SE0950694A1 - Thermoelectric generator system - Google Patents
Thermoelectric generator systemInfo
- Publication number
- SE0950694A1 SE0950694A1 SE0950694A SE0950694A SE0950694A1 SE 0950694 A1 SE0950694 A1 SE 0950694A1 SE 0950694 A SE0950694 A SE 0950694A SE 0950694 A SE0950694 A SE 0950694A SE 0950694 A1 SE0950694 A1 SE 0950694A1
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- teg
- waste heat
- thermoelectric generator
- energy storage
- generator system
- Prior art date
Links
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 102
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 73
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910018321 SbTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 claims description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 2
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- -1 salt hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
- F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- H01L35/30—
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
Uppfinningen hänför sig till ett termoelektriskt generatorsystem (TEG-system) för utvinning av elektricitet ur ett spillvärmemedium i en spillvärmeledning i ett fordon,varvid systemet innefattar: - en TEG-enhet innefattande ett eller flera energilagringsskikt som är anpassat attlagra värmeenergi och som är anordnat direkt mot spillvärmeledningen, varvidvärmeenergi från spillvärmemediet lagras i nämnda energilagringsskikt; ett ellerflera termoelektriska generatorskikt (TEG-skikt) anpassade att omvandlavärmeenergi till elektricitet och som är anordnat direkt mot energilagringsskiktet;och - en by-passenhet innefattande en by-passledning som är förbunden medspillvärmeledningen via en reglerbar ventilanordning sä att allt eller delar avspillvärmemediet kan ledas förbi TEG-enheten i by-passledningen, och enventilstyrenhet som är anpassad att reglera ventilanordningen då förutbestämdavillkor är uppfyllda. (Figur 1) The invention relates to a thermoelectric generator system (TEG system) for extracting electricity from a waste heat medium in a waste heat line in a vehicle, the system comprising: - a TEG unit comprising one or more energy storage layers which are adapted to store heat energy and which are arranged directly against the waste heat line, wherein heat energy from the waste heat medium is stored in said energy storage layer; one or more thermoelectric generator layers (TEG layers) adapted to convert heat energy into electricity and arranged directly against the energy storage layer, and - a bypass unit comprising a bypass line connected to the waste heat line via an adjustable valve device so that all or part of the waste heat medium can be passed by The TEG unit in the bypass line, and a valve control unit which is adapted to regulate the valve device when predetermined conditions are met. (Figure 1)
Description
I ansökningen WO 2007/002891 beskrivs en lösning på detta problem för fordon, som går ut på att använda en värmeväxlare som överför värmen från spillvärmemediet genom en värmeväxlare till en mellanliggande loop där en termoelektrisk generatormodul sitter. Systemets användning av en mellanliggande loop medför dock att det tar stort utrymme. Application WO 2007/002891 describes a solution to this problem for vehicles, which involves using a heat exchanger which transfers the heat from the waste heat medium through a heat exchanger to an intermediate loop where a thermoelectric generator module is located. The system's use of an intermediate loop, however, means that it takes up a lot of space.
I ansökningen WO 2008/025701 beskrivs en termoelektrisk anordning som är anpassad att användas i motorfordon och innefattar ett termoelektriskt generatorelement och medel för att begränsa temperaturen på elementet. För att begränsa temperaturen på TEG-elementet används ett arbetsmedium mellan TEG-elementet och värmekällan. Arbetsmediet kan smälta och när temperaturen på värmekällan stiger mer än smälttemperaturen på arbetsmediet, så smälter detta delvis och temperaturen pä elementet blir möjligt att hålla relativt konstant.Application WO 2008/025701 describes a thermoelectric device which is adapted for use in motor vehicles and comprises a thermoelectric generator element and means for limiting the temperature of the element. To limit the temperature of the TEG element, a working medium is used between the TEG element and the heat source. The working medium can melt and when the temperature of the heat source rises more than the melting temperature of the working medium, this melts partially and the temperature of the element becomes possible to keep relatively constant.
Syftet med uppfinningen är att tillhandahålla ett förbättrat termoelektriskt system som ökar fordonets totala verkningsgrad, och även skyddar TEG-elementen mot för höga temperaturer.The object of the invention is to provide an improved thermoelectric system which increases the overall efficiency of the vehicle, and also protects the TEG elements against excessive temperatures.
Sammanfattninq av uppfinninqen Det ovan beskrivna syftet uppnås genom ett termoelektriskt generatorsystem (TEG-system) för att utvinna elektricitet ur ett spillvärmemedium i en spillvärmeledning i ett fordon. Systemet innefattar: - en TEG-enhet innefattande: - ett eller flera energilagringsskikt som är anpassat att lagra värmeenergi och som är anordnat direkt mot spillvärmeledningen, varvid värmeenergi från spillvärmemediet lagras i nämnda energilagringsskikt; - ett eller flera termoelektriska generatorskikt (TEG-skikt) anpassade att omvandla värmeenergi till elektricitet och som är anordnat direkt mot energilagringsskiktet; - en by-passenhet innefattande: 3 - en by-passledning som är förbunden med spillvärmeledningen via en reglerbar ventilanordning så att allt eller delar av spillvärmemediet kan ledas förbi TEG-enheten i by-passledningen; - en ventilstyrenhet som är anpassad att reglera ventilanordningen då förutbestämda villkor är uppfyllda.Summary of the Invention The above-described object is achieved by a thermoelectric generator system (TEG system) for extracting electricity from a waste heat medium in a waste heat line in a vehicle. The system comprises: - a TEG unit comprising: - one or more energy storage layers which are adapted to store heat energy and which are arranged directly against the waste heat line, wherein heat energy from the waste heat medium is stored in said energy storage layer; one or more thermoelectric generator layers (TEG layers) adapted to convert heat energy into electricity and arranged directly against the energy storage layer; a by-pass unit comprising: 3 - a by-pass line which is connected to the waste heat line via a controllable valve device so that all or parts of the waste heat medium can be led past the TEG unit in the by-pass line; a valve control unit which is adapted to regulate the valve device when predetermined conditions are met.
Genom att använda ett energilagringsskikt kan värmen som alstras från spillvärmemediet tas upp av energilagringsskiktet innan det när TEG-skiktet.By using an energy storage layer, the heat generated from the waste heat medium can be absorbed by the energy storage layer before it reaches the TEG layer.
Spillvärmen i spillvärmemediet genereras i de flesta fall inte kontinuerligt, och genom att ha ett energilagringsskikt kan elektricitet alstras även när spillvärmemediet inte tillför någon värme. På så sätt blir genereringen av elektricitet jämnare under varierande körförhållanden. Temperaturen på värmen som når TEG-skiktet kan också hållas nere, vilket gör att TEG-skiktet inte behöver dimensioneras för att klara av spillvärmemediets maximala temperatur. Detta medför att TEG-enheten tar mindre plats och kan användas vid fler tillämpningar i exempelvis trånga utrymmen, och också att kostnaden för att producera enheten blir mindre eftersom färre TEG-moduler behöver användas. Genereringen av elektricitet blir då också effektivare, eftersom TEG-skiktet kan dimensioneras efter ett mindre innefattande temperaturområde.The waste heat in the waste heat medium is in most cases not generated continuously, and by having an energy storage layer, electricity can be generated even when the waste heat medium does not supply any heat. In this way, the generation of electricity becomes smoother under varying driving conditions. The temperature of the heat reaching the TEG layer can also be kept low, which means that the TEG layer does not need to be dimensioned to cope with the maximum temperature of the waste heat medium. This means that the TEG unit takes up less space and can be used in more applications in, for example, cramped spaces, and also that the cost of producing the unit is less because fewer TEG modules need to be used. The generation of electricity then also becomes more efficient, since the TEG layer can be dimensioned for a less extensive temperature range.
Fordonets totala verkningsgrad kan således öka genom att energi från spillvärme tas tillvara och återanvänds i applikationer i fordonet, exempelvis till att förbrukas direkt av fordonets elektriskt drivna aggregat eller ladda ett batteri.The vehicle's overall efficiency can thus increase by utilizing energy from waste heat and reusing it in applications in the vehicle, for example to be consumed directly by the vehicle's electrically powered unit or to charge a battery.
Genom att ha en by-passenhet kan spillvärmemediet ledas förbi TEG-enheten när temperaturen på spillvärmemediet blir för hög för att kunna hanteras av TEG- enheten. En annan fördel är att avgasmottrycket kan minskas i vissa körsituationer.By having a by-pass unit, the waste heat medium can be led past the TEG unit when the temperature of the waste heat medium becomes too high to be handled by the TEG unit. Another advantage is that the exhaust back pressure can be reduced in certain driving situations.
Föredragna utföringsformer beskrivs i de beroende kraven och i den detaljerade beskrivningen. 4 Kort beskrivninq av de bifoqade fiqurerna Nedan kommer uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de bifogade figurerna, av vilka: Figur 1 illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av ett termoelektriskt generatorsystem enligt en utföringsform av uppfinningen.Preferred embodiments are described in the dependent claims and in the detailed description. Brief Description of the Attached Figures The invention will be described below with reference to the accompanying figures, of which: Figure 1 illustrates a longitudinal cross-sectional view of a thermoelectric generator system according to an embodiment of the invention.
Figur 2 visar ett blockschema av ventilstyrenheten enligt en uföringsform av uppfinningen.Figure 2 shows a block diagram of the valve control unit according to an embodiment of the invention.
Figur 3 illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt en utföringsform.Figure 3 illustrates a longitudinal cross-sectional view of a TEG unit according to an embodiment.
Figur 4A illustrerar TEG-enheten i figur 3 sett i tvärsnitt enligt en utföringsform.Figure 4A illustrates the TEG unit of Figure 3 seen in cross section according to an embodiment.
Figur 4B illustrerar TEG-enheten sett i tvärsnitt figur 3 enligt en annan utföringsform.Figure 4B illustrates the TEG unit seen in cross section in Figure 3 according to another embodiment.
Figur 4C illustrerar TEG-enheten i figur 3 sett i tvärsnitt enligt en ytterligare utföringsform.Figure 4C illustrates the TEG unit of Figure 3 seen in cross section according to a further embodiment.
Figur 5A illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt en annan utföringsform.Figure 5A illustrates a longitudinal cross-sectional view of a TEG unit according to another embodiment.
Figur 5B illustrerar figur 5A sett i tvärsnitt enligt en utföringsform.Figure 5B illustrates Figure 5A seen in cross section according to an embodiment.
Figur 6A illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt en ytterligare utföringsform.Figure 6A illustrates a longitudinal cross-sectional view of a TEG unit according to a further embodiment.
Figur 6B illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt ännu en utföringsform.Figure 6B illustrates a longitudinal cross-sectional view of a TEG unit according to yet another embodiment.
Figur 7 visar ett diagram över hur temperaturen i TEG-skiktet förändras över tiden, då ett energilagringsskikt med ett fasomvandlingsmaterial används.Figure 7 shows a diagram of how the temperature in the TEG layer changes over time, when an energy storage layer with a phase conversion material is used.
Detalierad beskrivninq av föredraqna utförinqsformer av uppfinningen I figur 1 illustreras ett termoelektriskt generatorsystem (TEG-system) 1 för användning till utvinning av elektricitet ur ett spillvärmemedium 2 i en spillvärmeledning 3. TEG-systemet används företrädesvis i ett fordon, men även andra användningsområden är naturligtvis möjliga inom ramen för uppfinningen, t.ex. fartyg, flygplan, tåg etc. TEG-systemet 1 är uppbyggt av två enheter. Den första enheten är en TEG-enhet 4 som innefattar ett eller flera energilagringsskikt som är anpassade att lagra värmeenergi och som är anordnade direkt mot spillvärmeledningen 3. När ett medium sedan flödar i spillvärmeledningen 3, så lagras värmeenergi från spillvärmemediet 2 i energilagringsskiktet 5. TEG- enheten 4 innefattar även ett eller flera termoelektriska generatorskikt (TEG-skikt) 6 anpassade att omvandla värmeenergi till elektricitet och som är anordnade direkt mot energilagringsskiktet 5. TEG-skiktet 6 tar alltså upp värme från energilagringsskiktet 5, och omvandlar detta till elektricitet.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION Figure 1 illustrates a thermoelectric generator system (TEG system) 1 for use in recovering electricity from a waste heat medium 2 in a waste heat line 3. The TEG system is preferably used in a vehicle, but other uses are of course also possible within the scope of the invention, e.g. ships, aircraft, trains, etc. The TEG system 1 is made up of two units. The first unit is a TEG unit 4 which comprises one or more energy storage layers which are adapted to store heat energy and which are arranged directly against the waste heat line 3. When a medium then flows in the waste heat line 3, heat energy from the waste heat medium 2 is stored in the energy storage layer 5. TEG the unit 4 also comprises one or more thermoelectric generator layers (TEG layers) 6 adapted to convert heat energy into electricity and which are arranged directly against the energy storage layer 5. The TEG layer 6 thus absorbs heat from the energy storage layer 5, and converts this into electricity.
TEG-skiktet är enligt en utföringsform uppbyggt av ett flertal TEG-moduler som i sin tur innefattar ett flertal TEG-element var. Ett TEG-element fungerar genom den s.k. Seebeck-effekten som gör det möjligt att ombilda temperaturdifferenser direkt till elektricitet.According to one embodiment, the TEG layer is built up of a plurality of TEG modules, which in turn comprise a plurality of TEG elements each. A TEG element works through the so-called The Seebeck effect that makes it possible to convert temperature differences directly into electricity.
