RU171447U1 - Structural diagram of an automotive thermoelectric generator with a variable geometry heat exchanger - Google Patents
Structural diagram of an automotive thermoelectric generator with a variable geometry heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- RU171447U1 RU171447U1 RU2016151641U RU2016151641U RU171447U1 RU 171447 U1 RU171447 U1 RU 171447U1 RU 2016151641 U RU2016151641 U RU 2016151641U RU 2016151641 U RU2016151641 U RU 2016151641U RU 171447 U1 RU171447 U1 RU 171447U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- teg
- internal combustion
- combustion engine
- hot heat
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
Abstract
Полезная модель относится к области рекуперации тепловой энергии отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использована для обеспечения электрической энергией узлов системы электроснабжения автомобиля с ДВС. Технический результат - повышение эффективности работы термоэлектрического генератора (ТЭГ) за счет обеспечения равномерности распределения температур по горячей стороне термоэлементов по длине теплообменника ТЭГ и поддержания температуры при изменении режима работы ДВС. Сущность: автомобильный ТЭГ с горячим теплообменником изменяемой геометрии с сечением в форме многогранника в выпускной системе отработавших газов ДВС, в котором в проточной части горячего теплообменника, по крайней мере, на одной грани горячего теплообменника установлено, по крайней мере, одно подвижное поворотное ребро, закрепленное на вращающейся оси, перпендикулярной плоскости грани горячего теплообменника и проходящей через отверстие в ней. Управление угловым положением поворотного ребра осуществляется через наружный конец оси. 2 ил.The utility model relates to the field of recovery of thermal energy of exhaust gases (OG) of an internal combustion engine (ICE) and direct conversion of thermal energy into electrical energy and can be used to provide electrical energy to the nodes of the power supply system of a vehicle with internal combustion engine. The technical result is an increase in the efficiency of the thermoelectric generator (TEG) by ensuring uniform temperature distribution along the hot side of the thermocouples along the length of the TEG heat exchanger and maintaining the temperature when changing the operating mode of the internal combustion engine. SUBSTANCE: automobile TEG with a hot heat exchanger of variable geometry with a cross section in the form of a polyhedron in the exhaust system of exhaust gases of an internal combustion engine, in which at least one movable rotary fin is mounted on the flow part of the hot heat exchanger, at least on one face of the hot heat exchanger, fixed on a rotating axis perpendicular to the plane of the face of the hot heat exchanger and passing through the hole in it. The angular position of the rotary rib is controlled through the outer end of the axis. 2 ill.
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к области рекуперации тепловой энергии отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использована для обеспечения электрической энергией узлов системы электроснабжения автомобиля с ДВС.The utility model relates to the field of recovery of thermal energy of exhaust gases (OG) of an internal combustion engine (ICE) and direct conversion of thermal energy into electrical energy and can be used to provide electrical energy to the nodes of the power supply system of a vehicle with internal combustion engine.
Уровень техникиState of the art
Известна конструкция (патентная заявка США US 20130340801 Thermoelectric Power Generation System Using Gradient Heat Exchanger (МПК H01L 35/30, опубликовано 2013-12-26)) термоэлектрического генератора (ТЭГ) с градиентным теплообменником.Known design (patent application US US 20130340801 Thermoelectric Power Generation System Using Gradient Heat Exchanger (IPC H01L 35/30, published 2013-12-26)) thermoelectric generator (TEG) with a gradient heat exchanger.
Недостатком данной конструкции являются большие геометрические размеры и эффективность работы только в узком диапазоне скоростей течения газа.The disadvantage of this design is the large geometric dimensions and operating efficiency only in a narrow range of gas flow rates.
Также известно устройство с теплообменником для ТЭГ автомобиля (патент РФ 2566209, МПК F01N 3/04, F01N 5/02, Опубликовано: 20.10.2015), использующего преимущественно кольцевые термоэлектрические батареи, расположенные вокруг труб теплообменника, в котором предусмотрен байпас и различные конструкции для дополнительного завихрения потока и интенсификации теплообмена.It is also known a device with a heat exchanger for a car TEG (RF patent 2566209, IPC F01N 3/04, F01N 5/02, Published: 10/20/2015), which uses mainly ring thermoelectric batteries located around the tubes of the heat exchanger, which has a bypass and various designs for additional swirling flow and intensification of heat transfer.
Недостатком данной конструкции является отсутствие средств поддержания равной температуры по длине ТЭГ и при установившемся режиме работы ДВС и, тем более, при изменяющихся режимах работы ДВС.The disadvantage of this design is the lack of means to maintain equal temperature along the length of the TEG and with the steady-state mode of operation of the internal combustion engine and, especially, with changing operating modes of the internal combustion engine.
Также известна конструкция ТЭГ для автомобиля с ДВС (патент США US 5625245 Thermoelectric generator for motor vehicle (МПК H01L 35/00; H02N 3/00, опубликовано: 1997-04-29)), выбранного в качестве прототипа, состоящего из горячего теплообменника преимущественно восьмигранной формы с цилиндрическим корпусом в виде трубы, которая является опорой для пружин, используемых для прижима термоэлементов.Also known is the design of a TEG for a car with an internal combustion engine (US patent US 5625245 Thermoelectric generator for motor vehicle (IPC H01L 35/00; H02N 3/00, published: 1997-04-29)), selected as a prototype consisting primarily of a hot heat exchanger an octagonal shape with a cylindrical body in the form of a pipe, which is a support for the springs used to clamp the thermocouples.
Недостатком этой конструкции также является сложность обеспечения равномерности температур на горячей стороне термоэлектробатарей, а также невозможность адаптации под изменяющийся режим работы ДВС автомобиля.The disadvantage of this design is also the difficulty of ensuring uniform temperature on the hot side of thermoelectric batteries, as well as the inability to adapt to the changing operating mode of the internal combustion engine of a car.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы ТЭГ для ДВС транспортных средств за счет обеспечения равномерности распределения температур по горячей стороне термоэлементов по длине теплообменника ТЭГ и поддержании температуры при изменении режима работы ДВС.The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency of the TEG for ICE vehicles by ensuring uniform temperature distribution along the hot side of the thermocouples along the length of the TEG heat exchanger and maintaining the temperature when changing the mode of operation of the ICE.
Технический результат достигается тем, что предлагается конструктивная схема автомобильного ТЭГ с горячим теплообменником изменяемой геометрии с сечением в форме многогранника в выпускной системе отработавших газов ДВС, в которой в проточной части горячего теплообменника, по крайней мере, на одной грани горячего теплообменника установлено, по крайней мере, одно подвижное поворотное ребро, закрепленное на вращающейся оси, перпендикулярной плоскости грани горячего теплообменника и проходящей через отверстие в ней, причем управление угловым положением поворотного ребра осуществляется через наружный конец оси.The technical result is achieved by the fact that a structural scheme of an automobile TEG with a hot heat exchanger of variable geometry with a cross section in the form of a polyhedron in the exhaust system of the engine exhaust gas is proposed, in which at least one face of the hot heat exchanger has at least one face of the hot heat exchanger installed , one movable rotary rib mounted on a rotating axis perpendicular to the plane of the face of the hot heat exchanger and passing through the hole in it, and control sexually-position of the rotary fin through the outer end of the shaft.
Перечень фигурList of figures
На фиг. 1 представлен боковой разрез ТЭГ с показом конструкции поворотных ребер.In FIG. 1 shows a side section of a TEG showing the design of the rotary ribs.
На фиг. 2 представлен общий вид ТЭГ в изометрии с частичным разрезом для показа возможного положения поворотных ребер.In FIG. Figure 2 shows a general view of a TEG in isometric view with a partial section to show the possible position of the turning ribs.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
ТЭГ, показанный на фиг. 1, 2, состоит из горячего теплообменника 1 с вытеснителем 2, термоэлектрических модулей 3, поверх которых располагаются холодные теплообменники 4. Внутри горячего теплообменника изменяемой геометрии с сечением в форме выпуклого многогранника располагаются поворотные ребра 5 (по отдельности или в рядах от начала до конца ТЭГ), закрепленные на вращающихся осях 6, проходящих через отверстия в горячем теплообменнике.The TEG shown in FIG. 1, 2, consists of a
Особенностью ДВС транспортных средств является необходимость работы в широком диапазоне оборотов и нагрузок. Следствием являются изменяемые в широком диапазоне температура и расход отработавших газов. Теплообменник ТЭГ должен обеспечивать достаточную температуру на горячей стороне ТЭГ, а также равномерность температур по длине ТЭГ. В стационарных условиях работы ДВС эти требования обеспечиваются за счет применения теплообменников с переменным по длине оребрением. Недостатком таких конструкций является неэффективность их работы при переменном режиме работы ДВС.A feature of ICE vehicles is the need to work in a wide range of revolutions and loads. The consequence is variable over a wide range of temperature and exhaust gas flow. The TEG heat exchanger must provide a sufficient temperature on the hot side of the TEG, as well as the uniformity of temperatures along the length of the TEG. Under stationary conditions of ICE operation, these requirements are ensured by the use of heat exchangers with fins variable in length. The disadvantage of such structures is the inefficiency of their work with a variable mode of internal combustion engine operation.
Для ДВС транспортных средств с переменным режимом работы предлагается адаптивная конструкция теплообменника, обеспечивающая поддержание достаточной температуры и равномерности температур по длине ТЭГ при изменяющихся температуре и расходе отработавших газов.For ICE vehicles with a variable operating mode, an adaptive heat exchanger design is proposed, which ensures the maintenance of a sufficient temperature and uniformity of temperature along the TEG along with changing temperature and exhaust gas flow.
Предлагаемый теплообменник имеет подвижные поворотные ребра, каждое из которых в своем центре закреплено на вращающейся оси. Ось проходит через отверстие в грани теплообменника. Вращение ребра осуществляется за внешний конец оси. Если ребра расположены в одном ряду, внешние концы их осей могут быть механически совмещены, так как из-за симметрии конструкции ребра следует поворачивать на одинаковые углы.The proposed heat exchanger has a movable rotary fins, each of which in its center is mounted on a rotating axis. The axis passes through an opening in the face of the heat exchanger. The rotation of the ribs is carried out at the outer end of the axis. If the ribs are located in the same row, the outer ends of their axes can be mechanically aligned, because, due to the symmetry of the structure, the ribs should be rotated at the same angles.
Вращение на оси ребер может передаваться за счет зубчатого зацепления, для этого на конце оси может быть установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с зубчатым кольцом. Так как нет необходимости совершать полный оборот оси ребра, вместо зубчатого зацепления могут использоваться другие простые и надежные передаточные механизмы. Также в альтернативном случае каждая ось может обладать индивидуальным приводом, например, с помощью электромоторов.The rotation on the axis of the ribs can be transmitted due to gear engagement, for this purpose a gear wheel can be installed at the end of the axis, which is meshed with the gear ring. Since there is no need to complete a full rotation of the axis of the rib, other simple and reliable gears can be used instead of gearing. Also, in the alternative case, each axis can have an individual drive, for example, using electric motors.
В режиме, когда все поворотные ребра расположены параллельно потоку движения отработавших газов, создается минимальное газодинамическое сопротивление, но при этом теплоотдача от отработавших газов также минимальная, что приводит к снижению температуры стенки. Увеличение угла между направлением ребра и продольной осью ТЭГ приводит к возрастанию сопротивления, увеличению турбулентности, закрутке потока и, как следствие, повышению теплоотдачи от отработавших газов к стенке горячего теплообменника. Чем больше угол поворота ребра, тем интенсивнее теплоотдача. Таким образом, повышение температуры стенки горячего теплообменника возможно за счет увеличения угла поворота ребра, а поддержание равномерности температуры по длине ТЭГ возможно за счет увеличения угла поворота рядов ребер от начала к концу ТЭГ. Регулировка угла расположения ребра с внешней стороны ТЭГ может быть осуществлена и во время работы ТЭГ. За счет этого конфигурация проточной части генератора может адаптироваться под изменяющиеся условия течения отработавших газов в переменных режимах работы ДВС.In the mode when all the turning ribs are parallel to the flow of exhaust gases, a minimum gas-dynamic resistance is created, but the heat transfer from the exhaust gases is also minimal, which leads to a decrease in the wall temperature. An increase in the angle between the direction of the rib and the longitudinal axis of the TEG leads to an increase in resistance, an increase in turbulence, a swirl of the flow, and, as a result, an increase in heat transfer from the exhaust gases to the wall of the hot heat exchanger. The greater the angle of rotation of the ribs, the more intense the heat transfer. Thus, increasing the wall temperature of the hot heat exchanger is possible by increasing the angle of rotation of the ribs, and maintaining uniformity of temperature along the length of the TEG is possible by increasing the angle of rotation of the rows of ribs from the beginning to the end of the TEG. Adjustment of the angle of the rib on the outside of the TEG can be carried out during the operation of the TEG. Due to this, the configuration of the flow part of the generator can adapt to the changing conditions of the flow of exhaust gases in variable modes of internal combustion engine operation.
