热电发电装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及热电发电装置。热电发电装置包括：吸热表面，其被配置为吸收来自内燃发动机的热；发热表面，其通过半导体与吸热表面接合，并且被配置为向外部排出热；以及传导转换部件，其被插入在吸热表面与内燃发动机之间。传导转换部件被配置为当内燃发动机的温度等于或者大于特定值时，允许热从内燃发动机传导到吸热表面。
【专利说明】
热电发电装置
技术领域
[0001]本发明涉及热电发电装置，更具体地，涉及如下一种热电发电装置，其能够使用在特定温度下相变的相变材料/物质(material)，仅在内燃发动机的温度为一特定值以上时，通过吸收内燃发动机的热来产生电力。
【背景技术】
[0002]热电发电是利用塞贝克(Seebeck)效应来发电，所述Seebeck效应为，当给材料两端提供温度差时，产生电动势。由于利用塞贝克效应的热电发电机不包含动态部件，并且在材料内直接将热转换为电力而不单独需要燃料，因此它具有很高的稳定性，并且不会排出环境污染物。同时，为了回收在内燃发动机运行期间作为热而被排放的能量，已经使用了热电发电。
[0003]然而，当将热电发电机安装在内燃发动机中时，内燃发动机的热被热电发电机吸收，从而降低了从内燃发动机排出的排气的温度。这对为了净化从内燃发动机排出的排气而安装在排气管道中的各种后处理装置的活动性(activity)具有负面影响。原因如下。各种后处理装置在500°C到700°C的温度下被激活，从而氧化或者还原N0x、S0x，和PM。然而，当热电发电机运行时，排气的温度被过度降低，使得与现有技术相比，排气的温度应当被升尚O
[0004]另外，在根据现有技术的内燃发动机中安装的热电发电机中，通过排气热的直接传导或对流，热从内燃机传递到热电发电机。然而，由于内燃发动机的温度过度波动，可能无法得到恒定的开路电压。
[0005][相关技术文献]
[0006][专利文献]
[0007](专利文献I)韩国专利公开10-1391159(2014年4月25日公开)
【发明内容】
[0008]本公开是为了解决现有技术中出现的上述问题，同时完整地保留现有技术实现的优点。
[0009]本发明构思的一方面提供了一种热电发电装置，其通过当内燃发动机的温度等于或大于特定温度时，允许热电发电机吸收内燃发动机的热，由此在不对后处理装置的活动性造成负面影响的情况下，获得恒定的开路电压。
[0010]根据本发明构思的示例性实施例，热电发电装置包括:吸热表面，其被配置为吸收来自内燃发动机的热；发热表面，其通过半导体与吸热表面接合，并且被配置为向外界排放热；传导转换部件，其被插入在吸热表面和内燃发动机之间，并且被配置为在内燃发动机的温度等于或大于特定值时，允许热从内燃发动机传导到吸热表面。
[0011 ] 在某些实施例中，传导转换部件可以在其中具有相变材料，并且相变材料能够在从内燃发动机传递的热等于或大于热基准值时，从固态到液态进行相变，并且膨胀。
[0012]在某些实施例中，该特定值大于或等于安装在排气管道中的排气后处理装置的激活温度。
[0013]在某些实施例中，相变材料可以包含提高热导率的混合填料，其中混合填料为相变材料的50被％或更多。
[0014]在某些实施例中，混合填料可以选自由下列物质组成的群组:石墨、碳纤维、陶瓷纤维、各种金属填料、以及它们的混合物。
[0015]在某些实施例中，传导转换部件可以包括:基底表面，其附着到内燃发动机的表面；以及多个隔离柱，其从基底表面突出预定高度并且附着到吸热表面。在某些实施例中，相变材料可以被插入到隔离柱之间形成的多个空间中。
[0016]在某些实施例中，基底表面可以与吸热表面平行。
[0017]在某些实施例中，插入到空间中的相变材料的体积小于空间的体积。
[0018]在某些实施例中，相变材料在相变期间膨胀之后，可以将基底表面连接到吸热表面。
[0019]在某些实施例中，基底表面包括导热陶瓷。
[0020]在某些实施例中，隔离柱可以包括具有低热导率的气凝胶或者高耐热性塑料。
[0021]在某些实施例中，基底表面可以具有在其上形成的销，并且这些销可以朝着在隔离柱之间形成的多个空间突出。
[0022]在某些实施例中，吸热表面和发热表面可以各自具有附着到它们的多个导电金属部分，并且附着到吸热表面的导电金属部分和附着到发热表面的导电金属部分可以通过η型材料和P型材料串联连接。
[0023]在某些实施例中，可以在发热表面上安装冷却剂流动的冷却套管、冷却翅片、或者朝着在外部流动的空气突出的冷却管道。
[0024]在另一方面，热电发电装置可以包括:热电元件，其附着到内燃发动机；相变材料，其安装在内燃发动机和热电元件之间的附着部分上，使得当内燃发动机的温度等于或大于特定值时，热从内燃发动机传导到热电元件。
[0025]在另一方面，热电发电装置可以包括:热电元件，其附着到内燃发动机；多个隔离柱，其被插入在内燃发动机和热电元件之间；以及相变材料，其被插入在隔离柱之间形成的多个空间中。插入到空间中的相变材料的体积可以小于空间的体积，并且相变材料在内燃发动机的温度大于或等于安装在排气管道中的排气后处理装置的激活温度时，可以将内燃发动机连接到热电元件。
【附图说明】
[0026]从以下结合附图进行的详细说明中，本发明构思的以上目的、特征和优点以及其他目的、特征和优点将更加显而易见。
[0027]图1是根据本发明构思的示例性实施例的热电发电装置的主要部件的透视图。
[0028]图2是示出图1的热电发电装置的热传导状态的视图。
[0029]图3是示出图1的热电发电装置的另一热传导状态的视图。
[0030]图4是示出图1的热电发电装置中所包含的传导转换部件的视图。
[0031]符号说明
[0032]100:吸热表面
[0033]110:导电金属
[0034]130:n 型材料
[0035]140:p 型材料
[0036]200:发热表面
[0037]210:导电金属
[0038]220:冷却套管
[0039]300:传导转换部件
[0040]310:相变材料
[0041]320:基底表面
[0042]321:销
[0043]330:隔离柱
[0044]340:空间
[0045]400:内燃发动机
【具体实施方式】
[0046]将参照附图详细说明本发明构思的示例性实施例。
[0047]如图1到图4所示，根据本发明构思的示例性实施例的热电发电装置被配置为包括:吸热表面100，其从内燃发动机400吸收热H ;发热表面200，其通过半导体接合到吸热表面100，并且向外界排出热；以及传导转换部件300，其被插入在吸热表面100和内燃发动机400之间，当内燃发动机400的温度等于或大于特定值时，允许热H从内燃发动机400传导到吸热表面100。
[0048]在某些实施例中，传导转换部件300在其中包括相变材料310，相变材料310能够在从内燃发动机400传递的热H等于或大于热基准值时，从固相相变为液相，并且膨胀。在某些实施例中，相变材料310可以被嵌入在传导转换部件300中。相变材料310在特定温度下进行相变，该特定温度取决于使用什么类型的相变材料。例如:有机相变材料(例如，石蜡14-碳、苯甲酰胺)的相变温度大约为5°C到127°C。金属相变材料(例如，铝、铜、银、铁、锂等)在200°C高温或者更高时进行相变。
[0049]在某些实施例中，为了针对热电发电装置被安装的部位(S卩，内燃发动机400)的最高温度或期望热电发电装置运行的内燃发动机400的温度进行优化，相变材料310可以由有机材料和金属基材料的混合物制成。在某些实施例中，为了操作在特定温度下，相变材料310可以由有机材料和金属基材料的混合物制成。
[0050]在本发明构思的示例性实施例中，该特定值可以等于或大于安装在排气管道中的排气后处理装置的激活温度(activity temperature)。由于相变材料310仅在特定值的温度或更高温度下相变并且将吸热表面100和内燃发动机400相互连接，因此可以控制热电发电装置的驱动温度。此外，可以在不影响后处理装置的激活温度的情况下产生电力。
[0051]在某些实施例中，相变材料310可以包含50被％或更多的提高热导率的混合填料。在某些实施例中，混合填料是石墨、碳纤维、陶瓷纤维、各种金属填料中的任何一种或多种的混合物。
[0052]在某些实施例中，传导转换部件300包括基底表面320和多个隔离柱/绝缘柱(insulat1n pillar) 330，基底表面320附着/附连(attach)到内燃发动机400的表面，多个隔离柱330从基底表面320突出预定高度。在某些实施例中，隔离柱330附着到吸热表面100，使得基底表面320与吸热表面100平行/水平(horizontal)。在某些实施例中，相变材料310被插入到在隔离柱330之间形成的多个空间340中。
[0053]在某些实施例中，插入到空间340中的相变材料310的体积小于空间340的体积。即，在某些实施例中，在空间340中形成空气层a，使得相变材料310在相变而膨胀之前，在吸热表面100与基底表面320之间不发生热H通过传导而移动。当相变时，相变材料310朝着空气层a膨胀，由此将基底表面320与吸热表面100互相连接。
[0054]在本发明构思的示例性实施例中，基底表面320由导热/导电(conductive)陶瓷制成。在某些实施例中，隔离柱330由低热导率的气凝胶和高耐热性塑料中的任何一种制成。在某些实施例中，基底表面320具有在其上形成的多个销(pin) 321，使得每个销都朝着在隔离柱330之间形成的多个空间340突出。
[0055]在某些实施例中，吸热表面100和发热表面200分别具有附着到它们的多个导电金属部分110和210，并且附着到吸热表面100的导电金属部分110与附着到发热表面200的导电金属部分210通过η型材料130和P型材料140彼此串联连接。
[0056]在某些实施例中，可以在发热表面200上安装冷却剂流动的冷却套管220、以及被形成为朝着在外部流动的空气突出的冷却翅片和冷却管道中的任何一种。
[0057]如上所述，根据本发明构思的示例性实施例，当内燃发动机的温度等于或大于特定温度时，热电发电机吸收内燃发动机的热，由此能够在不对后处理装置的活动性产生负面影响的情况下获得恒定的开路电压。
[0058]在上文中，尽管已经参照示例性实施例和附图描述了本发明构思，但是本发明构思不限于此，而是在不背离权利要求所主张的本发明构思的精神和范围的情况下，可以由本领域技术人员进行各种修改和变化。
【主权项】
1.一种热电发电装置，其包括: 吸热表面，其被配置为吸收来自内燃发动机的热； 发热表面，其通过半导体与所述吸热表面接合，并且被配置为向外部排放热；以及 传导转换部件，其被插入在所述吸热表面与所述内燃发动机之间，并且被配置为当所述内燃发动机的温度等于或大于特定值时，允许热从所述内燃发动机传导到所述吸热表面。2.根据权利要求1所述的热电发电装置，其中在所述传导转换部件中具有相变材料，当从所述内燃发动机传递的热等于或大于热基准值时，所述相变材料能够进行相变，从固相变为液相，并且膨胀。3.根据权利要求2所述的热电发电装置，其中所述特定值大于或等于安装在排气管道中的排气后处理装置的激活温度。4.根据权利要求2所述的热电发电装置，其中所述相变材料包含提高热导率的混合填料，其中所述混合填料为所述相变材料的50wt%S更多。5.根据权利要求4所述的热电发电装置，其中所述混合填料选自由下列物质组成的群组:石墨、碳纤维、陶瓷纤维、各种金属填料、以及它们的混合物。6.根据权利要求2所述的热电发电装置，其中所述传导转换部件包括: 基底表面，其附着到所述内燃发动机的表面；以及 多个隔离柱，其从所述基底表面突出预定高度并且附着到所述吸热表面， 并且其中所述相变材料被插入到在所述隔离柱之间形成的多个空间中。7.根据权利要求6所述的热电发电装置，其中所述基底表面与所述吸热表面平行。8.根据权利要求6所述的热电发电装置，其中插入到所述空间中的相变材料的体积小于所述空间的体积。9.根据权利要求6所述的热电发电装置，其中所述相变材料在相变期间膨胀之后，将所述基底表面连接到所述吸热表面。10.根据权利要求6所述的热电发电装置，其中所述基底表面包括导电陶瓷。11.根据权利要求6所述的热电发电装置，其中所述隔离柱包括具有低热导率的气凝胶或高耐热性塑料。12.根据权利要求6所述的热电发电装置，其中所述基底表面具有在其上形成的多个销，所述销朝着在所述隔离柱之间形成的所述多个空间突出。13.根据权利要求1所述的热电发电装置，其中所述吸热表面和所述发热表面各自具有附着到它们的多个导电金属部分，并且 附着到所述吸热表面的导电金属部分和附着到所述发热表面的导电金属部分通过η型材料和P型材料串联连接。14.根据权利要求1所述的热电发电装置，其中在所述发热表面上安装冷却剂流动的冷却套管、冷却翅片或朝着在外部流动的空气突出的冷却管道。15.一种热电发电装置，其包括: 热电元件，其附着到内燃发动机；以及 相变材料，其安装在所述内燃发动机和所述热电元件之间的附着部分上，使得当所述内燃发动机的温度等于或大于特定值时，热从所述内燃发动机传导到所述热电元件。16.一种热电发电装置，其包括: 热电元件，其附着到内燃发动机； 多个隔离柱，其被插入在所述内燃发动机与所述热电元件之间，所述多个隔离柱具有在它们之间形成的多个空间；以及 相变材料，其被插入在所述隔离柱之间形成的所述多个空间中， 其中插入所述空间中的所述相变材料的体积小于所述空间的体积，并且当所述内燃发动机的温度大于或等于安装在排气管道中的排气后处理装置的激活温度时，所述相变材料将所述内燃发动机连接到所述热电元件。
【文档编号】H01L35/30GK105845818SQ201510500921
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年8月14日
【发明人】郭真佑, 吕寅雄, 宋京花, 李汉赛, 白洪吉, 秋仁昌, 金敬諨, 卢水晶, 李昇祐
【申请人】现代自动车株式会社