Den andra enheten i systemet 1 är en by-passenhet 8 som innefattar en by- passledning 9 som är förbunden med spillvärmeledningen 3 via en reglerbar ventilanordning 10 så att allt eller delar av spillvärmemediet 2 kan ledas förbi TEG-enheten 4 i by-passledningen 9. By-passledningen 9 är ansluten till spillvärmeledningen 3 på lämpligt sätt, exempelvis genom svetsning eller formgjutning. By-passenheten 8 innefattar även en ventilstyrenhet som är anpassad att reglera ventilanordningen 10 då förutbestämda villkor är uppfyllda.The second unit in the system 1 is a bypass unit 8 which comprises a bypass line 9 which is connected to the waste heat line 3 via a controllable valve device 10 so that all or parts of the waste heat medium 2 can be led past the TEG unit 4 in the bypass line 9 The by-pass line 9 is connected to the waste heat line 3 in a suitable manner, for example by welding or molding. The bypass unit 8 also comprises a valve control unit which is adapted to regulate the valve device 10 when predetermined conditions are met.
Ventilanordningen 10 innefattar företrädesvis en ventil som är gradvis reglerbar för att kunna släppa in ett bestämt flöde av spillvärmemedia 2 i by-passledningen 9. Således kan systemet reglera flödet av spillvärmemedia 2 in i by-passledningen för att skydda TEG-elementen i TEG-skiktet 5.The valve device 10 preferably comprises a valve which is gradually controllable in order to be able to let a certain flow of waste heat media 2 into the by-pass line 9. Thus, the system can regulate the flow of waste heat media 2 into the by-pass line to protect the TEG elements in the TEG layer. 5.
I spillvärmeledningen 3 finns det företrädesvis flänsar (visas inte) eller liknande som överför värme från spillvärmemediet 2 till energilagringsskiktet 5.In the waste heat line 3 there are preferably flanges (not shown) or the like which transfer heat from the waste heat medium 2 to the energy storage layer 5.
För att få en temperaturskillnad i TEG-skiktet 6 innefattar systemet 1 företrädesvis en kylanordning 7 placerad i anslutning till TEG-skiktet 6 för kylning av detta.In order to obtain a temperature difference in the TEG layer 6, the system 1 preferably comprises a cooling device 7 placed adjacent to the TEG layer 6 for cooling it.
Kylanordningen 7 kan utformas på ett flertal sätt, exempelvis kan den innefatta kylflänsar för luftkylning eller en mantel i vilken en kylvätska passerar. 6 Företrädesvis så kyls dock hela TEG-skiktets sida som är vänd mot kylanordningen 7 av kylanordningen 7.The cooling device 7 can be designed in a number of ways, for example it can comprise cooling flanges for air cooling or a jacket in which a coolant passes. Preferably, however, the entire side of the TEG layer facing the cooling device 7 is cooled by the cooling device 7.
En uppsättning förutbestämda villkor anger alltså hur flödet av spillvärmemedia 2 ska regleras i systemet 1. Enligt en utföringsform så innefattar de förutbestämda villkoren temperaturvillkor för temperaturen på något eller flera av spillvärmemediet 2, energilagringsskiktet 5, TEG-skiktet 6 och kylanordningen 7, varvid ventilstyrenheten är anpassad att sända ut en styrsignal y till ventilanordningen 10 att reglera ventilen och styra en del eller hela flödet genom by-passledningen 9 då ett eller flera temperaturvillkor är uppfyllda. Genom att observera någon eller några av de ovan nämnda temperaturerna och styra ventilanordningen 10 därefter, så kan TEG-elementen i TEG-skiktet 6 skyddas mot för höga temperaturer som kan skada TEG-elementen. Energilagringsskiktet kan även skyddas mot spillvärmemedium 2 med för låga temperaturer, som istället för att värma upp energilagringsskiktet 5, kyler ner det. Enligt en utföringsform så innefattar således ett temperaturvillkor att om temperaturen på spillvärmemediet 2 understiger temperaturen på energilagringsskiktet 5, så är ventilstyrenheten anpassad att sända ut en styrsignal y till ventilanordningen 10 att öppna ventilen och styra en del eller hela flödet genom by-passledningen 9. På så sätt kan det kallare spillvärmemediet 2 ledas förbi TEG-enheten 4, så att spillvärmemediet 2 inte sänker temperaturen på energilagringsskiktet 5.A set of predetermined conditions thus indicates how the flow of waste heat media 2 is to be regulated in the system 1. According to one embodiment, the predetermined conditions comprise temperature conditions for the temperature of one or more of the waste heat medium 2, the energy storage layer 5, the TEG layer 6 and the cooling device 7. adapted to send a control signal y to the valve device 10 to regulate the valve and control part or all of the flow through the bypass line 9 when one or fl your temperature conditions are met. By observing one or more of the above-mentioned temperatures and controlling the valve device 10 accordingly, the TEG elements in the TEG layer 6 can be protected against too high temperatures which can damage the TEG elements. The energy storage layer can also be protected against waste heat medium 2 with too low temperatures, which instead of heating up the energy storage layer 5, cools it down. Thus, according to one embodiment, a temperature condition comprises that if the temperature of the waste heat medium 2 is below the temperature of the energy storage layer 5, the valve control unit is adapted to send a control signal y to the valve device 10 to open the valve and control part or all of the flow through the bypass line 9. in this way, the colder waste heat medium 2 can be led past the TEG unit 4, so that the waste heat medium 2 does not lower the temperature of the energy storage layer 5.
Enligt en utföringsform så anger temperaturvillkoren att om temperaturen på spillvärmemediet 2 eller energilagringsskiktet 5 eller TEG-skiktet 6 överskrider eller tangerar respektive förutbestämda maxtemperaturer, så är ventilstyrenheten anpassad att sända ut en styrsignal y till ventilanordningen 10 att öppna ventilen och styra en del eller hela flödet genom by-passledningen 9. Maxtemperaturerna i spillvärmemediet 2 eller skikten 5, 6 kan vara olika eftersom temperaturen på den värme som når TEG-skiktet 6 för det mesta är lägre än den som observeras i spillvärmemediet 2 eller energilagringsskiktet 5. Den förutbestämda maxtemperaturen för energilagringsskiktet 5 kan exempelvis vara fasomvandlingstemperaturen för materialet som används i energilagringsskiktet 5, 7 om energilagringsskiktet 5 är ett latent energilager. TEG-elementen i TEG-skiktet 6 kan alltså skyddas mot för höga temperaturer om exempelvis temperaturen på spillvärmemediet 2 blir så pass hög att temperaturen på energilagringsskiktet 5 återigen börjar stiga då materialet i energilagringsskiktet har fasomvandlats klart.According to one embodiment, the temperature conditions state that if the temperature of the waste heat medium 2 or the energy storage layer 5 or the TEG layer 6 exceeds or exceeds predetermined maximum temperatures, then the valve control unit is adapted to send a control signal y to the valve device 10 to open the valve and control some or all of the flow. through the bypass line 9. The maximum temperatures in the waste heat medium 2 or layers 5, 6 may be different because the temperature of the heat reaching the TEG layer 6 is usually lower than that observed in the waste heat medium 2 or the energy storage layer 5. The predetermined maximum temperature of the energy storage layer 5 may be, for example, the phase transformation temperature of the material used in the energy storage layer 5, 7 if the energy storage layer 5 is a latent energy storage. The TEG elements in the TEG layer 6 can thus be protected against too high temperatures if, for example, the temperature of the waste heat medium 2 becomes so high that the temperature of the energy storage layer 5 starts to rise again when the material in the energy storage layer has been phase converted clearly.
Ett latent energilager är ett energilager vars material kan fasomvandlas och pä så sätt lagra värme. Ett energilager kan istället vara ett sensibelt energilager, och då lagras värme i materialet utan att fasomvandlas. Ett energilager kan vara både sensibelt och latent, fast i olika perioder. Den förutbestämda maxtemperaturen för energilagringsskiktet 5 kan istället vara en temperatur som ligger över fasomvandlingstemperaturen, förutsatt att TEG-elementen i TEG-skiktet 6 tål denna temperatur.A latent energy storage is an energy storage whose material can be phase-transformed and thus store heat. An energy storage can instead be a sensitive energy storage, and then heat is stored in the material without being phase-converted. An energy store can be both sensitive and latent, but in different periods. The predetermined maximum temperature of the energy storage layer 5 may instead be a temperature which is above the phase conversion temperature, provided that the TEG elements in the TEG layer 6 can withstand this temperature.
Figur 2 visar ett blockschema av ventilstyrenheten enligt en uföringsform av uppfinningen. Ventilstyrenheten tar här in signaler som exempelvis fordonssignaler som kan vara bromssignaler eller gasreglagesignaler indikerande att fordonet bromsas eller gasas, fordonets hastighet, motorns hastighet m.f|, och ventilstyrenheten är då anpassad att reglera ventilanordningen 10 då dessa fordonssignaler indikerar att fordonet exempelvis bromsas eller gasas. Är systemet placerat kring ett spillvärmemedium 2 som genererar värme då fordonet bromsas, så kan ventilanordningen 10 exempelvis först stänga ventilen, så att spillvärmemediet leds genom TEG-enheten, för att efter att en viss tid har gått och fordonet fortfarande bromsas, öppna ventilen så att spillvärmemediet som då förväntas ha närmat sig en för TEG-skiktet kritisk temperatur, kan ledas genom by-passledningen så att TEG-elementen inte ska skadas. På liknande sätt, då systemet är placerat kring ett spillvärmemedium 2 som genererar värme då fordonet gasas, så kan ventilanordningen 10 exempelvis först stänga ventilen, så att spillvärmemediet leds genom TEG-enheten, för att efter att en viss tid har gått och fordonet fortfarande gasas, öppna ventilen så att spillvärmemediet kan ledas genom by-passledningen så att TEG-elementen inte ska skadas. På detta sätt kan en enkel och rättfram styrning av flödet av ett spillvärmemedium 2 i spillvärmeledningen 3 uppnås, utan att direkta temperaturmätningar behöver göras. Exemplen ovan är endast illustrativa, och det är underförstått att 8 ventilstyrenheten kan styra ventilanordningen 10 på andra sätt baserat på ett flertal andra olika fordonssignaler. I figur 2 visas även att temperatursignaler tas in i ventilstyrenheten, vilket är en annan utföringsform av uppfinningen som beskrivs i det följande.Figure 2 shows a block diagram of the valve control unit according to an embodiment of the invention. The valve control unit here receives signals such as vehicle signals which may be brake signals or throttle control signals indicating that the vehicle is braking or accelerating, vehicle speed, engine speed etc., and the valve control unit is then adapted to control the valve device 10 as these vehicle signals indicate that the vehicle is braked or accelerated. If the system is placed around a waste heat medium 2 which generates heat when the vehicle is braked, the valve device 10 can for instance first close the valve, so that the waste heat medium is led through the TEG unit, so that after a certain time has elapsed and the vehicle is still braked, open the valve the waste heat medium, which is then expected to have approached a temperature critical for the TEG layer, can be passed through the bypass line so that the TEG elements are not damaged. Similarly, when the system is placed around a waste heat medium 2 which generates heat when the vehicle is gassed, the valve device 10 can for instance first close the valve, so that the waste heat medium is passed through the TEG unit, so that after a certain time has elapsed and the vehicle is still gassed , open the valve so that the waste heat medium can be led through the bypass line so that the TEG elements are not damaged. In this way, a simple and straightforward control of the flow of a waste heat medium 2 in the waste heat line 3 can be achieved, without the need for direct temperature measurements. The above examples are illustrative only, and it is to be understood that the valve control unit may control the valve device 10 in other ways based on a plurality of other different vehicle signals. Figure 2 also shows that temperature signals are taken into the valve control unit, which is another embodiment of the invention described in the following.
Ventilstyrenheten innefattar lämpligtvis även en processorenhet och ett minne för att behandla signaler som kommer in till enheten och utföra nödvändiga steg och beräkningar för att bestämma en styrsignal y till ventilanordningen 10.The valve control unit suitably also comprises a processor unit and a memory for processing signals coming into the unit and performing necessary steps and calculations for determining a control signal y to the valve device 10.
Temperaturerna på spillvärmemediet 2, energilagringsskiktet 5, TEG-skiktet 6 och kylanordningen 7 kan tas fram på olika sätt. Enligt en utföringsform är en eller flera temperatursensorer anordnade i systemet 1 för att mäta temperaturen i t.ex. spillvärmemediet uppströms och nedströms TEG-enheten och i by-passledningen 9. Vidare kan andra sensorer vara anordnade i systemet, exempelvis flödessensorer. Dessa sensorsignaler kan sedan skickas till ventilstyrenheten. På så sätt uppnås ett direkt sätt att mäta temperaturerna. Enligt en annan utföringsform så modelleras energilagringsskiktets 5 och/eller spillvärmemediets 2 och/eller TEG-skiktets 6 temperaturer genom att använda aktuella teoretiska modeller av fordonets delsystem. Med denna utföringsform används företrädesvis inga temperatursensorer i TEG-systemet, vilket kan vara en fördel eftersom TEG- systemet då blir mindre komplicerat och minskar antalet komponenter i TEG- systemet. De aktuella teoretiska modellerna kan finnas i ventilstyrenheten, vilket illustreras ifigur 2, men kan istället vara placerad på en annan plats och då behöver lämpligtvis endast de modellerade temperaturerna sändas till ventilstyrenheten iform av temperatursignaler. För att modellera energilagringsskiktets 5 temperatur kan en teoretisk modell av hur energilagringsskiktet 5 beter sig i fordonet användas, och hur spillvärmeenergin i spillvärmemediet 2 överförs i energilagringsskiktet 5 och tas upp av TEG-skiktet 6.The temperatures of the waste heat medium 2, the energy storage layer 5, the TEG layer 6 and the cooling device 7 can be produced in different ways. According to one embodiment, one or more temperature sensors are arranged in the system 1 for measuring the temperature in e.g. the waste heat medium upstream and downstream of the TEG unit and in the bypass line 9. Furthermore, other sensors can be arranged in the system, for example flow sensors. These sensor signals can then be sent to the valve control unit. In this way a direct way of measuring the temperatures is achieved. According to another embodiment, the temperatures of the energy storage layer 5 and / or the waste heat medium 2 and / or the TEG layer 6 are modeled by using current theoretical models of the vehicle subsystem. With this embodiment, no temperature sensors are preferably used in the TEG system, which can be an advantage since the TEG system then becomes less complicated and reduces the number of components in the TEG system. The current theoretical models can be present in the valve control unit, which is illustrated in figure 2, but can instead be located in another place and then suitably only the modeled temperatures need to be sent to the valve control unit in the form of temperature signals. To model the temperature of the energy storage layer 5, a theoretical model of how the energy storage layer 5 behaves in the vehicle can be used, and how the waste heat energy in the waste heat medium 2 is transferred to the energy storage layer 5 and absorbed by the TEG layer 6.
Spillvärmemediets 2 temperatur kan modelleras genom att använda exempelvis motordata, avgastemperatur och/eller avgasflöde, motorlast, samt information om bränsleanvändning, varvtal, tryck och/eller gasflöde. TEG-skiktets 6 temperatur kan på liknande sätt modelleras genom att beskriva hur det beter sig i fordonet.The temperature of the waste heat medium 2 can be modeled by using, for example, engine data, exhaust temperature and / or exhaust flow, engine load, as well as information on fuel use, speed, pressure and / or gas flow. The temperature of the TEG layer 6 can be similarly modeled by describing how it behaves in the vehicle.
TEG-skiktets 6 temperatur kan enligt en utföringsform fås fram genom att mäta elektriciteten som genereras från TEG-skiktet 6. En viss uppmätt ström motsvarar då en viss temperaturskillnad i TEG-skiktet 6. Företrädesvis används då även temperaturen på den kalla sidan alternativt den varma sidan om TEG-skiktet 6 för att få fram TEG-skiktets 6 temperatur. Den kalla sidans temperatur kan fås fram genom att observera temperaturen i kylanordningen 7, och den varma sidans temperatur kan fås fram genom att observera energilagringsskiktets 6 temperatur.According to one embodiment, the temperature of the TEG layer 6 can be obtained by measuring the electricity generated from the TEG layer 6. A certain measured current then corresponds to a certain temperature difference in the TEG layer 6. Preferably, the temperature on the cold side or the hot one is used. side of the TEG layer 6 to obtain the temperature of the TEG layer 6. The temperature of the cold side can be obtained by observing the temperature in the cooling device 7, and the temperature of the hot side can be obtained by observing the temperature of the energy storage layer 6.
Enligt en ytterligare utföringsform så tar systemet 1 emot information från ett förutsägande system i fordonet, som förutser hur fordonets framtida färdväg ser ut. Denna information kan t.ex. fås genom kartdata och fordonets position, exempelvis genom en kartdatabas och GPS. Genom att veta exempelvis när och hur länge den framtida vägen lutar, böjer sig (vid kurvor), korsningar med stopplikt inträffar m.m., vilket kommer att bestämma användningen av exempelvis gas och broms, så kan ventilstyrenheten ta hänsyn till detta när styrsignaler till ventilanordningen 10 ska bestämmas. På så sätt uppnås en intelligent styrning av ventilanordningen 10, då inga direkta temperaturmätningar behöver göras.According to a further embodiment, the system 1 receives information from a predictive system in the vehicle, which predicts what the vehicle's future route will look like. This information can e.g. obtained through map data and the vehicle's position, for example through a map database and GPS. By knowing, for example, when and for how long the future road is inclined, bends (at curves), intersections with a stop obligation occur, etc., which will determine the use of, for example, gas and brake, the valve control unit can take this into account when control signals to the valve device 10 are to determined. In this way an intelligent control of the valve device 10 is achieved, as no direct temperature measurements need be made.
Figur 3 illustrerar ett exempel på en TEG-enhet 4 i en längsgående tvärsnittsvy, som innefattar ett energilagringsskikt 5, ett TEG-skikt 6 samt en kylanordning 7, här visad som ett skikt som täcker TEG-skiktet 6. Spillvärmemediet 2 flödar här genom en spillvärmeledning 3. Alla skikten 5, 6, 7, och alltså TEG-enheten 4, är enligt denna utföringsform anordnade koaxialt runt omkring åtminstone en del av spillvärmeledningens 3 utbredning.Figure 3 illustrates an example of a TEG unit 4 in a longitudinal cross-sectional view, which comprises an energy storage layer 5, a TEG layer 6 and a cooling device 7, shown here as a layer covering the TEG layer 6. The waste heat medium 2 flows here through a waste heat line 3. All layers 5, 6, 7, and thus the TEG unit 4, are according to this embodiment arranged coaxially around at least a part of the extent of the waste heat line 3.
I figurerna 4A, 4B och 4C visas olika exempel på hur TEG-enheten kan vara utformad. I figur 4A är skikten 5, 6, 7 koaxialt placerade längs spillvärmeledningen 3 och har väsentligen cirkelformade tvärsnitt med respektive olika radier. I figur 4B är skikten 5, 6, 7 placerade runt spillvärmeledningen 3 och har ett väsentligen oktagonalt tvärsnitt, och i figur 4C runt spillvärmeledningen 3 och har ett väsentligen kvadratiskt tvärsnitt. Även andra former som exempelvis rektanglar, sex-hörningar, tio-hörningar etc. är tänkbara för skikten 5, 6, 7. Det kan vara fördelaktigt att TEG-skiktet 6 ligger plant mot energilagringsskiktet 5 eftersom värmeupptagningsförmågan då ökar, och då är utföringsformerna visade i figur 4B och 4C samt andra former som ger en platt yta från spillvärmeledningen 3 föredragna. Alternativt kan energilagringsskiktet 5 utformas att ligga direkt mot en cirkulärcylindriskt formad spillvärmeledning 3 på ena sidan, medan den andra sidan av energilagringsskiktet 5 är utformat att ligga platt mot ett TEG-skikt 6.Figures 4A, 4B and 4C show different examples of how the TEG unit can be designed. In Figure 4A, the layers 5, 6, 7 are coaxially placed along the waste heat line 3 and have substantially circular cross-sections with respective different radii. In Figure 4B the layers 5, 6, 7 are placed around the waste heat line 3 and have a substantially octagonal cross-section, and in Figure 4C around the waste heat line 3 and have a substantially square cross-section. Other shapes such as rectangles, hexagons, squares, etc. are also conceivable for the layers 5, 6, 7. It may be advantageous for the TEG layer 6 to lie flat against the energy storage layer 5 since the heat absorption capacity then increases, and then the embodiments are shown. in Figures 4B and 4C as well as other shapes giving a flat surface from the waste heat line 3 are preferred. Alternatively, the energy storage layer 5 can be designed to lie directly against a circular cylindrically shaped waste heat line 3 on one side, while the other side of the energy storage layer 5 is designed to lie flat against a TEG layer 6.
