车辆用热电发电装置的制作方法

本发明涉及使用发动机的废热的车辆用热电发电装置，且更具体地，涉及一种无热损地使用从发动机排出的废热提高发电量的车辆用热电发电装置。

背景技术：

通常，车辆用热电发电技术是指将其中电子由于温度梯度而移动通过的热电元件，连同冷却系统安装至作为车辆的高温热源的发动机排气系统，以产生电力的技术。热电元件由于高温部分(例如，热源部分)与低温部分(例如，冷却部分)之间的温差而产生输出，并可直接将热量转化成电力而不使用机械驱动单元。

然而，由于热电元件在高温部分与低温部分之间的温差增大时增大发电量，所以当温差最小时，能量产生效率可能并不显著。已开发出的许多热电装置在排气系统内采用热电元件模块，其中，由于发动机产生的最高温的废热可能未被使用，所以热电发电效率可能降低。另外，由于热电发电装置采用适于排气系统温区的热电元件模块，所以输出的增加可能受限，并且板状热电元件模块可能难以安装至圆形、弯曲的排气管。

技术实现要素：

本发明提供一种通过在发动机与排气歧管末端之间安装具有相当高导热性的传导块，可提高热电发电效率的车辆用热电发电装置。另外，本发明提供一种使用由发动机产生并从发动机排放至排气歧管的废热的车辆用热电发电装置，其中在发动机与排气歧管之间安装具有相当高的导热性的传导块。另外，在传导块的一侧安装第一热电元件模块，其配置成使用第一热电元件模块两端的温度之间的差异产生电动势，由此，可通过使从发动机排出的废热气体的热损最小化，提高第一热电元件模块的热电发电效率。

可在第一热电元件模块上叠置用于冷却第一热电元件模块的一个侧面的冷却单元，并可通过将冷却单元联接至传导块的一侧，将第一热电元件模块固定支承在传导块上。可在冷却单元上叠置第二热电元件模块，用以接触冷却单元，并可通过将联接至冷却单元的支承板叠置在第二热电元件模块上，将第二热电元件模块固定支承在冷却单元上。

热电发电装置可包括配置成将传导块的热量传递至第二热电元件模块的传热元件。传热单元的一端(例如，第一端)可叠置在传导块与第一热电元件模块之间，且传热单元的相反侧(例如，第二端)可叠置在第二热电元件模块与支承板之间。

第一热电元件模块和第二热电元件模块可包括具有不同驱动温度带的热电元件。第一热电元件模块可包括驱动温度带比第二热电元件模块的热电元件的驱动温度带高的热电元件。传导块可具有允许从发动机排出的废热气体流动的多个气流孔，并且气流孔可延伸至排气歧管。此外，为了更容易安装热电元件模块，传导块可具有多面体形状。另外，传导块可由具有针对从发动机排出的高温废气的耐热性和耐久性的铸铁或不锈钢制成。传热元件可以是热管。根据本发明的示例性实施例的车辆用热电发电装置可具有以下优点。

1.由于从发动机排出的废气可在相当高温的状态下无热损地被使用，所以可使用与现有技术相比具有更高发电量的热电元件模块。

2.可使用利用高温的热电元件模块和利用低温的热电元件模块提高热电发电效率和发电量。值得注意的是，低温范围可约为室温～300℃，中温可约为300℃～400℃，而高温可约为500℃～600℃。然而，高温仅为示例性的并可高于600℃。

3.可不考虑排气管的接触面来安装热电元件模块，可更容易地安装热电元件模块。

附图说明

现在将参照附图中示出的示例性实施例详细说明本发明的以上和其他特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此并不限制本发明，并且其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的车辆用热电发电装置的示例性剖视图；

图2是根据本发明的示例性实施例的图1的A部分的示例性放大图；并且

图3是示出根据本发明的示例性实施例的车辆用热电发电装置的一部分安装在发动机与排气歧管之间时的状态的示例性视图。

应该理解，附图不一定按比例绘制，而是展现出说明本发明的基本原理的各种特征的某种程度的简化表示。文中所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征将部分由特定预期的应用和使用环境来确定。在附图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同或等效的部件。

具体实施方式

应该理解，文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、客车、货车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油之外的资源取得的燃料)。如文中所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如具有汽油动力和电动力两者的车辆。

文中所使用的专有名词仅是为了说明特定实施例的目的，而非意在限制本发明。如文中所使用的，除非上下文另外清楚表明，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其集合的存在或添加。如文中所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何或全部组合。

以下，将对本发明进行说明，使得本发明所属领域的技术人员可容易地实施本发明。

本发明提供一种热电发电装置，其可将车辆发动机产生的高温废热转化成电能，并可通过在最高温状态下使用从发动机排出的废热， 提高热电发电效率和发动机的燃料比。

如图1～图3中所示，根据本发明的示例性实施例的车辆用热电发电装置可使用由发动机10产生并从排气歧管20排出的废热。另外，可在发动机10与排气歧管20之间设置具有高导热性的传导块110。此外，热电元件模块可接触传导块110的第一侧面，其中使用从发动机10排出的最高温废热，热电发电可具有更高效率。通过使废热气体(例如，包括从发动机排出的废热的排气)的热损最小化，可实现具有更高效率的热电发电。

