CN103916051B - 用于车辆的堆叠型热电发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆的堆叠型热电发电机。在一个实施方案中，提供了用于车辆的热电发电机。特别地，提供了热电发电机，其包括安装在废气入口管道和废气出口管道之间的热电发电单元，废气通过废气入口管道流入，废气通过废气出口管道排放。热电发电单元还包括在其一侧上形成的冷却剂入口和在另一侧上形成的冷却剂出口。更具体地，热电发电机通过组装多个每个具有热电元件的单元模块形成。

Description

用于车辆的堆叠型热电发电机

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月31日在韩国知识产权局提交的专利申请No.10-2012-0158125的优先权，该申请的全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的热电发电机，更特别地，涉及用于车辆的热电发电机，其包括热电发电单元，所述热电发电单元安装在废气入口管道和废气出口管道之间，具有在一侧上形成的冷却剂入口和在其另一侧上形成的冷却剂出口，并通过组装多个每个具有热电元件的单元模块而形成，废气通过废气入口管道流入，废气通过废气出口管道排放。

背景技术

通常地，热电发电机指当将温差施加至加热元件和冷却元件的两端时，通过使用在加热元件与冷却元件之间产生的势差而获得电能的装置。典型地，加热元件和冷却元件由金属或半导体制成。这样，热量可直接转化为电力而无机械操作。

热电发电机通常应用于工业锅炉的废气设备和边远地区中的供电设施，近年来，它们开始应用于废物焚烧炉的废热利用系统、地热发电、海洋温差发电等。

同时，由于在车辆内提供电功率以对电池充电的发动机驱动交流发电机(也称为交流发电机)的效率仅在约33％效率下操作，且交流发电机的轴功率应该随着车辆的电功率消耗增加而增加，因此当轴功率的损失增加时，燃料消耗变得增加，且由于高燃料消耗而导致污染物的排出增加。

操作交流发电机所需的能量的量基于车辆的行驶状态和由车辆消耗的电功率的量而变化。因此，已开始将从发动机收集废热的热电发电机加入车辆中。

车辆中的热电发电机通常包括加热单元，所述加热单元用于进行废气与热电模块的高温端之间的热传递。该热电模块常常包括多个热电半导体、用于冷却热电模块的低温端的冷却单元，以及废热回收装置。热电发电机将获自发动机的废热的热能转化为电能。

图1为示出了用于热电发电机中的热电模块的概念的示意图。热电模块制造为电路，使得电流通过热电动势而流动，所述热电动势通过连接p型和n型导体或半导体，并在一侧设定高温热源，且在另一侧设定低温热源而产生。典型地，每个热电模块可输出约2W至4W。

然而，必要的是使加热单元与冷却单元之间的温差达到最大，以增加由热电模块产生的功率量，但由于在诸如图1所示的相关技术的用于车辆的热电发电机中加热单元和冷却单元的结构效率一般较差，因此高温端与低温端之间的温差比所希望的更小。

发明内容

本发明已经做出努力以提供用于车辆的堆叠型热电发电机，其能够通过改进包括加热单元和冷却单元的热交换结构来最大化所述热电发电机的发电效率。

本发明的示例性实施方案提供了用于车辆的热电发电机，其包括热电发电单元，所述热电发电单元安装在废气入口管道和废气出口管道之间，具有在其一侧上形成的冷却剂入口和在其另一侧上形成的冷却剂出口，并通过组装多个其中具有热电元件的单元模块而形成，废气通过废气入口管道流入，废气通过废气出口管道排放。

根据本发明的示例性实施方案的具有上述构造的用于车辆的堆叠型热电发电机具有如下效果。

第一，根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的热电发电单元具有多个单元模块堆叠的结构，由此通过在有限空间中高温部分和低温部分的有效构造路径改进热电发电量，并增加热电元件的应用领域。

第二，因为根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的热电发电单元由作为基本单元的单元模块形成，所述热电发电单元通过调整在所述热电发电单元中的单元模块的数量可以适当地与车辆底盘的布局限制和发动机的输出量的改变相适应。