Energilagringsskiktet 5 får alltså då en böjd sida som visas i exempelvis figur 4A som passar på spillvärmeledningen, och en motriktad sida som kan bestå av flera platta delsidor som exempelvis visas i figur 4B eller 4C, på vilka TEG-skiktet som exempelvis visas i figur 4B respektive 4C passar.The energy storage layer 5 then has a curved side as shown in, for example, Figure 4A which fits on the waste heat line, and an opposite side which may consist of several flat sub-sides as shown in Figure 4B or 4C, on which the TEG layer is shown in Figure 4B respectively 4C fits.
Enligt en utföringsform som visas i figur 5A och 5B så är spillvärmeledningen 3 uppdelad i ett flertal kanaler 11 för att få stor värmekontaktyta, varvid systemet innefattar en TEG-enhet 4 med TEG-skikt placerade mellan och utanför kanalerna. I figur 5A visas delar av TEG-enheten 4 i ett längsgående tvärsnitt, och i figur 5B visas ett tvärsnitt av TEG-enheten. På så sätt kan alltså spillvärmen exponeras mot en stor yta för att få ut så mycket värme som möjligt ut spillvärmemediet. En annan fördel är att två TEG-skikt 6 kan dela på en kylanordning 7, som illustreras i de mittersta lagren i figurerna. TEG-enheten 4 som visas i figurerna kan naturligtvis innefatta ett ytterligare antal kanaler med ytterligare TEG-skikt 6.According to an embodiment shown in Figures 5A and 5B, the waste heat line 3 is divided into a plurality of channels 11 to have a large heat contact area, the system comprising a TEG unit 4 with TEG layers placed between and outside the channels. Figure 5A shows parts of the TEG unit 4 in a longitudinal cross-section, and Figure 5B shows a cross-section of the TEG unit. In this way, the waste heat can be exposed to a large area to get as much heat as possible out of the waste heat medium. Another advantage is that two TEG layers 6 can share a cooling device 7, which is illustrated in the middle layers in the figures. The TEG unit 4 shown in the figures may of course comprise an additional number of channels with additional TEG layers 6.
Systemet 1 kan användas tillsammans med olika applikationer. Exempelvis kan systemet 1 anordnas på avgasröret i ett fordon för att ta tillvara på spillvärme i avgaserna. Systemet 1 kan enligt en annan utföringsform anordnas i värmeväxlaren på en retarder i ett fordon. På så sätt kan mer energi tas tillvara eftersom värmen som genereras av retardern inte behöver överföras till ett kylmedel, och att det är lättare att uppnå en större temperaturdifferens mellan varma och kalla sidan på TEG-enheten 4. TEG-enheten 4 kan enligt en annan utföringsform vara placerad omkring ledningen för hydrauloljan i fordonets retarder. ll Enligt en utföringsform förs värme från olika spillvärmekällor i fordonet till spillvärmeledningen 3, på vilken systemet 1 är anordnat. På så sätt behövs endast ett system i fordonet. Värmen från olika spillvärmekällor kan exempelvis överföras genom värmeväxlare och föras vidare till spillvärmemediet 2 i spillvärmeledningen 3.System 1 can be used together with various applications. For example, the system 1 can be arranged on the exhaust pipe in a vehicle to take advantage of waste heat in the exhaust gases. According to another embodiment, the system 1 can be arranged in the heat exchanger on a retarder in a vehicle. In this way, more energy can be utilized because the heat generated by the retarder does not need to be transferred to a coolant, and it is easier to achieve a larger temperature difference between the hot and cold side of the TEG unit 4. According to another, the TEG unit 4 can embodiment be located around the hydraulic oil line in the vehicle retarder. According to one embodiment, heat from different waste heat sources in the vehicle is transferred to the waste heat line 3, on which the system 1 is arranged. In this way, only one system is needed in the vehicle. The heat from different waste heat sources can, for example, be transferred through heat exchangers and transferred to the waste heat medium 2 in the waste heat line 3.
Enligt utföringsformerna som visas genom det längsgående tvärsnittet i figur 6A och 6B innefattar systemet ett energilagringsskikt 5 som är delvis placerat uppströms om och i direkt anslutning till TEG-skiktet, för upptagning av värme från spillvärmemediet 2 innan värme upptas i den del av energilagringsskiktet 5 som är placerat mellan TEG-skiktet 6 och spillvärmeledningen 3. På så sätt kan ytterligare värme lagras innan det når TEG-skiktet 6, och när temperaturen faller i spillvärmemediet 2 så kan värme frigöras från energilagringsskiktet 5 som värmer upp spillvärmemediet 2. På så sätt kan mer värme tas tillvara från spillvärmemediet 2, och tiden som TEG-enheten aktivt omvandlar värme till elektricitet kan förlängas. I figur 6A illustreras energilagringsskiktet 5 som ett förlängt skikt av det redan applicerade energilagringsskiktet 5 mellan spillvärmeledningen 3 och TEG-skiktet 6. I figur 6B illustreras energilagret 5 också som ett förlängt skikt av det redan applicerade energilagringsskiktet 5 mellan spillvärmeledningen 3 och TEG-skiktet 6, med tillägget att energilagringsskiktet 5 som är utanför TEG-skiktet 6 har en ökad tjocklek för att kunna lagra mer värmeenergi.According to the embodiments shown by the longitudinal cross-section of Figures 6A and 6B, the system comprises an energy storage layer 5 which is partially located upstream of and in direct connection with the TEG layer, for absorbing heat from the waste heat medium 2 before heat is absorbed in the part of the energy storage layer 5 is placed between the TEG layer 6 and the waste heat line 3. In this way, additional heat can be stored before it reaches the TEG layer 6, and when the temperature falls in the waste heat medium 2, heat can be released from the energy storage layer 5 which heats the waste heat medium 2. In this way more heat is recovered from the waste heat medium 2, and the time that the TEG unit actively converts heat into electricity can be extended. In Figure 6A, the energy storage layer 5 is illustrated as an extended layer of the already applied energy storage layer 5 between the waste heat line 3 and the TEG layer 6. In Figure 6B, the energy storage 5 is also illustrated as an extended layer of the already applied energy storage layer 5 between the waste heat line 3 and the TEG layer 6. , with the addition that the energy storage layer 5 which is outside the TEG layer 6 has an increased thickness in order to be able to store more heat energy.
