CN105190922A - 热电模块和包括这样的模块的热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热电模块(10),特别是用于机动车辆的热电模块,包括热电元件(15)和热交换装置(20),所述热电元件(15)使得电流能够在存在温度梯度的情况下产生,流体意图流动通过所述热交换装置(20),所述装置包括与第一系列所述热电元件(15)成热交换关系的第一表面(21)、与第二系列所述热电元件(15)成热交换关系的第二表面(22)、和与流体交换热量的器件(25),所述器件与所述第一和第二表面(21、22)成热交换关系。本发明还涉及包括这样的热电模块(10)的热交换器。
Description
技术领域
本发明涉及一种热电模块,特别是意图形成热交换器的一部分的热电模块。
背景技术
已经提出热电模块使用热电元件,所述热电元件允许在它们的其中两个相对面之间存在温度梯度的情况下,使用称为赛贝克效应的现象,来产生电流。这些模块包括由堆叠的第一管和第二管形成的管束,所述第一管意图用于发动机排气流通,所述第二管意图用于热传递流体在冷却通路中流通。热电元件夹持在管之间,以暴露于由热的排气和冷的冷却流体之间的温度差造成的温度梯度。
这样的模块特别地有用,这是由于它们允许从由发动机排气造成的热量的转换来产生电力。它们因此通过至少部分地代替通常设置在车辆中的交流发电机来提供减少车辆的燃料消耗的可能性,以便从由发动机的曲轴驱动的带发电。
其他废热源存在于具有内燃发动机的车辆上,以及其他冷却源也存在于所述车辆上,所述冷却源比如接触车辆前部面的空气。但是,已有的热电模块不适于这些流体,特别是用于回收来自空气的冷却能。
本发明因此提出改善该情形。
发明内容
本发明涉及一种热电模块,特别是用于机动车辆的热电模块,包括热电元件和热交换装置,所述热电元件允许电流在存在温度梯度的情况下产生,流体意图通过所述热交换装置,所述装置包括与第一系列所述热电元件成热交换关系的第一面、与第二系列所述热电元件成热交换关系的第二面、和用于与流体交换热量的器件,其与所述第一和第二面成热交换关系。
本发明因此允许在有限的空间内优化热电元件和由所述流体限定的热源或冷源中的一个之间的接触。以该方式,更容易获得较抖的温度梯度,所述温度梯度优选地尽可能恒定。
根据本发明的示例性实施例,所述热交换器件包括一区域,该区域意图与流体接触并具有比第一面和/或第二面的表面积大得多的表面积。大得多这里意思是至少大五倍的面积,特别地大十倍。该面积允许本发明的模块和穿过其的流体之间的热交换的改进,特别是冷却能的回收。
根据本发明的一个方面,所述热交换装置包括第一翅片和/或第二翅片,所述第一翅片包括所述第一面,所述第二翅片包括所述第二面。第一和/或第二翅片包括一个部分,该部分在一侧上与热交换器件成热交换关系,且在相反于第一侧的第二侧上与热电元件成热交换关系。
有利地,所述第一和第二翅片相互平行。
根据本发明的示例性实施例,所述热交换器件布置在所述第一翅片和所述第二翅片之间。所述热交换器件特别地钎焊至所述第一翅片和所述第二翅片。
根据本发明的一个方面,所述热交换器件意图扰动流体流。流体的扰动改进热交换,特别是冷却能的回收。
有利地,所述热交换器件包括插置元件。在上述描述的延伸中,特别地,插置元件具有一表面,该表面意图与流体接触且具有比与翅片热电元件接触的表面大得多的面积。
根据本发明的一个方面,插置元件包括波形部。
根据示例性实施例,插置元件包括用于扰动流体流的器件。有利地,所述用于扰动流体流的器件包括页板。
根据本发明的一个方面,所述热交换器件采取“偏置”隔板的形式。换句话说,其包括沿隔板的延伸方向彼此平行布置的波形材料条,所述条沿所述方向相对于其他条偏置,以提供用于所述流体从一个条的波形部至相邻条的波形部的通道。波形部因此彼此偏置,其扰动流体流,以改进热交换。
根据本发明的示例性实施例,所述模块包括热管和热翅片,所述热翅片与所示热管和所述热电元件的活动面成热交换关系。
有利地,所述热交换装置配置为形成保护所述热翅片的热屏障。特别地,所述第一和/或第二翅片配置为形成保护所述热翅片的热屏障。