Механизм, отвечающий за поворот ребер, может обеспечивать достаточное быстродействие и точность позиционирования и может реагировать на изменение режима работы ДВС. При работе ДВС на холостом ходу или на режимах с низкой нагрузкой ребра могут быть повернуты на большие углы, увеличивающиеся от начала к концу ТЭГ. За счет этого может поддерживаться достаточно высокая температура на горячей стороне теплообменника и равномерность температур по длине грани. С увеличением нагрузки на двигатель и возрастанием расхода и температуры отработавших газов угол поворота ребер может быть уменьшен для снижения создаваемого газодинамического сопротивления. Также может быть уменьшена разность углов поворота первого и последнего рядов поворотных ребер, так как с увеличением теплового потока уменьшается величина остывания отработавших газов при прохождении через ТЭГ. При дальнейшем увеличении нагрузки на ДВС и последующем увеличении температуры и расхода отработавших газов угол поворота ребер может быть уменьшен до нуля, уменьшая сопротивление, снижая теплоотдачу и, таким образом, предотвращая перегрев термоэлектрических батарей.The mechanism responsible for the rotation of the ribs can provide sufficient speed and positioning accuracy and can respond to changes in the internal combustion engine operation mode. When the engine is idling or at low load, the ribs can be rotated at large angles, increasing from the beginning to the end of the TEG. Due to this, a sufficiently high temperature on the hot side of the heat exchanger and temperature uniformity along the face can be maintained. With an increase in engine load and an increase in the flow rate and temperature of the exhaust gases, the angle of rotation of the ribs can be reduced to reduce the created gas-dynamic resistance. The difference in the angles of rotation of the first and last rows of rotary ribs can also be reduced, since the cooling of the exhaust gases when passing through the TEG decreases with an increase in the heat flux. With a further increase in the load on the internal combustion engine and a subsequent increase in temperature and exhaust gas flow, the angle of rotation of the ribs can be reduced to zero, reducing resistance, reducing heat transfer and, thus, preventing overheating of thermoelectric batteries.
Возможное угловое положение ребер, обеспечивающее выравнивание температур и увеличение теплоотдачи представлено на фиг. 2.A possible angular position of the ribs, providing temperature equalization and increased heat transfer, is shown in FIG. 2.
