销的分解立体图。图5为通过线A-A’切开的图2的横截面图。图6为根据本发明的一个示例性实施方案的热电发电机的挡板的立体图。

如所示，根据本发明的一个示例性实施方案的车辆的热电发电机包括高温构件110、低温构件120和热电模块130，所述高温构件110与从发动机排出的高温废气交换热量并被加热；所述低温构件120安装于所述高温构件110的外部，由冷却系统循环的冷却剂通过所述低温构件120流动，所述热电模块130位于所述高温构件110与所述低温构件120之间，并利用在所述高温构件110与所述低温构件120之间的温度差所引起的热电现象来产生电力。

所述高温构件110还包括排气管112、环形第一传热板119、第一凸缘117，当废气经过所述排气管112时，所述排气管112被加热；所述环形第一传热板119安装于所述排气管的外壁上；所述第一凸缘117在所述排气管的纵向方向上从所述传热板119的内壁延伸，以与热电模块130接触。

排气管112具有中空圆柱体的形状，并由经过排气管112的高温废气加热。以如上方法加热的排气管112加热安装于其外壁上的第一传热板119，且热电模块130的一侧由所述第一传热板119加热。

旁通管114安装于排气管112的内部，废气绕过所述旁通管114。旁通阀116安装于旁通管114的端部，其取决于发动机载荷而打开和关闭旁通管114的端部，使得废气可绕过旁通管114。旁通阀116抵着旁通管114被弹簧115弹性地支承。

热交换网113位于旁通管114的外壁与排气管112的内壁之间。热交换网113与高温废气交换热量，吸收废气的热能并将热能传送至排气管112。换言之，热能由热交换网113有效传送至排气管112。

当车辆以高速行进时，即当发动机载荷增加时，排气管112可能过热。为了防止这种情况发生，当发动机超负荷时，旁通阀116打开，大部分高温废气通过旁通管114排出，因此，在旁通管114与排气管112之间行进的废气量得以控制。

在高温构件110的外部，换言之，在排气管112的外部安装低温构件120。所述低温构件120具有中空圆柱体形状，并包括冷却剂管122和另一个冷却剂管222，从而在其间形成冷却剂流动路径以用于冷却剂流动通过。冷却剂管122配备冷却剂入口121和冷却剂出口123，所述冷却剂入口121在排气管112的下流动路径上（即在冷却剂管122的一端的外部）形成，使得冷却剂流动至流动路径中，所述冷却剂出口123在排气管112的上流动路径上（换言之，从冷却剂管122的中心线在冷却剂入口121的对角线方向上）形成。如图2所示，冷却剂在冷却剂管122的内部流动通过冷却剂入口121，沿着冷却剂流动路径流动，通过在对角线方向上形成的冷却剂出口123流出，并在发动机的冷却系统（未示出）处收集。

低温构件120包括第二传热板129，所述第二传热板129安装于冷却剂管222的内壁上。第二传热板129在其外壁上通过第二凸缘127接触冷却剂管222的内壁，所述第二凸缘127在冷却剂管222的纵向方向上延伸。热电模块130附接于第二传热板129的内壁上。

低温构件120包括安装于冷却剂管122与冷却剂管222之间的多个挡板126，以在其间形成冷却剂的流动路径。如图6所示，每个挡板126具有开环的形状。挡板126以如下方式安装：挡板126的开放部分彼此形成固定的角度。换言之，设定冷却剂挡板126的一个开放部分与相邻的冷却剂挡板的另一开放部分形成固定的角度，优选90度。

由于多个冷却剂挡板以这种方式安装，因此冷却剂在与沿着相邻流动路径流动的冷却剂的方向相反的方向上沿着流动路径流动。这种设置的原因是保持低温构件的温度恒定。

通过接合位于高温构件110的第一传热板119与低温构件120的第二传热板129之间的P形半导体和N形半导体，从而形成热电模块。热电模块130位于第一凸缘117与第二凸缘127之间，且其一侧由第一传热板119加热，其另一侧由第二传热板129冷却。

因此，温差在热电模块130的两侧之间出现，电力通过该温差在热电模块130内产生。所产生的电力用于将车辆的电池（未显示）充电，所述电池电连接至热电模块130。

上述第一传热板119、热电模块130和第二传热板129形成一个热电模块，且多个热电模块在冷却管222与冷却管122之间安装。在此时，所述多个热电模块130彼此电连接，以产生大量电力。