热电元件模块121和122可包括配置用于热电发电的多个热电元件。尽管图中未示出，但热电元件可包括可输出由热电元件产生的电动势的电线，并且由于作为基本配置使用热电元件的热电元件模块的配置是本领域技术人员所公知的，所以将省略其具体说明。如本领域所公知的，热电元件是使用塞贝克效应的元件，并且当热电元件的两端具有不同温度时产生电动势，其中塞贝克效应对应于由热电元件两端之间的温差产生电动势的现象。

传导块可由不会因从发动机排出的高温废热气体而变形，满足与排气歧管20的材料性能组合，并且具有耐热性和耐久性的材料制成。例如，传导块可由诸如铸铁或不锈钢的金属制造而成。另外，传导块110可具有多面体形状(例如，六面体形状)，使得可不考虑与排气管的接触面来安装热电元件模块121。即，为将热电元件模块121更容易地安装至传导块，传导块110可附着于发动机10。此外，传导块可包括配置成将从发动机10排出的废气输送至排气歧管20的气流孔111。

气流孔111可从传导块110的一个表面延伸至相反表面，以允许废热气体从发动机10的端部流动至排气歧管20。传导块110可使用接合螺栓等固定安装至发动机的外壁，并且传导块110的尺寸可基于热电元件模块的尺寸、形状、数量而更改。

参照图1，至少一个热电元件模块121可接触传导块110的上表面和下表面，并且除了附着于发动机10和连接至排气歧管20的传导块110的表面之外，热电元件模块121可安装至传导块110的任一表面。尽管图中未示出，但在传导块110与发动机10之间以及在传导块110与排气歧管20之间的封闭空间可防止废热气体泄漏。如图1中所示， 包括热电元件模块121和122，冷却单元123以及热管124的多个热电发电单元120可分别安装至传导块110的上表面和下表面。

参照图2，对应于高温区域(例如，具有高驱动温度带)的第一热电元件模块121可叠置在传导块110的一个表面上。另外，配置用于冷却热电元件模块121和122的表面的冷却单元123可叠置在第一热电元件模块121上，且对应于低温区域(例如，具有低驱动温度带)的第二热电元件模块122可叠置在冷却单元123上。此外，支承板125可叠置在第二热电元件模块122上。

冷却单元123可使用接合螺栓联接至第一热电元件模块121上的传导块110的一个表面，且支承板125可使用接合螺栓联接至第二热电元件模块122上的冷却单元123的第一侧。因此，第一热电元件模块121可固定支承在传导块110与冷却单元123之间，且第二热电元件模块122可固定支承在冷却单元123与支承板125之间。即，冷却单元123可接合至传导块110的第一侧，将第一热电元件模块121固定支承在传导块110上，并且支承板125可接合至冷却单元123的一侧，将第二热电元件模块122固定支承在冷却单元123上。具体地，支承板125可用非导热材料制成。

冷却单元123可使用作为液体冷却器的水冷套，用以冷却第一和第二热电元件模块121、122的侧表面。可安装用作传热元件的热管124，用以将传导块110的热量传递至第二热电元件模块122。热管124可具有基本上U形的形状。具体地，第一端(例如，吸热部分)可叠置并附着在传导块110与第一热电元件模块121之间，而第二端(例如，散热部分)可叠置并附着在第二热电元件模块122与支承板125之间。

当将挥发性液体(例如，水或乙醇)引入并密封在减压(例如，真空)管道内且加热管道的第一侧时，液体可蒸发并流动至第二侧。替代地，当热量从管道的另一侧耗散并且气体冷凝时，挥发性液体可由于毛细管现象而返回至管道的第一侧。

因此，热管124可设置成使得当由传导块110加热第一端时，热管124内部的挥发性液体可蒸发并流动至第二端。此外，挥发性液体可在第二端冷凝，以允许热量和热能传递至第二热电元件模块122。

根据本发明的示例性实施例的热电发电装置可通过无热损地使用从发动机10排出的高温废热气体来增加发电。另外，热电发电装置可通过同时使用具有不同驱动温区的热电元件模块121和122，增加发电量并提高热电发电效率。具体地，第一热电元件模块121可布置成通过由于其两个表面之间的温差引起的塞贝克效应来产生电动势。此外，第二热电元件模块122可布置成通过由于其两个表面之间的温差引起的塞贝克效应来产生电动势。

如本领域所公知的，热电元件基于其类型具有不同的可用驱动温区(例如，温度带)，并且第一热电元件模块和第二热电元件模块可分别是具有适合温区的热电元件。例如，第一热电元件模块121可包括用于高温的热电元件，该热电元件在比第二热电元件模块122更高的驱动温区内使用。即，第一热电元件模块121可具有比第二热电元件模块122更高的热电性能。

如上所述，由于根据本发明的示例性实施例的热电发电装置可无热损地使用在最高温状态下从发动机排出的废热，所以可使用与现有技术相比对应于更高温区的热电元件模块，并可提高热电发电效率。另外，也可通过使用对应于中温/高温区域的热电元件模块和对应于常温(或低温)区域的热电元件模块两者，提高热电发电量。

尽管已详细说明了本发明的示例性实施例，但本发明的范围不限于此，而是相反，本领域技术人员使用在权利要求中限定的本发明的基本构思所作出的各种修改和改善也落入本发明的范围内。