Ett TEG-element består av olika material för att alstra en elektrisk ström, och innefattar enligt en utföringsform metalliska material. Företrädesvis innefattar TEG-elementet något av materialen B4C/B9C(F), Si/SiGe(N), SlGe/Si, BiTe/SbTe eller PbTe SL. Genom att använda något av dessa material kan en hög verkningsgrad uppnås i TEG-elementet.A TEG element consists of different materials for generating an electric current, and according to one embodiment comprises metallic materials. Preferably, the TEG element comprises any of the materials B4C / B9C (F), Si / SiGe (N), SlGe / Si, BiTe / SbTe or PbTe SL. By using any of these materials, a high efficiency can be achieved in the TEG element.
Energilagringsskiktet 5 innefattar enligt en utföringsform ett material som fasomvandlas vid en viss temperatur. En termisk energilagring sker alltså genom 12 en fasförändringsprocess. Fasomvandlingsmaterial finns vanligtvis i området - 80°C till 1000°C. Vanliga fasomvandlingsmaterial är vatten, salthydrater och paraffiner. Genom att använda ett fasomvandlingsmaterial kan värme frän spillvärmemediet 2 lagras som beskrivits tidigare, och användas senare när temperaturen pä spillvärmemediet sjunker. Under fasomvandlingen omvandlas energi enligt följande formel: Q = m _ Ahfasändríng ' ) där Q är termisk energi i Joule, Ahfasändn-ng är fasändringsentalpin i Joule /kg för materialet på energilagringsskiktet, och m är energilagringsskiktets 5 massa i kg.According to one embodiment, the energy storage layer 5 comprises a material which is phase-transformed at a certain temperature. A thermal energy storage thus takes place through a phase change process. Phase transformation materials are usually found in the range - 80 ° C to 1000 ° C. Common phase transformation materials are water, salt hydrates and paraffins. By using a phase conversion material, heat from the waste heat medium 2 can be stored as described earlier, and used later when the temperature of the waste heat medium drops. During the phase conversion, energy is converted according to the following formula: Q = m _ Ahphase change ') where Q is thermal energy in Joules, Ahphase change is phase change enthalpy in Joules / kg for the material on the energy storage layer, and m is the mass of the energy storage layer in kg.
När inte fasomvandling sker, lagras energi som kallas sensibel termisk energi enligt formeln nedan: Tz Qflmf-dr, (2) n där c är materialets specifika värmekapacitet i Joule/kg-K. Den termiska energin Q från båda dessa processer illustrerade genom formel (1) och (2) lagras respektive avges när temperaturen passerar en fasövergång. Företrädesvis används ett material i energilagringsskiktet 5 som innefattar fluorider, karbonater, klorid, hydroxider eller nitrater, eftersom fasomvandling för dessa material sker någonstans i området 200°C till 800°C vilket är det temperaturintervall inom vilket TEG-skiktet 6 företrädesvis dimensioneras för att användas i ett fordon. Enligt en annan utföringsform används sensibla material med god värmeledningsförmäga såsom stäl eller koppar i energilagringsskiktet 5.When no phase conversion takes place, energy called sensitive thermal energy is stored according to the formula below: Tz Q fl mf-dr, (2) n where c is the specific heat capacity of the material in Joules / kg-K. The thermal energy Q from both of these processes illustrated by formulas (1) and (2) is stored and emitted, respectively, when the temperature passes a phase transition. Preferably, a material is used in the energy storage layer 5 which comprises fluorides, carbonates, chloride, hydroxides or nitrates, since phase conversion of these materials takes place somewhere in the range 200 ° C to 800 ° C which is the temperature range within which the TEG layer 6 is preferably dimensioned for use. in a vehicle. According to another embodiment, sensitive materials with good thermal conductivity such as steel or copper are used in the energy storage layer 5.
I figur 7 illustreras i ett diagram hur temperaturen förändras i TEG-skiktet när ett fasomvandlingsmaterial används i energilagringsskiktet 5. Pä ena axeln visas temperaturen i TEG-skiktet, TTEG. På den andra axeln visas tiden, t. I diagrammet illustreras hur värmen från spillvärmemediet 2 värmer upp energilagringsskiktet 5, som i sin tur värmer upp TEG-skiktet under perioden som är refererad till med siffran 73. När energilagringsskiktet 5 har värmts upp till fasomvandlingstemperaturen för energilagringsskiktets 5 material som markeras 13 med siffran 72 i figur 7, omvandlas materialet till en annan fas under en tidsperiod som är markerad med siffran 74. Under denna tidsperiod så ändras inte temperaturen på energilagringsskiktet 5 och då inte heller temperaturen på TEG- skiktet 6. Efterfasomvandlingsperioden fortsätter temperaturen att stiga i energilagringsskiktet 5, och alltså också i TEG-skiktet 6 om temperaturen på spillvärmemediet är såpass hög. Den kritiska temperaturen för TEG-skiktet 6 är markerad med en streckad linje refererad till som 71, och om temperaturen på TEG-skiktet överstiger denna så kan TEG-elementen däri skadas. Företrädesvis så kopplas by-passledningen 9 då in innan den kritiska temperaturen nås, alltså under eller innan perioden som är markerad schematiskt som 75 i figur 7, för att leda spillvärmemediet runt TEG-elementet 4.Figure 7 illustrates in a diagram how the temperature changes in the TEG layer when a phase conversion material is used in the energy storage layer 5. On one axis the temperature in the TEG layer, TTEG, is shown. The second axis shows the time, t. The diagram illustrates how the heat from the waste heat medium 2 heats the energy storage layer 5, which in turn heats the TEG layer during the period referred to by the number 73. When the energy storage layer 5 has been heated to the phase conversion temperature for the material of the energy storage layer 5 marked 13 with the number 72 in figure 7, the material is converted to another phase during a time period marked with the number 74. During this time period the temperature of the energy storage layer 5 does not change and then neither does the temperature of the TEG layer 6. The post-phase conversion period, the temperature continues to rise in the energy storage layer 5, and thus also in the TEG layer 6 if the temperature of the waste heat medium is so high. The critical temperature of the TEG layer 6 is marked with a dashed line referred to as 71, and if the temperature of the TEG layer exceeds this, the TEG elements therein may be damaged. Preferably, the by-pass line 9 is then connected before the critical temperature is reached, i.e. during or before the period which is marked schematically as 75 in Figure 7, in order to direct the waste heat medium around the TEG element 4.
