BR112013014417A2 - Aparelho para a conversão de energia térmica em energia elétrica, aparelho para utilizar o calor do gás de exaustão em um motor de combustão interna e sistema de gás de exaustão para um motor de combustão interna - Google Patents
Aparelho para a conversão de energia térmica em energia elétrica, aparelho para utilizar o calor do gás de exaustão em um motor de combustão interna e sistema de gás de exaustão para um motor de combustão interna Download PDFInfo
- Publication number
- BR112013014417A2 BR112013014417A2 BR112013014417-3A BR112013014417A BR112013014417A2 BR 112013014417 A2 BR112013014417 A2 BR 112013014417A2 BR 112013014417 A BR112013014417 A BR 112013014417A BR 112013014417 A2 BR112013014417 A2 BR 112013014417A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- exhaust gas
- thermoelectric module
- cooling
- combustion engine
- internal combustion
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 72
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 16
- 230000030279 gene silencing Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 2
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 2
- 230000003584 silencer Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 53
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000001743 silencing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 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
- F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
- F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
- F01N1/083—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using transversal baffles defining a tortuous path for the gases or successively throttling gas flow
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
- F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
-
- 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)
- Exhaust Silencers (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
aparelho para a conversão de energia térmica em energia elétrica, aparelho para utilizar o calor do gás de exaustão em um motor de combustão interna e sistema de gás de exaustão para um motor de combustão interna a presente invenção se refere a um dispositivo para a conversão de energia térmica em energia elétrica que compreende pelo menos um módulo termoelétrico (19) que tem uma superfície externa tendo um lado quente (20) para contatar com uma fonte de calor e tendo um lado frio (22) para contatar com um dissipador de calor, em que o lado quente do módulo termoelétrico está conectado termicamente de maneira condutiva a uma fonte de calor, em particular um canal de exaustão (11) de um motor de combustão. o dispositivo compreende ainda um canal de refrigeração (25) através do qual fluido de refrigeração (25) através do qual um fluido de refrigeração pode passar e que está em comunicação termicamente condutiva com o lado frio do módulo termoelétrico e está vedado de maneira hermética a fluido ao redor da abertura com respeito ao lado quente do módulo termoelétrico.
Description
APARELHO PARA A CONVERSÃO DE ENERGIA TÉRMICA EM ENERGIA ELÉTRICA, APARELHO PARA UTILIZAR O CALOR DO GÁS DE EXAUSTÃO EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA E SISTEMA DE GÁS DE EXAUSTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA
DESCRIÇÃO
A presente invenção se refere a um aparelho para a conversão de energia térmica em energia elétrica que compreende pelo menos um módulo termoelétrico que tem uma superfície externa tendo um lado quente fornecido para contatar com uma fonte de calor e tendo um lado frio fornecido para contatar com um dissipador de calor, em que o lado quente do módulo termoelétrico está em comunicação termicamente condutiva com uma fonte de calor, em particular com uma passagem de gás de exaustão de um motor de combustão interna e tendo uma passagem de refrigeração que um fluido de
refrigeração pode passar | através e que | está em frio | comunicação do módulo | ||
termicamente | condutiva | com | o lado | ||
termoelétrico. | |||||
Tais | aparelhos | são | também | chamados | geradores |
termoelétricos | (TEG) e | são | usados em vários | tipos de |
utilização do calor de exaustão. Os geradores termoelétricos podem, por exemplo, serem usados para a utilização do calor do gás de exaustão no motor de combustão interna em que parte da energia térmica do fluxo do gás quente de exaustão se converte em energia elétrica e é fornecida à fonte de alimentação a bordo do veículo a motor para assim, em última análise, economizar combustível. O que é decisivo para a produção de energia elétrica que é tão grande quanto possível é, além da eficiência do módulo termoelétrico, sobretudo uma diferença de temperatura que seja tão grande quanto possível entre a fonte de calor e o dissipador de calor.
A eficiência dos geradores termoelétricos convencionais é, no entanto, relativamente pequena de modo
2/13 que há uma necessidade de aumentar a produção de energia elétrica no aparelho do tipo mencionado.
O documento WO 2007/026432 Al divulga um gerador termoelétrico em que módulos termoelétricos planos estão dispostos entre passagens de aquecimento empilhadas e passagens de refrigeração.
Um gerador termoelétrico é divulgada no documento EP 2 180 534 Al cuja passagem aquecimento e refrigeração é feita de material de vidro cerâmica.
O documento EP 1 965 446 Al divulga um gerador termoelétrico que tem módulo termelétrico tendo um módulo com base em material de vidro cerâmica.
O documento WO 2004/054007 A2 divulga uma bomba de calor termoelétrica em que um elemento termoelétrico é disposto entre duas placas de passagem.
O documento GB 737 827 A divulga um gerador termoelétrico em forma de uma pilha de placas de cerâmica em forma de anel entre os quais placas de metal tendo uma secção transversal em forma de S são inseridas.