第三，在根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的热电发电单元的单元模块中，由于在单元模块间的组装和拆卸通过螺杆组装法进行，故障部分的替换可以迅速简单地进行。

第四，因为根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的热电发电单元的单元模块具有相同形状的部件，并且相同数量的部件重复地组装，简化了用于提供部件的系统并简单地进行维护，使得单元模块适于大量生产。另外，所述热电发电机的结构强度是优秀的。

附图说明

图1是显示热电模块的概念的示意图。

图2是根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的立体图。

图3是显示根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的废气入口和废气出口的分离的状态的立体图。

图4是根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的单元模块的立体图。

图5是根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的单元模块的分解立体图。

图6是根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的局部切割立体图。

图7是显示根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的操作的局部切割部分的放大立体图。

图8A至图8B是显示根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的热交换的横截示意图。

具体实施方式

应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非汽油的能源的燃料)。

另外，应当理解，以下模块和单元作为由结构部件组成的硬件体现，并不应解释为用于此申请的目的的软件。另外，本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并不旨在限制本发明。除非上下文中清楚作出相反表示，如本文所使用的单数形式“一”和“一个”旨在也包括复数形式。应当进一步了解，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的术语“和/或”包括列出的相关项目的一个或多个的任何和全部组合。

下文将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的堆叠型热电发电机的构造。然而，附图以实例的方式提供以将本发明的精神完全传递至本领域技术人员。因此，本发明不限于附图，并可以以各种形式实施。

此外，除非限定本说明书中所用的术语，否则这些术语具有本发明所属技术领域的技术人员所通常理解的含义，并且可能不必要地使本发明的主旨晦涩的已知的功能和构造将不会在如下描述和所附附图中详细描述。

图2是根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的立体图，图3是显示根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的废气入口和废气出口的分离的状态的立体图。

参考图2和图3，根据本发明的示例性实施方案的热电发电机1包括安装在废气入口管道2和废气出口管道3之间的热电发电单元10，废气通过废气入口管道2流入，废气通过废气出口管道3排放。

冷却剂入口4形成在热电发电单元10的一侧上，并且如图7所示，冷却剂出口5形成在热电发电单元10的另一侧上。另外，控制流入废气入口管道2的废气排放的阀20可以附接至热电发电单元10的一侧。

在根据本发明的示例性实施方案的热电发电单元10中，通过流入废气入口管道2的废气经过废气出口管道3排放至外部且冷却剂从冷却剂入口4流至冷却剂出口5的过程，在含有产生自发动机的热的废气和冷的冷却剂之间发生热传递。

另外，由于热交换，温差施加于由金属或半导体制得的并安装在热电发电单元10中的第一热电元件130和第二热电元件140的两个端部，并由此通过在经加热的热电元件和经冷却的热电元件之间产生的势差产生电能。

根据本发明的示例性实施方案的热电发电单元10是多个安装有第一热电元件130和第二热电元件140的单元模块100的组件，图4是显示单元模块100的构造的立体图，图5是单元模块100的分解立体图。

参考图4和图5，单元模块100包括废气流动板110、在板110一侧上的第一对废气垫圈111和111’和第二对废气垫圈112和112’，所述废气流动板110允许废气流入处于中空状态的内部空间，所述第一对废气垫圈111和111’和所述第二对废气垫圈112和112’具有废气通过孔隙114以允许流自废气入口管道2的废气在废气流动板110的内部流动，并分别附接在废气流动板110的左侧和右侧。

将螺栓(未示出)固定至螺栓插入孔113，以使单元模块100和另一单元模块100相互联接并维持废气流动板110的气密状态，所述螺栓插入孔113分别形成第一废气垫圈111和111’以及第二废气垫圈112和112’的上端部和下端部。另外，由金属或半导体制得的第一热电元件130可以附接至废气流动板110的表面。

另外，允许冷却剂流入内部中空空间的冷却剂流动板120附接至第一热电元件130的表面，所述第一热电元件130附接至废气流动板110。

另外，具有冷却剂通过孔隙124以允许流自冷却剂入口4的冷却剂在冷却剂流动板120内部流动的第一对冷却剂垫圈121和121’以及第二对冷却剂垫圈122和122’分别附接在冷却剂流动板120的上侧和下侧。

