UA71651U

UA71651U - Thermoelectric automobile alternator

Info

Publication number: UA71651U
Application number: UAU201114716U
Authority: UA
Inventors: Лукьян Иванович Анатичук; Роман Васильевич Кузь
Original assignee: Институт Термоэлектричества Национальной Академии Наук И Министерства Образования И Науки Украины
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-07-25

Abstract

A thermoelectric automotive alternator comprises thermoelectric generator modules, hot heat exchangers located in motor exhaust flow and used for supplying heat to modules, and liquid heat exchangers used for dissipating heat of thermoelectric modules. The alternator comprises separate primary thermoelectric generators and a system of valves for distribution of exhaust flow among primary generators.

Description

Корисна модель належить до області енергетики, зокрема до термоелектричних генераторів електричної енергії, і може використовуватися для перетворення теплової енергії вихлопних газів двигуна внутрішнього згорання автомобіля в електричну.The useful model belongs to the field of energy, in particular to thermoelectric generators of electrical energy, and can be used to convert the thermal energy of the exhaust gases of the internal combustion engine of the car into electrical energy.

Відомі термоелектричні генератори, що використовують тепло вихлопних газів автомобіля для перетворення його в електричну енергію, зокрема ОА19090, ОА 29866, ОА41771, ОАЗО391.Known thermoelectric generators that use the heat of car exhaust gases to convert it into electrical energy, in particular OA19090, OA 29866, OA41771, OAZO391.

Найближчим до запропонованої корисної моделі є термоелектричний генератор ОА41771, який використовує тепло вихлопних газів автомобіля, а охолоджується теплоносієм, що циркулює в системі охолодження двигуна. Він містить сукупність гарячих теплообмінників, термоелектричні модулі, рідинні та повітряні холодні теплообмінники, розташовані в одному корпусі. Недоліком такої конструкції є те, що вона не найбільш ефективним чином перетворює енергію вихлопного газу в електричну. Специфіка роботи автомобільного термоелектричного генератора в тому, що в залежності від режиму водіння потік газу через генератор та його температура змінюються у широкому діапазоні Тому один генератор може забезпечити оптимальне перетворення енергії тільки в окремому оптимальному режимі роботи автомобільного двигуна. При менших потужностях роботи двигуна теплова енергія газу вже не буде перетворюватися ефективно. При більших потужностях роботи надлишкову масу вихлопного газу доводиться викидати через обвідний канал генератора, для того, щоб уникнути перегріву і виходу з ладу його елементів. А це означає, що частина вихлопного газу не приймає участі в перетворенні енергії, тому така схема не може бути найбільш ефективною.The closest to the proposed useful model is the OA41771 thermoelectric generator, which uses the heat of the car's exhaust gases and is cooled by the coolant circulating in the engine cooling system. It contains a set of hot heat exchangers, thermoelectric modules, liquid and air cold heat exchangers located in one housing. The disadvantage of this design is that it does not convert exhaust gas energy into electrical energy in the most efficient way. The specifics of the operation of a car thermoelectric generator is that, depending on the driving mode, the gas flow through the generator and its temperature change in a wide range. Therefore, one generator can provide optimal energy conversion only in a separate optimal mode of operation of the car engine. At lower engine capacities, the thermal energy of the gas will no longer be converted efficiently. At higher operating capacities, the excess mass of exhaust gas must be discharged through the bypass channel of the generator, in order to avoid overheating and failure of its elements. And this means that part of the exhaust gas does not take part in energy conversion, so this scheme cannot be the most effective.

В основу корисної моделі поставлена створення термоелектричного генератора зі стабільними характеристиками, який найбільш ефективним чином буде перетворювати теплову енергію вихлопного газу автомобіля в електричну в будь-якому режимі роботи двигуна автомобіля.The basis of the useful model is the creation of a thermoelectric generator with stable characteristics, which will most efficiently convert the thermal energy of the car's exhaust gas into electrical energy in any mode of operation of the car's engine.

Поставлена задача вирішується тим, що термоелектричний генератор на основі термоелектричних генераторних модулів, гарячих теплообмінників, які розташовані у потоці вихлопних газів двигуна і використовуються для підведення тепла до модулів, рідинних теплообмінників для відведення тепла від термоелектричних модулів, складається з числа окремих первинних термоелектричних генераторів та системи клапанів для розподілу загального потоку вихлопного газу між первинними генераторами.The task is solved by the fact that a thermoelectric generator based on thermoelectric generator modules, hot heat exchangers that are located in the flow of engine exhaust gases and are used to supply heat to the modules, liquid heat exchangers to remove heat from thermoelectric modules, consists of a number of separate primary thermoelectric generators and a system valves for distribution of the total flow of exhaust gas between the primary generators.

Зо Керування системою клапанів може здійснюватися блоком реєстрації потужностей первинних термоелектричних генераторів, розподіляючи потік вихлопного газу між первинними генераторами оптимальним чином для досягнення максимальної електричної потужності.Control of the valve system can be carried out by the capacity registration unit of the primary thermoelectric generators, distributing the flow of exhaust gas between the primary generators in an optimal way to achieve the maximum electrical power.

В іншому варіанті виконання керування системою клапанів може здійснюється тиском вихлопних газів, які надходять у термоелектричний генератор.In another variant, the control of the valve system can be carried out by the pressure of exhaust gases entering the thermoelectric generator.

Суть корисної моделі пояснюють креслення, де наThe essence of a useful model is explained by the drawings, where on

Фіг. 1 - типова схема первинного термоелектричного генератора.Fig. 1 - a typical scheme of the primary thermoelectric generator.

Фіг. 2 - схема термоелектричного генератора з блоком клапанів та блоком реєстрації потужності.Fig. 2 - diagram of a thermoelectric generator with a block of valves and a block of power registration.

Типова схема первинного термоелектричного генератора, наведеного на фіг. 1, містить необхідний мінімум складових, необхідних для термоелектричного перетворення енергії вихлопного газу в електричну. Він складається з гарячих теплообмінників 1 з каналами для проходження вихлопного газу, термоелектричних модулів 2 та холодних теплообмінників 3.A typical scheme of the primary thermoelectric generator shown in Fig. 1, contains the necessary minimum of components necessary for the thermoelectric conversion of exhaust gas energy into electrical energy. It consists of hot heat exchangers 1 with channels for the passage of exhaust gas, thermoelectric modules 2 and cold heat exchangers 3.

Термоелектричний генератор, наведений на фіг. 2, складається з певної кількості первинних термоелектричних генераторів (11-См. Первинні термоелектричні генератори з'єднані між собою паралельно відносно потоку гарячого газу за допомогою патрубків 4 та 5 і блока клапанів 6. В окремому випадку виконання термоелектричний генератор містить блок реєстрації потужностей первинних термоелектричних генераторів 7. Блок реєстрації 7 може керувати роботою блока клапанів 6.The thermoelectric generator shown in fig. 2, consists of a certain number of primary thermoelectric generators (11-Cm. The primary thermoelectric generators are connected to each other in parallel with respect to the flow of hot gas with the help of nozzles 4 and 5 and the valve block 6. In a separate case, the thermoelectric generator contains a unit for registering the power of the primary thermoelectric generators 7. The registration unit 7 can control the operation of the valve unit 6.

Робота термоелектричного генератора полягає в наступному.The thermoelectric generator works as follows.

Термоелектричний генератор вмонтовується у вихлопну систему автомобіля з допомогою патрубків 4 та 5, через які потік гарячого газу надходить до генератора та знову відводиться до вихлопної системи.The thermoelectric generator is installed in the exhaust system of the car with the help of nozzles 4 and 5, through which the flow of hot gas enters the generator and is again diverted to the exhaust system.

Потрапляючи у генератор, потік гарячого вихлопного газу 8 розподіляється між первинними термоелектричними генераторами у залежності від стану клапанів Кі-Км та розігріває гарячі теплообмінники 1. Від гарячих теплообмінників 1 тепло передається термоелектричним модулям 2. Відвід тепла від термоелектричних модулів здійснюється холодними теплообмінниками З та за їх допомогою передається у систему охолодження автомобіля.Upon entering the generator, the flow of hot exhaust gas 8 is distributed between the primary thermoelectric generators depending on the state of the Ki-Km valves and heats up the hot heat exchangers 1. The heat from the hot heat exchangers 1 is transferred to the thermoelectric modules 2. The heat removal from the thermoelectric modules is carried out by the cold heat exchangers Z and behind them is transmitted to the car's cooling system.

Внаслідок наявності перепаду температур, створеного гарячими та холодними теплообмінниками, термоелектричні модулі генерують електричну енергію, яка може 60 використовуватися для живлення електричних споживачів автомобіля, розвантажуючи тим самим двигун внутрішнього згорання від необхідності витрачати частину енергії на приведення в рух динамо-машини.Due to the presence of the temperature difference created by the hot and cold heat exchangers, the thermoelectric modules generate electrical energy that can be used to power the electrical consumers of the car, thus relieving the internal combustion engine of the need to spend part of the energy to drive the dynamo.

Для забезпечення найкращого перетворення теплової енергії вихлопного газу при будь- якому режимі роботи автомобіля розподіл гарячого газу між первинними термоелектричними генераторами Сі-См ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ блоком клапанів 6. Принцип такого керування полягає в наступному. При малих потужностях двигуна відкрито всього один клапан К: і гарячий газ надходить тільки до первинного термоелектричного генератора Сб. Це дозволяє підняти температуру гарячої сторони модулів до найвищого значення і забезпечити найвищий коефіцієнт корисної дії термоелектричного перетворення енергії. При збільшенні потужності роботи двигуна, і відповідно, зростанні масового потоку та температури вихлопного газу, спрацьовує наступний клапан К». Таким чином відбувається перерозподіл потоку гарячого газу вже між двома первинними генераторами. Це дозволяє запобігти перегріву складових первинного генератора та підтримувати гарячу температуру термоелектричних модулів 2 в оптимальному діапазоні.To ensure the best conversion of thermal energy of the exhaust gas in any mode of operation of the car, the distribution of hot gas between primary thermoelectric generators Si-Sm IS MADE by valve block 6. The principle of such control is as follows. At low engine powers, only one valve K is open: and hot gas flows only to the primary thermoelectric generator Sat. This allows you to raise the temperature of the hot side of the modules to the highest value and ensure the highest efficiency of thermoelectric energy conversion. When the power of the engine increases, and, accordingly, the mass flow and the temperature of the exhaust gas increase, the next valve K is activated. In this way, the hot gas flow is redistributed already between the two primary generators. This prevents overheating of the components of the primary generator and maintains the hot temperature of thermoelectric modules 2 in the optimal range.

При подальшому наростанні потужності двигуна послідовно відкриваються клапани наступних первинних генераторів, включаючи їх в роботу. Цим забезпечується як оптимальний режим роботи модулів, так і висока надійність термоелектричного генератора.With the further increase in engine power, the valves of the following primary generators are sequentially opened, including them in operation. This ensures both the optimal mode of operation of the modules and the high reliability of the thermoelectric generator.

В окремому варіанті виконання термоелектричного генератора блок клапанів б може керуватися блоком реєстрації електричної потужності первинних термоелектричних генераторів 17. В такому випадку кожен наступний первинний термоелектричний генератор під'єднується до потоку гарячого газу тоді, коли потужність попереднього первинного генератора досягає свого максимально допустимого значення.In a separate embodiment of the thermoelectric generator, the block of valves b can be controlled by the unit of registration of the electrical power of the primary thermoelectric generators 17. In this case, each subsequent primary thermoelectric generator is connected to the flow of hot gas when the power of the previous primary generator reaches its maximum permissible value.

В іншому варіанті виконання кожен з клапанів Кі-Км блока 6 може самостійно відкриватися під дією тиску вихлопного газу, що надходить до генератора. При роботі автомобільного двигуна теплова потужність вихлопного газу і його тиск у вихлопній системі є пов'язані між собою. Тому клапани К/-Км влаштовано так, що тиск, при якому вони спрацьовують, зростає від першого клапана до останнього. Таким чином забезпечується перерозподіл потоку гарячого газу між первинними термоелектричними генераторами, подібно як і у попередній схемі керування блоком клапанів.In another embodiment, each of the Ki-Km valves of block 6 can be opened independently under the influence of the pressure of the exhaust gas entering the generator. During the operation of the car engine, the thermal power of the exhaust gas and its pressure in the exhaust system are interconnected. Therefore, K/-Km valves are arranged in such a way that the pressure at which they operate increases from the first valve to the last. In this way, redistribution of the hot gas flow between the primary thermoelectric generators is ensured, as in the previous control scheme of the valve block.

Зо Таким чином запропонована конструкція термоелектричного автомобільного генератора є ефективною та надійною, вона забезпечує найбільш оптимальне використання тепла вихлопних газів для генерації електричної енергії.Thus, the proposed design of the thermoelectric car generator is efficient and reliable, it ensures the most optimal use of the heat of exhaust gases for the generation of electrical energy.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. Thermoelectric automobile generator containing: a) thermoelectric generator modules, b) hot heat exchangers, which are located in the flow of engine exhaust gases and are used to supply heat to the modules, c) liquid heat exchangers for removing heat from thermoelectric modules, which differs in that consisting of a number of separate primary thermoelectric generators and a valve system for distributing the total flow of exhaust gas between the primary generators.

2. The thermoelectric generator according to claim 1, which is characterized by the fact that the control of the valve system is carried out by the capacity registration unit of the primary thermoelectric generators, distributing the flow of exhaust gas between the primary generators in an optimal way to achieve the maximum electrical power.

C. Thermoelectric generator according to claim 1, which is characterized by the fact that the control of the valve system is carried out by the pressure of exhaust gases entering the thermoelectric generator.