SE0950694A1 - Termoelektriskt generatorsystem - Google Patents

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)

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.

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.

Syftet med uppfinningen är att tillhandahålla ett förbättrat termoelektriskt system som ökar fordonets totala verkningsgrad, och även skyddar TEG-elementen mot för höga temperaturer.

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.

Genom att använda ett energilagringsskikt kan värmen som alstras från spillvärmemediet tas upp av energilagringsskiktet innan det när TEG-skiktet.

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.

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.

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.

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.

Figur 2 visar ett blockschema av ventilstyrenheten enligt en uföringsform av uppfinningen.

Figur 3 illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt en utföringsform.

Figur 4A illustrerar TEG-enheten i figur 3 sett i tvärsnitt enligt en utföringsform.

Figur 4B illustrerar TEG-enheten sett i tvärsnitt figur 3 enligt en annan utföringsform.

Figur 4C illustrerar TEG-enheten i figur 3 sett i tvärsnitt enligt en ytterligare utföringsform.

Figur 5A illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt en annan utföringsform.

Figur 5B illustrerar figur 5A sett i tvärsnitt enligt en utföringsform.

Figur 6A illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt en ytterligare utföringsform.

Figur 6B illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en TEG-enhet enligt ännu en utföringsform.

Figur 7 visar ett diagram över hur temperaturen i TEG-skiktet förändras över tiden, då ett energilagringsskikt med ett fasomvandlingsmaterial används.

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.

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.

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.

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.

I spillvärmeledningen 3 finns det företrädesvis flänsar (visas inte) eller liknande som överför värme från spillvärmemediet 2 till energilagringsskiktet 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Uppfinningen hänför sig också till ett fordon som innefattar ett ellerflera av de ovan beskrivna systemen.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna. Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas.

Därför begränsar inte de ovan nämnda utföringsformerna uppfinningens omfattning, som definieras av de bifogade kraven.

Claims (17)

10 15 20 25 30 14 Patentkrav

1. Termoelektriskt generatorsystem (TEG-system) (1 ) för utvinning av elektricitet ur ett spillvärmemedium (2) i en spillvärmeledning (3) i ett fordon, k ä n n e t e c k n at a v att systemet (1) innefattar: - en TEG-enhet (4) innefattande: - ett eller flera energilagringsskikt (5) som är anpassat att lagra värmeenergi och som är anordnat direkt mot spillvärmeledningen (3), varvid värmeenergi från spillvärmemediet (2) lagras i nämnda energilagringsskikt (5); - ett eller flera termoelektriska generatorskikt (TEG-skikt) (6) anpassade att omvandla värmeenergi till elektricitet och som är anordnat direkt mot energilagringsskiktet (5); - en by-passenhet (8) innefattande: - 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): - en ventilstyrenhet som är anpassad att reglera ventilanordningen (10) då förutbestämda villkor är uppfyllda.

2. Termoelektriskt generatorsystem enligt krav 1, varvid TEG-skiktet (6) innefattar ett flertal TEG-element.

3. Termoelektriskt generatorsystem enligt krav 1 eller 2, innefattande en kylanordning (7) anordnad i anslutning till TEG-skiktet (6) för kylning av detta.

4. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, varvid nämnda förutbestämda villkor innefattar 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. 10 15 20 25 30 15

5. Termoelektriskt generatorsystem enligt krav 4, varvid ett temperaturvillkor innefattar 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).

6. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av krav 4 eller 5, varvid nämnda temperaturer mäts genom att använda temperatursensorer.

7. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av krav 4 eller 5, varvid energilagringsskiktets (5) och/eller spillvärmemediets (2) och/eller TEG-skiktets (6) temperaturer modelleras genom att använda aktuella teoretiska modeller av fordonets delsystem.

8. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, varvid ventilstyrenheten är anpassad att reglera ventilanordningen (10) då fordonssignaler som exempelvis bromssignal eller gasreglagesignal indikerar att fordonet bromsas eller gasas.

9. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, i vilket spillvärmeledningen (3) är uppdelad i ett flertal kanaler (1 1) för att få stor värmekontaktyta, varvid systemet innefattar TEG-skikt (6) placerade mellan och utanför kanalerna.

10. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av krav 1 till 8, varvid TEG-enheten (4) är anordnat koaxialt runt omkring åtminstone en del av spillvärmeledningens (3) utbredning.

11. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, varvid systemet är placerat i värmeväxlaren på en retarder i ett fordon. 10 15 20 25 16

12. Termoelektriskt generatorsystem enligt krav 11, varvid TEG-enheten (4) är placerad omkring ledningen för hydrauloljan i ett fordons retarder.

13. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, varvid värme från olika spillvärmemedium i fordonet förs till spillvärmeledningen (s).

14. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, varvid TEG-elementen innefattar något av materialen B4C/B9C(F), Si/SiGe(N), SlGe/Si, BiTe/SbTe, PbTe SL mfl.

15. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, i vilket energilagringsskiktet (5) innefattar ett material som fasomvandlas vid en viss temperatur, exempelvis innehållande fluorider, karbonater, klorid, hydroxider eller nitrater.

16. Termoelektriskt generatorsystem enligt något av föregående krav, innefattande 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).

17. Fordon som innefattar ett eller flera system (1) enligt något av krav 1 till 16.