现在，将解释上述根据本发明的一个示例性实施方案的车辆的热电发电机的应用。

当发动机运行时，废气从发动机排出并流入排气管112，这时旁通阀116关闭旁通管114。同时，由发动机的冷却系统循环的冷却剂流入冷却剂入口121。

废气在排气管112内流动，与排气管112交换热量，且排气管112被加热。安装于排气管112的外壁上的第一传热板119由被加热的排气管112进行加热，废气的热能由经加热的第一传热板119传送至热电模块130的一侧。

而且，流入冷却剂入口121的冷却剂流入由与冷却剂管122的内部相邻的挡板126所形成的流动路径中，所述流动路径以冷却剂在其流动方向上交替的方式形成。流动的冷却剂冷却第二传热板129，且与所述第二传热板129接触的热电模块130的另一侧被冷却。

因此，温差在热电模块130的两侧之间出现。所述温差在多个热电模块130的内部产生电力。

当车辆速度增加时，即当发动机负荷增加时，旁通阀116克服弹簧115的弹性并打开旁通管114。当旁通管114打开时，大部分废气通过旁通管114排出，剩余的废气在旁通管114与排气管112之间流动。位于旁通管114与排气管112之间的热交换网113与废气交换热量，并加热排气管112，之后的剩余过程与当旁通阀116关闭时的过程相同，因此省略进一步的解释。

由于可使用多个热电模块，因此可产生大量电力，通过使用所产生的电力，车辆的电池可被充电，且车辆的燃油效率可得以增加。

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。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要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 (4)

1.一种车辆的热电发电机，包括：

高温构件，所述高温构件具有：

排气管，高温废气经过所述排气管，其中所述排气管通过与废气的热交换过程而被加热；

环形第一传热板，所述环形第一传热板配备有第一凸缘，该第一凸缘安装于所述排气管的外壁上并沿着所述排气管的纵向方向形成；

低温构件，所述低温构件具有：

第一冷却剂管，所述第一冷却剂管包围所述排气管的外壁，在所述第一冷却剂管与所述排气管的外壁之间具有预定空间，且冷却剂在所述第一冷却剂管的内部行进；以及

环形第二传热板，所述环形第二传热板安装于所述第一冷却剂管的内部，第二凸缘在所述环形第二传热板上沿着所述第一冷却剂管的纵向方向延伸；以及

环形热电模块，所述环形热电模块通过接合P形半导体和N形半导体而形成，且所述环形热电模块中的每一个的一侧与所述第一传热板接触，所述环形热电模块中的每一个的另一侧与所述第二传热板接触，以通过利用由两侧之间的温差所引起的热电现象来产生电力，

其中：

所述第一冷却剂管还包括冷却剂入口，所述冷却剂入口在所述第一冷却剂管的下部形成；

冷却剂出口，所述冷却剂出口在所述冷却剂入口的对角线方向上在所述第一冷却剂管的上部形成，冷却剂通过所述冷却剂出口流出；以及

多个环形挡板，所述多个环形挡板安装于所述第一冷却剂管的内部，并在两个相对方向上形成冷却剂路径，

其中所述多个环形挡板中的每一个都具有一个开放端部，且该开放端部以固定角度设置。

2.根据权利要求1所述车辆的热电发电机，其还包括：

旁通管，所述旁通管以预定间隙安装于所述排气管的内部，且废气绕过所述旁通管；

旁通阀，所述旁通阀安装于所述旁通管的端部，以根据废气来打开和关闭所述旁通管；

弹性构件，所述弹性构件弹性地支承所述旁通阀以抵着所述旁通管的端部；以及

传热网，所述传热网安装于所述排气管与所述旁通管之间，以将热能从废气传送至所述排气管。

3.根据权利要求1所述的车辆的热电发电机，其还包括第二冷却剂管，所述第二冷却剂管以预定间隙设置于所述第一冷却剂管的内部，并与所述环形第二传热板的第二凸缘接触，其中冷却剂在所述第一冷却剂管与所述第二冷却剂管之间流动。

4.根据权利要求3所述的车辆的热电发电机，其中：

所述第一冷却剂管还包括在所述第一冷却剂管的下部形成的冷却剂入口；

冷却剂出口，所述冷却剂出口在所述冷却剂入口的对角线方向上在所述第一冷却剂管的上部形成，冷却剂通过所述冷却剂出口流出；以及

多个环形挡板，所述多个环形挡板安装于所述第一冷却剂管与所述第二冷却剂管之间，并在两个相对方向上形成冷却剂路径，

其中所述多个环形挡板中的每一个都具有一个开放端部，且该开放端部以固定角度设置。