CN112910315A - 发电设备 - Google Patents

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奉相勋
李彦学
金圣喆
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Abstract

本申请涉及发电设备。根据本发明的一个实施例的一种发电设备包括：导管，第一流体穿过该导管；第一热电模块和第二热电模块，该第一热电模块和该第二热电模块布置在所述导管的第一表面上并彼此隔开；连接器，该连接器在所述导管的第一表面上布置在第一热电模块和第二热电模块之间；和屏蔽构件，该屏蔽构件在所述导管的第一表面上布置在所述连接器上，其中，该屏蔽构件包括第一面和第二面，该第二面的高度高于第一面的高度。

Description

发电设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年12月3日提交的韩国专利申请No.2019-0159249的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种发电设备，更具体地，涉及一种利用热电装置的低温部和高温部之间的温度差来产生电力的发电设备。
背景技术
热电效应是由于材料中的电子和空穴的运动而发生的现象，并且意味着热和电之间的直接能量转换。
热电装置是其中利用了热电效应的装置的通用术语，并且具有以下结构：在该结构中，P型热电材料和N型热电材料被布置在金属电极之间并且被结合到所述金属电极以形成PN结对。
热电装置可以划分为：利用了根据温度变化的电阻变化的装置、利用了由于温度差而产生电动势的塞贝克效应(Seebeck effect)的装置、以及利用了由于电流而发生加热或吸热的珀尔帖效应(Peltier effect)的装置。
热电装置已被不同地应用于家用电器、电子部件、通信部件等。例如，热电装置可以应用于冷却设备、加热设备、发电设备等。因此，对热电装置的热电性能的需求逐渐增加。
近来，需要使用从车辆、船舶等的发动机和热电装置产生的高温废热来产生电力。在这种情况下，第一流体所穿过的导管可以布置在热电装置的低温部侧处，散热片可以布置在热电装置的高温部侧，并且第二流体可以穿过该散热片。因此，由于热电装置的低温部和高温部之间的温度差，可以产生电力，并且电力产生性能可以取决于发电设备的结构。
发明内容
本发明旨在提供一种利用热电装置的低温部和高温部之间的温度差来产生电力的发电设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种发电设备，其包括：导管，第一流体穿过所述导管；第一热电模块和第二热电模块，所述第一热电模块和所述第二热电模块布置在所述导管的第一表面上而彼此隔开；连接器，所述连接器在所述导管的所述第一表面上布置在所述第一热电模块和所述第二热电模块之间；和屏蔽构件，所述屏蔽构件在所述导管的所述第一表面上布置在所述连接器上，其中，所述屏蔽构件包括第一面和第二面，所述第二面的高度高于所述第一面的高度。
第一热电模块和第二热电模块中的每一个可以包括：热电装置，该热电装置布置在第一表面上；和散热片，该散热片布置在热电装置上，并且第一面的上表面可以布置在低于或等于散热片的下表面的高度的高度处。
从第一热电模块的热电装置和第二热电模块的热电装置中的至少一个热电装置引出的电线可以连接到所述连接器，并且所述第二面的下表面可以布置在比所述电线的高度和所述连接器的高度高的高度处。
所述屏蔽构件还可以包括第三面，该第三面布置在所述第一面和第二面之间，并且具有比第一面的高度高但比第二面的高度低的高度。
所述第三面可以布置在比所述电线的高度高的高度处，并且所述第二面可以布置在比所述连接器的高度高的高度处。
所述屏蔽构件还可以包括：第一连接面，该第一连接面连接第一面的上表面和第三面的上表面；和第二连接面，该第二连接面连接第三面的上表面和第二面的上表面，并且第一连接面可以相对于第一面的上表面以大于0°且小于90°的角度倾斜。
所述屏蔽构件的第一面可以对称地布置在第一热电模块和第二热电模块之间。
所述第三面的面积可以大于所述第二面的面积。
所述屏蔽构件可以包括与所述第二面相同且彼此隔开的多个第二面。
所述第三面可以布置在彼此隔开的两个第二面之间，并且所述第二连接面可以对称地布置以连接所述第二面的上表面和所述第三面的上表面。
该发电设备可以还包括绝缘构件，该绝缘构件布置在所述第一表面与所述屏蔽构件的下表面之间。
所述绝缘构件可以在所述第一表面上布置在所述电线和连接器的侧表面上。
所述绝缘构件可以不布置在位于所述电线与所述屏蔽构件的下表面之间的以及在所述连接器与所述屏蔽构件的下表面之间的至少一部分上。
所述第二面的上表面可以布置成具有距散热片的下表面的最大高度，该最大高度是散热片的下表面与散热片的上表面之间的高度差的0.25倍。
第二流体的温度不同于第一流体的温度，该第二流体顺序地穿过第一热电模块的散热片、所述屏蔽构件的上表面和第二热电模块的散热片。
第一流体的流动方向可以不同于第二流体的流动方向。
第一流体的流动方向可以垂直于第二流体的流动方向。
所述导管可以包括第一导管和与第一导管相邻的第二导管，并且所述屏蔽构件可以布置在设于第一导管的第一表面上的第一热电模块与设于第二导管的第一表面上的第一热电模块之间。
根据本发明的另一个方面，提供了一种发电设备，其包括：导管，第一流体穿过所述导管；第一热电模块和第二热电模块，该第一热电模块和第二热电模块布置在所述导管的第一表面上并彼此隔开；第一连接器，该第一连接器在所述导管的第一表面上布置在第一热电模块和第二热电模块之间；第一屏蔽构件，该第一屏蔽构件在所述导管的第一表面上布置在第一连接器上；第三热电模块和第四热电模块，该第三热电模块和第四热电模块布置在所述导管的面向所述第一表面的第二表面上并彼此隔开；第二连接器，该第二连接器在所述导管的第二表面上布置在第三热电模块和第四热电模块之间；以及第二屏蔽构件，该第二屏蔽构件在所述导管的第二表面上布置在第二连接器上，其中，第一屏蔽构件和第二屏蔽构件中的每一个均包括第一面和第二面，所述第二面的高度高于所述第一面的高度。
第一热电模块至第四热电模块中的每一个都可以包括：热电装置，该热电装置布置在所述导管的对应表面上；和散热片，该散热片布置在热电装置上，并且所述导管的所述表面与所述第一面之间的距离可以小于或等于所述导管的该表面与所述散热片之间的最小距离。
附图说明
通过参考附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述及其它目的、特征和优点对于本领域普通技术人员来说将变得更加明显，其中：
图1是示出了根据本发明的一个实施例的发电设备的透视图；
图2是示出了图1的发电设备的一个截面图；
图3是示出了图1的发电设备的另一个截面图；
图4是示出了图1的发电设备的分解透视图；
图5是示出了图1的发电设备的局部放大图；
图6是示出了热电装置的截面图；
图7是示出了热电装置的透视图；
图8是示出了根据本发明的一个实施例的包括屏蔽构件的发电设备的局部透视图；
图9是示出了图8的发电设备的截面图；
图10是示出了图8的发电设备的屏蔽构件附近的放大图；
图11是示出了根据本发明的一个实施例的屏蔽构件的透视图；
图12是示出了根据本发明的一个实施例的屏蔽构件的截面图；
图13是示出了根据比较例的屏蔽构件的一组顶视图和截面图；
图14是示出了根据图13的比较例的、屏蔽构件和散热片之间的高度差的视图；
图15A至图15C是示出了根据比较例的穿过屏蔽构件的气体的流动的视图；
图16是示出了根据本发明的实施例的屏蔽构件的一组顶视图和截面图；
图17是示出了根据图16的实施例的、屏蔽构件和散热片之间的高度差的视图；并且
图18A至图18C是示出了根据图16的实施例的穿过屏蔽构件的流体的流动的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
然而，本发明的技术精神不限于将要描述的一些实施例，而是可以使用各种其它实施例来实现，并且可以在技术精神的范围内选择性地联接、替换和使用这些实施例的至少一个部件以实现技术精神。
另外，除非通过上下文另外明确地且具体地定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)能够被解释为具有对于本领域技术人员而言惯常的含义，并且常用术语的含义，例如在常用字典中定义的那些常用术语，将在考虑相关技术的上下文含义的情况下进行解释。
另外，在本发明的实施例中使用的术语是在描述性的意义上考虑的，而非限制本发明。
在本说明书中，除非上下文另外明确指出，否则单数形式包括其复数形式，并且在描述“A、B和C中的至少一个(或一个或多个)”的情况下，这可以包括能够与A、B和C组合的所有组合中的一个或多个组合。
在本发明的部件的描述中，能够使用诸如“第一”、“第二”、“A”、“B”、“a”和“b”的术语。
这些术语仅是为了将一个元件与另一个元件区分开，并且该元件的本质、顺序等不受这些术语的限制。
应当理解，当一个元件被称为“连接或联接”到另一个元件时，这种描述可以包括如下两种情况：该元件直接连接或联接到另一个元件的情况；以及，该元件连接或联接到另一个元件但在它们之间布置有又一个元件时的情况。
在将任何一个元件描述为形成或布置在另一个元件“之上或之下”的情况下，这种描述包括如下两种情况：两个元件被形成或布置为彼此直接接触的情况；以及在这两个元件之间布置有一个或多个其它元件的情况。另外，当将一个元件描述为在另一个元件“之上或之下”形成时，这种描述可以包括其中一个元件相对于另一个元件在形成上侧或下侧的情况。
图1是示出了根据本发明的一个实施例的发电设备的透视图，图2是示出了图1的发电设备的一个截面图，图3是示出了图1的发电设备的另一个截面图，图4是示出了图1的发电设备的分解透视图，并且图5是示出了图1的发电设备的局部放大图。
参考图1至图4，发电设备1000包括导管1100、第一热电模块1200、第二热电模块1300和气体引导构件1400。多个发电设备1000可以以预定的间隔并联布置以形成发电系统。尽管图中未示出，但是第二流体可以在被布置成以预定间隔彼此隔开的两个发电设备1000之间穿过。例如，一个发电设备1000的第二热电模块1300和另一个相邻的发电设备1000的第一热电模块1200被并联布置而以预定间隔彼此隔开，并且第二流体可以在它们之间穿过。
根据本发明的实施例的发电设备1000可以利用在导管1100中流动的第一流体与在导管1100外侧通过的第二流体之间的温度差来产生电力。在本说明书中，在导管1100中流动的第一流体的温度可以低于通过热电模块1200和1300的散热片的第二流体的温度，该热电模块1200和1300布置在导管1100外部。在本说明书中，第一流体也可以称为冷却流体，并且第二流体也可以称为气体或高温流体。
为此，第一热电模块1200可以布置在导管1100的一个表面上，并且第二热电模块1300可以布置在导管1100的另一个表面上。在这种情况下，在第一热电模块1200和第二热电模块1300中的每一个热电模块的两个表面中，面向导管1100的表面可以变成其低温部，并且可以利用该低温部和高温部之间的温度差来产生电力。
引入到导管1100中的第一流体可以是水，但它不限于此，而是可以是具有冷却性能的各种流体中的一种。引入到导管1100中的第一流体的温度可以低于100℃，优选低于50℃，更优选低于40℃，但它不限于此。穿过导管1100并从导管1100排出的第一流体的温度可以高于被引入到导管1100中的第一流体的温度。导管1100包括第一表面1110、布置成平行面向第一表面1110的第二表面1120、布置在第一表面1110和第二表面1120之间的第三表面1130、以及布置在第一表面1110和第二表面1120之间并面向第三表面1130的第四表面1140，并且第一流体穿过由第一表面1110、第二表面1120、第三表面1130和第四表面1140形成的导管。第一流体通过导管1100的第一流体入口被引入，并通过导管1100的第一流体出口被排出。入口凸缘(未示出)和出口凸缘(未示出)可以进一步分别布置在导管1100的第一流体入口侧和导管1100的第一流体出口侧，以便于引入和排出第一流体并支撑导管1100。替代地，多个第一流体入口1152可以形成在第五表面1150中，该第五表面1150是在导管1100的第一表面1110、第二表面1120、第三表面1130和第四表面1140之间的两个表面中的一个表面，并且多个第一流体出口1162可以形成在第六表面1160中，该第六表面1160是在导管1100的第一表面1110、第二表面1120、第三表面1130和第四表面1140之间的两个表面中的另一个表面。所述多个第一流体入口1152和所述多个第一流体出口1162可以连接到导管1100中的多个第一流体通过管道1170。因此，通过第一流体入口1152引入的第一流体可以穿过第一流体通过管道1170，并通过第一流体出口1162被排出。在这种情况下，由于即使在第一流体的流量不足以完全填充导管1100或者导管1100的表面面积大时、第一流体也可以均匀地分散在导管1100中，因此可以在导管1100的整个表面上获得均匀的热电转换效率，并且所述入口凸缘和出口凸缘可以省略。
在这种情况下，第一流体入口1152可以通过第一装配构件1180连接到第一流体入口管道1182，并且第一流体出口1162可以通过第二装配构件1190连接到第一流体出口管道1192。
在这种情况下，第一流体入口管道1182和第一流体出口管道1192可以被布置成从导管1100的第五表面1150和第六表面1160突出。
尽管图中未示出，但可以在导管1100的内壁上布置有散热片。可以根据第一流体的温度、废热的温度、所需的发电能力等而不同地改变散热片的数量、形状及其占据导管1100的内壁的面积。例如，散热片占据导管1100的内壁的面积可以在导管1100的截面面积的1％至40％的范围内。因此，即使在不干扰第一流体的流动的情况下，也能获得高的热电转换效率。在这种情况下，散热片可以具有不干扰第一流体的流动的形状。例如，散热片可以在第一流体流动的方向上形成。即，散热片可以具有从第一流体入口在朝向第一流体出口的方向上延伸的板状形状，并且所述多个散热片可以布置成以预定间隔彼此隔开。这些散热片可以与导管1100的内壁一体地形成。
根据本发明的实施例，导管1100可以设置为多个导管1100。例如，导管1100可以包括第一导管1100-1和与第一导管1100-1相邻的第二导管1100-2。因此，由于即使当第一流体的流量不足以完全填充导管1100时第一流体也可以均匀地分散在第一导管1100-1和第二导管1100-2中，所以能够在导管1100的整个表面上获得均匀的热电转换效率。
同时，第一热电模块1200布置在导管1100的第一表面1110上，第二热电模块1300布置在导管1100的第二表面1120上，并且第一热电模块1200和第二热电模块1300被对称地布置。
第一热电模块1200和第二热电模块1300可以使用螺钉联接到导管1100。因此，第一热电模块1200和第二热电模块1300可以稳定地联接到导管1100的表面。替代地，第一热电模块1200和第二热电模块1300中的至少一个热电模块也可以使用热界面材料(TIM)1212或1312而结合到导管1100的表面。
同时，第一热电模块1200和第二热电模块1300分别包括布置在第一表面1110和第二表面1120上的热电装置1210和1310、和布置在热电装置1210和1310上的散热片1220和1320。在这种情况下，第一表面1110和第一散热片1220之间的距离可以大于第一表面1110和热电装置1210之间的距离，并且第二表面1120和第二散热片1320之间的距离可以大于第二表面1120和热电装置1310之间的距离。如上所述，第一流体在其内流动的导管1100被布置在热电装置1210和1310各自的两个表面中的一个表面上，散热片1220和1320布置在热电装置1210和1310各自的两个表面中的另一个表面上，并且当第二流体通过散热片1220和1320时，热电装置1210和1310的吸热表面和散热表面之间的温度差可以增加，因此可以提高热电转换效率。在这种情况下，第一流体流动的方向和第二流体流动的方向可以不同。例如，第一流体流动的方向基本上垂直于第二流体流动的方向。
在这种情况下，参考图5，散热片1220和1320与热电装置1210和1310可以由多个联接构件1230和1330联接。为此，联接构件1230和1330所穿过的通孔S可以形成在散热片1220、1320与热电装置1210、1310中的至少一些中。在这种情况下，单独的绝缘体1240和1340可以进一步布置在通孔S与联接构件1230、1330之间。所述单独的绝缘体1240和1340可以是围绕联接构件1230和1330的外周表面的绝缘体，或者是围绕通孔S的内壁的绝缘体。因此，能够增加热电模块的绝缘距离。
在这种情况下，每个热电装置1210和1310的结构可以具有图6和图7中所示的热电装置100的结构。参考图6和图7，热电装置100包括下基板110、下电极120、P型热电腿130、N型热电腿140、上电极150和上基板160。
下电极120布置在下基板110与P型热电腿130的下表面和N型热电腿140的下表面之间，并且上电极150布置在上基板160与P型热电腿130的上表面和N型热电腿140的上表面之间。因此，多个P型热电腿130和多个N型热电腿140通过下电极120和上电极150电连接。布置在下电极120和上电极150之间并且彼此电连接的一对P型热电腿130和N型热电腿140可以形成单元电池(unit cell)。
例如，当通过引线181和182将电压施加到下电极120和上电极150时，电流从P型热电腿130通过其流动到N型热电腿140的基板可以由于珀尔帖效应而吸收热量以用作冷却部，并且，电流从N型热电腿140通过其流动到P型热电腿130的基板可以由于珀尔帖效应而被加热以用作加热部。替代地，当在下电极120和上电极150之间施加温度差时，由于塞贝克效应，P型热电腿130和N型热电腿140中的电荷移动以产生电力。
在这种情况下，P型热电腿130和N型热电腿140可以是主要包含Bi和Te的碲化铋(Bi-Te)基热电腿。P型热电腿130可以是Bi-Te基热电腿，其包含锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、Te、Bi和铟(In)中的至少一种。例如，相对于100wt％(重量百分比)的总重量而言，P型热电腿130可以包含作为主要材料的占99wt％至99.999wt％的Bi-Sb-Te和占0.001wt％至1wt％的Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga和In中的至少一种。N型热电腿140可以是Bi-Te基热电腿，其包含Se、Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In中的至少一种。例如，相对于100wt％的总重量而言，N型热电腿140可以包括作为主要材料的占99wt％至99.999wt％的Bi-Se-Te和占0.001wt％至1wt％的Ni、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga和In中的至少一种。因此，在本说明书中，所述热电腿也可以被称为半导体结构、半导体器件、半导体材料层、导电半导体结构、热电结构、热电材料层等。
P型热电腿130和N型热电腿140可以形成为块型或堆叠型热电腿。通常，块型P型热电腿130或块型N型热电腿140可以通过以下过程形成：在该过程中，热电材料被热处理以制造锭，该锭被研磨并筛分以获得用于热电腿的粉末，该粉末被烧结，并且烧结的粒料被切割。在这种情况下，P型热电腿130和N型热电腿140可以是多晶热电腿。当用于热电腿的粉末被烧结以形成多晶热电腿时，可以通过在100MPa至200MPa范围内的压力来压缩该粉末。例如，当对P型热电腿130进行烧结时，用于热电腿的粉末可以在100MPa至150MPa下，优选在110MPa至140MPa下，更优选在120MPa至130MPa下进行烧结。另外，当用于N型热电腿140的粉末被烧结时，用于热电腿的粉末可以在150MPa至200MPa下，优选在160MPa至195MPa下，更优选在70MPa至190MPa下进行烧结。如上所述，在P型热电腿130和N型热电腿140是多晶热电腿的情况下，可以增加P型热电腿130和N型热电腿140的强度。堆叠型P型热电腿130或堆叠型N型热电腿140可以在用包括热电材料的糊剂(paste)涂覆片状基底(base)以形成单元构件的过程中以及堆叠并切割这些单元构件的过程中形成。
在这种情况下，这一对P型热电腿130和N型热电腿140可以具有相同的形状和体积，或者可以具有不同的形状和体积。例如，由于P型热电腿130和N型热电腿140的导电特性不同，所以N型热电腿140的高度或截面面积可以不同于P型热电腿130的高度或截面面积。
在这种情况下，P型热电腿130或N型热电腿140可以具有圆柱形形状、多角柱形状、椭圆柱形状等。
根据本发明的一个实施例的热电装置的性能可以表示为品质因数(ZT)。该品质因数(ZT)可以由公式1表示。
[公式1]
ZT＝α2·σ·T/k
这里，α是塞贝克系数[V/K]，σ是电导率[S/m]，并且α2·σ是功率因数[W/mK2]。另外，T为温度，k为热导率[W/mK]。k可以表示为a·cp·ρ，a是热扩散率[cm2/S]，cp是比热[J/gK]，并且ρ是密度[g/cm3]。
为了获得热电元件的品质因数，使用Z计来测量Z值[V/K]，因此可以使用所测量到的Z值来计算品质因数(ZT)。
这里，布置在下基板110与P型热电腿130和N型热电腿140之间的下电极120以及布置在上基板160与P型热电腿130和N型热电腿140之间的上电极150中的每一个均可以包括Cu、Ag、Al和Ni中的至少一种，并且可以具有0.01mm到0.3mm的厚度。在下电极120或上电极150的厚度小于0.01mm的情况下，其电极功能劣化，因此其导电性能可能降低，并且在其厚度大于0.3mm的情况下，其电阻增加，因此其导电效率可能降低。
另外，彼此面对的下基板110和上基板160中的每一个均可以是金属基板，并且其厚度可以为0.1mm到1.5mm。在金属基板的厚度小于0.1mm或大于1.5mm的情况下，由于其散热或热导率可能变得过高，所以热电元件的可靠性可能降低。另外，在下基板110和上基板160是金属基板的情况下，可以在下基板110和下电极120之间并且在上基板160和上电极150之间进一步形成绝缘层170。绝缘层170可以包括具有1W/K到20W/K的热导率的材料。
在这种情况下，下基板110和上基板160的尺寸也可以不同。例如，下基板110和上基板160中的一个基板的体积、厚度或面积可以大于其另一个基板的体积、厚度或面积。因此，能够增强热电元件的吸热或散热性能。优选地，下基板110的体积、厚度和面积中的至少一个可以比上基板160的大。在这种情况下，在下基板110布置在用于塞贝克效应的高温区域中或被作为用于帕尔贴效应的加热区域的情况下，或者在用于使热电装置免受外部环境影响的密封构件(将在后面描述)布置在下基板110上的情况下，下基板110的体积、厚度和面积中的至少一个可以比上基板160的大。在这种情况下，下基板110的面积可以是上基板160的面积的1.2到5倍大。在下基板110的面积小于上基板160的面积的1.2倍的情况下，提高导热效率的效果不高，并且在下基板110的面积大于上基板160的面积的5倍的情况下，导热效率可能显著降低，并且可能难以维持热电模块的基本形状。
另外，也可以在下基板110和上基板160的至少一个表面上形成有散热图案，例如不规则图案。因此，能够增强热电元件的散热性能。在所述不规则图案形成在与P型热电腿130或N型热电腿140接触的表面上的情况下，还能够改善热电腿与基板之间的结合特性。热电装置100包括下基板110、下电极120、P型热电腿130、N型热电腿140、上电极150和上基板160。
尽管图中未示出，但所述密封构件可以进一步布置在下基板110和上基板160之间。所述密封构件可以布置在下基板110和上基板160之间并且布置在下电极120、P型热电腿130、N型热电腿140和上电极150各自的侧表面上。因此，下电极120、P型热电腿130、N型热电腿140和上电极150能够被密封以免受外部湿气、热、污染等的影响。
在这种情况下，布置在导管1100上的下基板110可以是铝基板，并且该铝基板可以通过TIM被结合到第一表面1110和第二表面1120中的每一个。由于铝基板具有高的导热性能，所以热量可以容易地在每个热电装置1210和1310的两个表面中的一个表面与第一流体在其内流动的导管1100之间传递。另外，当铝基板和第一流体在其内流动的导管1100通过TIM被结合时，铝基板和第一流体在其内流动的导管1100之间的热传导不会受到干扰。
再次参考图1至图4，第一流体在第一方向上穿过导管1100，并且气体可以在垂直于第一方向且平行于第一表面1110和第二表面1120的方向上分支。为此，可以在第二流体被引入的方向上在每个导管1100上布置一个气体引导构件1400，或者可以在第二流体被引入的方向上在每个导管1100上布置多个气体引导构件。例如，在导管1100的第三表面1130被形成为面向第二流体的引入方向并且导管1100的第四表面1140被形成为面向第二流体的排出方向的情况下，气体引导构件1400可以布置在导管1100的第三表面1130侧。替代地，根据空气动力学原理，气体引导构件1400也可以布置在导管1100的第四表面1140侧。
在这种情况下，被引入到发电设备中的气体的温度高于在穿过被包括在该发电设备的热电模块中的散热片之后排放的气体的温度。例如，被引入到发电设备中的气体可以是具有由车辆、船舶等的发动机产生的废热的气体，但它不限于此。例如，被引入到发电设备中的气体的温度可以为100℃或更高，优选为200℃或更高，更优选为220℃到250℃，但它不限于此。
气体引导构件1400可以布置在导管1100的第三表面1130上方，并且具有如下形状：气体引导构件1400的与第三表面1130的距离在朝向第三表面1130的两端之间的中心的方向上增加。例如，气体引导构件1400可以具有伞形或屋顶形。因此，第二流体(例如废热)可以由于气体引导构件1400而分流，并且可以被引导为与布置在发电设备的两个表面上的第一热电模块1200和第二热电模块1300接触。
同时，在一个发电设备1000中，第一热电模块1200的第一散热片1220的外侧与第二热电模块1300的第二散热片1320的外侧之间的宽度W1可以大于气体引导构件1400的宽度W2。在这种情况下，每个第一散热片1220的外侧和第二散热片1320的外侧可以指与面向导管1100的侧相反的一侧。在这种情况下，第一散热片1220和第二散热片1320可以在不干扰气体流动的方向上形成。例如，第一散热片1220和第二散热片1320中的每一个可以具有在第二方向上延伸的板状形状。替代地，第一散热片1220和第二散热片1320中的每一个也可以具有折叠形状，以在气体流动的第二方向上形成流动通道。在这种情况下，第一热电模块1200的第一散热片1220和第二热电模块1300的第二散热片1320之间的最大宽度W1可以指第一散热片1220距导管1100的最远点和第二散热片1320距导管1100的最远点之间的距离，并且气体引导构件1400的最大宽度W2可以指气体引导构件1400在最靠近导管1100的第三表面1132的区域中的宽度。因此，在第二方向上引入的气体的流动可以不受气体引导构件1400干扰，并且可以直接传递到第一散热片1220和第二散热片1320。因此，由于该气体与第一散热片1220和第二散热片1320之间的接触面积增加了，能够增加由第一散热片1220和第二散热片1320从该气体吸收的热量，并且能够提高发电效率。
同时，可以进一步在导管1100的第三表面1130和气体引导构件1400之间布置热绝缘构件1700和屏蔽构件1800，以增加第一热电模块1200、导管1100和第二热电模块1300之间的密封效果和热绝缘效果。
同时，气体引导构件1400、屏蔽构件1800、热绝缘构件1700和导管1100的第三表面1130可以联接在一起，因此，可以在气体引导构件1400和屏蔽构件1800之间形成空气层。由于气体引导构件1400和屏蔽构件1800之间的空气层，可以进一步提高热绝缘性能。
替代地，为了进一步提高热绝缘性能，还可以进一步在热绝缘构件1700和屏蔽构件1800之间布置另外的绝缘构件1740。
替代地，尽管图中未示出，但气体引导构件1400的一个表面也可以延伸而具有中空的三角形形状，因此，气体引导构件1400可以被结合到屏蔽构件1800。
同时，根据本发明的实施例，布置在导管1100的第一表面1110上的第一热电模块1200可以设置为多个第一热电模块1200，并且，布置在导管1100的第二表面1120上的第二热电模块1300可以设置为多个第二热电模块1300。可以根据所需的发电量来调节热电模块的尺寸和数量。
在这种情况下，布置在导管1100的第一表面1110上的多个第一热电模块1200中的至少一些热电模块可以被电连接，并且布置在导管1100的第二表面1120上的多个第二热电模块1300中的至少一些热电模块可以被电连接。为此，电线被连接到该热电装置中所包括的多个电极中的一些电极，并且被引出到热电装置的外部，并且，所引出的电线可以连接到布置在热电装置外部的连接器。
同时，所述电线和连接器对外部的热量或湿气而言是脆弱的，并且在穿过散热片的第二流体与所述电线和连接器直接接触的情况下，所述电线和连接器可能会损坏。因此，根据本发明的实施例的发电设备可以还包括用于覆盖所述电线和连接器的屏蔽构件。然而，在屏蔽构件布置在热电模块之间的情况下，该屏蔽构件可能干扰第二流体的流动通道。在本发明的实施例中，希望提供该屏蔽构件的如下一种结构：该结构即使在不干扰第二流体的流动路径的情况下也能覆盖所述电线和连接器。
根据本发明的实施例的发电设备可以包括：第一屏蔽构件2100，该第一屏蔽构件2100布置在多个第一热电模块1200中的两个相邻的第一热电模块1200-1和1200-2之间；和第二屏蔽构件(未示出)，该第二屏蔽构件布置在多个第二热电模块1300中的两个相邻的第二热电模块1300-1和1300-2之间。