Uppfinningen hänför sig också till ett fordon som innefattar ett ellerflera av de ovan beskrivna systemen.The invention also relates to a vehicle which comprises one or more of the systems described above.
Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna. Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas.The present invention is not limited to the embodiments described above. Various alternatives, modifications and equivalents can be used.
Därför begränsar inte de ovan nämnda utföringsformerna uppfinningens omfattning, som definieras av de bifogade kraven.Therefore, the above-mentioned embodiments do not limit the scope of the invention, which is defined by the appended claims.
Claims (17)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0950694A SE534797C2 (en) | 2009-09-23 | 2009-09-23 | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system |
| DE112010003756T DE112010003756T5 (en) | 2009-09-23 | 2010-09-22 | Thermoelectric generator system |
| PCT/SE2010/051014 WO2011037526A1 (en) | 2009-09-23 | 2010-09-22 | Thermal electric generator system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0950694A SE534797C2 (en) | 2009-09-23 | 2009-09-23 | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0950694A1 true SE0950694A1 (en) | 2011-03-24 |
| SE534797C2 SE534797C2 (en) | 2011-12-27 |
Family
ID=43796080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0950694A SE534797C2 (en) | 2009-09-23 | 2009-09-23 | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE112010003756T5 (en) |
| SE (1) | SE534797C2 (en) |
| WO (1) | WO2011037526A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102146833A (en) * | 2011-03-29 | 2011-08-10 | 吉林大学 | Inlet temperature control device for postprocessor of engine based on phase-change materials |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8646261B2 (en) | 2010-09-29 | 2014-02-11 | GM Global Technology Operations LLC | Thermoelectric generators incorporating phase-change materials for waste heat recovery from engine exhaust |
| JP5740286B2 (en) * | 2011-11-04 | 2015-06-24 | 株式会社東芝 | Thermal power generation system |
| JP5708606B2 (en) * | 2012-09-27 | 2015-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric generator |
| DE102013212817A1 (en) * | 2013-07-01 | 2015-01-08 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Thermal generator for motor vehicles |
| SE539690C2 (en) | 2016-02-04 | 2017-10-31 | Scania Cv Ab | A method for controlling a waste heat recovery system and such a waste heat recovery system |
| SE539691C2 (en) | 2016-02-04 | 2017-10-31 | Scania Cv Ab | A method for controlling the temperature of a waste heat recovery system and such a waste heat recovery system |
| DE102017111688A1 (en) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | Amazonen-Werke H. Dreyer Gmbh & Co. Kg | Agricultural machine |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0681639A (en) * | 1992-09-02 | 1994-03-22 | Mitsubishi Motors Corp | Engine exhaust heat recovery system |
| JPH0712009A (en) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Mitsubishi Motors Corp | Thermoelectric generator for vehicle |
| JPH11229867A (en) * | 1998-02-16 | 1999-08-24 | Nissan Motor Co Ltd | Exhaust heat generation system |
| JP2000312035A (en) * | 1999-04-28 | 2000-11-07 | Kubota Corp | Thermoelectric generation system |
| JP2005117755A (en) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Toyota Motor Corp | Generator |
| CN101213679B (en) | 2005-06-28 | 2010-09-29 | Bsst有限责任公司 | Thermoelectric power generator for variable thermal power source |
| JP2007016747A (en) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Mazda Motor Corp | Automobile exhaust heat power generation device |
| DE102006040853B3 (en) | 2006-08-31 | 2008-02-14 | Siemens Ag | Thermoelectric device for a vehicle comprises a thermoelectric generator, a heat source and a heat sink thermally connected together and units for limiting the temperature in the generator |
| JP4871844B2 (en) * | 2007-02-14 | 2012-02-08 | 日本碍子株式会社 | Waste heat recovery device |
-
2009
- 2009-09-23 SE SE0950694A patent/SE534797C2/en not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-09-22 DE DE112010003756T patent/DE112010003756T5/en not_active Ceased
- 2010-09-22 WO PCT/SE2010/051014 patent/WO2011037526A1/en active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102146833A (en) * | 2011-03-29 | 2011-08-10 | 吉林大学 | Inlet temperature control device for postprocessor of engine based on phase-change materials |
| CN102146833B (en) * | 2011-03-29 | 2012-07-25 | 吉林大学 | Inlet temperature control device for postprocessor of engine based on phase-change materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE534797C2 (en) | 2011-12-27 |
| DE112010003756T5 (en) | 2013-02-07 |
| WO2011037526A1 (en) | 2011-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE0950694A1 (en) | Thermoelectric generator system | |
| CN102439756B (en) | Battery thermal management system | |
| Tamme et al. | Advanced thermal energy storage technology for parabolic trough | |
| JP4650438B2 (en) | Heat storage device | |
| US9470115B2 (en) | Split radiator design for heat rejection optimization for a waste heat recovery system | |
| Armstead et al. | Review of waste heat recovery mechanisms for internal combustion engines | |
| US20160006088A1 (en) | Battery thermal management for hybrid electric vehicles using a phase-change material cold plate | |
| US8286424B2 (en) | Thermoelectric generator cooling system and method of control | |
| US9484605B2 (en) | System and method for using exhaust gas to heat and charge a battery for a hybrid vehicle | |
| US8554407B2 (en) | Bypass valve and coolant flow controls for optimum temperatures in waste heat recovery systems | |
| SE0950695A1 (en) | Thermoelectric generator system | |
| FR2929239B1 (en) | SHIP PROVIDED WITH MEANS FOR RECOVERING THERMAL ENERGY AND CORRESPONDING METHOD | |
| CN109841877A (en) | Control of the cooling system based on dT/dt | |
| US8443594B2 (en) | Method of controlling temperature of a thermoelectric generator in an exhaust system | |
| HU231149B1 (en) | Solid charge heat storage equipment | |
| CN109322732A (en) | For being vented the method and system of heat management | |
| CN108049947A (en) | A kind of temperature difference electricity generation device and control method of multichannel tail gas heat quantity flow-dividing control | |
| Goncalves et al. | Heat-pipe assisted thermoelectric generators for exhaust gas applications | |
| KR101419556B1 (en) | Battery pack for self temperature control electromobile using thermoelectric effect | |
| SE538389C2 (en) | Exhaust | |
| JP2005117755A (en) | Generator | |
| JP6394419B2 (en) | Thermoelectric generator | |
| Vetrovec | Engine cooling system with a heat load averaging capability | |
| RU174723U1 (en) | Cooling system of an internal combustion engine of a locomotive | |
| KR101454385B1 (en) | Vessel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |