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Verweis auf bezogene Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0135371 , eingereicht am 15. Dezember 2011, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator eines Fahrzeugs (z. B. eines Kraftfahrzeugs), und insbesondere einen thermoelektrischen Generator eines Fahrzeugs, der die Wärme des Abgases eines Autos zur Erzeugung von elektrischem Strom bzw. elektrischer Energie bzw. Elektrizität nutzt.
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Bezogene Technik
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Ein thermoelektrisches Element ist ein Bauteil, das einen thermoelektrischen Effekt nutzt, bei welchem thermische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, indem die Temperaturdifferenz zwischen zwei Enden eines Bauteils in elektrischen Strom umgewandelt wird, oder bei welchem elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird, dadurch dass elektrischer Strom durch ein Bauteil fließt und dieser eine Temperaturdifferenz an den beiden Enden des Bauteils zur Folge hat. Ein derartiges thermoelektrisches Element wird in kleineren Kühl-, Heiz- oder Stromerzeugungsgeräten verwendet.
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Wenn ein thermoelektrisches Element in einem kleinen Stromerzeugungsgerät verwendet wird, dann wird es als eine thermoelektrische Stromerzeugungsvorrichtung oder als ein thermoelektrischer Generator bezeichnet. Diese Vorrichtung wird hauptsächlich in Stromversorgungseinheiten von drahtlosen Kommunikationsgeräten, von Raumschiffen und von nuklear betriebenen Unterseebooten sowie in einem thermoelektrischen Generator, welcher an das Abgassystem eines Fahrzeugs angebracht ist, verwendet.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die einen thermoelektrischen Generator eines Fahrzeugs darstellt.
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Wie dargestellt, weist ein thermoelektrischer Generator, der an einem Abgassystem eines Fahrzeugs 10 angebracht ist, auf: eine sechseckige Abgas-Abwärmewiedergewinnungsvorrichtung 40, durch welche heißes Abgas strömt, eine Kühlvorrichtung 30, welche außerhalb der Abgas-Abwärmewiedergewinnungsvorrichtung 40 angebracht ist und welche im Inneren von einem Kühlmittel durchströmt wird, und die Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen 20, welche in Kontakt mit der Außenseite der Abgas-Abwärmewiedergewinnungsvorrichtung 40 und der Innenseite der Kühlvorrichtung 30 stehen, um elektrischen Strom zu erzeugen, indem die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden genutzt wird.
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Im Inneren der Abgas-Abwärmewiedergewinnungsvorrichtung 40 strömt heißes Abgas und führt den thermoelektrischen Modulen 20 thermische Energie zu. Im Inneren der Kühlvorrichtung 30 ist ein Kühlrohr ausgebildet, welches die Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite der thermoelektrischen Module 20, die in Kontakt mit der Abgas-Abwärmewiedergewinnungsvorrichtung 40 stehen, und der Außenseite der thermoelektrischen Module 20, die in Kontakt mit der Kühlvorrichtung 30 stehen, erhöht. Wenn sich die Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite des thermoelektrischen Moduls 20 erhöht, steigt der Wirkungsgrad des thermoelektrischen Generators, der am Abgassystem eines Fahrzeugs angebracht ist.
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Um viel elektrische Energie mittels eines thermoelektrischen Generators zu erzeugen, d. h. um den Wirkungsgrad bei der thermoelektrischen Stromerzeugung zu steigern, muss die thermische Energie des Abgases den thermoelektrischen Modulen möglichst effizient zugeführt werden. Im herkömmlichen thermoelektrischen Generator eines Kraftfahrzeugs wird jedoch die thermische Energie des Abgases nicht ausreichend dem Hochtemperaturbauteil, d. h. einem Bauteil, welches von dem heißen Abgas mit Wärme beaufschlagt wird, zugeführt, wodurch die Ausbeuterate der thermischen Energie des Abgases sinkt und folglich der thermoelektrische Wirkungsgrad des thermoelektrischen Generators sinkt.
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Außerdem ist im herkömmlichen thermoelektrischen Generator eines Fahrzeugs die Wärmeaustauschfläche klein, obwohl die Kühlvorrichtung 30 eine große Fläche einnimmt, wodurch die Wärmezuführrate im Vergleich zur Baugröße niedrig ist und der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Stromerzeugung niedrig ist.