图8是示出了根据本发明的一个实施例的包括屏蔽构件的发电设备的局部透视图，图9是示出了图8的发电设备的截面图，图10是示出了图8的发电设备的屏蔽构件附近的放大图，图11是示出了根据本发明的一个实施例的屏蔽构件的透视图，并且图12是示出了根据本发明的一个实施例的屏蔽构件的截面图。与图1到图7的那些相同的重复内容将被省略。为了便于描述，将仅描述多个第一热电模块布置在所述导管的第一表面上的示例，但本发明不限于此，而是，与所述多个第一热电模块的结构相同的结构也可以适用于布置在所述导管的第二表面上的多个第二热电模块。
参考图8到图12，多个第一热电模块1200布置在导管1100的第一表面1110上。所述多个第一热电模块1200中的每一个均包括布置在第一表面1110上的热电装置1210和布置在热电装置1210上的散热片1200。另外，第一热电模块1200中的每一个均包括从热电装置1210引出的电线300和连接到电线300的连接器400。在这种情况下，电线300可以对应于图6的引线181和182。
从一个第一热电模块1200-1中包括的一个热电装置1210-1引出的电线300和从与该第一热电模块1200-1相邻的另一个第一热电模块1200-2的热电装置1210-2引出的电线300可以连接到连接器400。
根据本发明的实施例，第一屏蔽构件2100可以布置在一个第一热电模块1200-1和与该第一热电模块1200-1相邻的另一个第一热电模块1200-2之间，并且可以覆盖被布置在该一个第一热电模块1200-1和与该一个第一热电模块1200-1相邻的所述另一个第一热电模块1200-2之间的电线300和连接器400。因此，电线300和连接器400可以布置在导管1100的第一表面1110和第一屏蔽构件2100之间。
在这种情况下，可以进一步在导管1100的第一表面1110和第一屏蔽构件2100之间布置绝缘构件3000。因此，由于导管1100中的第一流体与第一屏蔽构件2100上的第二流体之间的绝缘能够得到维持，所以能够使该发电设备的发电性能最大化。
例如，绝缘构件3000可以布置在第一表面1110与电线300和连接器400之间。替代地，绝缘构件3000可以布置在第一表面1110上并在电线300和连接器400的侧表面上。在这种情况下，绝缘构件3000可以不布置在电线300和连接器400与第一屏蔽构件2100之间。即，也可以在绝缘构件3000中形成电线300和连接器400所穿过的孔。因此，因为由于绝缘构件3000造成的第一屏蔽构件2100的高度并未增加，所以能够消除绝缘构件3000对第二流体的流动的影响。
因此，穿过根据本发明的实施例的发电设备的第二流体可以流动，以顺序穿过两个相邻的第一热电模块1200-1和1200-2中的一个第一热电模块1200-1的第一散热片1220-1、第一屏蔽构件2100、和两个相邻的第一热电模块1200-1和1200-2中的另一个第一热电模块1200-2的第二散热片1220-2。第二流体流动的方向可以是第二方向，该第二方向垂直于第一流体被引入和从导管1100排出的第一方向。
类似地，第二屏蔽构件2200可以布置在一个第二热电模块1300和与该一个第二热电模块1300相邻的另一个第二热电模块1300之间，并且可以覆盖在该一个第二热电模块1300和与该一个第二热电模块1300相邻的另一个第二热电模块1300之间的电线和连接器。因此，所述电线和连接器可以布置在导管1100的第二表面1120和第二屏蔽构件之间。在本说明书中，为了便于描述，主要描述了第一屏蔽构件2100，但是与第一屏蔽构件2100的结构相同的结构也可适用于第二屏蔽构件2200。
在这种情况下，根据本发明的实施例的第一屏蔽构件2100包括第一面2110和第二面2120，该第二面2120的高度高于第一面2110的高度。另外，第一屏蔽构件2100可以还包括第三面2130，该第三面2130的高度高于第一面2110的高度但低于第二面2120的高度。在这种情况下，第一面2110可以布置在低于或等于散热片1220的下表面1222的高度的高度处。在本说明书中，高度可以是相对于导管1100的表面在垂直于导管1100的表面的方向上的距离。在第一屏蔽构件2100布置在两个相邻的第一热电模块1200-1和1200-2之间的情况下，第一屏蔽构件2100的第一面2110可以在两个第一热电模块1200-1和1200-2之间对称地形成。因此，穿过第一散热片1220-1的第二流体能够在其流动不受干扰的状态下沿着第一屏蔽构件2100被引入到第二散热片1220-2中。
另外，第三面2130可以布置在比电线300的高度高的高度处，并且第二面2120可以布置在比电线300和连接器400的高度高的高度处。例如，第二面2120可以布置在距散热片1220的下表面1222的最大高度处，该最大高度小于散热片1220的下表面1222和上表面1224之间的高度差H的0.25倍，优选小于高度差H的0.2倍，更优选小于高度差H的0.18倍。因此，由于可以使第一散热片1220-1和第二散热片1220-2各自的被第二面2120覆盖的面积最小化，所以第二流体的流动可以不受干扰。
在这种情况下，第三面2130的面积可以大于第二面2120的面积。即，第二面2120可以被形成为覆盖连接器400，并且除了第一面2110和第二面2120之外的整个区域可以是第三面2130。如图中所示，第一面2110可以沿着第一散热片1220-1和第二散热片1220-2形成。另外，第二面2120-1可以被形成为覆盖第一连接器和第二连接器，该第一连接器连接到从一个第一热电模块1200-1引出的并且具有第一极性和第二极性中的一个极性的电线，该第二连接器连接到从另一个第一热电模块1200-2引出的并且具有第一极性和第二极性中的一个极性的电线。另外，第二面2120-2可以被形成为覆盖第三连接器和第四连接器，该第三连接器连接到从一个第一热电模块1200-1引出的并且具有第一极性和第二极性中的另一个极性的电线，该第四连接器连接到从另一个第一热电模块1200-2引出的并且具有第一极性和第二极性中的所述另一个极性的电线。如上所述，第二面2120可以包括彼此隔开的多个第二面2120-1和2120-2。在这种情况下，第一连接器和第二连接器可以是一个连接器或分开的连接器，并且第三连接器和第四连接器可以是一个连接器或分开的连接器。
