专利名称：车辆的热电发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热电发电机；更加具体而言，本申请涉及一种车辆的热电发电机，其通过使用车辆废气中的热能进行发电。
背景技术：
热电元件指的是一种运用热电现象的元件，其中该元件两端之间的温差被转换为电以将热能转换为电能，或者通过在该元件上使电流动而在元件的两端之间产生温差以将电能转换为热能。热电元件用于小型冷却设备、小型加热设备、或者小型发电设备。用于小型发电设备的热电元件被称为热电发电设备或者热电发电机。热电发电机主要用在无线电通信装置的电源设备、太空船的电源设备、核动力潜艇的电源设备、以及安装在车辆的排气系统内的热电发电机。图1为示出了一种车辆的热电发电机的剖视图。如图所示，安装在车辆排气系统内的热电发电机10包括六边形的废气热回收装置40、冷却装置30、以及多个热电模块20。其中高温废气通过废气热回收装置40 ;冷却装置30安装在废气热回收装置40的外部，冷却水在冷却装置30中流动；多个热电模块20通过与废气热回收装置40外部和冷却装置30内部的接触而由两端的温差发电。当高温废气流进废气热回收装置40时，热能被传导至热电模块20。冷却水在其中流动的冷却管32在冷却装置30内形成，以增加在与废气热回收装置40接触的热电模块20的内部和与冷却装置30接触的热电模块20的外部之间的温差。这样，通过增加热电模块20的内部和外部之间的温差，使安装在车辆的排气系统内的热电发电机的效率得到提高。公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，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
为了在热电发电机中生产大量的电，也就是说，为了提高热电发电机的效率，废气中的热能需要被高效地传导至热电模块。然而，在相关技术的热电发电机中，由于废气中的热能没有被充分地传导至高温部，因此废气中的热能回收能力下降，由此，热电发电机的热电效率下降。此外，由于热交换尺寸小，因此相对于其尺寸而言，相关技术中的车辆的热电发电机的热电发电效率低，由此造成热转换率低下，即使冷却装置30占据较大空间。因此，本发明尝试解决相关技术中存在的问题，并且提供一种体积小并且具有改进的热电发电效率的车辆的热电发电机。本发明的各个方面致力于提供一种车辆的热电发电机,其包括:高温部、多对热电模块、以及低温部。其中，高温部包括排气管以及多对热传导板，其中当高温废气通过所述排气管时所述排气管通过与废气的热交换而被加热，所述多对热传导板以预定间隔安装在排气管的外周表面并被排气管加热；多对热电模块通过粘接P型半导体和N型半导体而获得，且介于所述多对热传导板之间，以利用热电现象发电，并且所述多对热电模块彼此电连接；低温部介于多对热电模块之间，并且通过在该低温部中流动的冷却水对多对热电模块的内表面进行冷却，所述多对热电模块利用热电现象通过被所述热传导板加热的外表面和被所述低温部冷却的内表面之间的温差而发电。所述低温部可包括:多个环形冷却水通路和冷却水通路连接单元。其中，多个环形冷却水通路介于所述多对热电模块之间，冷却水在所述多个环形冷却水通路中流动，并且具有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口形成在一个表面的一侧，所述冷却水通过所述冷却水进口而被引入，而所述冷却水出口形成在另一表面的一侧，所述冷却水通过所述冷却水出口而被排出；冷却水通路连接单元将所述多个冷却水通路中的一个相邻冷却水通路的冷却水进口与另一相邻的冷却水通路的冷却水出口相连接。所述冷却水通路连接单元可包括:安装在冷却水进口和出口外周围表面上的软管和用于压紧所述软管的管夹。冷却水通路连接单元通过将一相邻的冷却水通路的冷却水进口和另一相邻的冷却水通路的冷却水出口焊接而获得。冷却水通路连接单元可以包括:形成在一相邻的冷却水通路的冷却水进口的左旋螺纹；形成在另一相邻的冷却水通路的冷却水出口的右旋螺纹；以及连接螺母，其通过螺纹连接将冷却水进口和冷却水出口相连接。冷却水通路连接单元可以包括设置在所述冷却水出口和所述冷却水进口之间的压力密封件，其中，所述冷却水出口的直径大于冷却水进口的直径。冷却水通路连接单元可以包括管套节，其用于将一相邻的冷却水通路的冷却水进口与另一相邻的冷却水通路的冷却水出口相连接。根据本发明的车辆的热电发电机，即使废气接触热电模块的尺寸是大的，热电发电机的整体尺寸仍然是小的。由于结构简单并且零件数目少，因而制造成本被降低并且生产率得到提高。本发明所述车辆的热电发电机尺寸小，因此该热电发电机易于安装到车辆整体组件上，并且适用于不同车辆。热交换网可以被安装在高温部和热电模块之间，用于增加与废气的接触尺寸，因此，废气中的热能更有效的被传导至热电模块，并且废气穿过热电模块时产生的噪音被减少。在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方式
中，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。
图1是示出了相关技术中的热电发电机的剖视图。
图2是根据本发明的示例性车辆热电发电机的立体图。图3是根据本发明的示例性的车辆热电发电机的高温部、热电模块以及低温部的分解立体图。图4是沿图2中线A-A’的剖视图，其示出了高温部、热电模块以及低温部被连接时的状态。图5是沿图2中线A-A’的剖视图，其示出了在低温部流动的冷却水流。图6是沿图2中线B-B’的剖视图。图7A到图7E是示出了根据本发明的示例性的热电发电机的冷却水通路连接单元的不同实施例的剖面图。
具体实施例方式现在将具体参考本发明的各个实施例，这些实施例的实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例相结合进行描述，但是应当理解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。而是相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等同形式及其它实施方案中。图2是示出根据本发明不同实施方式的车辆热电发电机的立体图。图3是根据本发明不同实施方式的车辆热电发电机的高温部、热电模块以及低温部的分解立体图。图4是沿图2中线A-A’的剖视图，并且示出了高温部、热电模块以及低温部被连接时的状态。图5是沿图2中线A-A’的剖视图，并且示出了在低温部中流动的冷却水流。图6是沿图2中线B-B’的剖视图。图7是示出了根据本发明不同实施方式的热电发电机的冷却水通路连接单元的不同实例的剖面图。如附图所示，根据本发明不同实施方式的车辆热电发电机100包括:高温部110、低温部120以及热电模块130。其中高温部110通过与从发动机排出的高温废气进行热交换而被加热；低温部120安装在高温部110的外部，由发动机冷却系统循环的冷却水在低温部120中流动；热电模块130介于高温部110和低温部120之间，利用热电现象通过高温部110和低温部120之间的温差进行发电。所述高温部110包括:排气管112和多对圆环形的热传导板114。其中，当高温废气通过排气管112时,排气管112被加热；热传导板114以预定间隔安装在排气管的外周表面。如图3所示，每个热传导板114沿纵向在内周表面上延伸，并且包括凸台115和形成于一侧的开口部113，其中该凸台与排气管112的外周表面接触。该凸台115将废气中的热能通过排气管112传导至热传导板114。所述排气管112为中空圆筒形，并且被流过其中的高温废气加热。如上所述的被加热的排气管112对安装在其外周表面的热传导板114进行加热。在排气管112中安装有废气可在其中分流的旁通管117。旁通管117的终端上安装开/关旁通管117的旁通阀116，以根据发动机的载荷对废气进行分流。旁通阀116通过弹簧118弹性地支撑在旁通管117上。当旁通阀116关闭时，废气流过的多个排气孔在旁通管117的上游形成。热交换网111介于旁通管117的外周表面和排气管112的内周表面之间。该热交换网ill与高温废气进行热交换，以吸收废气中的热能并将所吸收的热能传导至排气管112。也就是说，废气中的热能通过热交换网111被有效地传导至排气管112。当车辆被高速驱动时，也就是说，当发动机的载荷增加时，排气管可能会过热。为了防止排气管过热，当发动机处于高载荷时，旁通阀116打开，大部分高温废气通过旁通管117排出，由此在旁通管117和排气管112之间流动的废气量得到控制。低温部120位于高温部110的多对热传导板114之间。该低温部120包括多个介于多对热传导板114之间的环形冷却水通路122，以及多个冷却水通路连接单元124，该多个冷却水通路连接单元124每隔180°交替地连接多个环形冷却水通路122。如图3所示，每个冷却水通路122包括:冷却水进口 121和冷却水出口 123。