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Die Informationen, welche in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” offenbart sind, dienen lediglich zum besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollten nicht als Bestätigung oder in irgendeiner Weise als Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann (schon) bekannt ist, gehören.
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Kurze Erläuterung der Erfindung
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Verschiedene Aspekte der Erfindung betreffen einen kleinen thermoelektrischen Generator eines Fahrzeugs mit verbessertem Wirkungsgrad der thermoelektrischen Stromerzeugung.
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Die technischen Probleme, die zu lösen die vorliegende Erfindung ansetzt, sind nicht auf die oben genannten Probleme beschränkt, und diejenigen Probleme, die nicht genannt sind, sollen als für den Fachmann aus der Beschreibung der vorliegenden Erfindung klar ersichtlich angesehen werden.
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Als ein Aspekt der Erfindung, kann ein thermoelektrischer Generator eines Fahrzeugs aufweisen: ein Hochtemperaturbauteil (ein Bauteil, welches von heißem Abgas mit Wärme beaufschlagt wird), durch welches ein Abgasrohr hindurch verlaufend angebracht ist, wobei ein Abgas, welches von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, durch das Abgasrohr strömt, und wobei das Hochtemperaturbauteil an einer Außenwand des Abgasrohrs im Inneren eines Schalldämpfers des Fahrzeugs angebracht ist und Warme mit dem Abgas austauscht, ein Niedrigtemperaturbauteil (ein Bauteil, welches mit einem (in Relation zum Abgas) kalten Kühlmittel im Wärmeaustausch, z. B. im Kontakt, steht), welches an der Außenwand des Abgasrohrs und an einer Seite des Hochtemperaturbauteils angebracht ist und durch welches ein Kühlmittel strömt, und ein thermoelektrisches Modul, welches durch Verbinden eines p-dotierten Halbleiters und eines n-dotierten Halbleiters ausgebildet ist, wobei das thermoelektrische Modul an der Außenwand des Abgasrohrs zwischen dem Hochtemperaturbauteil und dem Niedrigtemperaturbauteil angebracht ist, so dass eine Seite davon (des thermoelektrischen Moduls) durch das Hochtemperaturbauteil erwärmt wird und die andere Seite davon (des thermoelektrischen Moduls) durch das Niedrigtemperaturbauteil gekühlt wird, um den thermoelektrischen Effekt, der durch die Temperaturdifferenz zwischen der einen und der anderen Seite des thermoelektrischen Moduls hervorgerufen wird, zu nutzen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Ferner kann das Hochtemperaturbauteil z. B. in direktem Kontakt mit dem Abgas stehen.
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Das Hochtemperaturbauteil kann aufweisen: eine erste Wärmeaustauschplatte, welche ein erstes Befestigungsloch, durch das das Abgasrohr verläuft, aufweist, wobei die erste Wärmeaustauschplatte an der Außenwand des Abgasrohrs angebracht ist, so dass eine Außenwand davon (der Wärmeaustauschplatte) mit einer Innenwand des Schalldämpfers in Eingriff steht, und eine zweite Wärmeaustauschplatte, welche ein zweites Befestigungsloch, durch das das Abgasrohr verläuft, aufweist, wobei die zweite Wärmeaustauschplatte an der Außenwand des Abgasrohrs angebracht ist, so dass die zweite Wärmeaustauschplatte mit der ersten Wärmeaustauschplatte mit einem vordefinierten Abstand dazwischen verbunden ist, wobei die erste Wärmeaustauschplatte und die zweite Wärmeaustauschplatte durch das Abgas erwärmt werden, um die eine Seite des thermoelektrischen Module zu erwärmen. Die erste und die zweite Wärmeaustauschplatte können z. B. in direktem Kontakt mit dem Abgas stehen.
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Das Niedrigtemperaturbauteil kann ein drittes Befestigungsloch in einem Zentrum davon aufweisen, durch das das Abgasrohr verläuft, und ist an der Außenwand des Abgasrohrs innerhalb des Hochtemperaturbauteils angebracht, das Niedrigtemperaturbauteil ist mit einem Kühlmitteleinlass auf einer Seite und mit einem Kühlmittelauslass auf der anderen Seite ausgestattet, wobei das Kühlmittel in den Kühlmitteleinlass einströmt und aus dem Kühlmittelausgang ausströmt.