另外，第一屏蔽构件2100的除了第一面2110和第二面2120以外的整个区域可以是第三面2130。在第二面2120包括彼此隔开的多个第二面的情况下，第三面2130可以布置在两个隔开的第二面2120-1和2120-2之间。因此，由于可以使第二面2120的面积最小化，所以第一屏蔽构件2100可以不干扰从第一散热片1220-1到第二散热片1220-2的气体通道。
同时，根据本发明的实施例，第一屏蔽构件2100包括将第一面2110和第三面2130连接的第一连接面2140、以及将第三面2130和第二面2120连接的第二连接面2150。
在这种情况下，第一连接面2140可以相对于第一面2110以大于0°且小于90°、优选大于10°且小于75°、更优选大于20°且小于60°的角度θ1倾斜。类似地，第二连接面2150可以相对于第二面2120以大于0°且小于90°、优选大于10°且小于75°、更优选大于20°且小于60°的角度θ2倾斜。因此，穿过第一散热片1220-1的气体可以在没有大的阻力的情况下沿着第一屏蔽构件2100被引入到第二散热片1220-2中。
同时，在第三面2130布置在两个相邻的第二面2120-1和2120-2之间的情况下，第二连接面2150-1和第二连接面2150-2可以对称地布置，以分别将第三面2130连接到第二面2120-1并将第三面2130连接到第二面2120-2。
在下文中，将描述当使用根据本发明的实施例的屏蔽构件时的气体流动的模拟结果。
图13是示出了根据比较例的屏蔽构件的一组顶视图和截面图，图14是示出了根据图13的比较例的、屏蔽构件和散热片之间的高度差的视图，并且图15A至15C是示出了根据比较例的穿过屏蔽构件的气体的流动的视图。
图16是示出了根据本发明的实施例的屏蔽构件的一组顶视图和截面图，图17是示出了根据图16的实施例的、屏蔽构件和散热片之间的高度差的视图，并且图18A至18C是示出了根据图16的实施例的穿过屏蔽构件的气体的流动的视图。
在这种情况下，在以下条件下进行模拟：其中，基于导管1100的第一表面1110，散热片的下表面和上表面之间的高度差为6.5mm，并且连接器400的高度为3mm，并且电线300的高度为2.6mm，并且绝缘构件的高度为1.4mm，并且屏蔽构件的厚度为0.5mm。
根据图13至图15的比较例，屏蔽构件和连接器之间的间隙被设定为2mm，屏蔽构件和电线之间的间隙被设定为2.4mm，因此，看到散热片的散热片开放高度(即，屏蔽构件的上表面和散热片的上表面之间的高度差)为3.6mm，散热片的散热片开放面积(即，从屏蔽构件的上表面到散热片的上表面的散热片开放面积)是散热片的最大散热片开放面积(即，从散热片的下表面到上表面的开放面积)的55.4％。
根据图16至图18的实施例，屏蔽构件和连接器之间的间隙被设定为1mm，屏蔽构件和电线之间的间隙被设定为0.6mm，因此看到散热片距第三面的散热片开放高度为5.4mm，散热片距第二面的散热片开放高度为4.6mm，并且散热片的散热片开放面积为散热片的最大散热片开放面积的79.4％。
因此，当使用根据本发明的实施例的屏蔽构件时，由于散热片的散热片开放面积增加了，所以能够最小化气流被屏蔽构件干扰的问题。
特别地，模拟了图13中所示的结构中的气体流动，图15B是示出了在图15A的区域A中流动的气体的压力矢量的放大图，并且图15C是示出了在区域A中流动的气体的压力流线(pressure streamline)的放大图。另外，模拟了图16中所示的结构中的气体流动，图18B是示出了在图18A的区域A中流动的气体的压力矢量的放大图，并且图18C是示出了在图18A的区域A中流动的气体的压力流线的放大图。
在图15B中，在区域A1(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力矢量的分布为1.493e+005Pa至1.495e+005Pa，在区域A2(在该区域中，气体穿过屏蔽构件)中的压力矢量的分布为大约1.488e+005Pa，并且在区域A3(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力矢量的分布为大约1.490e+005Pa。另外，在图15C中，在区域A1(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力流线的分布为1.493e+005Pa至1.495e+005Pa，在区域A2(在该区域中，气体穿过屏蔽构件)中的压力流线的分布为大约1.488e+005Pa，并且在区域A3(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力流线的分布为大约1.490e+005Pa。
另外，在图18B中，在区域A1(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力矢量的分布为1.493e+005Pa至1.495e+005Pa，在区域A2(在该区域中，气体穿过屏蔽构件)中的压力矢量的分布为大约1.490e+005Pa，并且在区域A3(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力矢量的分布为大约1.490e+005Pa。
另外，在图18C中，在区域A1(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力流线的分布为1.493e+005Pa至1.495e+005Pa，在区域A2(在该区域中，气体穿过屏蔽构件)中的压力流线的分布为大约1.490e+005Pa，并且在区域A3(在该区域中，气体穿过散热片)中的压力流线的分布为大约1.490e+005Pa。
因此，在使用根据本发明实施例的屏蔽构件的情况下，穿过两个相邻的热电模块的气体能够更顺畅地流动。
根据本发明的实施例，能够获得具有高发电性能的发电设备。特别地，根据本发明的实施例，能够通过减少使用部件的数量和占用体积来获得其组装简单且发电性能高的发电设备。
另外，根据本发明的实施例，能够获得提高了对热电装置的热传导效率的发电设备。另外，根据本发明的实施例，能够通过调节发电设备的数量来调节发电能力。
另外，根据本发明的实施例，能够使第二流体与热电模块的散热片接触的区域最大化，因而能够使发电效率最大化。
尽管已经参考其示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，可以在不脱离如所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，对本发明进行各种修改和变型。

Claims (20)

1.一种发电设备，包括：
导管，第一流体穿过所述导管；
第一热电模块和第二热电模块，所述第一热电模块和所述第二热电模块布置在所述导管的第一表面上并彼此间隔开；
连接器，所述连接器在所述导管的所述第一表面上布置在所述第一热电模块和所述第二热电模块之间；以及
屏蔽构件，所述屏蔽构件在所述导管的所述第一表面上布置在所述连接器上，
其中，所述屏蔽构件包括第一面和第二面，所述第二面的高度高于所述第一面的高度。
2.根据权利要求1所述的发电设备，其中：
所述第一热电模块和所述第二热电模块中的每一个都包括：热电装置，所述热电装置布置在所述第一表面上；和散热片，所述散热片布置在所述热电装置上；并且
所述第一面的上表面布置在低于或等于所述散热片的下表面的高度的高度处。
3.根据权利要求2所述的发电设备，其中：
从所述第一热电模块的所述热电装置和所述第二热电模块的所述热电装置中的至少一个热电装置引出的电线被连接到所述连接器；并且
所述第二面的下表面布置在比所述电线的高度和所述连接器的高度高的高度处。
4.根据权利要求3所述的发电设备，其中，所述屏蔽构件还包括第三面，所述第三面布置在所述第一面和所述第二面之间，并且所述第三面的高度高于所述第一面的高度但低于所述第二面的高度。
5.根据权利要求4所述的发电设备，其中：
所述第三面布置在比所述电线的高度高的高度处；并且
所述第二面布置在比所述连接器的高度高的高度处。
6.根据权利要求5所述的发电设备，其中：
所述屏蔽构件还包括：第一连接面，所述第一连接面连接所述第一面的上表面和所述第三面的上表面；和第二连接面，所述第二连接面连接所述第三面的上表面和所述第二面的上表面；并且
所述第一连接面相对于所述第一面的上表面以大于0°且小于90°的角度倾斜。
7.根据权利要求6所述的发电设备，其中，所述屏蔽构件的所述第一面被对称地布置在所述第一热电模块和所述第二热电模块之间。
8.根据权利要求7所述的发电设备，其中，所述第三面的面积大于所述第二面的面积。
9.根据权利要求8所述的发电设备，其中，所述屏蔽构件包括与所述第二面相同且彼此间隔开的多个第二面。
10.根据权利要求9所述的发电设备，其中：
所述第三面布置在彼此间隔开的两个第二面之间；并且
所述第二连接面被对称地布置以连接所述第二面的上表面和所述第三面的上表面。
11.根据权利要求3所述的发电设备，还包括绝缘构件，所述绝缘构件布置在所述第一表面与所述屏蔽构件的下表面之间。
12.根据权利要求11所述的发电设备，其中，所述绝缘构件在所述第一表面上布置在所述电线和所述连接器的侧表面上。
13.根据权利要求12所述的发电设备，其中，所述绝缘构件不布置在位于所述电线与所述屏蔽构件的所述下表面之间的以及在所述连接器与所述屏蔽构件的所述下表面之间的至少一部分上。
14.根据权利要求3所述的发电设备，其中，所述第二面的上表面被布置成具有距所述散热片的所述下表面的最大高度，所述最大高度是所述散热片的所述下表面与所述散热片的上表面之间的高度差的0.25倍。
15.根据权利要求3所述的发电设备，其中，第二流体的温度不同于所述第一流体的温度，所述第二流体顺序地穿过所述第一热电模块的所述散热片、所述屏蔽构件的上表面和所述第二热电模块的所述散热片。
16.根据权利要求15所述的发电设备，其中，所述第一流体的流动方向不同于所述第二流体的流动方向。
17.根据权利要求16所述的发电设备，其中，所述第一流体的所述流动方向垂直于所述第二流体的所述流动方向。
18.根据权利要求1所述的发电设备，其中：
所述导管包括第一导管和与所述第一导管相邻的第二导管；并且
所述屏蔽构件布置在设于所述第一导管的所述第一表面上的所述第一热电模块与设于所述第二导管的所述第一表面上的所述第一热电模块之间。
19.一种发电设备，包括：
导管，第一流体穿过所述导管；
第一热电模块和第二热电模块，所述第一热电模块和所述第二热电模块布置在所述导管的第一表面上并彼此间隔开；
第一连接器，所述第一连接器在所述导管的所述第一表面上布置在所述第一热电模块和所述第二热电模块之间；
第一屏蔽构件，所述第一屏蔽构件在所述导管的所述第一表面上布置在所述第一连接器上；
第三热电模块和第四热电模块，所述第三热电模块和所述第四热电模块布置在所述导管的面向所述第一表面的第二表面上并彼此间隔开；
第二连接器，所述第二连接器在所述导管的所述第二表面上布置在所述第三热电模块和所述第四热电模块之间；以及
第二屏蔽构件，所述第二屏蔽构件在所述导管的所述第二表面上布置在所述第二连接器上，
其中，所述第一屏蔽构件和所述第二屏蔽构件中的每一个均包括第一面和第二面，所述第二面的高度高于所述第一面的高度。
20.根据权利要求19所述的发电设备，其中：
所述第一热电模块至所述第四热电模块中的每一个都包括：热电装置，所述热电装置布置在所述导管的对应表面上；和散热片，所述散热片布置在所述热电装置上；并且
所述导管的所述表面与所述第一面之间的距离小于或等于所述导管的所述表面与所述散热片之间的最小距离。
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