A eficiência dos geradores termoelétricos convencionais é, no entanto, relativamente pequena de modo que há uma necessidade de aumentar a produção de energia elétrica no aparelho do tipo mencionado.
O objeto é satisfeito por um aparelho que tem as características da reivindicação 1.
De acordo com a reivindicação 1, a passagem de refrigeração tem pelo menos uma abertura virada para o lado frio do módulo termoelétrico e está vedada hermeticamente ao redor da abertura com relação ao lado quente do módulo termoelétrico. Uma passagem de refrigeração funcional que é fechada de uma maneira hermética a fluidos , por conseguinte, não está ligada ao módulo termoelétrico, por exemplo, mas a vedação não apenas resulta pelo o processo de fixação, isto
3/13 é, um limite exterior do módulo termoeléctrico é usado diretamente para unir a passagem de refrigeração. Desse modo, o calor transferido do lado frio do módulo termoelétrico ao fluido de refrigeração pode melhorar já que a parede de passagem de refrigeração normalmente presente é pelo menos omitida como um resistor de transferência de calor adicional na região da abertura. A invenção então permite uma melhora na remoção do calor por meio do fluido de refrigeração que flui e, portanto uma maior eficiência global do gerador termoelétrico.
De acordo com a invenção, a passagem de refrigeração está anexadas de modo hermético a fluidos a uma carcaça, em particular a uma carcaça como um canal ou como uma meia concha, para o módulo termoelétrico. A carcaça protege o módulo termoeléctrico contra danos e pode ao mesmo tempo servir para sua fixação à passagem dos gases de exaustão.
Desenvolvimentos adicionais da invenção são estabelecidos das reivindicações dependentes, na descrição e nos desenhos incluídos.
A passagem de refrigeração é preferivelmente substancialmente completamente aberta vista na direção do lado frio do módulo termoelétrico. O lado frio do módulo termoelétrico está então- separado de qualquer seção de fixação - em contato direto e de área completa com o meio de refrigeração que flui através da passagem de refrigeração, pelo qual resulta uma transferência de calor particularmente eficaz.
A estrutura da superfície pode ser fornecida do lado frio do módulo termoelétrico que se estende pelo menos regionalmente sobre a abertura da passagem de refrigeração e a qual em particular compreende botões e/ou contas. A eficiência da transferência de calor do lado frio do módulo
4/13 termoelétrico ao fluido de refrigeração pode melhorar por este meio. Ά estrutura da superfície preferivelmente se estende sobre toda a abertura, que está sobre a região em que ocorre um contato direto entre a o fluido de refrigeração que flui e o módulo termoelétrico. Porções ou projeções elevadas da estrutura da superfície podem também projetar através da abertura na passagem de refrigeração.
A passagem de refrigeração pode substancialmente completamente cobrir o lado frio do módulo termoelétrico para aperfeiçoar o efeito de esfriamento.
De acordo com uma modalidade da invenção, as paredes de guia de fluxo que se estendem transversalmente no lado frio estão dispostas na passagem de refrigeração. As paredes de guia de fluxo podem estar em contato hermético a fluido com o lado frio do módulo termoeléctrico após a fixação da passagem de refrigeração ao módulo termoelétrico. O líquido de refrigeração pode ser guiado ao longo de um caminho predefinido sobre o lado frio do módulo termoeléctrico pelas paredes de guia de fluxo durante a operação. A fixação da passagem de refrigeração ao módulo termoeléctrico pode ocorre com a força de transmissão ou com a continuidade de material. A passagem de refrigeração é preferencialmente anexada em forma de orça de transmissão ao módulo termoelétrico em uma região do mesmo próximo à margem.
As paredes de guia de fluxo podem em particular definir um caminho sinuoso de fluxo sobre o lado frio do módulo termoelétrico (19). Em uma modalidade, o liquido de refrigeração pode levar uma quantidade particularmente grande de calor do lado frio do módulo termoeléctrico durante o fluxo através da passagem de refrigeração.
Alternativamente, os caminhos de guia de fluxo podem também ser configurados tal que um fluido que passa através da passagem de refrigeração é excitado para formar um
5/13 fluxo caótico.
De acordo com uma modalidade preferida da invenção, as paredes de guia de fluxo são unidas com força de transmissão ou com continuidade de material ao módulo termoelétrico e/ou à passagem de refrigeração. Desta forma, o vazamento de fluxo pode ser evitado e resulta em uma boa orientação do meio de refrigeração ao longo do lado frio do módulo termoeléctrico.
Um aparelho de acordo com a invenção pode ainda compreender uma pluralidade de módulos termoelétricos que estão dispostos um ao lado do outro e aos quais as respectivas passagens de refrigeração estão anexadas. Uma pluralidade de módulos termelétrico do mesmo tipo, bem como passagens de refrigeração do mesmo tipo podem preferivelmente ser usadas. O aparelho pode, assim, ser adaptado de uma forma simples para diferentes aplicações, em especial para passagens de gás de exaustão de diferentes tamanhos e de diferentes formas.