根据示例性实施例,热管穿过具有纵向延伸方向的第一和第二面,所述模块包括分立的热交换器件,所述热交换器件位于沿纵向延伸方向彼此间隔开的两个所述热管和沿所述纵向延伸方向间隔开的另外两个所述热管之间。
本发明因此涉及一种热交换器,特别是用于机动车辆的热交换器,包括如上所述的热电模块。
附图说明
根据以下描述且伴随有附图将更好地理解本发明,以下描述仅被说明性地给出且不意图为限制性的,在图中:
图1a以透视方式概略性地示出包括根据本发明的热电模块的交换器的第一示例实施例;
图1b以透视方式概略性地示出根据本发明的交换器的第二示例实施例;
图2以透视方式示出根据本发明的热电模块的一部分;和
图3以透视方式示出图2的热电模块的一部分,其中一些部分被省去。
具体实施方式
如图1a中所示,本发明涉及一种热交换器,特别是用于机动车辆的热交换器,包括管束1,所示管束1在第一功能中允许第一热流体和第二冷流体之间的热交换。根据本发明的交换器因此意图在其入口处接收两种流体,第一或热流体具有比第二或冷流体高的温度。
热流体可以是来自车辆发动机冷却环路的冷却流体,而冷流体可以是从车辆前部面通过其散热器的环境空气流。但是,其他类型的流体是可行的,特别是其他类型的热流体。特别地,其可以是这样的热流体,其通路经过车辆的前部面,以便允许它们的冷却和/或相变。
交换器特别地配置为使得热流体沿第一方向(由标记为3的箭头示出)穿过热流体,而冷流体沿第二方向(由标记为2的箭头示出)穿过交换器,该第二方向特别地垂直于第一方向3。交换器装配有集管箱4,以将热液体分配到管束1中和/或收集从所述管束1冒出的所述热流体。
集管箱这里允许热流体以U形形状的流通。上集管箱4具有将箱分为两个部件的内部分隔件(未示出),每个部件具有用于热流体的入口/出口管。热流体因此经由入口管进入上集管箱的第一部分中,沿方向3在管束的第一部件上向下行进通过管束,被下集管箱4收集并分配到管束的另一部件中,通过该另一部件,其沿方向3向上行进,在那里,其最终被上集管箱4的第二部件收集并经由其出口管从交换器冒出。
管束例如具有大致平行六面体的形式。集管箱4位于平行四边形的两个相对侧上。管束具有连接集管箱4的两个第一相对面5和两个第二相对面6。交换器配置为使得冷流体流垂直于第一面5。管束沿冷流体流的方向2的尺寸,或其深度,例如小于管束的其他尺寸,也就是其宽度和高度,即,第一面5的尺寸。
由此配置的交换器例如意图安装在车辆的前部面处。但是其可放置在车辆中的其他位置。类似地,根据本发明的交换器可具有其他配置,同时仍意图位于车辆的前部面处。
交换器包括热电元件(图2和3上标注为15),所述热电元件允许在存在温度梯度的情况下产生电流。这些例如是大致平行六边形形式的元件,当暴露于它们其中两个相对面(称为活动面)之间的所述梯度时,所述元件使用赛贝克效应产生电流。这样的元件允许在连接在所述活动面之间的充电器(charge)中产生电流。以本领域技术人员已知的方式,这样的元件例如包括铋和碲(Bi2Te3)。
这里,管束包括第一区域7和第二区域8,该第一区域7配置为允许热流体和冷流体之间的所述热交换,该第二区域8配置为允许所述电流的产生。
交换器由此形成,其既执行传统热交换功能,其中在第一区域7中冷流体冷却热流体以及热流体加热冷流体,又在第二区域8中将热量转换为电流。
根据图1a中所示的第一实施例,第二区域8优选地设置在连接至包括入口/出口管的集管箱4的管束1的那部分中,这里是上集管箱4。
根据图1b中所示的第二实施例,第一区域7和第二区域8沿热流体的流动方向平行地设置。在该示例实施例中,流体经由一个集管箱4进入,并经由另一个集管箱4离开。
在变化例(未示出)中,所示交换器完全专用于热量至电流的转换。其则配置为保持热流体和冷流体之间的温度梯度,而不是减少该温度梯度。
热交换器包括根据本发明的热电模块10,位于第二热交换器区域中。
如图2和3中所示的所述热电模块包括热电元件15和热交换器装置20,冷流体意图穿过它们。装置20包括与第一系列所述热电元件15成热交换关系的第一面21、与第二系列所述热电元件15成热交换关系的第二面22、和与冷流体交换热量的器件25,该器件25与所述第一和第二面21、22成热交换关系。热交换器件25确保与流体的大面积接触,并经由第一和第二面21、22促进热电元件15处的温度梯度。
第一和第二面21、22具有纵向延伸方向D,且热管30穿过第一和第二面而不必与其有热关系。热管30例如形式为圆矩形,相互平行,并允许热流体通过。它们在它们的端部处经由设置在集管箱上的通孔而敞开到集管箱中,该通孔例如在所述箱的集管板处。交换器包括分立的热交换器件25,所述热交换器件25沿所述第一和第二面的纵向延伸方向位于两个相邻的热管30之间。
热管30与平坦热翅片33成热交换关系,所述热翅片33垂直于穿过它们的热管30。热翅片33被保持在热管30上,例如通过压接。
根据本发明的热交换装置20平行于所述热翅片33延伸,即,垂直于热管30延伸。热翅片33因此在两个相邻的热交换装置20之间延伸。热翅片33的第一面面向第一装置20的第一面21,热翅片33的第二面,其相反于热翅片33的第一面,定位为面向相邻于第一装置的第二装置20的第二面22。同一热翅片33可因此与位于热翅片33的第一面和第一装置20的第一面21之间的第一系列热电元件15成热交换关系,与位于热翅片33的第二面和相邻于第一装置的第二装置20的第二面22之间的第二系列热电元件15成热交换关系。
换句话说,装置20的第一面21定位为面朝第一热翅片33,以及第一系列的热电元件15布置在第一面21和热翅片33之间。同一装置20的第二面22定位为面朝相邻于第一装置的另一热翅片33,以及第二系列的热电元件15布置在装置20的第二面22和该热翅片33之间。热交换器件25位于第一面21和第二面22之间,以特别地将冷却流体的冷却能递送至它们。
装置20和热翅片33因此交替地堆叠。
一层基板50在此设置在第一和第二面21、22与热电元件15之间。基板50例如接收热电元件15。基板50包括电绝缘且导热的材料,以便将热量分配到热电元件15。特别地,经由基板50,第一和第二面21、22与热电元件15成热交换关系。所述基板50可容纳电轨道,所述电轨道将热电元件串联和/或并联连接。这样的基板50可还位于热翅片33和热电元件15之间。
热交换装置20这里包括与冷流体和热电元件15成热交换关系的第一和第二翅片31、32。第一翅片31包括装置的第一面21和与热交换器件25接触的相反面,第二翅片32包括装置的第二面22和与热交换器件25接触的相反面。所述第一和第二翅片31和32相互平行,且平行于热翅片33。
热交换器件25布置在第一翅片31和第二翅片32之间。其包括一区域,该区域意图与冷流体接触,并具有比第一面21和/或所述第二面22的表面积大得多的表面积,特别是至少大五倍。其意图当冷流体流穿过装置20时扰乱该冷流体流,以改进冷流体和装置20之间的热交换。
热交换器件25这里包括插置元件40,特别是多个插置元件40。插置元件40,其成波状,即,包括波形部,布置在第一和第二面21、22之间。换句话说,它们在此布置在第一和第二翅片31、32之间,例如经由它们的波形部的峰部与其接触。本发明的热电模块10配置为使得冷流体流在插置元件40的波形部的折叠部之间穿过。更特别地,所述插置元件40取向为使得它们的波形部的峰部沿与管30和翅片31的纵向延伸方向正交的方向延伸。插置元件40例如通过钎焊至第一和第二翅片31、32而被组装。
根据图2和3中所示的实施例,插置元件40包括用于扰动流体流的器件45。这些用于扰动流体流的器件45这里包括页板46,所述页板46设置在连接波形部的峰部的折叠部处。页板46是槽,所述槽允许冷流体流从一个波形部行进至另一波形部,其目的特别是是冷流体在其通道上的路径延伸通过装置20,并增加与差值元件40的热交换。
插置元件40可被分为两个分立的层,所述两个层沿第一和第二面21、22的纵向延伸方向D的方向相互平行地延伸。两层中的第一层位于冷流体进入装置20的入口处,而两层中的第二层位于冷流体从装置20离开的出口处。
根据本发明的示例实施例(未示出),所述热交换器件25采用“偏置”隔板的形式,包括波形材料条,所述条沿延伸方向彼此平行,所述延伸方向例如是第一和第二面21、22的纵向延伸方向。这些条沿延伸方向相互偏置,以提供用于冷流体从一个条的波形部至相邻条的波形部的通道。以该方式,材料的偏置产生在两个波形部之间,目的是扰乱冷流体流且因此改进热交换。
改进本发明的一个方面,热交换装置20配置为形成保护热翅片33的热屏障36。特别地,第一和第二翅片31、32配置为形成保护热翅片33的热屏障36。
第一和第二翅片31、32包括例如沿第一和第二面21、22的方向升起的周边边缘37。因此,第一装置20的第一翅片31的升起的周边边缘37面朝相邻于第一装置的第二装置20的第二翅片32的升起的周边边缘37,使得其中一个升起的周边边缘37与另一个接触和/或重叠。该重叠防止冷流体与热翅片33接触。升起的周边边缘37将冷流体朝向装置20的内部引导,即,第一和第二面21、22之间,使得其经过热交换器件25。换句话说,升起的周边边缘37盖住热翅片33的边缘。
总体上,翅片意思是具有两个相对的平坦大表面的元件,其具有的厚度比其宽度和长度小得多,因此允许在所述大表面和热电元件15之间在它们的活动面处建立大面积接触。翅片例如由铝和/或铝合金形成。
Claims (15)
1.一种热电模块(10),特别是用于机动车辆的热电模块,包括热电元件(15)和热交换装置(20),所述热电元件(15)允许电流在存在温度梯度的情况下产生,流体意图通过所述热交换装置(20),所述装置包括与第一系列所述热电元件(15)成热交换关系的第一面(21)、与第二系列所述热电元件(15)成热交换关系的第二面(22)、和用于与流体交换热量的器件(25),该用于与流体交换热量的器件与所述第一和第二面(21、22)成热交换关系。
2.如权利要求1所述的热电模块(10),其中,所述热交换器件(25)包括一区域,该区域意图与流体接触并具有比所述第一面(21)和/或所述第二面(22)的表面积大得多的表面积。
3.如前述权利要求中的任一项所述的热电模块(10),其中,所述热交换装置(20)包括具有所述第一面(21)的第一翅片(31)和/或具有所述第二面(22)的第二翅片(32)。
4.如权利要求3所述的热电模块(10),其中,所述第一和第二翅片(31、32)相互平行。
5.如权利要求3或4所述的热电模块(10),其中,所述热交换器件(25)布置在所述第一翅片(31)和所述第二翅片(32)之间。
6.如前述权利要求中的任一项所述的热电模块(10),其中,所述热交换器件(25)意图扰动流体流。
7.如前述权利要求中的任一项所述的热电模块(10),其中,所述热交换器件(25)包括插置元件(40)。
8.如权利要求7所述的热电模块(10),其中,所述插置元件(40)包括波形部。
9.如权利要求7或8所述的热电模块(10),其中,所述插置元件(40)包括用于扰动流体流的器件(45)。
10.如权利要求9所述的热电模块(10),其中,所述用于扰动流体流的器件(45)包括页板(46)。
11.如权利要求8或9所述的热电模块(10),其中,所述热交换器件(25)包括沿一个延伸方向彼此平行布置的波形材料条,所述条沿所述方向彼此偏置,以提供用于让所述流体从一个条的波形部至相邻条的波形部的通道。
12.如前述权利要求中的任一项所述的热电模块(10),其中,所述模块(10)包括热管(30)和与所述热管(30)且与所述热电元件(15)的活动面成热交换关系的热翅片(33)。
13.如权利要求12所述的热电模块(10),其中,所述热交换装置(20)配置为形成保护所述热翅片(33)的热屏障(36)。
14.如权利要求13所述的热电模块(10),其中,热管(30)穿过具有纵向延伸方向(D)的第一和第二面(21、22),所述模块(10)包括分立的热交换器件(25),所述热交换器件(25)位于沿所述纵向延伸方向(D)彼此间隔开的两个所述热管(30)和沿所述纵向延伸方向(D)间隔开的另外两个所述热管(30)之间。
15.一种热交换器,特别是用于机动车辆的热交换器,包括如前述权利要求中的任一项所述的热电模块(10)。
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |