CN103780156B - 用于车辆的热电发电机 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的热电发电机，所述热电发电机安装在排气管处并且使用所述排放气体和冷却剂之间的温差发电。所述发电机包括：壳体；热电模块，所述热电模块安装在所述壳体的外圆周表面处；多个冷却剂管，所述多个冷却剂管安装从而使所述热电模块紧密附接至所述壳体；第一冷却剂容器，所述第一冷却剂容器分别安装在所述冷却剂管的两个端部处；和第二冷却剂容器，所述第二冷却剂容器分别安装在所述冷却剂管的两个端部处。冷却剂管以模块化形式组装至第一和第二冷却剂容器，并且因此可以改进组装性，并且在故障的情况下可以容易地进行元件的更换。在本发明的冷却剂管中，在与热电模块接触的部分处集中进行热交换，并且因此可以更为改进发电效率。

Description

用于车辆的热电发电机

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月25日提交的韩国专利申请第10-2012-0119122号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及用于车辆的热电发电机，更具体地，涉及这样的用于车辆的热电发电机，其通过将热电模块两侧之间的温差最大化而改进发电效率，并且具有使元件的组装和更换更为简单的构造。

背景技术

热电发电是使用加热元件和冷却元件之间的电势差来发电的技术，并且优点在于能够直接从热源产生电能而无需机械操作。

热电发电方法在除汽车之外的领域中已经使用很久，例如边远区域的供电设施、行星探测器(Voyager II)等，并且近年来考虑将其应用于废物焚烧炉的废热利用***、地热电站、海洋温差发电等。

同时，当考虑汽车中的能量流动时，汽油的化学能通过在发动机中燃烧而转化为机械能，但是热效率仅为30％，并且剩余能量以热能、振动能、声能等形式消散。

因此，需要回收消散的能量从而改进燃料经济性。此外，由于从具有更高温度的热源消散的热能在消散的能量中更为有用，所以开发了使用数百度的高温范围内的发动机的废热作为高温热源的方法。

同时，由于用于为车辆供电的交流发电机的效率仅为33％，并且轴功率需要随着车辆中能量消耗的增加而增加，问题在于轴功率的损失增加，并且高燃料消耗和污染物的排放增加。

在此，用于驱动交流发电机所消耗的能量的量根据车辆的行驶状态和功率消耗状态而变化，但是在能量消耗较低的一般日间行驶的过程中也消耗能量。

因此，额外发电例如热电发电分担了交流发电机的功能，从而可以预料地改进燃料经济性。

应用于车辆的热电发电已经作为使用排放气体的废热和冷却剂而发电的技术公布于众。更特别地，包括p-型和n-型导体或半导体并且安装在排气管处的热电模块被构造成一侧与排放气体接触而另一侧与冷却剂接触。

在此，传输至热电模块的热源(排放气体)和冷源(冷却剂)之间的温差需要增加从而增加热电模块的发电效率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供用于车辆的热电发电机，其优点在于通过将热源和冷源之间的温差最大化从而改进发电效率，便于组装，并且在发生故障的情况下简化了元件的更换。

本发明的各个方面提供了一种用于车辆的热电发电机，所述热电发电机安装在排放气体流经的排气管处并且使用所述排放气体和冷却剂之间的温差来发电，所述热电发电机包括：壳体，所述壳体以管形状形成使得所述排放气体从前侧流入并从后侧排出，所述排气管穿过所述壳体而贯穿地安装；多个热电模块，所述热电模块安装在所述壳体的外圆周表面处从而沿所述壳体的纵向方向形成多个柱状物并且根据所述温差发电；多个冷却剂管，所述冷却剂流过所述多个冷却剂管，所述多个冷却剂管被安装成使所述热电模块紧密附接至所述壳体并且附接所述热电模块的每个柱状物；多个第一冷却剂容器，所述第一冷却剂容器分别安装在所述冷却剂管的两个端部处，使得沿所述壳体的纵向方向位于一侧的所述冷却剂管被打开，所述冷却剂流入和流出所述第一冷却剂容器；和多个第二冷却剂容器，所述第二冷却剂容器分别安装在所述冷却剂管的两个端部处，使得沿所述壳体的纵向方向位于另一侧的所述冷却剂管被打开，所述冷却剂流入和流出所述第二冷却剂容器。

所述排气管可以安装使得所述排放气体在所述壳体和所述排气管之间流动，所述排气管可以分成在纵向方向上位于相对前侧的第一排气管和位于相对后侧的第二排气管，阀板可以安装在所述第一排气管的后端部处并且连接至弹簧从而根据所述排放气体的压力封住所述第一排气管的后端部，可以在所述第一排气管的外圆周表面处形成冲压孔，当所述第一排气管的后端部被封住时，所述排放气体旁路通过所述冲压孔。

导热构件可以构建在所述排气管和所述壳体之间，并且所述导热构件可以以多孔网眼结构形成，所述多孔网眼结构允许所述排放气体穿过其中并且吸热。

具有弹性的多个连接构件可以安装在所述冷却剂管的两个端部处，并且所述冷却剂管可以通过所述连接构件连接至所述第一冷却剂容器和所述第二冷却剂容器。

所述用于车辆的热电发电机还可以包括夹具，所述夹具沿所述壳体的圆周缠绕使得所述冷却剂管紧密附接至所述热电模块。

所述冷却剂管可以由金属材料例如钢或铝制成。

在本发明中，多个冷却剂管以模块化形式组装至第一冷却剂容器和第二冷却剂容器，并且因此可以改进组装性，并且在发生故障的情况下可以容易地进行元件的部分更换。

在本发明的冷却剂管中，不在冷却剂管的整个区域上进行热交换，而是仅在与热电模块接触的部分处集中进行热交换，因此可以更为提高发电效率。

在本发明中，当排放气体以合适的量流动时进行发电，并且当排放气体大量(达到克服弹簧弹力的程度)流动时使排放气体迅速排放，并且因此避免热电模块过热及降低发动机的输出功率。

冷却剂管通过具有弹性的连接构件或橡胶连接至第一冷却剂容器或第二冷却剂容器，并且因此可以减少组装误差和元件之间的间隙。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方案，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1是根据本发明的用于车辆的示例性热电发电机的立体图。

图2A是显示从图1除去第一冷却剂容器和第二冷却剂容器的盖部分的形状的立体图。

图2B是显示安装在图1中所示的壳体内部的排气管的立体图。

图3是沿着图1中的线A-A所呈现的横截面图。

图4是沿着图1中的线B-B所呈现的横截面图。

图5是沿着图1中的线C-C所呈现的横截面图。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个具体实施方案，这些具体实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

下面，将参考所附附图更为具体地描述根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热电发电机。

参考图1、图2A和图2B，本发明的壳体50具有管的形状，并且排气管60(60a和60b)贯穿地安装在壳体50中。排气管60被构造成使其前侧(图的左侧)连接至发动机并且排放气体被排放至其后侧(图的右侧)。排气管60被构造成分为第一排气管60a和第二排气管60b，所述第一排气管60a在纵向方向上位于相对前侧，所述第二排气管60b位于相对后侧，使得排放气体流入或流出壳体50的内部，亦即，排放气体在壳体50和排气管60之间流动。

此外，阀板61安装在第一排气管60a的后端部处并且连接至弹簧62，从而根据排放气体的压力封住第一排气管60a的后端部，同时在第一排气管60a的外圆周表面处形成冲压孔63，当第一排气管60a的后端部被封住时，排放气体旁路通过所述冲压孔63。

同时，多个热电模块40附接至壳体50的外圆周表面，所述多个热电模块40根据其一侧和另一侧之间的温差而发电。热电模块40具有板形状，其中形成有两个平坦表面并被安装成沿壳体50的纵向方向形成多个柱状物。通过多个热电模块40形成的柱状物沿壳体50的圆周并排设置。

热电模块40的其中一个平坦表面附接至壳体50的外圆周表面，并且另一个表面紧密附接从而被冷却剂管70挤压。冷却剂在冷却剂管70中沿冷却剂管70的纵向方向流动。多个冷却剂管70被构造成紧密附接热电模块40的每个柱状物。

在本发明中，设置第一冷却剂容器10(10a、10b、10c和10d)和第二冷却剂容器20(20a、20b、20c和20d)从而将冷却剂管70固定至壳体50。第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20分别具有彼此面对的括号形状，即“(”和“)”的形状，使得第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20允许排气管60穿过其中并且可以安装在壳体50的前侧和后侧。

第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20包括盖部分10b、10d、20b和20d和本体部分10a、10c、20a和20c，连接构件30装配至所述盖部分10b、10d、20b和20d；所述本体部分10a、10c、20a和20c联接至所述盖部分从而提供冷却剂可以流动的空间。

如图所示，第一冷却剂容器10沿壳体50的纵向方向(长度方向)设置在一侧，并且第二冷却剂容器20沿壳体50的纵向方向设置在另一侧，从而面对第一冷却剂容器10。第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20分别连接至冷却剂入口管80和冷却剂排出管90，使得冷却剂流入和流出冷却剂管70的两个端部。

同时，如图3和图5中所示，多个连接构件30安装在冷却剂管70的两个端部处，并且冷却剂管70通过连接构件30连接至第一冷却剂容器10或第二冷却剂容器20。

连接构件30可以由具有预定弹性的合成橡胶或合成树脂制成以便减少组装误差，或者与冷却剂管70整体形成。此外，在连接构件30与冷却剂管70整体形成的情况下，具有弹性的橡胶21可以介于盖部分10b、10d、20b和20d和连接构件30之间从而减少上述组装误差。

在本发明中，如图4中所示，在排气管60和壳体50之间构建导热构件51，从而当排放气体流动时，使与排放气体的接触面积达到最大化。导热构件51具有多孔结构从而允许排放气体穿过其中并且吸热。例如，导热构件51可以通过将具有高导热性的金属材料加工成网眼形状并且将金属材料形成为可***壳体中而形成，从而***壳体50中。

当多个冷却剂管70通过第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20固定至壳体50的两个端部时，可以在中间位置(壳体50的中心位置)附近额外设置至少一个夹具(未示出)从而避免冷却剂管70和热电模块40彼此移开，或者避免附着力降低。亦即，夹具被构造成(在冷却剂管70的外侧处沿壳体50的圆周)缠绕使得冷却剂管70紧密附接至热电模块40。

同时，根据本发明的冷却剂管70可以由金属材料制成，但是还可以由具有相对低的导热性的合成树脂制成，从而避免热传递至不必要的部分(不与热电模块40接触的部分)。

本发明的使用排放气体的废热和冷却剂之间的温差发电的用于车辆的热电发电机具有旁路结构，使得当排放气体大量排出时，排放气体迅速排出从而避免热电模块40过热及降低发动机的输出功率，并且仅当排放气体以合适的量排出时才进行发电。

在本发明中，多个冷却剂管70连接为在第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20进行分离的状态下被分离，从而可以使得元件的组装和更换变得容易。此外，(如图1中所示)在第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20的下侧处进行冷却剂的流入，并且在第一冷却剂容器10和第二冷却剂容器20的上侧处进行冷却剂的流出，并且因此可以更有效地进行冷却剂的循环。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语上或下，前或后等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性具体实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性具体实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (5)

1.一种用于车辆的热电发电机，所述热电发电机安装在排放气体流经的排气管处并且使用所述排放气体和冷却剂之间的温差来进行发电，所述热电发电机包括：

圆筒状壳体，所述排气管穿过该圆筒状壳体而进行贯穿地安装；

多个热电模块，所述热电模块安装在所述壳体的外圆周表面处从而沿所述壳体的纵向方向形成多个柱状物，所述热电模块根据所述温差来进行发电；

多个冷却剂管，所述冷却剂流动穿过所述多个冷却剂管，所述多个冷却剂管被安装成使所述热电模块紧密附接至所述壳体并且紧密附接所述热电模块的每个柱状物；

多个第一冷却剂容器，所述多个第一冷却剂容器分别安装在所述冷却剂管的相对的端部处，使得沿所述壳体的纵向方向位于一侧的所述冷却剂管被打开，所述冷却剂流入和流出所述第一冷却剂容器；和

多个第二冷却剂容器，所述多个第二冷却剂容器分别安装在所述冷却剂管的相对的端部处，使得沿所述壳体的纵向方向位于另一侧的所述冷却剂管被打开，所述冷却剂流入和流出所述第二冷却剂容器；

其中：

所述排气管安装使得所述排放气体在所述壳体和所述排气管之间流动，

所述排气管分成在纵向方向上位于前侧的第一排气管和位于后侧的第二排气管，

阀板安装在所述第一排气管的后端部处并且连接至弹簧从而根据所述排放气体的压力封住所述第一排气管的后端部，

在所述第一排气管的外圆周表面处形成冲压孔，当所述第一排气管的后端部被封住时，所述排放气体旁路通过所述冲压孔。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热电发电机，其中在所述排气管和所述壳体之间设有导热构件，并且所述导热构件以多孔结构形成，所述多孔结构允许所述排放气体穿过其中并且吸热。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的热电发电机，其中在所述冷却剂管的相对的端部处安装有多个连接构件，并且所述冷却剂管通过所述连接构件连接至所述第一冷却剂容器和所述第二冷却剂容器。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的热电发电机，还包括：

夹具，所述夹具沿所述壳体的圆周缠绕使得所述冷却剂管紧密附接至所述热电模块。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的热电发电机，其中所述冷却剂管由金属材料制成。