專利名稱：車輛熱電發(fā)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛熱電發(fā)電器，更具體而言，涉及一種使用汽車的廢氣的熱量來發(fā)電的車輛熱電發(fā)電器。
背景技術(shù)：
熱電元件是這樣的一種元件，其應(yīng)用熱電現(xiàn)象，其中通過把元件兩端之間的溫差轉(zhuǎn)化為電流而將熱能轉(zhuǎn)化為電能；或者其中通過使電流通過元件并在兩端產(chǎn)生溫差而將電能轉(zhuǎn)化為熱能。這種熱電元件用于小規(guī)模的冷卻、加熱或發(fā)電設(shè)備中。當(dāng)熱電元件用于小規(guī)模發(fā)電設(shè)備中時，其被稱為熱電發(fā)電裝置或熱電發(fā)電器。該裝置主要用于無線通信設(shè)備的電源單元、宇宙飛船和核動力潛艇中，以及安裝在車輛排氣系統(tǒng)的熱電發(fā)電器中。圖1是示出車輛熱電發(fā)電器的橫截面圖。如圖所示，安裝在車輛排氣系統(tǒng)中的熱電發(fā)電器10包括:六角形的廢熱回收設(shè)備40，高溫廢氣在其中經(jīng)過；冷卻設(shè)備30，所述冷卻設(shè)備30安裝在廢熱回收設(shè)備40的外部且冷卻劑在其內(nèi)部經(jīng)過，；以及多個熱電模塊20，所述多個熱電模塊20與廢熱回收設(shè)備40的外部和冷卻設(shè)備30的內(nèi)部接觸，以利用兩端之間的溫差發(fā)電。在廢熱回收設(shè)備40內(nèi)部，高溫廢氣流過，其將熱能傳送到熱電模塊20。在冷卻設(shè)備30的內(nèi)部形成冷卻管道，這增大了與廢熱回收設(shè)備40接觸的熱電模塊20的內(nèi)部和與冷卻設(shè)備30接觸的熱電模塊20的外部之間的溫差。當(dāng)熱電模塊20的內(nèi)部與外部之間的溫差增大時，安裝在車輛排氣系統(tǒng)中的熱電發(fā)電器效率也提高。為了在熱電發(fā)電器中產(chǎn)生大量的電能，即提高熱電發(fā)生效率，廢氣的熱能必須有效地傳送給熱電模塊。然而，在車輛的傳統(tǒng)熱電發(fā)電器中，廢氣的熱能沒有充分傳送給高溫構(gòu)件，由此廢氣的熱能回收率下降，因而熱電發(fā)電器的熱電效率下降。此外，在車輛的傳統(tǒng)熱電發(fā)電器中，盡管冷卻設(shè)備30占了大的面積，但熱交換面積小，因此，傳熱效率相比于尺寸而言是低的，且熱電發(fā)電效率低。公開于該發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個方面致力于提供具有提高的熱電發(fā)電效率的小型車輛熱電發(fā)電器。本發(fā)明著手解決的技術(shù)問題不限于上面所提及的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過查看本發(fā)明的說明書應(yīng)該能清楚地理解那些沒有提及的內(nèi)容。在本發(fā)明的一個方面，車輛的熱電發(fā)電器裝置可以包括高溫構(gòu)件，所述高溫構(gòu)件具有:排氣管，其中高溫廢氣從排氣管中經(jīng)過；圍繞所述排氣管的環(huán)形第一傳熱板，其中所述排氣管與所述第一傳熱板交換熱量；和多個第一熱交換片，所述多個第一熱交換片從所述第一傳熱板以預(yù)定角度徑向向外延伸；低溫構(gòu)件，所述低溫構(gòu)件具有:環(huán)繞所述排氣管的內(nèi)套管；外套管，所述外套管以預(yù)定間隙環(huán)繞內(nèi)套管以在其間形成冷卻劑流動路徑；環(huán)形第二傳熱板，所述第二傳熱板與所述內(nèi)套管的內(nèi)壁接觸；和多個第二熱交換片，所述多個第二熱交換片從所述第二傳熱板以預(yù)定角度徑向向內(nèi)延伸；以及多個熱電模塊，所述多個熱電模塊由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體連接形成，所述多個熱電模塊的每一個的一側(cè)與所述第一熱交換片接觸，所述多個熱電模塊的每一個的另一側(cè)與所述第二熱交換片接觸，從而利用由所述第一熱交換片和所述第二熱交換片之間的溫差引起的熱電現(xiàn)象發(fā)電。高溫構(gòu)件可以進一步包括旁通管，所述旁通管以預(yù)定間隙安裝在所述排氣管內(nèi)部，且廢氣通過所述旁通管分流；旁通閥，其安裝在所述旁通管的遠端，控制通過所述旁通管加以分流的廢氣的量；彈性構(gòu)件，其彈性支承旁通管遠端處的旁通閥；以及熱交換網(wǎng)，所述熱交換網(wǎng)安裝在所述排氣管和所述旁通管之間以通過與廢氣的熱交換來加熱排氣管。低溫構(gòu)件可以進一步包括冷卻劑入口，所述冷卻劑入口布置在低溫構(gòu)件的一側(cè)上，冷卻劑從其中流入；以及冷卻劑出口，所述冷卻劑出口布置在低溫構(gòu)件的另一側(cè)上，冷卻劑從其中流出；以及多個冷卻劑隔板，所述多個冷卻劑隔板安裝在所述內(nèi)套管與所述外套管之間，所述多個冷卻劑隔板的每一個的一側(cè)是打開的使得打開的側(cè)形成固定的角度，其中所述冷卻劑入口形成在廢氣下部流動路徑上，所述冷卻劑出口形成在廢氣上部流動路徑上。在內(nèi)套管、外套管和多個隔板中的冷卻劑所沿流動路徑流動的方向與沿著相鄰流動路徑流動的冷卻劑的方向相反。冷卻劑流動的方向與廢氣流動的方向是相反的。旁通管可以包括排氣孔，所述排氣孔流體連接旁通管的內(nèi)部空間與在旁通管和排氣管之間形成的空間。根據(jù)本發(fā)明的車輛熱電發(fā)電器，產(chǎn)生了整個熱電發(fā)電器尺寸小而廢氣和熱電模塊之間的接觸面積大的效果。而且，將本發(fā)明安裝在車輛發(fā)動機中并發(fā)電可產(chǎn)生燃油效率提高的效果，且本發(fā)明可以幫助已經(jīng)安裝的發(fā)電器為電池充電。通過將熱交換網(wǎng)安裝在高溫構(gòu)件和熱電模塊之間，熱交換網(wǎng)可以增加廢氣和熱電模塊之間的接觸面積，因此，廢氣的熱能更有效地傳送給熱電模塊，廢氣經(jīng)過熱電模塊的噪音也得以減小。本發(fā)明的方法和裝置具有其他的特性和優(yōu)點，這些特性和優(yōu)點從并入本文中的附圖和隨后的具體實施方式
中將是顯而易見的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實施方式
中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施方式
共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。


圖1是車輛的傳統(tǒng)熱電發(fā)電器的橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的車輛熱電發(fā)電器的立體圖。圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的車輛熱電發(fā)電器的第一傳熱板、第二傳熱板和熱電模塊的分解立體圖。圖4是示出了安裝在排氣管上的的第一傳熱板、第二傳熱板和熱電模塊的根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的車輛熱電發(fā)電器的立體圖。圖5是解釋用于根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的熱電發(fā)電器的低溫構(gòu)件中的隔板的安裝的概念圖。圖6是沿著圖2中的線A-A’所截取的橫截面圖。圖7是圖6中‘C’部分放大的橫截面圖。圖8是沿著圖2中的線B-B’所截取的橫截面圖。應(yīng)當(dāng)了解，附圖并不必須是按比例繪制的，其示出了某種程度上經(jīng)過簡化了的本發(fā)明的基本原理的各個特征。在此所公開的本發(fā)明的特定的設(shè)計特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形狀，將部分地由特定目的的應(yīng)用和使用環(huán)境所確定。在這些圖形中，貫穿附圖的多幅圖形，附圖標(biāo)記指代本發(fā)明的同樣的或等同的部件。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細地提及本發(fā)明的不同實施方案，實施方案的實例被顯示在附圖中并描述如下。雖然本發(fā)明與示例性的實施方案相結(jié)合進行描述，但是應(yīng)當(dāng)了解，本說明書不旨在將本發(fā)明限制為那些示例性的實施方案。相反，本發(fā)明旨在不僅覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種替換、修改、等同和其它實施方案。下面將參考所附附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細描述。