其中，冷却水进口 121形成一表面上并位于一侧，由发动机冷却系统循环的冷却水通过冷却水进口 121而被引入；冷却水出口 123沿对角线方向形成在与冷却水进口 121相对的表面，冷却水通过冷却水出口 123排出。多个冷却水通路122以下述方式彼此连接:一个冷却水通路122的冷却水进口 121与另一个冷却水通路122的冷却水出口 123使用冷却水通路连接单元124沿纵向彼此连接。也就是说，三个彼此相邻的冷却水通路122通过冷却水通路连接单元124在如下的状态下彼此连接:两个彼此相邻的冷却水通路122中的冷却水出口 123和冷却水进口 121首先处于相同方向。另一个还没有被连接的冷却水通路122通过冷却水通路连接单元124与相对应的冷却水通路122连接，该相对应的冷却水通路122从已经被连接的冷却水通路122的冷却水进口 121和冷却水出口 123旋转180°，也就是说，在与该冷却水通路122的中线相对一侧处。图4和图5示出了如上连接的各冷却水通路122。如上所述，当冷却水通路122连接后，如图5所示，冷却水相对于排气管112的中心线呈之字形流动。冷却水进口 121与冷却水出口 123的连接方法可以为不同方式，图7示出了其中一个实例。图7 (A)示出了一种使用软管的连接方法。图6 (A)示出了将冷却水通路122的冷却水进口 121和冷却水出口 123插入软管，并使用管夹将软管外周表面进行固定的方法。图7 (B)示出了一种使用焊接方式的冷却水通路连接方法。根据此方法，冷却水进口 121和冷却水出口 123具有不同直径；因此，将冷却水进口(可替换地，冷却水出口)插入到冷却水出口(可替换地，冷却水进口)内，对两侧进行焊接以连接两个冷却水通路122。图7 (C)示出了一种使用螺纹的冷却水通路连接方法。根据此方法，在冷却水进口 121和冷却水出口 123的外周表面形成不同方向的螺纹。例如，当冷却水进口 121的外周表面上形成右旋螺纹时，则在冷却水出口 123的外周表面上形成左旋螺纹。冷却水进口121和冷却水出口 123的外周表面通过螺母彼此连接。左旋螺纹和右旋螺纹都在螺母处形成，从而，仅仅通过旋转螺纹，就可以将冷却水进口 121和冷却水出口 123相互连接。图7(D)示出了一种使用密封件的冷却水通路连接方法。该种方法中，冷却水进口121和冷却水出口 123具有不同直径。冷却水进口 121的直径小于冷却水出口 123或者相反。将冷却水进口(可替换地，冷却水出口)插入到冷却水出口(可替换地，冷却水进口)内，将一个或多个压力密封件压入冷却水进口和冷却水出口之间，以使冷却水进口和冷却水出口彼此连接。最后，图7 (E)示出了一种使用管套节的冷却水通路连接方法。在该例子中，冷却水进口和冷却水出口可以使用管套节彼此简单连接。
热电模块130通过粘接P型半导体和N型半导体而获得，并且制造为环形，该热电模块130具有开口部132，开口部132的一侧是开放的。一对热电模块130附接在低温部120的一个冷却水通路122的两表面上，并且在其外表面上放置一对热传导板114。多个热电模块130与车载蓄电池电连接，同时热电模块130彼此之间电连接。多个热电模块130的外表面与多对热传导板114内表面接触。所述元件根据上述方式安装，从而热电模块130的外表面由多个热传导板114加热，并且内表面由多个冷却水通路122冷却。因此，在热电模块130的两个表面之间产生温差，通过该温差在多个热电模块130中发生热电现象，从而产生电流。产生的电流对电连接到多个热电模块130的蓄电池进行充电。下面将描述如上所述的根据本发明的不同实施方式的车辆热电发电机100的操作。当发动机被驱动时，废气从发动机排出，并且在排气管112中流动；在此情况下，旁通阀116关闭旁通管117。同时，由发动机冷却系统循环的冷却水被引入到位于冷却水通路122中最外侧的冷却水进口 121中，在冷却水进口 121中循环并在通过冷却水通路连接单元124与其连接的冷却水通路122中循环。废气与排气管112进行热交换，同时在排气管中循环以对排气管112加热。安装在排气管112的外周表面上的热传导板114受到被加热的排气管112的加热，废气中的热能通过被加热的热传导板114传导至多个热电模块130以对多个热电模块130的外表面进行加热。同时，通过冷却水进口 121引入的冷却水在多个冷却水通路122中循环，该冷却水通路122通过冷却水通路连接单元124进行连接。所述多个热电模块130的内表面由循环的冷却水进行冷却。因此，按照预定间隔布置在排气管112外周表面上的所述多个热电模块130的两个表面之间产生温差。该温差使所述多个热电模块130内部产生电流。由多个热电模块130产生的该电流对与所述多个热电模块130电连接的蓄电池进行充电。当车速增加时，也就是说，当发动机载荷增加时，旁通阀116克服弹簧118的弹力而打开旁通管117。旁通管117被打开，从而大多数的废气通过旁通管117排出，剩余废气在旁通管117和排气管112之间循环。插入到旁通管117和排气管112之间的热交换网111与废气进行热交换，对排气管加热，之后的操作与旁通阀116关闭时的情况类似。因此，其描述将被省略。这样，根据本发明的车辆的热电发电机，由于其结构简单、零件数量少，因此制造成本得以降低并且生产率得以提高。该车辆的热电发电机易于安装在车辆上，并且适用于各种车辆。为了解释的方便和所附权利要求书中的精确限定，术语“左”、“右”等等被用于结合示出在附图中的部件位置而描述具体实施例中的这些部件。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。前面的描述并非意欲穷尽，或者将本发明严格限制为所公开的具体形式，显然，根据上述教导可能进行很多改变和变化。选择示例性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同形式所限定。
权利要求
1.一种车辆的热电发电机,其包括: 高温部，其包括排气管以及多对热传导板，其中当高温废气通过所述排气管时所述排气管通过与废气的热交换而被加热，所述多对热传导板以预定间隔安装在排气管的外周表面并被排气管加热； 多对热电模块，其通过粘接P型半导体和N型半导体而获得，且介于所述多对热传导板之间，以利用热电现象发电，并且所述多对热电模块彼此电连接；以及 低温部，其介于多对热电模块之间，并且通过在该低温部中流动的冷却水对多对热电模块的内表面进行冷却； 其中，所述多对热电模块利用热电现象通过被所述热传导板加热的外表面和被所述低温部冷却的内表面之间的温差而发电。
2.根据权利要求1所述的车辆的热电发电机，其中: 所述低温部包括: 多个环形冷却水通路，其介于所述多对热电模块之间，其中冷却水在所述多个环形冷却水通路中流动，并且具有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口形成在一个表面的一侧，所述冷却水通过所述冷却水进口而被引入，而所述冷却水出口形成在另一表面的一侧，所述冷却水通过所述冷却水出口而被排出；以及 冷却水通路连接单元，其将所述多个冷却水通路中的一个相邻冷却水通路的冷却水进口与另一相邻的冷却水通路的冷却水出口相连接。
3.根据权利要求2所述的车辆的热电发电机，其中: 所述冷却水通路连接单元包括: 软管，其安装在冷却水进口和冷却水出口的外周表面；以及 管夹，用于压紧所述软管。
4.根据权利要求2所述的车辆的热电发电机，其中所述冷却水通路连接单元通过将一相邻的冷却水通路的冷却水进口和另一相邻的冷却水通路的冷却水出口焊接而获得。
5.根据权利要求2所述的车辆的热电发电机，其中: 所述冷却水通路连接单元包括: 左旋螺纹，其形成在一相邻的冷却水通路的冷却水进口 ； 右旋螺纹，其形成在另一相邻的冷却水通路的冷却水出口 ；以及 连接螺母，其通过螺纹连接将所述冷却水进口和冷却水出口相连接。
6.根据权利要求2所述的车辆的热电发电机，其中:所述冷却水通路连接单元包括设置在所述冷却水出口和所述冷却水进口之间的压力密封件。
7.根据权利要求2所述的车辆的热电发电机，其中:所述冷却水通路连接单元包括管套节，所述管套节将一相邻的冷却水通路的冷却水进口与另一相邻的冷却水通路的冷却水出口相连接。
全文摘要
一种车辆的热电发电机，其利用热电现象将发动机废气中的热能转化为电能，可包括高温部、多对热电模块、以及低温部。其中高温部通过热交换和以预定间隔安装在排气管的外周表面的多对热传导板加热；多对热电模块通过粘接P型半导体和N型半导体而获得，放置在多对热传导板之间以进行发电，并且彼此之间电连接；低温部置于所述多对热电模块之间并且对多对热电模块内表面进行冷却。所述多对热电模块通过被加热的外表面和被冷却的内表面之间的温差发电。热电效率得到提高，并且可以实现车辆热电发电机小型化。
文档编号H02N11/00GK103178753SQ20121053338
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月11日 优先权日2011年12月23日
发明者安皓灿, 宣钟淏, 徐昊彻, 张成旭 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社, 世钟工业株式会社