CN115210890A - 发电设备 - Google Patents

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CN115210890A CN202180017800.2A CN202180017800A CN115210890A CN 115210890 A CN115210890 A CN 115210890A CN 202180017800 A CN202180017800 A CN 202180017800A CN 115210890 A CN115210890 A CN 115210890A
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金桢虎
朴正郁
安相勋
李锺旼
全智焕
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Abstract

一种根据本发明的实施方式的发电设备,包括:热电模块,该热电模块包括冷却单元、设置在冷却单元的一个表面上的热电元件、以及设置在热电元件上的散热器;导引板,该导引板与热电模块相对设置;以及分支单元,该分支单元设置在与冷却单元的一个表面垂直的另一表面上。散热器包括彼此间隔开的多个散热翅片。散热器和导引板之间的最短水平距离与分支单元和导引板之间的最短水平距离的比率为0.0625至0.25。

Description

发电设备
技术领域
本发明涉及发电设备,并且更具体地,涉及用于利用热电元件的低温部分与高温部分之间的温度差来发电的发电设备。
背景技术
热电现象是通过材料内部的电子和空穴的运动发生的现象,并且指的是热与电之间的直接能量转换。
热电元件是用于利用热电现象的元件的通用术语,并且具有其中P型热电材料和N型热电材料在金属电极之间结合以形成PN结对的结构。
热电元件可以分类为:利用电阻的温度变化的元件;利用塞贝克效应(Seebeckeffect)的元件,塞贝克效应是其中由温度差产生电动势的现象;以及利用珀尔帖效应(Peltier effect)的元件,珀尔帖效应是其中由电流吸收热量或产生热量的现象。
热电元件广泛应用于家用电器、电子零件、通信部件等。例如,热电元件可以应用于冷却设备、加热设备、发电设备等。因此,对热电元件的热电性能的要求逐渐提高。
近来,需要利用从诸如车辆和船舶的发动机以及热电元件产生的热的废热来发电。此时,第一流体穿过的管道设置在热电元件的低温部分处,散热翅片设置在热电元件的高温部分处,并且温度高于第一流体的温度的第二流体可以穿过该散热翅片。因此,可以通过热电元件的低温部分与高温部分之间的温度差来生成电力,并且发电性能可以根据发电设备的结构而变化。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种用于利用热电元件的低温部分与高温部分之间的温度差来生成电力的发电设备。
技术方案
一种根据本发明的一个实施方式的发电设备,包括:冷却单元;热电模块,该热电模块包括设置在冷却单元的一个表面上的热电元件和设置在热电元件上的散热器;导引板,该导引板设置成面向热电模块;以及分支单元,该分支单元设置在与冷却单元的一个表面垂直的另一表面上,其中,散热器包括彼此间隔开的多个散热翅片,并且散热片和导引板之间的最短水平距离与分支单元和导引板之间的最短水平距离的比率在0.0625至0.25的范围内。
冷却单元可以是第一流体穿过的管道,分支单元可以对温度高于第一流体的温度的第二流体进行分支,并且第二流体可以在热电模块与导引板之间通过。
分支单元与导引板之间的最短水平距离可以是导引板的面向热电模块的虚拟延伸表面与分支单元之间的最短水平距离。
散热器和导引板之间的最短水平距离与分支单元和导引板之间的最短水平距离的比率可以在0.0625至0.167的范围内。
散热器与导引板之间的最短水平距离可以在1mm至3mm的范围内。
热电模块可以包括设置在管道的第一表面上的第一热电模块和设置在管道的面向第一表面的第二表面上的第二热电模块,导引板可以包括设置成面向第一热电模块的第一导引板和设置成面向第二热电模块的第二导引板,并且第二流体可以由分支单元在第一热电模块与第一导引板之间以及在第二热电模块与第二导引板之间进行分支。
分支单元可以设置在管道的第一表面与第二表面之间的第三表面上,并且设置成相对于第一表面倾斜。
第三表面可以垂直于第一表面。
发电设备还可以包括构造成将管道和导引板分开预定间隔的分离构件。
分离构件可以包括:设置在管道的第一表面与第二表面之间、并且设置在垂直于第三表面的第四表面上的第一区域;从第一区域朝向第一表面延伸的第二区域,以及从第一区域朝向第二表面延伸的第三区域,其中,第二区域的第一面可以设置在第一表面上,第二区域的第二面可以设置在第一导引板上,第三区域的第一面可以设置在第二表面上,并且第三区域的第二面可以设置在第二导引板上。
一种根据本发明的一个实施方式的发电设备,包括:冷却单元;热电模块,该热电模块包括设置在冷却单元的表面的第一区域中的热电元件和设置在热电元件上的散热器;导引板,该导引板设置成面向热电模块;以及分离构件,该分离构件设置在管道的表面的第二区域与导引板之间,其中,散热器与导引板间隔开预定距离,并且分离构件与导引板和冷却单元接触。
冷却单元可以是第一流体穿过的管道,并且第二流体可以在散热器与导引板之间通过。
发电设备可以包括设置在管道上以对第二流体进行分支的分支单元,并且由分支单元进行分支的第二流体可以在热电模块与导引板之间通过。
分支单元与导引板之间的最短水平距离可以在6.5mm至20mm的范围内。
分支单元与导引板之间的最短水平距离可以是导引板的面向热电模块的虚拟延伸表面与分支单元之间的最短水平距离。
散热器与导引板之间的最短距离可以在1mm至3mm的范围内。
热电模块可以包括设置在管道的第一表面上的第一热电模块和设置在管道的面向第一表面的第二表面上的第二热电模块,导引板可以包括设置成面向第一热电模块的第一导引板和设置成面向第二热电模块的第二导引板,并且第二流体可以由分支单元在第一热电模块与第一导引板之间以及在第二热电模块与第二导引板之间进行分支。
一种根据本发明的一个实施方式的发电系统,包括彼此相邻设置的多个发电设备,其中,每个发电设备包括:冷却单元;第一热电模块,该第一热电模块包括设置在冷却单元的第一表面上的第一热电元件和设置在第一热电元件上的第一散热器;第二热电模块,该第二热电模块包括设置在冷却单元的第二表面上的第二热电元件和设置在第二热电元件上的第二散热器;以及分离构件,该分离构件设置在冷却单元的第一表面与第二表面之间,其中,每个发电设备的第一散热器和第二散热器中的一个散热器与相邻发电设备的第一散热器和第二散热器中的一个散热器间隔开,并且每个发电设备的分离构件与相邻发电设备的分离构件接触。
发电系统还可以包括:设置成与作为多个发电设备中的一个发电设备的第一发电设备的第一散热器间隔开的第一导引板;以及设置成与作为多个发电设备中的另一个发电设备的第二发电设备的第二散热器间隔开的第二导引板,其中,第一发电设备的分离构件可以与第一导引板接触,并且第二发电设备的分离构件可以与第二导引板接触。
多个发电设备之中的其余发电设备可以设置在第一发电设备与第二发电设备之间。
一种根据本发明的另一实施方式的发电设备,包括:冷却单元,该冷却单元包括位于其中的流动路径;以及热电模块,该热电模块设置在冷却单元的一个表面上,其中,流动路径包括设置在第一方向上的多个第一流动路径部分、设置在与第一方向垂直的第二方向上的多个第二流动路径部分、以及构造成连接第一流动路径部分和第二流动路径部分的多个弯折部分,多个第二流动路径部分包括彼此间隔开并且笔直地设置在第一方向上的第一笔直部分、第二笔直部分和不平坦部分,并且不平坦部分设置在第一笔直部分与第二笔直部分之间。
冷却单元可以包括连接至流动路径并且在第二方向上彼此间隔开的多个突出部。
冷却单元可以包括多个通孔,所述多个通孔穿过其上设置有热电模块的一个表面和面向该一个表面的另一表面。
发电设备可以包括配置成耦接冷却单元和热电模块的多个耦接构件,并且耦接构件可以设置在多个通孔中。
多个通孔可以包括设置在不平坦部分与突出部之间的多个第一通孔。
流动路径可以包括设置在多个第一通孔与突出部之间的弯折部分,并且第一笔直部分可以设置在弯折部分与不平坦部分之间。
具有相同曲率的多个弯曲部分可以周期性地设置在不平坦部分中。
弯折部分可以包括具有有着不同曲率的多个弯曲部分的区域。
冷却单元可以包括第一侧表面和面向第一侧表面的第二侧表面,多个突出部定位在第一侧表面上,并且多个通孔可以包括设置在不平坦部分与第二侧表面之间的多个第二通孔。
多个第一通孔和多个第二通孔可以在第一方向上与流动路径重叠,多个通孔可以包括在第一方向上不与流动路径重叠的多个第三通孔,并且多个第三通孔可以包括比多个第一通孔更靠近第一侧表面的第3-1通孔和比多个第二通孔更靠近第二侧表面的第3-2通孔。
冷却单元可以包括设置在第一侧表面与第二侧表面之间并且设置在第一方向上的第三侧表面,以及面向第三侧表面的第四侧表面,并且包括在第二方向上与流动路径重叠的重叠部分、定位在重叠部分与第三侧表面之间的第一区域、以及定位在重叠部分与第四侧表面之间的第二区域,并且第二区域在第二方向上的宽度可以大于第一区域在第二方向上的宽度。
多个第三通孔可以定位在第二区域中。
连接器可以定位在第二区域中。
热电模块可以通过耦接构件耦接至冷却单元,并且耦接构件可以设置在多个通孔中。
耦接构件与流动路径可以在从冷却单元的一个表面朝向另一个表面的第三方向上不重叠。
多个突出部可以包括第一突出部和第二突出部,并且第一突出部和第二突出部可以在第一方向上不与多个第三通孔重叠。
多个突出部可以包括在第二方向上与第一突出部和第二突出部间隔开的第三突出部。