将螺栓(未示出)固定至螺栓插入孔隙123，以使单元模块100和另一单元模块100相互联接并维持冷却剂流动板120的气密状态，所述螺栓插入孔隙123形成在第一冷却剂垫圈121和121’和第二冷却剂垫圈122和122’的左侧和右侧。同样地，由金属或半导体制得的第二热电元件140附接至冷却剂流动板120的表面。

此外，防止废气流至热电发电单元10的外部的废气挡板115在位于根据本发明的示例性实施方案的热电发电单元10的废气入口管道2的方向上的最外处的单元模块100的第一废气垫圈111和111’上形成，防止冷却剂流至热电发电单元10的外部的冷却剂挡板125安装在位于废气入口管道2的方向上的最外处的第一冷却剂垫圈121和121’上。

如上所述构造的单元模块100中，如根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的局部切割立体图的图6和显示根据本发明的示例性实施方案的热电发电机的操作的局部切割部分的放大立体图的图7所示，流自废气入口管道2的废气由于废气挡板115而在废气出口管道3的方向上流动。废气通过第一废气垫圈111和111’以及第二废气垫圈112和112’的废气通过孔隙114在废气流动板110的内部流动，并流向废气出口管道3，并且废气的排放热与废气一起流动。

另外，流自冷却剂入口4的冷却剂通过冷却剂通过孔隙124在冷却剂流动板120的内部流动，并随后由于冷却剂挡板125而流向冷却剂出口5。因此，在水平方向上的废气流动板110内部流动并包括来自发动机的热的废气和在竖直方向上在冷却剂流动板120内部流动的冷却剂相互垂直。由此，活跃地进行发生在废气流动板110的废气和冷却剂流动板120的冷却剂之间的热传递。通过在废气和冷却剂之间的活跃的热传递，较大的温度差施加于第一热电元件130和第二热电元件140的两端部，所述第一热电点元件130和第二热电元件140附接在废气流动板110和冷却剂流动板120之间。因此，随着较大的势差在经加热的热电元件和经冷却的热电元件之间产生，可以有效地进行电能的产生。

同时，根据本发明的示例性实施方案，根据本发明的示例性实施方案的热电发电单元10中，阀20附接至位于废气出口管道3方向上的最外处的单元模块100的第一废气垫圈111和111’。

如图8A所示，在阀20中，随着阀20闭合时废气经过废气流动板110而由热电发电单元10进行热电发电，流入废气入口管道2的废气不通过第一废气垫圈111和111’排放，而仅通过第二废气垫圈112和112’排放。

相反地，如图8B所示，当阀20开启时，由于流入废气入口管道2的废气通过第一废气垫圈111和111’以及第二废气垫圈112和112’的两个路径排放，进行旁通操作，其中热电发电单元10的热电发电部分受限。旁通操作限制了热电发电以防止热电元件由于高负荷驱动造成的过度加热。

参考在附图中显示的仅为实施例的实施方案描述本发明，并且本发明并能通过各种实施方案实施。因此，本发明的真正范围将仅通过权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种用于车辆的热电发电机，其包括：

热电发电单元，所述热电发电单元安装在废气入口管道和废气出口管道之间，废气通过废气入口管道流入，废气通过废气出口管道排放，其中所述热电发电单元包括：

在其一侧上形成的冷却剂入口并且在其另一侧上形成的冷却剂出口，所述热电发电单元通过组装多个单元模块形成，所述单元模块中具有热电元件，所述热电发电单元采用多个单元模块彼此层叠的堆叠的结构，所述热电元件根据通过流入所述废气入口管道的废气和流入所述冷却剂入口的冷却剂在互相垂直的方向上流动的过程进行的在废气和冷却剂之间的热传递而产生势差，

其中，所述单元模块具有废气流动板，所述废气流动板允许废气流至中空内部空间，

第一对废气垫圈和第二对废气垫圈，所述第一对废气垫圈和所述第二对废气垫圈在其中形成了允许流自所述废气入口管道的废气在所述废气流动板的内部流动的废气通过孔隙，并且所述第一对废气垫圈和第二对废气垫圈分别附接在所述废气流动板的左侧和右侧，

第一热电元件附接至所述废气流动板的表面，

其中，所述单元模块中，

冷却剂流动板，所述冷却剂流动板允许冷却剂在内部空间流动，并且所述冷却剂流动板附接至所述第一热电元件的表面，

第一对冷却剂垫圈和第二对冷却剂垫圈，所述第一对冷却剂垫圈和所述第二对冷却剂垫圈具有允许流自所述冷却剂入口的冷却剂在所述冷却剂流动板的内部流动的冷却剂通过孔隙，并分别附接在所述冷却剂流动板的上侧和下侧，

第二热电元件附接至所述冷却剂流动板的表面。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热电发电机，其中，

阀附接至位于所述热电发电单元的废气出口管道方向上的最外处的单元模块的第一对废气垫圈，

进行旁通操作，其通过开启所述阀部分地限制所述热电发电单元的热电发电。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的热电发电机，其中，

螺栓插入孔隙分别形成在所述第一对废气垫圈和所述第二对废气垫圈的上端部和下端部上，并且

螺栓插入孔隙分别形成在所述第一对冷却剂垫圈和所述第二对冷却剂垫圈的左侧和右侧。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的热电发电机，其中，

废气挡板形成在位于所述废气入口管道方向上的最外处的第一对废气垫圈处，

冷却剂挡板形成在位于所述废气入口管道方向上的最外处的第一对冷却剂垫圈处。

5.一种用于车辆的热电发电机，其包括：

热电发电单元，所述热电发电单元安装在废气入口管道和废气出口管道之间，废气通过废气入口管道流入，废气通过废气出口管道排放，其中通过流入废气入口管道的废气和流入冷却剂入口的冷却剂在相互垂直的方向上流动而产生由于废气和冷却剂之间的热传递导致的势差，所述热电发电单元通过组装多个单元模块形成，

其中，所述单元模块具有废气流动板，所述废气流动板允许废气流至中空内部空间，

第一对废气垫圈和第二对废气垫圈，所述第一对废气垫圈和所述第二对废气垫圈在其中形成允许流自所述废气入口管道的废气在所述废气流动板的内部流动的废气通过孔隙，所述第一对废气垫圈和所述第二对废气垫圈分别附接在所述废气流动板的左侧和右侧，

第一热电元件附接至所述废气流动板的表面，

其中，所述单元模块中，

冷却剂流动板，所述冷却剂流动板允许冷却剂在内部空间流动，并且所述冷却剂流动板附接至所述第一热电元件的表面，

第一对冷却剂垫圈和第二对冷却剂垫圈，所述第一对冷却剂垫圈和所述第二对冷却剂垫圈具有允许流自所述冷却剂入口的冷却剂在所述冷却剂流动板的内部流动的冷却剂通过孔隙，并分别附接在所述冷却剂流动板的上侧和下侧，

第二热电元件附接至所述冷却剂流动板的表面。

6.根据权利要求5所述的用于车辆的热电发电机，其中，

阀附接至位于所述热电发电单元的废气出口管道方向上的最外处的单元模块的第一对废气垫圈，

进行旁通操作，其通过开启所述阀部分地限制所述热电发电单元的热电发电。

7.根据权利要求5所述的用于车辆的热电发电机，其中，

螺栓插入孔隙分别形成在所述第一对废气垫圈和所述第二对废气垫圈的上端部和下端部上，并且

螺栓插入孔隙分别形成在所述第一对冷却剂垫圈和第二对冷却剂垫圈的左侧和右侧。

8.根据权利要求5所述的用于车辆的热电发电机，其中，

废气挡板形成在位于所述废气入口管道方向上的最外处的第一对废气垫圈处，

冷却剂挡板形成在位于所述废气入口管道方向上的最外处的第一对冷却剂垫圈处。