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Das Hochtemperaturbauteil kann eine erste Wärmeaustauschplatte und eine zweite Wärmeaustauschplatte aufweisen, und das thermoelektrische Modul kann aufweisen: ein erstes thermoelektrisches Element, welches an der Außenwand des Abgasrohrs angebracht ist, und welches die Innenwand der ersten Wärmeaustauschplatte und das Niedrigtemperaturbauteil berührt, wobei das erste thermoelektrische Element ein viertes Befestigungsloch aufweisen kann, das von dem Abgasrohr durchdrungen wird, so dass eine Seite des ersten thermoelektrischen Elements durch die erste Wärmeaustauschplatte erwärmt wird und die andere Seite des ersten thermoelektrischen Elements durch das Niedrigtemperaturbauteil gekühlt wird, um elektrischen Strom mittels des thermoelektrischen Effekts, der durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Niedrigtemperaturbauteil und der ersten Wärmeaustauschplatte verursacht wird, zu erzeugen, und ein zweites thermoelektrisches Element, welches an der Außenwand des Abgasrohrs angebracht ist und welches die Innenwand der zweiten Wärmeaustauschplatte und das Niedrigtemperaturbauteil berührt, wobei das zweite thermoelektrische Element ein fünftes Befestigungsloch aufweisen kann, das von dem Abgasrohr durchdrungen wird, so dass eine Seite des zweiten thermoelektrischen Elements durch die zweite Wärmeaustauschplatte erwärmt wird und die andere Seite des zweiten thermoelektrischen Elements durch das Niedrigtemperaturbauteil gekühlt wird, um elektrischen Strom mittels des thermoelektrischen Effekts, der durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Niedrigtemperaturbauteil und der zweiten Wärmeaustauschplatte verursacht wird, zu erzeugen, und wobei das Niedrigtemperaturbauteil zwischen dem ersten thermoelektrischen Element und dem zweiten thermoelektrischen Element angeordnet ist und das erste thermoelektrische Element und das zweite thermoelektrische Element zwischen der ersten Wärmeaustauschplatte und der zweiten Wärmeaustauschplatte angeordnet sind.
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Die erste Wärmeaustauschplatte und die zweite Wärmeaustauschplatte, welche mit dem Schalldämpfer verbunden sind, werden z. B. von den (Schall-)Umlenkplatten/Prallplatten, die im Schalldämpfer ausgebildet sind, ausgebildet, so dass diese das Auspuffgeräusch/den Lärm des Abgases im Schalldämpfer verringern und zugleich eine Seite des thermoelektrischen Moduls erwärmen um elektrischen Strom zu erzeugen.
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Gemäß einem thermoelektrischen Generator eines Fahrzeugs der vorliegenden Erfindung, kann der thermoelektrische Wirkungsgrad maximiert werden, indem z. B. die thermoelektrischen Module, welche elektrischen Strom erzeugen, in direkten Kontakt mit dem Abgas gebracht sind.
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Dadurch, dass ein thermoelektrischer Generator eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung im Inneren des Schalldämpfers eines Fahrzeugs ausgebildet ist, kann der thermoelektrische Generator das Auspuffgeräusch reduzieren und zugleich thermische Energie des Abgases aufnehmen.
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Dadurch, dass der Querschnitt einer (Schall-)Umlenkplatte groß ist, wird darüber hinaus die Kontaktfläche zwischen Abgas und Kühlmittel vergrößert und der thermoelektrische Wirkungsgrad verbessert.
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Ein thermoelektrischer Generator eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung weist außerdem eine geringe Größe auf, was Vorteile bei der Einbauweise mit sich bringt, und seine Struktur ist einfach, so dass die Produktivität/produzierte Menge erhöht werden kann.
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Ferner ist die Wärmeleitfähigkeit eines thermoelektrischen Generators eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung hoch, so dass die Anzahl der verwendeten thermoelektrischen Module gering ist, und folglich, die Herstellungskosten verringert werden können und das Gesamtgewicht ebenfalls verringert werden kann.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder detaillierter ausgeführt werden.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen thermoelektrischen Generators eines Fahrzeugs.
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2 ist eine Querschnittsansicht eines thermoelektrischen Generators eines Fahrzeugs, der im Inneren eines Schalldämpfers eines Fahrzeugs angebracht ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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3 ist eine perspektivische Teilansicht eines thermoelektrischen Generators eines Fahrzeugs, der im Inneren eines Schalldämpfers eines Fahrzeugs angebracht ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines thermoelektrischen Generators eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften. darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, unter anderem z. B. konkrete Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Wiedergewinnungsumgebung vorgegeben.