一种根据本发明的另一实施方式的发电设备,包括:冷却单元,该冷却单元包括位于其中的流动路径并且包括连接至流动路径的多个突出部;以及热电模块,该热电模块耦接至冷却单元,其中,多个突出部包括设置在冷却单元的第一外表面上并且在第一方向上彼此间隔开的第一突出部和第二突出部,流动路径包括从第一突出部朝向冷却单元的中心部分螺旋地延伸的第一流动路径以及从中心部分朝向第二突出部螺旋地延伸的第二流动路径,并且第一流动路径包括与第一外表面相邻设置并且具有不规则性的第一不平坦部分以及与中心部分相邻设置并且具有规律周期的第二不平坦部分。
冷却单元还可以包括面向第一外表面的第二外表面,在第二外表面中,第一流动路径可以包括沿第一方向延伸的第一笔直部分,第二流动路径可以包括沿第一方向延伸的第二笔直部分、第三笔直部分以及第四笔直部分,第三笔直部分可以设置在第二笔直部分与第二外表面之间,第四笔直部分可以设置在第二笔直部分与第一外表面之间,并且第二不平坦部分可以设置在第二笔直部分与第四笔直部分之间。
冷却单元可以包括设置成在第一外表面与第二外表面之间面向彼此的第三外表面和第四外表面,包括一个表面和面向该一个表面的另一个表面,热电模块设置在该一个表面上,并且包括穿过一个表面和另一个表面的多个通孔,其中,多个通孔可以包括设置在第一不平坦部分与第四笔直部分之间的第一通孔、设置在第二笔直部分与第三笔直部分之间的第二通孔以及设置在流动路径与第四外表面之间的多个第三通孔,多个第三通孔还可以包括设置成比第一通孔更靠近第一外表面的第3-1通孔以及设置成比第二通孔更靠近第二外表面的第3-2通孔,并且流动路径与第四外表面之间的第一水平距离可以大于流动路径与第三外表面之间的第二水平距离。
有利效果
根据本发明的实施方式,可以获得具有优异发电性能的发电设备。另外,根据本发明的实施方式,可以获得对热电元件具有改进的传热效率的发电设备。
另外,根据本发明的实施方式,可以通过优化流体在穿过发电设备之前和之后的压力差和流量来使发电效率最大化。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的发电系统的立体图。
图2是根据本发明的一个实施方式的发电系统的分解立体图。
图3是包括在根据本发明的一个实施方式的发电系统中的发电设备的立体图。
图4是根据本发明的一个实施方式的发电设备的分解图。
图5是包括在根据本发明的一个实施方式的发电设备中的发电模块的立体图。
图6是根据本发明的一个实施方式的发电模块的分解立体图。
图7是根据本发明的一个实施方式的发电模块的局部放大图。
图8和图9是包括在根据本发明的一个实施方式的发电模块中的热电元件的横截面图和立体图。
图10A和图10B是根据本发明的一个实施方式的发电设备的局部横截面图。
图11是根据本发明的一个实施方式的发电设备的平面图。
图12A示出了散热器和导引板之间的距离与热电元件的温度差之间的关系,图12B示出了散热器和导引板之间的距离与第二流体的压力差之间的关系,并且图12C是示出了通过校正热电元件的温度差和第二流体的压力差,散热器与导引板之间的距离的关系的曲线图。
图13示出了根据本发明的另一实施方式的发电系统。
图14是根据本发明的一个实施方式的发电模块的顶视图。
图15是根据本发明的一个实施方式的冷却单元的横截面图。
图16是根据本发明的另一实施方式的冷却单元的横截面图。
图17是根据本发明的又一实施方式的冷却单元的横截面图。
图18是根据本发明的再一实施方式的冷却单元的横截面图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
然而,本发明的技术精神不限于所描述的一些实施方式,而是可以以各种不同的形式实现,并且可以在不脱离本发明的技术精神范围的情况下,通过在实施方式之间被选择性地联接或替换来使用部件中的一个或更多个部件。
另外,除非明确地定义和清楚地描述,否则在本发明的实施方式中使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以解释为本发明所属领域的技术人员通常理解的含义,并且可以考虑相关技术的上下文含义来解释通用术语、比如字典中定义的术语的含义。
另外,在本发明的实施方式中使用的术语意在描述本实施方式,而非意在限制本发明。
在本说明书中,除非在短语中另有说明,否则单数形式也可以包括复数形式,并且当描述为“A、B和C中的至少一者(或者一者或更多者)”时,其可以包括A、B和C的所有可能的组合中的一者或更多者。
另外,在描述本发明的实施方式的部件时,可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)之类的术语。
这些术语仅意在将部件与其他部件区分开来,并且相应部件的本质、次序或顺序不受术语的限制。
另外,当部件被描述为“连接”、“联接”或“接合”至另一部件时,这可以不仅包括该部件直接连接、联接或接合至另一个部件的情况,还包括该部件通过置于其间的其他部件“连接”、“联接”或“接合”至另一部件的情况。
另外,当部件被描述为形成或设置在每个部件的“顶部(上方)或底部(下方)”时,顶部(上方)或底部(下方)不仅包括两个部件彼此直接接触的情况,还包括一个或更多个其他部件形成或设置在所述两个部件之间的情况。另外,当表述为“顶部(上方)或底部(下方)”时,这也可以不仅包括相对于一个部件向上方向的含义,还包括向下方向的含义。
图1是根据本发明的一个实施方式的发电系统的立体图,图2是根据本发明的一个实施方式的发电系统的分解立体图,并且图3是包括在根据本发明的一个实施方式的发电系统中的发电设备的立体图。图4是根据本发明的一个实施方式的发电设备的分解图,图5是包括在根据本发明的一个实施方式的发电设备中的发电模块的立体图,并且图6是根据本发明的一个实施方式的发电模块的分解立体图。图7是根据本发明的一个实施方式的发电模块的局部放大图,并且图8和图9是包括在根据本发明的一个实施方式的发电模块中的热电元件的横截面图和立体图。
参照图1和图2,发电系统10包括发电设备1000和流体管2000。
引入到流体管2000中的流体可以是由车辆或船舶的发动机、或发电厂或钢厂产生的热源,但不限于此。从流体管2000排出的流体的温度低于引入到流体管2000中的流体的温度。例如,引入到流体管2000中的流体的温度可以为100℃或更高,优选地,200℃或更高,并且更优选地220℃至250℃,但不限于此,并且可以根据热电元件的高温部分与低温部分之间的温度差而不同地应用。
流体管2000包括流体入口2100、流体通过部分2200和流体出口2300。通过流体入口2100引入的流体穿过流体通过部分2200并且通过流体出口2300排出。此时,根据本发明的实施方式的发电设备1000设置在流体通过部分2200中,并且发电设备1000利用穿过发电设备1000的第一流体与穿过流体通过部分2200的第二流体之间的温度差来发电。这里,第一流体可以是冷却流体,并且第二流体可以是温度高于第一流体的温度的热流体。根据本发明的实施方式的发电设备1000可以利用流动通过热电元件的一个表面的第一流体与流动通过热电元件的另一个表面的第二流体之间的温度差来发电。因此,在本说明书中,第一流体和/或第二流体可以包括气体、液体等。当流体入口2100和流体出口2300的横截面形状不同于流体通过部分2200的横截面形状时,流体管2000还可以包括构造成连接流体入口2100和流体通过部分220的第一连接部分2400以及构造成连接流体通过部分2200和流体出口2300的第二连接部分2500。例如,通常的流体入口2100和流体出口2300可以具有筒形形状。相反,其中设置有发电设备1000的流体通过部分2200可以具有四边形管状形状或多边形管状形状。因此,流体入口2100和流体通过部分2200的一个端部可以经由一个端部具有筒形管状形状并且另一个端部具有四边形管状形状的第一连接部分2400连接,并且流体出口2300和流体通过部分2200的另一个端部可以经由一个端部具有筒形管状形状并且另一个端部具有四边形管状形状的第二连接部分2500连接。
此时,流体入口2100和第一连接部分2400、第一连接部分2400和流体通过部分2200、流体通过部分2200和第二连接部分2500、以及第二连接部分2500和流体出口2300可以通过紧固构件彼此连接。
如上所述,根据本发明的实施方式的发电设备1000可以设置在流体通过部分2200中。为了容易地组装发电系统10,可以将流体通过部分2200的一个表面设计成具有可打开/可关闭的结构。在流体通过部分2200的一个表面2210打开之后,发电设备1000可以被接纳在流体通过部分2200中,并且流体通过部分2200的敞开的一个表面2210可以被覆盖件2220覆盖。此时,覆盖件2220可以通过多个紧固构件紧固至流体通过部分2200的敞开的一个表面2210。
第一流体从外部供应至发电设备1000,并且然后再次排出至外部,并且当连接至发电设备1000的布线被拉出至外部时,也可以形成具有多个孔2222的覆盖件2220以引入和排出第一流体以及拉出布线。
参照图3至图7,根据本发明的实施方式的发电设备1000包括管道1100、第一热电模块1200、第二热电模块1300、分支单元1400、分离构件1500、屏蔽构件1600和隔热构件1700。另外,根据本发明的实施方式的发电设备1000还包括导引板1800和支承框架1900。
如图5中所示出的,管道1100、第一热电模块1200、第二热电模块1300、分支单元1400、分离构件1500、屏蔽构件1600和隔热构件1700可以组装成一个模块,并且在本说明书中,这可以称为发电模块。
根据本发明的实施方式的发电设备1000可以利用流动通过管道1100内部的第一流体与穿过设置在管道1100外部的第一热电模块1200的散热器1220和第二热电模块1300的散热器1320的第二流体之间的温度差来发电。
在本说明书中,流动通过管道1100内部的第一流体的温度可以低于穿过设置在管道1100外部的热电模块1200的散热器1220和热电模块1300的散热器1320的第二流体的温度。在本说明书中,第一流体可以是用于冷却的冷却剂,并且第二流体可以是高温气体。为此,第一热电模块1200可以设置在管道1100的一个表面上,并且第二热电模块1300可以设置在管道1100的另一表面上。此时,设置成面向第一热电模块1200和第二热电模块1300中的每一者的两个表面的管道1100的表面变成低温部分,并且可以通过利用低温部分与高温部分之间的温度差来发电。因此,在本说明书中,管道1100可以被称为冷却单元。
引入到管道1100中的第一流体可以是水,但不限于此,并且可以是具有冷却性能的各种类型的流体。引入到管道1100中的第一流体的温度可以低于100℃,优选地,低于50℃,并且更优选地,低于40℃,但不限于此。穿过管道1100后排出的第一流体的温度可以高于引入到管道1100中的第一流体的温度。每个管道1100具有第一表面1110、面向第一表面1110并且平行于第一表面1110设置的第二表面1120、设置在第一表面1110与第二表面1120之间的第三表面1130、设置成垂直于第一表面1110与第二表面1120之间的第三表面1130的第四表面1140、设置成面向第三表面1130的第五表面1150,以及设置成面向第四表面1140的第六表面1160,并且第一流体穿过管道的内部。当第一热电模块1200和第二热电模块1300分别设置在管道1100的第一表面1110和第二表面1120上时,第三表面1130可以是设置在第二流体被引入的方向上的表面,并且第四表面1140可以是设置在第一流体被引入和排出的方向上的表面。为此,第一流体入口1142和第一流体出口1144可以形成在管道1100的第四表面1140上。第一流体入口1142和第一流体出口1144可以连接至管道1100内的流体接收部分。因此,从第一流体入口1142引入的第一流体可以在穿过流体接收部分之后从第一流体出口1144排出。
尽管未示出,但散热翅片可以设置在管道1100的内壁上。散热翅片的形状和数目以及散热翅片占据管道1100内壁的面积可以根据第一流体的温度、废热的温度、所需的发电能力等进行各种改变。散热翅片占据管道1100内壁的面积可以是例如管道1100的横截面积的1%至40%。因此,可以获得较高热电转换效率而不干扰第一流体的流动。此时,散热翅片可以具有不干扰第一流体的流动的形状。例如,散热翅片可以沿第一流体流动的方向形成。换言之,散热翅片可以具有沿从第一流体入口朝向第一流体出口的方向延伸的板形形状,并且多个散热翅片可以设置成彼此间隔开预定间隔。散热翅片可以与管道1100的内壁一体地形成。
在本发明的实施方式中,流动通过流体通过部分2200的第二流体的方向与流动通过管道1100的第一流体的引入方向/排出方向可以不同。例如,第一流体的引入方向/排出方向和第二流体的通过方向可以相差约90°。因此,可以在整个区域中获得均匀的热转换性能。
同时,第一热电模块1200可以设置在管道1100的第一表面1110上,并且第二热电模块1300可以设置成在管道1100的第二表面1120上与第一热电模块1200对称。
第一热电模块1200和第二热电模块1300可以使用螺钉或螺旋弹簧紧固至管道1100。因此,第一热电模块1200和第二热电模块1300可以稳定地耦接至管道1100的表面。替代性地,第一热电模块1200和第二热电模块1300中的至少一者也可以使用热接口材料(thermal interface material,TIM)粘合至管道1100的表面。通过使用螺旋弹簧、热接口材料(TIM)和/或螺钉,即使在高温下也可以均匀地控制施加至第一热电模块1200和第二热电模块1300的热量的均匀性。
同时,如图7A中所示出的,第一热电模块1200和第二热电模块1300中的每一者包括设置在第一表面1110和第二表面1120中的每一者上的热电元件1210和1310以及设置在热电元件1210和1310上的散热器1220和1320。如上所述,第一流体流动通过的管道1100设置在热电元件1210和1310中的每一者的两个表面中的一个表面上,并且散热器1220和1320设置在热电元件1210和1310中的每一者的两个表面中的另一个表面上,并且当第二流体穿过散热器1220和1320,可以增加热电元件1210和1310的吸热表面与散热表面之间的温度差,从而提高热电转换效率。此时,当从第一表面1110朝向热电元件1210和散热器1220的方向限定为第一方向时,散热器1220在第一方向上的长度可以长于热电元件1210在第一方向上的长度。因此,由于第二流体与散热器1220之间的接触面积增加,所以热电元件1210的吸热表面的温度可以增加。
此时,参照图7B,散热器1220和1320以及热电元件1210和1310可以通过多个紧固构件1230和1330紧固。这里,紧固构件1230和1330可以是螺旋弹簧或螺钉。为此,散热翅片1220和1320以及热电元件1210和1310中的至少一些可以具有供紧固构件1230和1330穿过的通孔S。这里,单独的绝缘体1240和1340还可以设置在通孔S与紧固构件1230和1330之间。单独的绝缘体1240和1340可以是环绕紧固构件1230和1330的外周向表面的绝缘体或者是环绕紧固构件1230和1330的壁表面的绝缘体。例如,绝缘体1240和1340可以具有环形形状。具有环形形状的绝缘体1240和1340的内周向表面可以设置在紧固构件1230和1330的外周向表面上,并且绝缘体1240和1340的外周向表面可以设置在通孔S的内周向表面上。因此,紧固构件1230和1330与散热器1220和1320以及热电元件1210和1310可以是绝缘的。
此时,热电元件1210和1310的结构可以具有图8和图9中所示出的热电元件100的结构。参照图8和图9,热电元件100包括下部基板110、下部电极120、P型热电腿130、N型热电腿140、上部电极150和上部基板160。
下部电极120设置在下部基板110与P型热电腿130的下部底表面和N型热电腿140的下部底表面之间,并且上部电极150设置在上部基板160与P型热电腿130的上部底表面和N型热电腿140的上部底表面之间。因此,多个P型热电腿130和多个N型热电腿140通过下部电极120和上部电极150电连接。设置在下部电极120与上部电极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。
例如,当电压通过导线181和182施加至下部电极120和上部电极150时,由于珀尔帖效应,其中电流从P型热电腿130流向N型热电腿140的基板可以通过吸收热量来用作冷却单元,并且其中电流从N型热电腿140流向P型热电腿130的基板使可以通过被加热而用作发热部分。替代性地,当施加下部电极120与上部电极150之间的温度差时,P型热电腿130和N型热电腿140中的电荷由于塞贝克效应而运动,并且也可以发电。
这里,P型热电腿130和N型热电腿140可以是包括铋(Bi)和碲(Te)作为主要原材料的碲化铋(Bi-Te)基热电腿。P型热电腿130可以是包含锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一者的碲化铋(Bi-Te)基热电腿。例如,基于按重量计100%的总重量,P型热电腿130可以包含按重量计99%至99.999%的作为主要原材料的Bi-Sb-Te,并且包含按重量计0.001%至1%的镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一者。N型热电腿140可以是包含硒(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一者的碲化铋(Bi-Te)基热电腿。例如,基于按重量计100%的总重量,N型热电腿140可以包含按重量计99%至99.999%的作为主要原材料的Bi-Se-Te,并且包含按重量计0.001%至1%的镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一者。
P型热电腿130和N型热电腿140可以形成为块型或堆叠型。一般而言,块型P型热电腿130或块型N型热电腿140可以通过对热电材料进行热处理、通过研磨和筛分铸锭来获得用于热电腿的粉末、以及烧结用于热电腿的粉末和切割烧结体来制造铸锭的工艺而获得。此时,P型热电腿130和N型热电腿140可以是多晶热电腿。如上所述,当P型热电腿130和N型热电腿140是多晶热电腿时,可以增加P型热电腿130的强度和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可以通过经过将包含热电材料的糊状物施加至片形基材上来形成单元构件、并且然后堆叠和切割单元构件的工艺而获得。
此时,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,因此N型热电腿140的高度或横截面积也可以与P型热电腿130的高度或横截面积不同地形成。
此时,P型热电腿130或N型热电腿140可以具有筒形形状、多边柱形状、椭圆柱形状等。
根据本发明的实施方式的热电元件的性能可以表示为品质因数(ZT)。品质因数(ZT)可以如方程1中所示。
方程1
ZT=α2·σ·T/k
其中,α是指塞贝克系数[V/K],σ是指电导率[S/m],并且α2σ是指功率因数[W/mK2]。另外,T是指温度,k是指热导率[W/mK]。k可以表示为a·cp·ρ,a是指热扩散率[cm2/S],cp是指比热[J/gK],并且ρ是指密度[g/cm3]。
为了获得热电元件的品质因数,可以通过使用Z测量仪来测量Z值(V/K),并且可以通过使用所测量的Z值来计算品质因数(ZT)。
这里,设置在下部基板110与P型热电腿130和N型热电腿140之间的下部电极120以及设置在上部基板160与P型热电腿130和N型热电腿140之间的上部电极150可以包含铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)和镍(Ni)中的至少一者,并且具有0.01mm至0.3mm的厚度。当下部电极120或上部电极150的厚度小于0.01mm时,作为电极的功能可能会退化,从而降低导电性能,而当下部电极120或上部电极150的厚度超过0.3mm时,由于电阻的增加,传导效率可能会降低。
另外,面向彼此的下部基板110和上部基板160可以是金属基板,并且下部基板110和上部基板160的厚度可以为0.1mm至1.5mm。当金属基板的厚度小于0.1mm或超过1.5mm时,散热特性或热导率可能会过度增加,从而降低热电元件的可靠性。另外,当下部基板110和上部基板160为金属基板时,还可以在下部基板110与下部电极120之间以及在上部基板160与上部电极150之间分别形成绝缘层170。绝缘层170可以包括具有1W/mK至20W/mK的热导率的材料。此时,绝缘层170可以是包含环氧树脂和硅树脂以及无机材料中的至少一者的树脂复合物、由包含硅和无机材料的硅复合材料制成的层、或氧化铝层。这里,无机材料可以是铝、硼或硅的氧化物、氮化物和碳化物中的至少一者。
此时,下部基板110的尺寸和上部基板160的尺寸也可以不同地形成。换言之,下部基板110和上部基板160中的一者的体积、厚度或面积可以形成为大于下部基板110和上部基板160中的另一者的体积、厚度或面积。这里,厚度可以是在从下部基板110至上部基板160的方向上的厚度,并且面积可以是在与从基板110至上部基板160的方向垂直的方向上的面积。因此,可以提高热电元件的吸热性能或散热性能。优选地,下部基板110的体积、厚度或面积可以形成为大于上部基板160的体积、厚度和面积中的至少一者。此时,当下部基板110设置在用于塞贝克效应的高温区域中时、当下部基板110应用于用于珀尔帖效应的发热区域时、或者当构造成保护热电元件不受下面待描述的外部环境影响的密封构件设置在下部基板110上时,下部基板110的体积、厚度或面积中的至少一者可以大于上部基板160的体积、厚度或面积中的至少一者。此时,下部基板110的面积可以形成为在1.2倍至5倍于上部基板160的面积的范围内。当下部基板110的面积形成为小于上部基板160的面积的1.2倍时,对传热效率提高的影响不高,而当下部基板110的面积超过上部基板160的面积的5倍时,传热效率明显降低,并且可能难以保持热电模块的基本形状。
另外,还可以在下部基板110和上部基板160中的至少一者的表面上形成例如不平坦图案的散热图案。因此,可以改善热电元件的散热性能。当在与P型热电腿130或N型热电腿140接触的表面上形成不平坦图案时,还可以改善热电腿与基板之间的粘合特性。热电元件100包括下部基板110、下部电极120、P型热电腿130、N型热电腿140、上部电极150和上部基板160。
尽管未示出,但密封构件还可以设置在下部基板110与上部基板160之间。密封构件可以设置在下述部件的侧表面上:下部电极120、P型热电腿130、N型热电腿140以及下部基板110与上部基板160之间的上部电极150。因此,下部电极120、P型热电腿130、N型热电腿140和上部电极150可以被密封以免受外部湿气、热、污染等。
此时,设置在管道1100上的下部基板110可以是铝基板,并且铝基板可以通过热接口材料(TIM)粘合至第一表面1110和第二表面1120中的每一者。由于铝基板具有优异的热接口性能,因此热电元件1210和1310中的每一者的两个表面中的一个表面与第一流体流动通过的管道1100之间的热传递是容易的。另外,当铝基板和第一流体流动通过的管道1100通过热接口材料(TIM)粘合时,铝基板与第一流体流动通过的管道1100之间的热传递可以不被中断。这里,热接口材料(TIM)是具有热传递性能和粘合性能的材料,并且可以是例如含有环氧树脂和硅树脂以及无机材料中的至少一者的树脂复合物。这里,无机材料可以是铝、硼或硅的氧化物、碳化物或氮化物。
返回参照图3至图7,为了提高第一热电模块1200、管道1100与第二热电模块1300之间的密封效果和隔热效果,根据本发明的实施方式的发电模块还可以包括屏蔽构件1600和隔热构件1700。隔热构件1700可以设置在例如管道1100的表面中的不包括设置有第一热电模块1200和第二热电模块1300的区域的表面上。因此,可以通过增加第一热电模块1200和第二热电模块1300中的每一者的低温部分与高温部分之间的温度差来防止第一流体和第二流体的热量损失,并且增强发电性能。另外,屏蔽构件1600可以设置在管道1100的表面中的不包括设置有第一热电模块1200和第二热电模块1300的区域的表面上。可以保护连接至第一热电模块1200和第二热电模块1300的导线和连接器免受外部湿气或污染的影响。
同时,导引板1800是用于导引第二流体在流体通过部分2200中的流动的板,并且引入到流体通过部分2200中的第二流体可以沿着导引板1800流动并且然后可以被排出。
第一导引板1800-1可以设置成面向第一热电模块1200,第二导引板1800-2可以设置成面向第二热电模块1300,并且第二流体可以在第一热电模块1200与第一导引板1800-1之间以及在第二热电模块1300与第二导引板1800-2之间通过。
此时,导引板1800-1和1800-2的两侧可以分别延伸至流体收集板1810-1和1810-2以及流体扩散板1820-1和1820-2。流体收集板1810-1和1810-2可以指朝向流体通过部分2200的入口、即第一连接部分2400延伸的板,并且流体扩散板1820-1和1820-2可以指朝向流体通过部分2200的出口、即第二连接部分2500延伸的板。此时,流体收集板1810-1和1810-2、导引板1800-1和1800-2以及流体扩散板1820-1和1820-2可以是一体地连接的板。设置成面向第一热电模块1200的第一导引板1800-1和设置成面向第二热电模块1300的第二导引板1800-2可以对称地设置,同时保持恒定的距离d3。这里,第一导引板1800-1与第二导引板1800-2之间的距离d3可以是从第一导引板1800-1朝向第二导引板1800-2的水平方向上的距离。因此,第二流体可以以恒定的流量在第一热电模块1200与第一导引板1800-1之间以及在第二热电模块1300与第二导引板1800-2之间通过,从而获得均匀的热电性能。相反,从第一导引板1800-1延伸的第一流体收集板1810-1与从第二导引板1800-2延伸的第二流体收集板1810-2之间的距离d4和d4'在接近流体通过部分2200的入口时可以对称地设置得更远。这里,第一流体收集板1810-1与第二流体收集板1810-2之间的距离可以是从第一流体收集板1810-1朝向第二流体收集板1810-2的水平方向上的距离。同样地,从第一导引板1800-1延伸的第一流体扩散板1820-1与从第二导引板1800-2延伸的第二流体扩散板1820-2之间的距离在接近流体通过部分2200的出口时也可以对称地设置得更远。因此,通过流体通过部分2200的入口引入的第二流体可以被收集在流体收集板1810-1和1810-2中,并且然后可以在热电模块1200和1300与导引板1800之间通过,并且可以从流体扩散板1820-1和1820-2扩散,并且然后可以通过流体通过部分2200的出口排出。因此,由于可以使第二流体的在第二流体在热电模块1200和1300与导引板1800之间通过之前和之后之间的压力差最小化,因此可以防止第二流体朝向流体通过部分2200的入口回流的问题。
此时,支承框架1900对第一导引板1800-1和第二导引板1800-2、第一流体收集板1810-1和第二流体收集板1810-2以及第一流体扩散板1820-1和第二流体扩散板1820-2进行支承。换言之,支承框架1900包括第一支承框架1900-1和第二支承框架1900-2,并且第一导引板1800-1和第二导引板1800-2、第一流体收集板1810-1和第二流体收集板1810-2、以及第一流体扩散板1820-1和第二流体扩散板1820-2可以固定在第一支承框架1900-1与第二支承框架1900-2之间。
同时,在本发明的实施方式中,分支单元1400可以对引入到流体通过部分2200中的第二流体进行分支。由分支单元1400进行分支的第二流体可以在第一热电模块1200与第一导引板1800-1之间以及在第二热电模块1300与第二导引板1800-2之间通过。
分支单元1400可以设置在管道1100的第一表面1110与第二表面1120之间。例如,当管道1100的第三表面1130沿第二流体流动的方向设置时,分支单元1400可以设置在管道1100的第三表面1130上。替代性地,分支单元1400也可以通过流体动力学原理设置在与管道1100的第三表面1130相对的第五表面1150上。
分支单元1400可以具有这样的形状:在管道1100的第三表面1130上,与第三表面1130的距离从第三表面1130的两端朝向第三表面1130的两端之间的中心增加。换言之,分支单元1130所在的第三表面1130可以基本上垂直于第一表面1110和第二表面1120,并且分支单元1400可以设置成相对于管道1100的第一表面1110和第二表面1120倾斜。例如,分支单元1400可以具有伞形形状或屋顶形形状。因此,例如废热的第二流体可以通过分支单元1400进行分支,并且被导引成与设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。换言之,第二流体可以通过分支单元1400进行分支以在第一热电模块1200与第一导引板1800-1之间以及在第二热电模块1300与第二导引板1800-2之间通过。
同时,第一热电模块1200的第一散热器1220的外部与第二热电模块1300的第二散热器1320的外部之间的宽度W1可以大于分支单元1400的宽度W2。这里,第一散热器1220的外部和第二散热器1320的外部中的每一者可以指与面向管道1100的侧部相反的侧部。这里,第一散热器1220和第二散热器1320中的每一者可以包括多个散热翅片,并且多个散热翅片可以在不干扰气体流动的方向上形成。例如,多个散热翅片可以具有沿气体流动的第二方向延伸的板形形状。替代性地,多个散热翅片也可以具有折叠的形状,使得在气体流动的第二方向上形成流动路径。此时,第一热电模块1200的第一散热器1220与第二热电模块1300的第二散热器1320之间的最大宽度W1可以指从第一散热器1220相对于管道1100的最远点至第二散热器1320相对于管道1100的最远点的距离,并且分支单元1400的最大宽度W2可以指分支单元1400在最靠近管道1100的第三表面1130的区域中的宽度。因此,第二流体的流动可以直接传递至第一散热器1220和第二散热器1320,而不被分支单元1400中断。因此,第二流体与第一散热器1220和第二散热器1320之间的接触面积增加,使得由第一散热器1220和第二散热器1320从第二流体接收的热量可以增加,并且发电效率可以提高。
同时,第一导引板1800-1可以对称地设置成与第一热电模块1200的第一散热器1220间隔开预定间隔,并且第二导引板1800-2可以对称地设置成与第二热电模块1300的第二散热器1320间隔开预定间隔。这里,导引板1800-1和1800-2与每个热电模块的散热器之间的间隔可以影响与每个热电模块的散热器接触的第二流体穿过散热器之前和之后的压力差,从而影响发电性能。
在本发明的实施方式中,导引板1800-1和1800-2与每个热电模块的散热器之间的间隔意在以优化发电性能所需的间隔来保持。
图10A和图10B是根据本发明的一个实施方式的发电设备的局部横截面图。
参照图10A和图10B,散热器1220和1320与导引板1800-1和1800-2之间的最短水平距离d2和分支单元1400与导引板1800-1和1800-2之间的最短水平距离d1的比率可以为0.0625至0.25,并且优选地,为0.0625至0.167。这里,水平方向可以限定为从第一导引板1800-1朝向第二导引板1800-2的方向。如图10B中所示出的,当导引板1800-1和1800-2没有设置在分支单元1400的水平方向上并且流体收集板1810-1和1810-2设置在分支单元1400的水平方向上时,即,当第一流体收集板1810-1、分支单元1400和第二流体收集板1810-2沿水平方向依次设置、并且第一流体收集板1810-1与第一导引板1800-1之间的边界以及第二流体收集板1810-2与第二导引板1800-2之间的边界沿水平方向设置在分支单元1400与热电模块1200和1300之间的第一表面1110和第二表面1120上时,分支单元1400与导引板1800-1和1800-2之间的最短水平距离d1可以指导引板1800-1和1800-2的面向热电模块1200和1300的虚拟延伸表面1800-E1和1800-E2与分支单元1400之间的最短水平距离。
为了满足这些条件,散热器1220和1320与导引板1800-1和1800-2之间的最短距离d2和分支单元1400与导引板1800-1和1800-2之间的最短距离d1的比率可以为0.25或更小,优选地,为0.0625至0.25,并且更优选地,为0.0625至0.167。
例如,散热器1220和1320的水平长度可以为6.5mm至15mm。另外,散热器1220和1320与导引板1800-1和1800-2之间的最短水平距离d2可以为5mm或更小,优选地,为1mm至5mm,并且更优选地,为1mm至3mm。因此,分支单元1400与导引板1800-1和1800-2之间的最短水平距离可以为6.5mm至20mm。
例如,当第一散热器1220的长度为15mm时,第一散热器1220与第一导引板1800-1之间的最短距离d1可以为5mm或更小,优选地,为1mm至5mm,并且更优选地,为1mm至3mm。
因此,可以使第二流体的在第二流体通过热电模块1200和1300之前和之后的压力差最小化,并且优化第二流体的流动空间。因此,可以使第二流体与热电模块1200和1300的散热器1220和1320之间的接触面积最大化,以增加热电模块1200和1300的高温部分与低温部分之间的温度差,并且作为结果,可以增强发电性能。
同时,在本发明的一个实施方式中,为了保持散热器1220和1320与导引板1800-1和1800-2之间的最短距离d2和分支单元1400与导引板1800-1和1800-2之间的最短距离d1的比率为0.25或更小,优选地,为0.0625至0.25,并且更优选地,为0.0625至0.167,发电设备还可以包括构造成将管道1100与导引板1800-1和1800-2分离的分离构件1500。
图11是根据本发明的一个实施方式的发电设备的平面图。
参照图11,分离构件1500可以通过与导引板1800-1和1800-2以及管道1100接触来将导引板1800-1和1800-2与管道1100分离预定间隔。这里,接触可能不仅指直接接触,还指通过另一种介质间接接触。
在本发明的实施方式中,分离构件1500可以设置在管道1100的第一表面1110与第二表面1120之间。当分支单元1400设置在管道1100的第一表面1110与第二表面1120之间的第三表面1130上时,分离构件1500可以设置在设置成与管道1100的第一表面1110和第二表面1120之间的第三表面1130垂直的第四表面1140上。
这里,其上设置有分支单元1400的第三表面1130可以是设置在引入第二流体的方向上的表面,并且其上设置有分离构件1500的第四表面1140可以是设置在引入第一流体的方向上的表面。
在本发明的一个实施方式中,分离构件1500将管道1100的第一表面1110与第一导引板1800-1之间的水平距离以及管道1100的第二表面1120与第二导引板1800-2之间的水平距离分离预定距离。因此,第一热电模块1200的第一散热器1220与第一导引板1800-1之间的水平距离以及第二热电模块1300的第二散热器1320与第二导引板1800-2之间的水平距离可以分离预定距离。此时,分离构件1500可以包括隔热材料。因此,可以在沿着导引板1800-1和1800-2流动的第二流体与在管道1100中流动的第一流体之间进行热绝缘。
为此,分离构件1500可以包括:设置在与管道1100的第三表面1130垂直的第四表面1140上的第一区域1510,管道1100的第三表面1130上设置有分支单元1400;从第一区域1510朝向第一表面1110延伸的第二区域1520;以及从第一区域1510朝向第二表面1120延伸的第三区域1530。此时,第二区域1520的第一面1522可以设置在第一表面1110上,并且第二区域1520的第二面1524可以设置在第一导引板1800-1上。另外,第三区域1530的第一面1532可以设置在第二表面1120上,并且第三区域1530的第二面1534可以设置在第二导引板1800-2上。因此,由于管道1100的第一表面1110和第一导引板1800-1可以由第二区域1520的第一面1522与第二面1524之间的距离T分离,管道1100的第二表面1120和第二导引板1800-2可以由第三区域1530的第一面1532与第二面1534之间的距离T分离,并且散热器和导引板可以保持预定距离t,因此可以优化第二流体的压力差和第二流体的流动空间。在本说明书中,第二流体的压力差可以指第二流体的在第二流体通过热电模块的散热器之前和之后的压力差。当散热器的长度为l时,散热器的长度l和散热器与导引板之间的距离t之和可以等于分离构件1500的第二区域的第一面1522与第二面1524之间的距离T或分离构件1500的第三区域的第一面1532与第二面1534之间的距离T,即,管道1100与导引板1800之间的距离。
在下文中,将描述根据散热器的长度l和根据本发明的实施方式的发电设备中的散热器与导引板之间的距离t的性能的模拟结果。
表1示出了根据散热器的长度和散热器与导引板之间的距离的热电元件的温度差,以及第二流体的在第二流体通过热电模块的散热器之前和之后的压力差,图12A示出了散热器和导引板之间的距离t(mm)关于散热器的长度l与热电元件的温度差DT(K)之间的关系,图12B示出了散热器和导引板之间的距离t(mm)相对于散热器的长度l与第二流体的压力差DP(mmH2O)之间的关系,并且图12C示出了通过校正热电元件的温度差DT(K)和第二流体的压力差DP(mmH2O),散热器与导引板之间的距离t(mm)的关系。
表1
Figure BDA0003822623840000211
参照表1和图12A至图12C,将3号与7号对比,可以看出,随着散热器的长度增加,第二流体的接触面积增加,使得热电元件的高温部分与低温部分之间的温度差增加。另外,将1号至5号与6号对比,可以看出,当导引板存在时,散热器与第二流体之间的接触面积增加,使得热电元件的高温部分与低温部分之间的温度差增加,但是在由于散热器与导引板之间的距离增加而没有执行导引板的功能的6号中,热电元件的高温部分与低温部分之间的温度差非常小。另外,对比1号至5号,可以看出,随着散热器与导引板之间的距离增加,热电元件的高温部分与低温部分之间的温度差减小,并且第二流体的在第二流体通过热电模块之前和之后的压力差减小。然而,发电性能与热电元件的温度差成正比,并且与第二流体的压力差成反比。因此,为了求出优化发电性能的、散热器与导引板之间的距离,通过将热电元件的温度差与第二流体的压力差转换成反比关系、并且将温度差与压力差校正为具有一定速率的位移以同时进行比较而得到图12C中的图表。因此,可以看出,当散热器与导引板之间的距离为1mm至3mm时,两个值之和具有较高的值。
同时,虽然上面已经描述了相对于一对导引板设置一个发电设备,但是本发明不限于此。多个发电设备可以设置在该对导引板之间。
图13示出了根据本发明的另一实施方式的发电系统。
参照图13,根据本发明的另一实施方式的发电系统20包括彼此相邻设置的多个发电设备1000-1、...、和1000-N。发电设备1000-1、...、和1000-N包括:冷却单元1100-1、...、和1100-N;设置在第一冷却单元1100-1、...、和1100-N的第一表面上的第一热电模块1200-1、...、和1200-N;设置在冷却单元1100-1、...、和1100-N的第二表面上的第二热电模块;以及分别设置在冷却单元1100-1、...、和1100-N的第一表面与第二表面之间的分离构件1500-1、...、和1500-N,发电设备1000-1、...、和1000-N中的每个发电设备的第一散热器1220-1、...、和1220-N以及第二散热器1320-1、...、和1320-N中的一者与相邻的发电设备1000-1、...、和1000-N的第一散热器1220-1、...、和1220-N以及第二散热器1320-1、...、和1320-N中的一者间隔开,并且发电设备1000-1、...、和1000-N中的每个发电设备的分离构件1500-1、...、和1500-N与相邻发电设备1000-1、...、和1000-N的分离构件1500-1、...、和1500-N接触。此时,发电系统20还可以包括:设置成与作为多个发电设备1000-1、...、和1000-N中的一个发电设备的第一发电设备1000-1的第一散热器1220-1间隔开的第一导引板1800-1,以及设置成与作为多个发电设备1000-1、...、和1000-N中的另一个发电设备的第二发电设备1000-N的第二散热器1320-N间隔开的第二导引板1800-2,并且第一发电设备1000-1的分离构件1500-1可以与第一导引板1800-1接触,并且第二发电设备1000-N的分离构件1500-N可以与第二导引板1800-N接触。另外,剩余的发电设备可以设置在第一发电设备1000-1与第二发电设备1000-N之间。
同时,包括在根据本发明的实施方式的发电设备中的管道的内部可以具有以下流动路径设计。
图14是根据本发明的一个实施方式的发电模块的顶视图,图15是根据本发明的一个实施方式的冷却单元的横截面图,图16是根据本发明的另一实施方式的冷却单元的横截面图,图17是根据本发明的又一实施方式的冷却单元的横截面图,并且图18是根据本发明再一实施方式的冷却单元的横截面图。
参照图14,根据本发明的一个实施方式的发电模块包括冷却单元1100和设置在冷却单元1100的第一表面1110上的第一热电模块1200。如参照图1至图9所描述的,在本说明书中,冷却单元1100可以与管道1100互换使用。第二热电模块1300还可以设置在面向冷却单元1100的第一表面1110的第二表面1120上。
流体入口1142和流体出口1144设置成在垂直于冷却单元1100的第一表面1110的另一表面上彼此间隔开,即,第四表面1140和流体接收部分300设置在冷却单元1100的一个区域A1中。在本说明书中,由于第一热电模块1200和第二热电模块1300分别设置在冷却单元1100的第一表面1110和第二表面1120上,因此冷却单元1100的第一表面1110和第二表面1120可以称为冷却单元1100的一个表面和另一表面。另外,冷却单元1100的第一表面1110与第二表面1120之间的第三表面1130至第六表面1160可以称为冷却单元1100的侧表面或外表面。替代性地,在本说明书中,冷却单元1100的第一表面1110至第六表面1160也可以分别称为第一面1110至第六面1160。引入到流体入口1142中的第一流体可以通过流体接收部分300,并且然后可以通过流体出口1144排出。这里,流体入口1142和流体出口1144的布置顺序不限于如所示出的,并且流体入口1142和流体出口1144的位置也可以相反。流体入口1142和流体出口1144形成为从冷却单元1100的第四表面1140突出。因此,在本说明书中,流体入口1142和流体出口1144可以称为突出部。
在本发明的一个实施方式中,第一热电模块1200设置在冷却单元1100的一个区域A1的表面上。因此,第一热电模块1200的热电腿可以设置在设置流体接收部分300的区域中。温度高于穿过冷却单元1100的第一流体的温度的第二流体可以沿从冷却单元110的第三表面1130朝向面向第三表面1130的第五表面1150的方向穿过热电模块1200的散热器。
同时,耦接构件400可以用于耦接冷却单元1100和第一热电模块1200。为了将第一热电模块1200和第二热电模块1300对称地设置在冷却单元1100的两个表面上,耦接构件400可以设置成穿过第一热电模块1200、冷却单元1100和第二热电模块1300,并且为此,冷却单元1100可以形成有供连接构件400穿过的多个通孔S1至S4。多个通孔S1至S4可以设置成穿过其中设置有第一热电模块1200和第二热电模块1300的冷却单元1100的两个表面。
此时,多个通孔S1至S4可以设置成在冷却单元1100的一个区域A1中与流体接收部分300间隔开,该区域A1是设置流体接收部分300的区域。换言之,多个通孔S1至S4可以独立于流体接收部分300形成,从而防止穿过流体接收部分300的第一流体通过多个通孔S1至S4泄漏至外部。
同时,连接至第一热电模块1200的布线部分(未示出)和构造成覆盖布线部分的屏蔽构件1600还可以设置在设置于冷却单元1100的一个区域A1的侧表面上的冷却单元1100的另一区域A2的第一表面1110上。耦接构件500可以用于耦接冷却单元1100和屏蔽构件1600,并且供用于耦接冷却单元110和屏蔽构件1600的耦接构件500穿过的多个通孔S5和S6可以形成在冷却单元1100的另一个区域A2中。换言之,多个通孔S5和S6可以形成在冷却单元1100的一个区域A1的外部以不与流体接收部分300重叠,该区域A1是设置流体接收部分300的区域。此时,考虑到布线部分的位置,可以设置多个通孔S5和S6。换言之,连接至热电模块的布线部分可以包括连接至热电模块的热电元件的连接电极(未示出)、设置在连接电极上的连接器600、以及连接至连接器600的导线(未示出)。此时,可以将多个通孔S5和S6设置成避开连接器600的位置。因此,通孔S5可以设置得比多个通孔S1和S2更靠近第四表面1140,并且通孔S6可以设置得比多个通孔S3和S4更靠近第六表面1160。
这里,多个通孔S1至S6的位置和数目是说明性的,并且本发明的实施方式不限于此。
在下文中,将参照图15至图18描述与冷却单元的流体接收部分的形状和通孔的布置有关的各种实施方式。在下文中,流体接收部分可以形成从流体入口1142至流体出口1144的流动路径,并且因此也可以称为流动路径。
参照图15,冷却单元1100中的流体接收部分300可以设置在冷却单元1100的区域A1中,该区域A1是与设置热电模块1200和1300的区域相对应的区域,并且被引入到流体入口1142中的第一流体可以穿过流体接收部分300,并且然后可以从流体出口1144排出。
这里,流体接收部分300不形成单独的流动路径管,并且多个通孔S1至S4可以设置成与流体接收部分300间隔开。因此,由于设置流体接收部分300的区域与设置热电模块1200和1300的区域彼此对应,所以热电模块的低温部分可以获得较高冷却性能。另外,由于通孔S1至S4形成在冷却单元1100的第一区域A1中,因此第一热电模块1200、冷却单元1100和第二热电模块1300可以通过耦接构件400直接耦接,并且另外,通孔S1至S4与流体接收部分300间隔开并且独立地形成,从而可以防止流体接收部分300中的第一流体通过通孔S1至S4泄漏至外部的问题。
替代性地,参照图16至图18,流体接收部分300可以具有从流体入口1142连接至流体出口1144的流动路径的形式,并且被引入到流体入口1142中的第一流体可以沿着流动路径流动并且然后可以通过流体出口1144被排出。如上所述,当流体接收部分300具有流动路径的形式时,第一流体可以根据流动路径的布置结构以最小流量穿过第一热电模块1200和第二热电模块1300作为整体设置的区域A1。此时,流动路径的直径可以是流体入口1142的直径和流体出口1144的直径的0.3倍至0.9倍,优选地,0.4倍至0.8倍,并且更优选地,0.5倍至0.7倍。因此,可以通过增加穿过流动路径的第一流体的流量来增加热电模块的冷却性能。
此时,流动路径可以与多个通孔S1至S4间隔开并且设置成环绕多个通孔S1至S4中的至少一些通孔。因此,可以防止流体接收部分300中的第一流体通过通孔S1至S4泄漏至外部的问题。
例如,参照图16,流体接收部分300可以包括沿从流体入口1142或流体出口1144朝向流动路径的方向、即X1方向平行设置的多个第一流动路径部分310-1、...、和310-n,并且平行设置的多个第一流动路径部分310-1、...、和310-n可以通过多个弯折部分330-1、...、和330-1彼此连接。
这里,多个第一流动路径部分310-1、...、和310-n可以沿从其上设置有流体入口1142和流体出口1144的第四表面1140朝向面向第四表面1140的第六表面1160的X1方向延伸。此时,多个第一流动路径部分310-1、...、和310-n中的至少一个第一流动路径部分可以是沿第一方向笔直地设置的笔直部分。
此时,以平行方式彼此相邻设置的两个流动路径部分之间的间隔中的一些间隔可以不同于以平行方式彼此相邻设置的两个流动路径部分之间的其他间隔。
例如,以平行方式彼此相邻设置的两个第一流动路径部分31-1和310-2之间的间隔可以是第一间隔d1,并且以平行方式彼此相邻设置的两个第一流动路径部分310-3和310-2之间的间隔可以是大于第一间隔dl的第二间隔d2。
同时,其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4可以设置在多个流动路径部分之间的一个区域中,并且其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4可以不设置在多个流动路径部分之间的其他区域中。
此时,在垂直于形成其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4的区域中的两个第一流动路径部分之间的X1方向的X2方向上的宽度可以大于在垂直于未形成其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4的区域中的两个第一流动路径部分之间的X1方向的X2方向上的宽度。换言之,多个通孔S1至S4中的至少一些通孔S1和S4可以设置在形成第二间隔d2的两个第一流动路径部分310-3和310-4之间。因此,第一流动路径部分310可以设置成避开多个通孔S1至S4,以不与形成多个通孔S1至S4的区域重叠。
另外,设置在以平行方式设置的多个第一流动路径部分310-1、...、和310-n的边缘处的两个第一流动路径部分310-1和310-2与两个第一流动路径部分310-n-1和310-n之间的间隔可以是第一间隔d1。因此,可以在热电模块的整个区域中获得均匀的热电性能。特别地,由于从流体出口1144排出的第一流体的温度可以高于引入到流体入口1142中的第一流体的温度,因此随着第一流体接近流体出口1144,第一流体的冷却性能可能降低。因此,当以平行方式彼此相邻设置的两个流动路径部分之间的间隔随着第一流体接近流体出口1144而设置得更窄时,可以在热电模块的整个区域中获得均匀的热电性能。
参照图17,流体接收部分300可以包括平行设置的多个第二流动路径部分320-1、...、和320-m,并且平行设置的多个第二流动路径部分320-1、...、和320-m可以通过多个弯折部分330-1、...、和330-l彼此连接。
多个第二流动路径部分320-1、...、和320-m可以设置成平行于X2方向,该X2方向平行于其上设置有流体入口1142和流体出口1144的第四表面1140。此时,多个第二流动路径部分320-1、...、和320-m中的至少一个第二流动路径部分可以是沿第二方向笔直地设置的笔直部分。
此时,以平行方式彼此相邻设置的两个流动路径部分之间的间隔中的一些间隔可以不同于以平行方式彼此相邻设置的两个流动路径部分之间的间隔中的其他间隔。
例如,以平行方式彼此相邻设置的两个第二流动路径部分320-1和320-2之间的间隔可以是第二间隔d2,并且以平行方式彼此相邻设置的两个第二流动路径部分320-m-1和320-m之间的间隔可以是窄于第二间隔d2的第一间隔d1。
同时,其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4可以设置在多个流动路径部分之间的一个区域中,并且其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4可以不设置在多个流动路径部分之间的其他区域中。
此时,在垂直于形成其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4的区域中的两个第二流动路径部分之间的X2方向的X1方向上的宽度可以小于在垂直于未形成其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4的区域中的两个第二流动路径部之间的X2方向的X1方向上的宽度。例如,如所示出的,可以在两个流动路径部分320-1和320-2之间形成其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4,并且可以不在两个流动路径部分320-2和320-3之间形成其中设置有耦接构件400的通孔S1至S4。此时,两个流动路径部分320-1与320-2之间的间隔可以为d2,并且小于作为两个流动路径部分320-2与320-3之间的间隔的d3。
因此,流动路径320可以设置成避开多个通孔S1至S4,以不与形成多个通孔S1至S4的区域重叠。
另外,由于流动路径320离其上设置有流体入口1142和流体出口1144的第四表面1140更远,以平行方式彼此相邻设置的流动路径部分之间的间隔也可以更窄。例如,以平行方式彼此相邻设置的两个第二流动路径部分320-m-1与320-m之间的间隔可以是小于第二间隔d2的第一间隔d1。因此,可以在热电模块的整个区域中获得均匀的热电性能。特别地,引入到流体入口1142中的第一流体的温度会随着第一流体离流体入口1142更远而增加。因此,通过将以平行方式彼此相邻设置的两个流动路径部分之间的间隔随着流动路径离流体入口1142更远而狭窄地设置,可以在热电模块的整个区域中获得均匀的热电性能。
同时,在本发明的又一实施方式中,流动路径中的一些流动路径设置成平行于X1方向,而流动路径中的其他流动路径设置成平行于X2方向,并且该实施方式可以包括多个蛇形弯曲流动路径。当流动路径包括多个弯曲流动路径时,可以增加每单位面积设置的流动路径的长度,从而可以提高热电模块的低温部分的冷却性能。
参照图18,冷却单元1100可以包括依次设置成具有从第四表面1140直至面向第四表面1140的第六表面1160的相同高度的第一区域B1、第二区域B2和第三区域B3。此时,多个通孔S1至S4中的一些通孔S1和S2可以设置得比其他通孔S3和S4更靠近第四表面1140,并且通孔S1和S2中的每个通孔与第四表面1140之间的距离可以相同。例如,多个通孔S1至S4中的一些通孔S1和S2可以设置在第一区域B1中,而其他通孔S3和S4可以设置在第三区域B3中。
这里,设置在多个通孔S1至S4中的耦接构件400可以在从冷却单元1100的第一表面1110朝向第二表面1120的方向上不与流动路径重叠。因此,可以防止沿着流动路径流动的第一流体通过通孔S1至S4泄漏至外部的问题。
此时,多个通孔S1和S2以及多个通孔S3和S4可以在X1方向上与流动路径重叠。另外,多个通孔S5和S6可以在X1方向上不与流动路径重叠。如上所述,多个通孔S5和S6定位在设置布线部分的区域中而不是设置流动路径的区域中,并且考虑到布线部分的连接器的位置,通孔S5可以设置得比多个通孔S1和S2更靠近第四表面1140,并且通孔S6可以设置得比多个通孔S3和S4更靠近第六表面1160。
同时,冷却单元1100可以分为在X2方向上与流动路径重叠的Rl区域、定位在Rl区域与第三表面1130之间的R2区域、以及定位在Rl区域与第五表面1150之间的R3区域。如所示出的,R3区域在X2方向上的宽度可以大于R2区域在X2方向上的宽度,并且可以在R3区域中形成其中设置有耦接构件500的多个通孔S5和S6。换言之,流动路径与第五表面1150之间的水平距离可以大于流动路径与第三表面1130之间的水平距离,并且因此,包括连接器C的布线部分可以设置在R3区域中,并且流体入口1142和流体出口1144可以设置成在X1方向上不与多个通孔S5和S6重叠。
流动路径包括:平行于X1方向设置的多个第一流动路径310-1、...、和310-n;平行于与X1方向垂直的X2方向设置的多个第二流动路径320-1、...、和320-m;以及多个弯折部分330-1、...、和330-n,所述多个弯折部分330-1、...、和330-n构造成连接多个第一流动路径310-1、...、和310-n中的一个第一流动路径以及多个第二流动路径320-1、...、和320-m中的一个第二流动路径,连接多个第一流动路径310-1、...、和310-n,或者连接冷却单元1100的R1区域中的多个第二流动路径320-1、...、和320-m,并且还可以包括蛇形流动路径。沿X1方向设置的流动路径和沿X2方向设置的流动路径也可以交替设置以形成螺旋形状。
如图18中所示出的,在本发明的实施方式中,在冷却单元1100的流体入口1142与流体出口1144之间循环的第一流体可以具有螺旋形状。换言之,流动路径可以包括:从冷却单元1100的流体入口1142和流体出口1144中的一者朝向冷却单元1100的中心部分C延伸的第一螺旋流动路径,以及从中心部分C朝向冷却单元1100的流体入口1142和流体出口1144中的另一者延伸的第二螺旋流动路径。此时,与第四表面1140相邻设置并且具有不规则流动路径的第三流动路径部分340和与冷却单元1100的中心部分C相邻设置并且具有规律周期的第四流动路径部分350可以包括在第一螺旋流动路径中。另外,第一螺旋流动路径可以包括沿X4方向延伸的第二流动路径部分320-4,并且第二螺旋流动路径可以包括多个第二流动路径部分320-1、320-2、320-3和320-m。此时,第二流动路径部分320-3和320-5可以设置在第二流动路径部分320-2与第六表面1160之间,第二流动路径部分320-1可以设置在第二流动路径部分320-2与第四表面1140之间,并且第四流动路径部分350可以设置在第二流动路径部分320-1与第二流动路径部分320-2之间。此时,多个通孔S3和S4可以设置在第二流动路径部分320-2与第二流动路径部分320-3之间。
如上所述,当流动路径在热电模块的热电腿设置在冷却单元中的区域中螺旋循环时,具有曲率的第三流动路径部分340和第四流动路径部分350如在本发明的实施方式中那样设置,可以使热电模块的低温部分的冷却性能最大化。
更具体地,在本发明的实施方式中,流动路径可以包括作为沿着X2方向蛇形延伸的多个弯曲流动路径的第三流动路径部分340。第三流动路径部分340可以设置在多个通孔S1和S3与流体入口1142和流体出口1144之间,并且可以被称为弯折部分。第三流动路径部分340的总长度l可以大于设置第三流动路径部分340的区域中的X2方向上的直线距离l'。第三流动路径部分340可以设置在冷却单元1100的第一区域B1中。
第一区域B1是第一区域B1至第三区域B3中最靠近流体入口1142和流体出口1144的区域。被引入到流体入口1142中的第一流体可以沿X1方向被引入到流体接收部分300中,并且在流体接收部分300中循环的第一流体可以沿作为与X1方向相反的方向的X2方向从流体出口1144排出。因此,当第一区域B1中的流体入口1142与流体出口1144之间没有单独设置流动路径时,可能出现第一流体无法到达的死区。
为了解决这个问题,如在本发明的实施方式中那样,当作为多个弯曲流动路径的第三流动路径部分340设置在第一区域B1中时,可以使死区的面积最小化,并且在热电模块的整个区域中获得均匀的热电性能。
更具体地,第三流动路径部分340可以是包括具有有着不同曲率的多个弯曲部分的区域的屈曲流动路径。在本发明的实施方式中,第三流动路径部分340可以包括沿X2方向布置的在X2方向上凸状地形成的第一凸形部分343-1至343-3以及在与第一凸形部分343-1至343-3相反的方向上凸状地形成的第二凸形部分343-3至343-5,并且第一凸形部分343-1至343-3和第二凸形部分343-3至343-5可以在X1方向上重叠。例如,第一凸形部分343-1至343-3和第二凸形部分343-3至343-5可以设置在与第四表面1140和通孔S1和S2之间的区域相对应的区域中,更具体地,可以设置在第四表面1140与通孔S1和S2之间的流体入口1142与流体出口1144之间。因此,由于第一流体穿过靠近第四表面1140并且设置在流体入口1142与流体出口1144之间的区域,因此可以使死区的面积最小化,并且在热电模块的整个区域中获得均匀的热电性能。
此时,第三流动路径部分340可以包括:设置在第一通孔S1上的第一区341;设置在第二通孔S2上的第二区341;以及构造成在与设置成彼此间隔开的第一通孔S1和第二通孔S2的关系中连接第一区341和第二区342的第三区343。此时,在第一区341中,可以依次连接沿X1方向X1从第四表面1140朝向第六表面1160延伸的第1-1子区341-1、沿平行于第四表面1140的X2方向延伸的第1-2子区341-2、以及沿X2方向朝向作为与X1方向相反的方向的X2方向延伸的第1-3子区341-3。特别地,根据第1-3子区341-1,从流体入口1142引入并且沿着第1-1子区341-1沿X1方向向下移动的流体可以再次朝向第四表面1140流动,从而使流体入口1142与流体出口1144之间的死区的面积最小化。
另外,第二区342可以设置成环绕第二通孔S2。例如,在第二区342中,可以依次连接从第二通孔S2的侧部沿X3方向延伸的第2-1子区342-1、沿X2方向延伸的第2-2子区342-2、以及沿X2方向朝向X1方向延伸的第2-3子区342-3。
另外,在第三区343中,可以依次连接设置在第一区341与第二区342之间、并且从第1-3子区341-3沿X2方向延伸的第3-1子区343-1、沿X1方向延伸的第3-2子区343-2、沿作为与X2方向相反的方向的X4方向延伸的第3-3子区343-3、沿X1方向延伸的第3-4子区域、以及沿X2方向延伸直至第2-1子区342-1的第3-5子区343-5。此时,第三区343可以是上述第一凸形部分343-1至343-3和第二凸形部分343-3至343-5。
当如上所述设置第一区至第三区341、342和343时,第一流体在流体入口1142与流体出口1144之间穿过的流动路径可以增加,从而使死区的面积最小化。
同时,根据本发明的实施方式的流动路径还可以包括其中重复了预定图案的第四流动路径部分350。第四流动路径部分350可以包括其中周期性地设置了具有相同曲率的多个弯曲部分的多个弯曲流动路径,并且由于第四流动路径部分350具有不平坦的形状而可以被称为不平坦部分。第四流动路径部分350可以具有以下形状:其中在X1方向上凹状地形成的凹形部分351和在X1方向上凸状地形成的凸形部分352交替布置。
换言之,第四流动路径部分350可以设置成交替地指向X1方向和X3方向并且沿X2方向延伸。
因此,由于与第四流动路径部分350以平行于多个流动路径320-1、...、和320-m的笔直形状设置的情况相比,每单位面积的流动路径长度可以增加,因此可以增强热电模块的低温部分的冷却性能。
此时,第四流动路径部分350可以设置在在Xl方向上彼此间隔开并且笔直地设置的一个第二流动路径部分320-1与另一第二流动路径部分320-2之间。另外,第四流动路径部分350可以设置在冷却单元1100的第二区域B2中。换言之,多个通孔S1和S2可以设置在第四流动路径部分350与其上设置有流体入口1142和流体出口1144的第四表面1140之间,并且通孔S3和S4可以设置在第四流动路径部分350与第六表面1160之间。因此,当流动路径仅构造有冷却单元1100的笔直流动路径部分和弯折部分,可以延长第一流体甚至停留在第一流体难以到达的中间区域中的时间,从而增强热电模块的低温部分的冷却性能。
特别地,一个第二流动路径部分320-1可以设置在第四流动路径部分350与第三流动路径部分340之间。因此,由于在形成流动路径时,可以延长第一流体甚至停留在第一流体难以到达的中间区域中的时间,因此第一流体可以在冷却单元1100的整个区域中均匀地循环,从而增强热电模块的低温部分的冷却性能。
表2示出了当设置了根据图15至图18的示例的流动路径形状时热电模块的温度差的模拟结果。
表2
Figure BDA0003822623840000311
Figure BDA0003822623840000321
参照表2,示例1具有图15中所示出的流体接收部分的形状,示例2具有图16中所示出的流动路径的形状,示例3具有图17中所示出的流动路径的形状,并且示例4具有图18中所示出的流动路径的形状。可以看出,与示例1相比,在示例2至示例4中,即使减小了流动路径的面积和体积,热电模块的温度差也有所提高。特别地,可以看出,与示例2和示例3相比,在示例4中,即使进一步减小流动路径的面积和体积,热电模块的温度差也进一步提高。这是因为第一流体在冷却单元1100的一个区域A1内以螺旋形状循环,并且使第一流体未到达的死区最小化。
发电系统可以通过从船舶、车辆、发电厂、地热等产生的热源发电,并且可以布置多个发电设备以有效地汇聚热源。因此,热源通过多个分支单元均匀地注入到多个发电设备中,以使施加至散热器的热量均匀,从而防止散热器弯折,并且提高发电模块的可靠性。另外,通过控制分支单元与导引板之间的水平距离来提高发电效率,可以提高比如船舶或车辆的运输设备的燃料效率。因此,在航运和运输行业中,可以降低诸如运输和维护成本之类的成本,并且创造环境友好的工业环境,并且当应用于比如钢厂的制造业时,可以降低维护成本等。
尽管以上已经参照本发明的示例性实施方式进行了描述,但是本领域技术人员将理解的是,在不脱离所附权利要求中描述的本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明进行各种改型和改变。

Claims (10)

1.一种发电设备,包括:
冷却单元;
热电模块,所述热电模块包括设置在所述冷却单元的一个表面上的热电元件和设置在所述热电元件上的散热器;
导引板,所述导引板设置成面向所述热电模块;以及
分支单元,所述分支单元设置在与所述冷却单元的所述一个表面垂直的另一表面上,
其中,所述散热器包括彼此间隔开的多个散热翅片,并且
所述散热器和所述导引板之间的最短水平距离与所述分支单元和所述导引板之间的最短水平距离的比率在0.0625至0.25的范围内。
2.根据权利要求1所述的发电设备,其中,所述冷却单元是第一流体穿过的管道,并且所述分支单元对温度高于所述第一流体的温度的第二流体进行分支,并且
所述第二流体在所述热电模块与所述导引板之间通过。
3.根据权利要求1所述的发电设备,其中,所述分支单元与所述导引板之间的最短水平距离为所述导引板的面向所述热电模块的虚拟延伸表面与所述分支单元之间的最短水平距离。
4.根据权利要求1所述的发电设备,其中,所述散热器和所述导引板之间的所述最短水平距离与所述分支单元和所述导引板之间的所述最短水平距离的比率在0.0625至0.167的范围内。
5.根据权利要求1所述的发电设备,其中,所述散热器与所述导引板之间的最短水平距离在1mm至3mm的范围内。
6.根据权利要求2所述的发电设备,其中,所述热电模块包括设置在所述管道的第一表面上的第一热电模块和设置在所述管道的面向所述第一表面的第二表面上的第二热电模块,
所述导引板包括设置成面向所述第一热电模块的第一导引板和设置成面向所述第二热电模块的第二导引板,并且
所述第二流体由所述分支单元在所述第一热电模块与所述第一导引板之间以及在所述第二热电模块与所述第二导引板之间进行分支。
7.根据权利要求6所述的发电设备,其中,所述分支单元设置在所述管道的所述第一表面与所述第二表面之间的第三表面上,并且设置成相对于所述第一表面倾斜。
8.根据权利要求7所述的发电设备,其中,所述第三表面垂直于所述第一表面。
9.根据权利要求7所述的发电设备,还包括分离构件,所述分离构件构造成将所述管道和所述导引板分开预定间隔。
10.根据权利要求9所述的发电设备,其中,所述分离构件包括:设置在所述管道的所述第一表面与所述第二表面之间、并且设置在垂直于所述第三表面的第四表面上的第一区域;从所述第一区域朝向所述第一表面延伸的第二区域;以及从所述第一区域朝向所述第二表面延伸的第三区域,并且
所述第二区域的第一面设置在所述第一表面上,所述第二区域的第二面设置在所述第一导引板上,所述第三区域的第一面设置在所述第二表面上,并且所述第三区域的第二面设置在所述第二导引板上。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007026432A1 (ja) 2005-08-31 2007-03-08 Hitachi, Ltd. Egrガス発電装置
JP2012204752A (ja) 2011-03-28 2012-10-22 Toyota Industries Corp 熱電変換モジュールと該製造方法と該熱電変換モジュールを備える熱電変換ユニット
CA2906160C (en) * 2013-03-15 2021-10-19 Vecarius, Inc. Thermoelectric device
CN108141155A (zh) 2015-08-06 2018-06-08 三星重工业有限公司 热电发电装置和燃料储存罐的发热装置和废热回收系统
KR101801247B1 (ko) 2016-02-03 2017-11-27 한국기계연구원 중앙 냉각채널 형 열전발전 및 배기열회수 통합 시스템
GB2549121B (en) * 2016-04-06 2019-06-12 Jaguar Land Rover Ltd Valve arrangement for an energy recovery unit
KR102332126B1 (ko) 2017-06-08 2021-11-29 엘지이노텍 주식회사 열변환장치
KR102095242B1 (ko) 2017-12-04 2020-04-01 엘지이노텍 주식회사 열변환장치

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