As passagens de refrigeração da pluralidade de módulos termoelétricos podem estar conectadas em série de um aspecto de fluxo técnico. Alternativamente, as passagens de refrigeração da pluralidade de módulos termoelétricos podem estar conectadas em paralelo de um aspecto de fluxo técnico, com meios fornecidos para dividir um fluxo de fornecimento de fluido de refrigeração comum em uma pluralidade de fluxos de fluido de refrigeração individuais para alimentar as passagens de refrigeração. Uma linha de distribuição ou um tubo de distribuição podem ser usados, por exemplo, como um meio para a divisão. Pode ser impedido por uma conexão em paralelo de uma pluralidade de passagens de refrigeração que um grande gradiente de temperatura indesejável é formado a partir do lado de entrada para o lado da saída ao longo do caminho do fluxo dos gases de exaustão.
6/13
As passagens de refrigeração podem estar anexadas de modo hermético a fluidos a uma carcaça, em particular a uma carcaça como um canal ou como uma meia concha, para o módulo termoelétrico. A carcaça protege do fluido de refrigeração que flui para a alimentar as passagens de refrigeração. Uma linha de distribuição ou um tubo de distribuição podem ser usados, por exemplo, como um meio para a divisão. Pode ser impedido por uma conexão em paralelo de uma pluralidade de passagens de refrigeração que um grande gradiente de temperatura indesejável é formado a partir do lado de entrada para o lado da saída ao longo do caminho do
fluxo dos | gases de exaustão. | |||
A invenção se refere ainda a | um | aparelho | para | |
utilizar | o calor de gases de exaustão | em | um motor de | |
combustão | interna, em que pelo menos | um | aparelho | para |
converter | energia térmica em energia elétrica, tal | como |
descrito acima é anexado a uma passagem dos gases de exaustão do motor de combustão interna e que um conector de saída elétrica do módulo termoeléctrico é conectado a um armazém de energia elétrica loja associado ao motor de combustão interna. 0 armazém de energia elétrica, por exemplo, pode ser a batería principal de um veiculo a motor. O gerador pode ser aliviado pela entrada de energia elétrica na bateria principal, de modo que ocorra economia de combustível global na operação do veiculo a motor.
A invenção se refere ainda a um sistema de gás de exaustão para um motor de combustão interna, em particular em um veículo a motor, que tem um aparelho para utilização do calor do gás de exaustão tal como descrito acima.
Uma pluralidade de módulos termoelétricos que estão dispostos um ao lado do outro e tendo as respectivas passagens de refrigeração podem ser anexados a um componente do sistema de gás de exaustão, com uma linha de influxo de
7/13 fluido de refrigeração comum e uma linha de vazão de fluido de refrigeração comum (43) se estendendo em paralelo à direção do fluxo do gás de exaustão. Por meio disto resulta um design simples , por um lado, uma vez que todas os usinas módulos termelétricas e, por conseguinte, todas as passagens de refrigeração são alimentados por uma única linha comum. Por outro lado, um resfriamento eficiente é assegurada no que diz respeito à superfície do componente do sistema de gases de exaustão uma vez que todos os módulos individuais são passados através separadamente e, assim, gradientes de temperatura indesejavelmente altos são evitados.
De acordo com uma modalidade adicional da invenção, pelo menos dois módulos termoelétricos tendo respectivas passagens de refrigeração são anexados em lados opostos de um componente do sistema de gases de exaustão. A secção achatada de uma passagem dos gases de exaustão, por exemplo, pode ser fornecido com uma disposição de módulos termelétricos, tanto do lado superior como do lado inferior. A transferência de calor dos gases de exaustão para os lados quentes dos módulos termelétricos podem de este modo ser melhorada.
Um sistema de gás de exaustão de acordo com a invenção pode compreender meios para bifurcar uma primeira passagem do gás de exaustão do sistema de gás de exaustão em duas passagens de partes paralelas e para guiar as passagens de partes juntamente a suas extremidades a jusante a uma segunda passagem de gás de exaustão, com pelo menos um dos módulos termoelétricos sendo anexado a ambas as passagens de partes e com pelo menos um módulo termoelétrico adicional sendo disposto entre as duas passagens de partes. Uma linha de influxo de fluido de refrigeração separada e uma linha de vazão de fluido de refrigeração separada são preferencialmente associadas a cada uma das passagens de parte paralelas. A transferência de calor do gás de exaustão
8/13 nos módulos termoelétricos pode ser ainda mais optimizada desta maneira.
A passagem de refrigeração está preferivelmente conectada a um circuito de refrigeração do motor de combustão interna. O líquido de refrigeração em qualquer caso necessário para o funcionamento do motor é assim utilizada de uma maneira vantajosa para economizar combustível por meio da utilização do calor dos gases de exaustão.
O sistema de gás de exaustão pode ter adicionalmente pelo menos um dispositivo silenciador que é projetado levanto em consideração o poder de silenciamento do módulo termoelétrico. Um ou mais dispositivos silenciadores podem, em particular, ser acomodados em uma carcaça de silenciamento que está integrado no sistema de gases de exaustão em qualquer posição desejada. É possível devido ao efeito de silenciamento do elemento termoelétrico dimensionar os dispositivos silenciadores menores na carcaça de silenciamento e/ou de reduzir o seu número ou dispensar completamente com dispositivos silenciadores adicionais. Uma vez que a energia térmica é retirada do gás de exaustão pelo módulo termoeléctrico, não só concretamente resulta na refrigeração dos gases de exaustão, mas também uma redução na emissão de ruído.
A invenção será descrita a seguir, a título de exemplo com referência aos desenhos.
A Fig. 1 É uma representação cortada em perspectiva, de um aparelho de acordo com a invenção para converter energia térmica em energia eléctrica que é anexado a uma passagem dos gases de exaustão de um motor de combustão interna;
A Fig. 2 Mostra o aparelho de acordo com s Fig. 1 em uma vista desde cima; e
A Fig. 3 É uma representação em perspectiva de um
9/13 componente de um sistema de exaustão de gás ao qual uma pluralidade de aparelhos de acordo com a invenção para converter energia térmica em energia elétrica está anexa.
De acordo com a figs. 1 e 2, a passagem dos gases de exaustão 11 serve para orientação de um gás de exaustão quente de um motor de combustão interna, não mostrado, ao longo de uma direção de fluxo S na atmosfera. Ά passagem dos gases, de exaustão 11 tem uma seção transversal retangular, achatada e é dividida em uma pluralidade de passagens secundárias 12. Um flange 13 é fornecido em uma face de extremidade da passagem de exaustão 11 a um lado de entrada de fluxo e serve para conectar a passagem dos gases de exaustão 11a a um componente anterior do trem de exaustão associado. Um flange, que é, no entanto, não mostrado na Fig. 1, está igualmente provido na face de extremidade da passagem do gás de exaustão 11, no lado de saída de fluxo. Respectivas disposições de módulos termelétricos 19 são fornecidos no lado superior 15 e no lado inferior 17 da passagem dos gases de exaustão 11 para converter a energia térmica dos gases de exaustão que fluem em energia eléctrica. Os módulos termelétricos 19 estão cada um acomodados em uma carcaça em forma de meia concha ou forma de chapéu 21 de metal que está ligada à passagem do gás de exaustão 11 por meio de flanges de fixação 23. Elementos de turbilhão semelhantes a lingueta 14 são fornecidos na passagem do gás de exaustão 11 para a geração direta de turbulência nos gases de exaustão que fluem.
Cada módulo termelétrico 19 é orientada de modo que o lado quente 20 fornecido para um contato auma fonte de calor está voltado para a passagem dos gases de exaustão 11. Uma passagem de refrigeração (25) que um fluido de refrigeração pode passar através, em particular água, é fornecida no lado frio (22) oposto de cada do módulo
10/13 termoelétrico (19). Cada passagem de refrigeração 25 compreende uma estrutura portadora de uma parede de guia de fluxo 27 e cobre o lado frio 22 do módulo termoelétrico associado 19 de maneira substancialmente completa de área. As paredes de guia de fluxo 27 a este respeito, preferencialmente se estendem em um ângulo reto em relação ao lado frio 22 do módulo termoelétrico 19 e definem um caminho de fluxo sinuoso. Um elemento de cobertura 29 fornece uma terminação hermética a fluido da passagem de refrigeração 25 com respeito ao meio ambiente em um lado plano da passagem de refrigeração 25 voltado para longe da passagem dos gases de exaustão 11. No entanto, tal elemento de cobertura não é fornecido no lado plano oposto da passagem de refrigeração 25 , isto é, cada passagem de refrigeração 25 é substancialmente completamente em aberto vista na direção do lado frio 22 do módulo termoelétrico 19. As paredes de guia de fluxo 27 são conectadas à carcaça 21 com continuidade de material, de modo que a passagem de refrigeração 25 é vedada com respeito ao lado quente 20 do módulo termoelétrico 19 apesar de um lado aberto.
As paredes de guia de fluxo 27 podem ser produzidas a partir de folhas de metal, material sólido usinado em um processo de corte, tal como o plástico ou de maneira semelhante. No exemplo mostrado, as próprias passagens de guia de fluxo 27 formam, como foi mencionado, a estrutura portadora da passagem de refrigeração 25. Como alternativa, uma estrutura de base semelhante a armação a qual as paredes de guia de fluxo 27 estão unidas também poderia ser fornecida para cada passagem de refrigeração 25.
Durante a operação do aparelho, a água de refrigeração é fornecida a cada passagem de refrigeração 25 que flui através de uma entrada de água de refrigeração 31 (Fig. 2) e que é posteriormente orientado ao longo do lado
11/13 frio 22 de o elemento termoelétrico 19 em um fluxo sinuoso por meio das paredes de guia de fluxo 27 antes que seja levado novamente a uma saída de água de refrigeração 33.
Como pode, em particular, ser visto a partir da representação global, de acordo com a Fig. 3, uma seção doe trem de exaustão pode compreender um funil de entrada 35, um funil de saída 37, bem como duas passagens de parte paralelas 11a, 11b que se estendem entre isso para utilizar o calor dos gases de exaustão em um motor de combustão interna. O fluxo dos gases de exaustão que entra é ramificado por meio do funil de entrada 35 e é dividido entre as duas passagens de parte 11a, 11b. Depois de fluir através das passagens departe paralelas 11a, 11b, fluxos de parte dos gases de exaustão são recombinados para um fluxo total através do funil de saida 37. Tanto em seu lado superior 15 como no seu lado inferior 17, cada umas das passagens de exaustão de gás paralelas 11a, 11b tem uma disposição de módulos termoelétricos 19 tendo respectivas passagens de refrigeração 25 situadas ao lado uma da outro. Duas disposições de módulos termelétricos 19 posicionadas atrás uma da outra ao longo da direção de fluxo S são, portanto, localizadas entre as duas passagens de parte lla, 11b). Os módulos termoelétricos 19 são, portanto, fornecidos em ambos os lados de cada passagem de parte 11a, llb, de mdo que uma área maior contribui para a conversão de energia termoelétrica em comparação com uma única passagem dos gases de exaustão não ramificada 11.
A este respeito, uma linha de influxo de fluido de refrigeração comum 41, bem como uma linha de vazão de fluido de refrigeração comum 43 são associadas a cada uma das passagens de parte 11a, 11b e cada um se estende em paralelo com a direção do fluxo S de gases de exaustão ao longo das passagens parte 11a, 11b. Cada passagem de refrigeração 25 é conectado por meio de uma única linha de influxo 4 5 e uma
12/13 única linha de vazão 47 à respectiva associada linha de influxo de água de refrigeração comum 41 e à respectiva associada linha de vazão de água de refrigeração comum 43. Desta forma, resulta em uma conexão em paralelo de passagens de refrigeração individuais 25 de cada disposição de módulos termelétricos 19 associada a lado plano da passagem de parte 11a, 11b. A formação de um gradiente de temperatura indesejavelmente alto alta ao longo da direção do fluxo S de gases de exaustão é impedido por esta ligação em paralelo. A linha de influxo de água de refrigeração comum 41 e linha de vazão de água de refrigeração comum 43 de cada disposição de módulos termoelétricos 19 são conectadas a um circuito de refrigeração do motor de combustão interna.
Durante a operação do motor de combustão interna, o gases de exaustão que fluem aquecem o lado quente 20 de cada módulo termoelétrico 19, enquanto que o lado frio 22 de cada módulo termoelétrico 19 é resfriado por meio da água que flui através da passagem de refrigeração 25. Desta forma, energia elétrica pode ser recuperada a partir da energia térmica dos gases de exaustão que são oportunamente fornecidos para a fonte de alimentação incorporada do veiculo a motor associado. A invenção pode ser adaptada a muitas variantes diferentes de trens exaustão devido a construção modular. O princípio das passagens de parte paralelas, bem como a disposição dos módulos em ambos os lados juntamente com a conexão em paralelo dos módulos individuais de um aspecto de fluxo técnico permite uma conexão térmica particularmente eficaz dos módulos termoelétricos 19 à passagem do gás de exaustão 11, bem como à passagem de refrigeração 25.
Devido ao contato direto entre a água de refrigeração na passagem de refrigeração 25 e o lado frio 22 do módulo termoelétrico associado 19, resulta em uma transferência de calor particularmente boa do módulo
13/13 termoelétrico 19 ao dissipador de calor associado, de forma que o aparelho pode ser operado com alta eficiência.
Lista de números de referência
11, 11a, 11b passagem dos gases de exaustão
Passagem secundária
Flange
Elemento de turbilhão
Lado superior
Lado inferior
Módulo termoeléctrico
Lado quente carcaça
Lado frio
Entalhe de fixação
Passagem de refrigeração
Parede de guia de fluxo
Elemento de cobertura
Entrada de água de refrigeração
Saida de água de refrigeração
Funil de entrada
Funil de saída linha de influxo de água de refrigeração linha de vazão de água de refrigeração linha de influxo única linha de vazão única
S direção de fluxo
Claims (19)
1. APARELHO PARA A CONVERSÃO DE ENERGIA TÉRMICA EM ENERGIA ELÉTRICA que compreende pelo menos um módulo termoelétrico (19) que tem uma superfície externa com um lado quente (20) fornecido para contatar com uma fonte de calor (11) e com um lado frio (22) fornecido para contatar com um dissipador de calor (25), em que o lado quente (20) do módulo termoelétrico (19) está em comunicação termicamente condutiva com uma fonte de calor (11), em particular com uma passagem de gás de exaustão de um motor de combustão interna; e que compreende uma passagem de refrigeração (25) que um fluido de refrigeração pode passar através e que está em comunicação termicamente condutiva com o lado frio (22) do módulo termoelétrico (13), em que a passagem de refrigeração (25) ter pelo menos uma abertura virada para o lado frio (22) do módulo termoelétrico (19) e estar vedada hermeticamente ao redor da abertura com relação ao lado quente (20) do módulo termoelétrico (19), caracterizado por a passagem de refrigeração estar anexado de modo hermético a fluidos a uma carcaça (21) para o módulo termoelétrico (19) .
2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a passagem de refrigeração (25) estar substancialmente completamente aberta na direção do lado frio (22) do módulo termoelétrico (19).
3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizado por uma estrutura da superfície ser fornecida no lado frio (22) do módulo termoelétrico (19) que se estende pelo
2/5 menos regionalmente sobre a abertura da passagem de refrigeração (25) e que em particular compreende botões e/ou contas.
4. APARELHO, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a passagem de refrigeração (25) cobrir o módulo termoelétrico (19) de uma forma substancialmente completa.
5. APARELHO, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por paredes de guia de fluxo (27) que se estendem transversalmente ao lado frio (22) serem dispostas na passagem de refrigeração (25).
6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por as paredes de guia de fluxo (27) definirem um caminho sinuoso de fluxo sobre o lado frio (22) do módulo termoelétrico (19).
7. APARELHO, de acordo com a reivindicação
5 ou a reivindicação 6, caracterizado por os caminhos de guia de fluxo estarem configurados tal que um fluido gue passa através da passagem de refrigeração (25) é excitado para formar um fluxo caótico.
8. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado por as paredes da guia de fluxo (27) estarem anexadas com transmissão de força ou com continuidade do material ao módulo termoelétrico e/ou à passagem de refrigeração
9. APARELHO, de acordo com pelo menos uma das
3/5 reivindicações 1 a 8, caracterizado por o aparelho compreender uma pluralidade de módulos termoelétricos (19) que estão dispostos um ao lado do outro e aos quas as respectivas passagens de refrigeração (25) estarem anexados.
10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por as passagens de refrigeração (25) da pluralidade de módulos termoelétricos (19) estarem conectados em série de um aspecto de fluxo técnico.
11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por as passagens de refrigeração (25) da pluralidade de módulos termoelétricos (19) estarem conectadas em paralelo de um aspecto de fluxo técnico, com meios para dividir um fluxo de fornecimento de fluido de refrigeração comum em uma pluralidade de fluxos de fluido de refrigeração individuais sendo fornecidos para alimentar as passagens de refrigeração.
12. APARELHO, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a carcaça (21) para o módulo termoelétrico (19) ser como um canal ou como uma meia concha.
13. APARELHO PARA UTILIZAR O CALOR DO GÁS DE EXAUSTÃO EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, caracterizado por pelo menos um aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores estar anexado a uma passagem de gás de exaustão (11) do motor de combustão interna, com um conector de saída elétrica do módulo termoelétrico (19) estando em comunicação com um armazém de energia elétrica associado ao motor de combustão interna.
4/5
14. SISTEMA DE GÁS DE EXAUSTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, em particular em um veículo a motor, caracterizado por compreender um aparelho para utilização do calor do gás de exaustão conforme definido na reivindicação 13.
15. SISTEMA DE GÁS DE EXAUSTÃO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o sistema de gás de exaustão ter pelo menos um dispositivo de silenciador que é projetado tendo em conta o poder de silenciamento do módulo termoelétrico (19).
16. SISTEMA DE GÁS DE EXAUSTÃO, de acordo com a reivindicação 14 ou reivindicação 15, caracterizado por uma pluralidade de módulos termoelétricos (19) dispostos um ao lado do outro e tendo as respectivas passagens de refrigeração (25) serem anexados a um componente do sistema de gás de exaustão, com uma linha de influxo de fluido de refrigeração comum (41) e uma linha de vazão de fluido de refrigeração comum (43) se estendendo em paralelo à direção do fluxo (S) do gás de exaustão.
17. SISTEMA DE GÁS DE EXAUSTÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado por pelo menos dois módulos termoelétricos (19) tendo respectivas passagens de refrigeração (25) serem anexados aos lados opostos (15, 17) de um componente do sistema de gás de exaustão.
18. SISTEMA DE GÁS DE EXAUSTÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 17, caracterizado por meios (35) para bifurcar uma primeira passagem do gás de exaustão do sistema de gás de exaustão em duas
5/5 passagens de partes paralelas (11a, 11b) e para guiar as passagens de partes juntamente (11a, 11b) a suas extremidades a jusante a uma segunda passagem de gás de exaustão, com pelo menos um módulo termoelétrico (19) sendo anexado a ambas passagens de partes (11a, 11b) e com pelo menos um módulo termoelétrico adicional (19) sendo disposto entre as duas passagens de partes (11a, 11b).
19. SISTEMA DE GÁS DE EXAUSTÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 18, caracterizado por a passagem de refrigeração (25) estar conectada a um circuito de refrigeração do motor de combustão interna.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010054432.9A DE102010054432B4 (de) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Vorrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie sowie Anlage und Abgasanlage mit einer solchen Vorrichtung |
DE102010054432.9 | 2010-12-14 | ||
PCT/EP2011/005406 WO2012079662A1 (de) | 2010-12-14 | 2011-10-26 | Vorrichtung zur wandlung von wärmeenergie in elektrische energie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR112013014417A2 true BR112013014417A2 (pt) | 2020-06-02 |
Family
ID=44883188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR112013014417-3A BR112013014417A2 (pt) | 2010-12-14 | 2011-10-26 | Aparelho para a conversão de energia térmica em energia elétrica, aparelho para utilizar o calor do gás de exaustão em um motor de combustão interna e sistema de gás de exaustão para um motor de combustão interna |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9905745B2 (pt) |
CN (1) | CN103261613B (pt) |
BR (1) | BR112013014417A2 (pt) |
DE (1) | DE102010054432B4 (pt) |
WO (1) | WO2012079662A1 (pt) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012206127A1 (de) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrische Vorrichtung |
DE102012216042A1 (de) | 2012-09-11 | 2014-03-13 | Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie |
DE102012216041B4 (de) | 2012-09-11 | 2024-06-06 | Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie |
DE102013201233A1 (de) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Wärmetauscher zur Nutzung von Abwärme heißer Fluide |
US9748890B2 (en) * | 2013-06-11 | 2017-08-29 | Mark W Miles | Hybrid flow solar thermal collector |
KR101421958B1 (ko) * | 2013-08-06 | 2014-07-22 | 현대자동차주식회사 | 차량의 배기열 활용 구조 |
WO2015034917A1 (en) | 2013-09-04 | 2015-03-12 | Robert Bosch Gmbh | Device for exhaust waste heat recovery |
KR101428615B1 (ko) * | 2013-09-16 | 2014-08-08 | 현대자동차주식회사 | 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조 |
WO2015057399A1 (en) * | 2013-10-18 | 2015-04-23 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Heat exchanger for thermoelectric power generation with the thermoelectric modules in direct contact with the heat source |
CA2963265A1 (en) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | Alphabet Energy, Inc. | Thermoelectric generating unit and methods of making and using same |
DE102016223696A1 (de) * | 2016-11-29 | 2018-05-30 | Mahle International Gmbh | Wärmetauscher, insbesondere Abgaswärmetauscher, für ein Kraftfahrzeug |
JP2019143621A (ja) * | 2017-12-20 | 2019-08-29 | マグネティ マレッリ ソチエタ ペル アツィオニ | ターボチャージャ付き内燃熱機関のための熱電発電機を備えたインタークーラ |
CN107947640A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-20 | 西北工业大学 | 一种利用暖气炉温差进行发电的发电装置 |
US11683984B2 (en) * | 2018-07-09 | 2023-06-20 | Lg Innotek Co., Ltd. | Heat conversion device |
CN110595196B (zh) * | 2019-08-22 | 2024-03-26 | 广东工业大学 | 一种小型高效除湿热泵干燥装置 |
WO2021256164A1 (ja) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 熱発電ユニット |
JPWO2021256163A1 (pt) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB737827A (en) * | 1952-08-14 | 1955-10-05 | Erie Resistor Corp | Thermo-electric device |
US5823249A (en) * | 1997-09-03 | 1998-10-20 | Batchelder; John Samual | Manifold for controlling interdigitated counterstreaming fluid flows |
JP2001004245A (ja) | 1999-06-18 | 2001-01-12 | Daikin Ind Ltd | 熱電変換装置 |
JP2002325470A (ja) | 2001-04-23 | 2002-11-08 | Sango Co Ltd | 自動車用熱電発電装置 |
US20040112571A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-06-17 | Cooligy, Inc. | Method and apparatus for efficient vertical fluid delivery for cooling a heat producing device |
WO2004054007A2 (en) | 2002-12-09 | 2004-06-24 | M.T.R.E Advanced Technologies Ltd. | Thermoelectric heat pumps |
JP4454949B2 (ja) * | 2003-03-25 | 2010-04-21 | 本田技研工業株式会社 | 熱電変換装置 |
JP2005117836A (ja) * | 2003-10-09 | 2005-04-28 | Toyota Motor Corp | 排熱エネルギー回収装置 |
US7610993B2 (en) | 2005-08-26 | 2009-11-03 | John Timothy Sullivan | Flow-through mufflers with optional thermo-electric, sound cancellation, and tuning capabilities |
JP4719747B2 (ja) | 2005-08-31 | 2011-07-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Egrガス発電装置 |
US7629124B2 (en) * | 2006-06-30 | 2009-12-08 | Canon U.S. Life Sciences, Inc. | Real-time PCR in micro-channels |
GB2443657A (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-14 | 4Energy Ltd | Thermoelectric refrigerating device |
DE102006057662A1 (de) | 2006-12-07 | 2008-06-12 | Bayerische Motoren Werke Ag | Fahrzeug mit einem thermoelektrischen Generator |
EP1965446B1 (en) * | 2007-02-28 | 2011-11-16 | Corning Incorporated | Glass-ceramic thermoelectric module |
JP2008274790A (ja) | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Toyota Motor Corp | 排熱回収装置 |
EP2180534B1 (en) * | 2008-10-27 | 2013-10-16 | Corning Incorporated | Energy conversion devices and methods |
EP2230701A3 (de) * | 2009-03-19 | 2014-04-02 | Behr GmbH & Co. KG | Thermoelektrische Vorrichtung |
DE102009013535A1 (de) | 2009-03-19 | 2010-09-23 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrische Vorrichtung |
DE102009003144A1 (de) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Robert Bosch Gmbh | Wärmeübertrager und Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie eines Fluids in elektrische Energie |
-
2010
- 2010-12-14 DE DE102010054432.9A patent/DE102010054432B4/de active Active
-
2011
- 2011-10-26 BR BR112013014417-3A patent/BR112013014417A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2011-10-26 US US13/993,600 patent/US9905745B2/en active Active
- 2011-10-26 WO PCT/EP2011/005406 patent/WO2012079662A1/de active Application Filing
- 2011-10-26 CN CN201180059998.7A patent/CN103261613B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103261613A (zh) | 2013-08-21 |
CN103261613B (zh) | 2016-01-27 |
US9905745B2 (en) | 2018-02-27 |
DE102010054432B4 (de) | 2023-02-09 |
DE102010054432A1 (de) | 2012-06-14 |
US20140345662A1 (en) | 2014-11-27 |
WO2012079662A1 (de) | 2012-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
BR112013014417A2 (pt) | Aparelho para a conversão de energia térmica em energia elétrica, aparelho para utilizar o calor do gás de exaustão em um motor de combustão interna e sistema de gás de exaustão para um motor de combustão interna | |
US10260781B2 (en) | Liquid cooling device having diversion mechanism | |
KR101653453B1 (ko) | 전력반도체 양면 냉각방식 냉각장치 | |
KR101459204B1 (ko) | 냉각기 | |
JP2015115167A (ja) | 発熱体収容装置 | |
US9677511B2 (en) | Exhaust gas cooler | |
WO2006075614A1 (ja) | ヒートシンクおよびそれを用いた冷却ユニット | |
JP6477276B2 (ja) | クーリングプレート及びクーリングプレートを備える情報処理装置 | |
KR20140010020A (ko) | 충전 공기를 냉각하기 위한 장치, 충전 공기를 조절하기 위한 시스템, 및 내연기관용 흡입 모듈 | |
CA2897361C (en) | Heat exchanger apparatus with manifold cooling | |
JPWO2017122832A1 (ja) | 偏平チューブ積層型の排気ガス熱交換器 | |
US20130133866A1 (en) | Heat Exchanger Plates with Integral Bypass Blocking Tabs | |
TWI457529B (zh) | 熱交換機 | |
KR20110118615A (ko) | 내부 연소엔진의 배기가스 냉각기 | |
US11031535B2 (en) | Thermoelectric power generation system | |
JP2011226722A (ja) | Egrクーラー | |
KR101791898B1 (ko) | 중앙 냉각채널 형 열전발전 시스템 | |
JP2013197178A (ja) | 冷却装置 | |
JP2013213424A (ja) | 排気ガス熱交換器 | |
CN113840516B (zh) | 一种液冷冷板及板级液冷*** | |
US20180337318A1 (en) | Thermoelectric generator for an exhaust system of an internal combustion engine | |
JP6190914B1 (ja) | 冷媒流路付き電気機器 | |
KR20190034075A (ko) | 배기가스 냉각기 및 배기가스 냉각기를 구비한 배기가스 재순환 시스템 | |
JP2020004766A (ja) | 冷却器 | |
JP2019054224A (ja) | 液冷式冷却装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
B11B | Dismissal acc. art. 36, par 1 of ipl - no reply within 90 days to fullfil the necessary requirements | ||
B350 | Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette] |