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In allen Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken ist. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
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Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Vor der weiteren Betrachtung soll angemerkt sein, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Bezeichnungen und Begriffe nicht ausschließlich als die allgemeingültige oder lexikalische Bedeutung interpretiert werden sollen, sondern sie sollen in ihrer Bedeutung und Begrifflichkeit interpretiert werden, welche den technischen Ideen der vorliegenden Erfindung entsprechen, basierend auf dem Grundsatz, dass der Erfinder die Bedeutung der Bezeichnungen genau definieren kann, um seine eigene Erfindung auf bestmögliche Art und Weise zu erklären. Aus diesem Grund sind die in den Ausführungsformen und Zeichnungen dieser Beschreibung beschriebenen Gestaltungsformen lediglich die am meisten bevorzugten Ausführungsformen und sie stellen nicht die Gesamtheit der technische Ideen der vorliegenden Erfindung dar und es sollte folglich klar sein, dass es eine Vielzahl an Abwandlungen und Modifikationen gibt, die diese Ausführungsformen zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung ersetzen können.
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2 ist eine Querschnittsansicht eines thermoelektrischen Generators 100 eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher im Inneren eines Schalldämpfers (z. B. Auspufftopfs) angebracht ist. 3 ist eine perspektivische Teilansicht eines thermoelektrischen Generators 100 eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher im Inneren eines Schalldämpfers angebracht ist. 4 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines thermoelektrischen Generators 100 eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie dargestellt weist ein thermoelektrischer Generator 100 eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein Hochtemperaturbauteil 110 (ein Bauteil, welches von dem heißen Abgas mit Wärme beaufschlagt wird), welches an einem Abgasrohr 62, das durch das Innere eines Schalldämpfers 60 eines Fahrzeugs verläuft, angebracht ist, ein Niedrigtemperaturbauteil 130 (ein Bauteil, welches mit dem (in Relation zum Abgas) kalten Kühlmittel im Wärmeaustausch steht), welches im Inneren des Hochtemperaturbauteils 110 angebracht ist und in welchem eine Kühlflüssigkeit strömt, und thermoelektrische Module 120, welche zwischen dem Hochtemperaturbauteil 110 und dem Niedrigtemperaturbauteil 130 angeordnet sind und elektrischen Strom erzeugen.
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Das Hochtemperaturbauteil 110 weist eine erste Wärmeaustauschplatte 112, welche an der Außenwand des Abgasrohrs 62 angebracht ist, und eine zweite Wärmeaustauschplatte 114 auf, welche an der Außenwand des Abgasrohrs 62 in einem festen Abstand von der ersten Wärmeaustauschplatte 112 angebracht ist.
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Im Zentrum der ersten Wärmeaustauschplatte 112 ist ein erstes Befestigungsloch 113 ausgebildet, und im Zentrum der zweiten Wärmeaustauschplatte 114 ist ein zweites Befestigungsloch 115 ausgebildet, und die erste und die zweite Wärmeaustauschplatte 112, 114 sind an der Außenwand des Abgasrohrs 62 in einem festen Abstand voneinander angebracht, und die Außenwand der ersten und der zweiten Wärmeaustauschplatte 112, 114 ist mit der Innenwand des Schalldämpfers 60 verbunden.
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Die erste und die zweite Wärmeaustauschplatte 112, 114 werden durch das heiße Abgas erwärmt, welches im Inneren des Schalldämpfers strömt. Die warme erste und die warme zweite Wärmeaustauschplatte 112, 114 erwärmen die Außenwand des thermoelektrischen Module 120, und die thermische Energie des Abgases wird dem thermoelektrischen Modul 120 zugeführt.
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Das Niedrigtemperaturbauteil 130 ist zwischen der ersten und der zweiten Wärmeaustauschplatte 112, 114 angeordnet, und ein Kühlmitteleinlass 131 ist auf einer Seite der Außenwand ausgebildet, und ein Kühlmittelauslass 132, durch den das Kühlmittel aus dem Niedrigtemperaturbauteil 130 ausfließt, ist auf der anderen Seite der Außenwand ausgebildet. Im Zentrum des Niedrigtemperaturbauteils 130 ist ein drittes Befestigungsloch 133 ausgebildet, welches die gleichen Abmessungen aufweist wie das erste und das zweite Befestigungsloch 113, 115. Die Außenwand des Niedrigtemperaturbauteils 130 ist mit der Innenwand des Schalldämpfers 60 verbunden, wie im Falle der Wärmeaustauschplatten 112, 114 des Hochtemperaturbauteils 110.
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Dadurch, dass das Kühlmittel, welches im Motorkühlsystem zirkuliert, in das Niedrigtemperaturbauteil 130 durch den Kühlmitteleinlass 131 einfließt und über den Kühlmittelauslass 132 aus dem Niedrigtemperaturbauteil 130 ausfließt, kühlt es das thermoelektrische Modul 120 ab. Aufgrund dessen, dass das Kühlmittel im Inneren des Niedrigtemperaturbauteils 130 strömt und das thermoelektrische Modul 120 abkühlt, tritt eine Temperaturdifferenz zwischen der Innenwand und der Außenwand des thermoelektrischen Moduls 120 auf.
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Die thermoelektrischen Module 120 sind zwischen dem Hochtemperaturbauteil 120 und dem Niedrigtemperaturbauteil 130 angeordnet. Die thermoelektrischen Module 120 weisen ein erstes thermoelektrisches Element 122, dessen Außenwand in Kontakt steht mit der Innenwand der ersten Wärmeaustauschplatte 112 des Hochtemperaturbauteils 110, und ein zweites thermoelektrisches Element 124, dessen Außenwand in Kontakt steht mit der Innenwand der zweiten Wärmeaustauschplatte 114 des Hochtemperaturbauteils 110 auf. Das erste und das zweite thermoelektrische Element 122, 124 sind durch Verbinden eines p-dotierten Halbleiters und eines n-dotierten Halbleiters ausgebildet. Die Außenwand des ersten und des zweiten thermoelektrischen Elements 122, 124 ist mit der Innenwand des Schalldämpfers 60 verbunden, wie im Falle der ersten und der zweiten Wärmeaustauschplatte 112, 114 und des Niedrigtemperaturbauteils 130. Im Zentrum des ersten und des zweiten thermoelektrischen Elements 122, 124 sind das vierte und das fünfte Befestigungsloch 123, 125 ausgebildet, welche die gleichen Abmessungen haben wie das erste, das zweite und das dritte Befestigungsloch 113, 115, 133, und diese sind an der Außenwand des Abgasrohrs 62 angebracht.
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Zur effizienten Wärmeleitung sind das erste und das zweite thermoelektrische Element 122, 124 an die erste und die zweite Wärmeaustauschplatte 112, 114 und an das Niedrigtemperaturbauteil 130, z. B. mittels Schweißverfahren, Lötverfahren oder Klebestreifen, angebracht. Aufgrund dieser Art des Einbaus, wird die Außenwand des ersten thermoelektrischen Elements 122 und die Außenwand des zweiten thermoelektrischen Elements 124 von der Innenwand der ersten Wärmeaustauschplatte 112 und der Innenwand der zweiten Wärmeaustauschplatte 114 erwärmt. Die Innenwände des ersten und des zweiten thermoelektrischen Elements 122, 124 werden durch das Niedrigtemperaturbauteil 130 gekühlt. Auf diese Weise entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen den Innenwänden und den Außenwänden der thermoelektrischen Elemente 122, 124, und diese Temperaturdifferenz bewirkt den thermoelektrischen Effekt im Inneren der thermoelektrischen Elemente 122, 124, welcher elektrischen Strom erzeugt. Die thermoelektrischen Elemente 122, 124 sind elektrisch mit einander verbunden und sie sind außerdem mit einer Batterie des Fahrzeugs verbunden (nicht abgebildet), so dass sie die Batterie aufladen.
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Ein thermoelektrischer Generater 100 eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher die oben genannte Anordnung aufweist, kann in einer Vielzahl bzw. mehrfach im Inneren eine Schalldämpfers 60 eingebaut werden. Wenn eine Vielzahl von thermoelektrischen Generatoren 100 eines Fahrzeugs im Inneren eines Schalldämpfers 60 eingebaut sind, dann kann mehr elektrischer Strom erzeugt werden, die Kraftstoffeffizienz des Motors kann erhöht werden und das Auspuffgeräusch kann verringert werden.
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Im Folgenden werden die Anwendungen eines thermoelektrischen Generators eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wird, erläutert.
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Wenn der Motor läuft, wird das Abgas vom Motor ausgestoßen und es strömt durch das Abgasrohr 62 in den Schalldämpfer 60, und zur gleichen Zeit strömt Kühlmittel in das Niedrigtemperaturbauteil 130 durch den Kühlmitteleinlass 131 des Niedrigtemperaturbauteils 130.
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Das heiße Abgas, welches in den Schalldämpfer 60 strömt, erwärmt das Hochtemperaturbauteil 110 und die erste und die zweite Wärmeaustauschplatte 112, 114, wobei die Außenwand des ersten und des zweiten thermoelektrischen Elements 122, 124 von der ersten und der zweiten Wärmeaustauschplatte 112, 114 erwärmt wird.
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Unterdessen kühlt das Kühlmittel, welches in das Niedrigtemperaturbauteil 130 strömt, die Innenwand des ersten und des zweiten thermoelektrischen Elements 122, 124, welche in Kontakt mit der Außenwand des Niedrigtemperaturbauteils 130 steht, ab. Folglich entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen der Innenwand und der Außenwand des ersten und des zweiten thermoelektrischen Elements 122, 124. Die Temperaturdifferenz fördert die Erzeugung elektrischen Stroms im Inneren des ersten und des zweiten thermoelektrischen Elements 122, 124. Der erzeugte elektrische Strom wird dazu genutzt, die Batterien des Fahrzeugs zu laden.
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Im Inneren des Schalldämpfers 60 wird das Auspuffgeräusch verringert, während es das Hochtemperaturbauteil 110 erwärmt, und das Abgas strömt aus dem Schalldämpfer 60 durch das Abgasrohr 62 aus. Das Kühlmittel, welches die thermoelektrischen Module 120 abkühlt, während es im Inneren des Niedrigtemperaturbauteils 130 fließt, strömt durch den Kühlmittelauslass 132, welcher im Niedrigtemperaturbauteil 130 ausgebildet ist, aus dem Niedrigtemperaturbauteil 130 aus und fließt zurück ins Kühlsystem.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, können z. B. die erste Wärmeaustauschplatte und die zweite Wärmeaustauschplatte, welche so verbunden sind, dass ihre Außenwände mit der Innenwand des Schalldämpfers verbunden sind, aus den (Schall-)Umlenkplatten gebildet sein, welche im Inneren des Schalldämpfers angeordnet sind, und das Einwirken der (Schall-)Umlenkplatten hilft dabei, das Auspuffgeräusch im Schalldämpfer zu reduzieren. Falls nötig, kann z. B. die Größe und die Position der ersten Wärmeaustauschplatte und der zweiten Wärmeaustauschplatte, welche aus den (Schall-)Umlenkplatten gebildet werden, genau angepasst werden, so dass sie effektiv das erzeugte Auspuffgeräusch verringern.
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Wie vorhergehend bereits beschrieben, kann der Einfluss der (Schall-)Umlenkplatten im Inneren des Schalldämpfers außerdem bei der Reduzierung des Auspuffgeräuschs helfen, und zugleich stehen die erste bzw. die zweite Wärmeaustauschplatte jeweilig in Kontakt mit den beiden Seiten der thermoelektrischen Module und wirken als das Hochtemperaturbauteil, welches die thermoelektrischen Module aufheizt, und gemeinsam mit dem Niedrigtemperaturbauteil, in dessen Inneren das Kühlmittel strömt, kann somit elektrischer Strom durch den thermoelektrischen Effekt erzeugt werden. Folglich können zwei Effekte, Lärmreduktion und thermoelektrische Stromerzeugung, erzielt werden.
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Ferner ist der thermoelektrische Generator eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schalldämpfer eines Fahrzeugs angebracht und hilft dabei den Einbauraum zu verringern. Zugleich, verhindert er den Verlust von thermischer Energie des Abgases, indem er die thermische Energie des Abgases absorbiert, und deshalb, die Effizienz erhöht.
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Außerdem, ist die Anzahl an Bauteilen im Fahrzeug geringer, und folglich, können Herstellungskosten eingespart werden. Der Aufbau ist einfacher, so dass sich die Produktivität/produzierte Menge erhöht, und zudem wird die Kraftstoffeffizienz des Motors verbessert.
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Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „oberer, „unterer”, „innerer” und „äußerer” dazu verwendet, um Eigenschaften der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf Positionen dieser Merkmale, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben.
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Die vorhergehende Beschreibung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diente dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihrer praktischen Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2011-0135371 [0001]