Предлагаемая конструктивная схема ТЭГ разработана в ходе выполнения прикладных научных исследований (ПНИ) в рамках Соглашения о предоставлении субсидии №14.577.21.0113 между Министерством образования и науки Российской Федерации и МГТУ им. Н.Э. Баумана.The proposed design of the TEG was developed during the implementation of applied scientific research (PNI) under the Agreement on the provision of subsidies No. 14.577.21.0113 between the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and MSTU. N.E. Bauman.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151641U RU171447U1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Structural diagram of an automotive thermoelectric generator with a variable geometry heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151641U RU171447U1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Structural diagram of an automotive thermoelectric generator with a variable geometry heat exchanger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU171447U1 true RU171447U1 (en) | 2017-06-02 |
Family
ID=59032869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016151641U RU171447U1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Structural diagram of an automotive thermoelectric generator with a variable geometry heat exchanger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU171447U1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625245A (en) * | 1993-10-19 | 1997-04-29 | Bass; John C. | Thermoelectric generator for motor vehicle |
US20050172993A1 (en) * | 2004-02-05 | 2005-08-11 | Kouji Shimoji | Thermoelectric generator for internal combustion engine |
UA71613U (en) * | 2011-11-24 | 2012-07-25 | Институт Термоэлектричества Национальной Академии Наук И Министерства Образования И Науки Украины | Thermoelectric automobile alternator |
WO2015004486A1 (en) * | 2013-07-12 | 2015-01-15 | European Thermodynamics Ltd | Thermoelectric generator |
RU2563305C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Thermoelectric automotive alternator |
RU2566209C2 (en) * | 2011-04-13 | 2015-10-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Device with heat exchanger for vehicle thermoelectric generator |
-
2016
- 2016-12-27 RU RU2016151641U patent/RU171447U1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625245A (en) * | 1993-10-19 | 1997-04-29 | Bass; John C. | Thermoelectric generator for motor vehicle |
US20050172993A1 (en) * | 2004-02-05 | 2005-08-11 | Kouji Shimoji | Thermoelectric generator for internal combustion engine |
RU2566209C2 (en) * | 2011-04-13 | 2015-10-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Device with heat exchanger for vehicle thermoelectric generator |
UA71613U (en) * | 2011-11-24 | 2012-07-25 | Институт Термоэлектричества Национальной Академии Наук И Министерства Образования И Науки Украины | Thermoelectric automobile alternator |
WO2015004486A1 (en) * | 2013-07-12 | 2015-01-15 | European Thermodynamics Ltd | Thermoelectric generator |
RU2563305C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Thermoelectric automotive alternator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4639542A (en) | Modular thermoelectric conversion system | |
US5625245A (en) | Thermoelectric generator for motor vehicle | |
Baatar et al. | A thermoelectric generator replacing radiator for internal combustion engine vehicles | |
ES2062837T3 (en) | PROCEDURE FOR THE COOLING OF PROPULSION COMPONENTS AND FOR THE HEATING OF A ROOM OF AN AUTOMOBILE, IN PARTICULAR OF AN ELECTRIC AUTOMOBILE AND INSTALLATION FOR THE PERFORMANCE OF SUCH PROCEDURE. | |
US20130152562A1 (en) | Thermoelectric generator of vehicle | |
US9741917B2 (en) | Thermoelectric module apparatus | |
CN105121978A (en) | Co-fired absorption system generator | |
EP3020077B1 (en) | Thermoelectric generator | |
EA023220B1 (en) | Temperature differential engine device | |
RU2697406C1 (en) | Air heating device | |
CN1794557A (en) | Engine exhaust pipe residual heat generating method and its device | |
RU171447U1 (en) | Structural diagram of an automotive thermoelectric generator with a variable geometry heat exchanger | |
WO2016002711A1 (en) | Waste heat regeneration system | |
CN108493322A (en) | The thermocouple unit of annular thermoelectric material electric organ and annular thermoelectric material electric organ | |
JP2006207441A (en) | Shape-memory alloy engine | |
US11371393B2 (en) | Arrangement for converting thermal energy from lost heat of an internal combustion engine | |
RU162072U1 (en) | THERMOELECTRIC GENERATOR | |
RU2606300C1 (en) | Thermoelectric generator in internal combustion engine exhaust gases exhaust system | |
KR20180043036A (en) | Thermoelectric generator of vehicle | |
KR20150000305A (en) | Thermoelectric generator using of waste heat of exhaust gas of engine | |
KR101679954B1 (en) | Thermoelectric generator | |
KR101340849B1 (en) | Thermoelectric generator of vehicle | |
CN206023618U (en) | A kind of residual heat of tail gas of automobile temperature difference electricity generation device of employing phase-change material | |
CN102769414A (en) | Round thermoelectric generator of automobile exhaust semiconductor | |
KR20130039149A (en) | Annular thermoelectric generator which surrounds external exhaust pipe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190128 Effective date: 20190128 |