在繼續(xù)之前，應(yīng)該指出的是，本說明書和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語和用語不能僅僅解釋為一般或字典的含義，它們應(yīng)該被解釋為，基于為了以可能最好的方式解釋自己的發(fā)明，發(fā)明者可以適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語的概念的原則，符合本發(fā)明的技術(shù)思想的含義和概念。因此，在該說明書的實施方案和附圖中描述的構(gòu)成，僅僅是最優(yōu)選類型的實施方案，它們不代表本發(fā)明的全部技術(shù)思想，所以，應(yīng)該理解，在提交本申請的時候，可以有能取代這些實施方案的各種等同方案和變更。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的車輛熱電發(fā)電器的立體圖。圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的不例性實施方案的車輛熱電發(fā)電器的第一傳熱板、第二傳熱板和熱電模塊的分解立體圖。圖4是示出了安裝在排氣管上的第一傳熱板、第二傳熱板和熱電模塊的根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的車輛熱電發(fā)電器的立體圖。圖5是解釋用于根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的熱電發(fā)電器的低溫構(gòu)件中的隔板安裝的概念圖。圖6是沿著圖2中的線A-A’所截取的橫截面圖。圖7是圖6中‘C’部分放大的橫截面圖。圖8是沿著圖2中的線B-B’所截取的橫截面圖。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的車輛熱電發(fā)電器100包括高溫構(gòu)件110，所述高溫構(gòu)件110在與發(fā)動機排放的高溫廢氣熱交換過程中被加熱；低溫構(gòu)件120，所述低溫構(gòu)件120安裝在高溫構(gòu)件110外部，且由發(fā)動機冷卻系統(tǒng)循環(huán)的冷卻劑從中經(jīng)過；以及熱電模塊130，所述熱電模塊130位于高溫構(gòu)件110和低溫構(gòu)件120之間并利用高溫構(gòu)件110和低溫構(gòu)件120之間的溫差發(fā)電。高溫構(gòu)件110包括排氣管112，所述排氣管112在高溫廢氣通過時被加熱；第一傳熱板119,所述第一傳熱板119安裝在排氣管外壁上；以及多個第一熱交換片117,所述多個第一熱交換片117與第一傳熱板119形成一體且以固定角度徑向布置。排氣管112的形狀為空心圓柱體，其被經(jīng)過其中的高溫廢氣加熱。經(jīng)加熱的排氣管112,加熱安裝在其外壁上的第一傳熱板119 ;與傳熱板119形成一體的多個第一熱交換片117經(jīng)由傳熱板119加熱。在排氣管112內(nèi)部安裝了旁通管114，廢氣通過其分流。在旁通管114末端安裝有旁通閥116，其打開和關(guān)閉旁通管114末端，使得廢氣可以繞過它，這取決于發(fā)動機負荷。旁通閥116由旁通管114上的彈簧118彈性支承。旁通管114的上部流動路徑形成多個排氣孔113，當(dāng)旁通閥116關(guān)閉時廢氣流經(jīng)其中。熱交換網(wǎng)111位于旁通管114外壁和排氣管112內(nèi)壁之間。熱交換網(wǎng)111與高溫廢氣交換熱量，從廢氣中吸收熱能并將其傳送到排氣管112。換言之，廢氣的熱能由熱交換網(wǎng)111有效地傳送給排氣管112。當(dāng)車輛高速移動時，即當(dāng)發(fā)動機負荷增加時，排氣管可能破裂。為了防止這種情況發(fā)生，當(dāng)發(fā)動機負荷高時旁通閥116打開，大部分的高溫廢氣通過旁通管114排放，經(jīng)過旁通管114和排氣管112之間的大量廢氣得以控制。高溫構(gòu)件110外部，即排氣管112外部安裝了低溫構(gòu)件120。低溫構(gòu)件120由內(nèi)套管122、外套管124、環(huán)形第二傳熱板129以及多個第二熱交換片127 —體地形成，所述內(nèi)套管122安裝在排氣管112外部，外套管124與內(nèi)套管122—起形成冷卻劑流動路徑，環(huán)形第二傳熱板129以與內(nèi)套管122內(nèi)壁接觸的方式安裝，多個第二熱交換片127在第二傳熱板129內(nèi)壁上與第二傳熱板129形成一體且以固定的角度布置。內(nèi)套管122和外套管124與排氣管112形成同心圓。外套管124包括冷卻劑入口121和冷卻劑出口 123，所述冷卻劑入口 121布置在其一側(cè)上且冷卻劑從中流入，冷卻劑出口 123布置在其另一側(cè)上且冷卻劑從中流出。具有內(nèi)套管122和外套管124的低溫構(gòu)件120還包括多個冷卻劑隔板126，其一側(cè)是打開的，這些打開的側(cè)以固定的角度布置。很多冷卻劑隔板126中的每一個具有環(huán)形形狀，每個冷卻劑隔板的一部分是打開的。冷卻劑隔板126打開的部分和相鄰的冷卻劑隔板打開的部分設(shè)置成形成固定的角度，優(yōu)選90度角度。多個冷卻劑隔板126以這樣的方式安裝后，冷卻劑可以沿著由相鄰的隔板126形成的冷卻劑流動路徑的相反方向流動，如圖2所示。冷卻劑的方向設(shè)置成彼此反方向的原因是保持低溫構(gòu)件120的溫度不變。同樣，冷卻劑入口 121形成在排氣管112的下部流動路徑上，冷卻劑出口 123形成在排氣管112的上部流動路徑上。換言之，冷卻劑流動的方向與廢氣流動的方向相反，因此，可以使高溫構(gòu)件110的溫度和低溫構(gòu)件120的溫度保持不變，這使得可以在熱電模塊130中連貫地發(fā)電。熱電模塊130由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體連接形成，其徑向放置于高溫構(gòu)件110的多個第一熱交換片117和低溫構(gòu)件120的多個第二熱交換片127之間。如上所述，第一熱交換片117由第一傳熱板119加熱以達到高溫，第二熱交換片127通過第二傳熱板129實現(xiàn)低溫，因此，溫差出現(xiàn)在位于第一熱交換片117和第二熱交換片127之間的熱電模塊130的兩側(cè)。因此，如果溫差出現(xiàn)在熱電模塊130的兩側(cè)，則在多個熱電模塊130內(nèi)部發(fā)電。多個熱電模塊130中的每一個都配備有一對電氣接點，且彼此電氣連接。而且，電氣互連的多個熱電模塊130電氣連接到車輛電池(未電氣示出)，并使用由熱電現(xiàn)象產(chǎn)生的電流給電池充電。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的熱電發(fā)電器的應(yīng)用如下所述。當(dāng)發(fā)動機運行時，廢氣排出發(fā)動機，流進排氣管112，這時旁通閥116關(guān)閉旁通管114。此外，由發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)(未示出)循環(huán)的冷卻劑流入冷卻劑入口 121。廢氣在排氣管112中流動，與排氣管112交換熱量，排氣管112在該過程中被加熱。安裝在排氣管112外壁上的第一傳熱板119受到已加熱的排氣管112加熱，廢氣的熱能通過被加熱的第一傳熱板119傳送給多個第一換熱片117,使得多個熱電模塊130的一側(cè)被加熱。與此同時，流入冷卻劑入口 121的冷卻劑流經(jīng)由鄰近內(nèi)套管122和外套管124內(nèi)部的隔板126形成的冷卻劑流動路徑，當(dāng)冷卻劑流經(jīng)冷卻劑流動路徑時，其以沿其流動方向交替變換的方式流動。第二傳熱板129由流動的冷卻劑冷卻下來，因此，與第二傳熱板129 —體形成的第二熱交換片127被冷卻下來。與冷卻下來的多個第二熱交換片127接觸的多個熱電模塊130的另一側(cè)也被冷卻下來。因此，徑向布置的多個熱電模塊130的側(cè)之間出現(xiàn)了溫差。由于溫差，在多個熱電模塊130內(nèi)部發(fā)電。由多個熱電模塊130所產(chǎn)生的電流為電氣連接到多個熱電模塊130的電池充電。如果車輛速度增加，即如果車輛發(fā)動機的負荷增加，則旁通閥116克服彈簧118的彈性，打開旁通管114。當(dāng)旁通管114打開時，大部分的廢氣通過旁通管114排放，其余的廢氣在旁通管114和排氣管112之間流動。位于旁通管114和排氣管112之間的熱交換網(wǎng)111與廢氣交換熱量并加熱排氣管112，之后剩下的過程與旁通閥116關(guān)閉時的過程相同，所以將略去進一步的說明。因此，由于可以使用多個熱電模塊，因而可以生成大量的電流，利用該電流，可為車輛電池充電，車輛的燃料效率將得以提高。此外，根據(jù)本發(fā)明的實施方案的車輛的熱電發(fā)電器，當(dāng)廢氣與熱交換網(wǎng)交換熱量時，廢氣的噪音減小，且熱電效率得以提高，這是因為高溫和熱電模塊之間接觸面積大，多個熱電模塊的另一側(cè)通過低溫構(gòu)件快速冷卻下來。因此，可以實現(xiàn)車輛的熱電發(fā)電器比現(xiàn)有技術(shù)的熱電發(fā)電器更小。為了方便解釋和精確限定所附權(quán)利要求，術(shù)語“上”、“下”、“內(nèi)”和“外”被用于參考附圖中所顯示的這些特征的位置來描述示例性實施方式的特征。前面對本發(fā)明具體示例性實施方案所呈現(xiàn)的描述是出于說明和描述的目的。它們并不旨在為毫無遺漏的或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開的精確形式，顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)很多改變和變化都是可能的。選擇示例性實施方案并進行描述是為了解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種示例性實施方案及其不同選擇形式和修改形式。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求書及其等同方案加以限定。
權(quán)利要求
1.一種車輛熱電發(fā)電器裝置，其包括； 高溫構(gòu)件，所述高溫構(gòu)件具有: 排氣管，其中高溫廢氣從排氣管中經(jīng)過； 圍繞所述排氣管的環(huán)形第一傳熱板，其中所述排氣管與所述第一傳熱板交換熱量；和 多個第一熱交換片，所述多個第一熱交換片從所述第一傳熱板以預(yù)定角度徑向向外延伸； 低溫構(gòu)件，所述低溫構(gòu)件具有: 環(huán)繞所述排氣管的內(nèi)套管； 外套管，所述外套管以預(yù)定間隙環(huán)繞內(nèi)套管以在其間形成冷卻劑流動路徑； 環(huán)形第二傳熱板，所述第二傳熱板與所述內(nèi)套管的內(nèi)壁接觸；和多個第二熱交換片，所述多個第二熱交換片從所述第二傳熱板以預(yù)定角度徑向向內(nèi)延伸；以及 多個熱電模塊，所述多個熱電模塊由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體連接形成，所述多個熱電模塊的每一個的一側(cè)與所述第一熱交換片接觸，所述多個熱電模塊的每一個的另一側(cè)與所述第二熱交換片接觸，從而利用由所述第一熱交換片和所述第二熱交換片之間的溫差引起的熱電現(xiàn)象發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛熱電發(fā)電器裝置，其中 所述高溫構(gòu)件進一步包括旁通管，所述旁通管以預(yù)定間隙安裝在所述排氣管內(nèi)部，且廢氣通過所述旁通管分流； 旁通閥，其安裝在所述旁通管的遠端，控制通過所述旁通管加以分流的廢氣的量； 彈性構(gòu)件，其彈性支承旁通管遠端處的旁通閥；以及 熱交換網(wǎng)，其安裝在所述排氣管和所述旁通管之間以通過與廢氣的熱交換來加熱排氣管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛熱電發(fā)電器裝置，其中 所述的低溫構(gòu)件進一步包括冷卻劑入口，所述冷卻劑入口布置在低溫構(gòu)件的一側(cè)上，冷卻劑從其中流入；以及冷卻劑出口，所述冷卻劑出口布置在低溫構(gòu)件的另一側(cè)上，冷卻劑從其中流出；以及 多個冷卻劑隔板，所述多個冷卻劑隔板安裝在所述內(nèi)套管與所述外套管之間，所述多個冷卻劑隔板的每一個的一側(cè)是打開的使得打開的側(cè)形成固定的角度，其中所述冷卻劑入口形成在廢氣下部流動路徑上，所述冷卻劑出口形成在廢氣上部流動路徑上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛熱電發(fā)電器裝置，其中在內(nèi)套管、外套管和多個隔板中的冷卻劑所沿流動路徑流動的方向與沿著相鄰流動路徑流動的冷卻劑的方向相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛熱電發(fā)電器裝置，其中冷卻劑流動的方向與廢氣流動的方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛熱電發(fā)電器裝置，其中所述旁通管包括排氣孔，所述排氣孔流體連接旁通管的內(nèi)部空間與在旁通管和排氣管之間形成的空間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種車輛熱電發(fā)電器。熱電發(fā)電器裝置可以包括高溫構(gòu)件，所述高溫構(gòu)件具有排氣管，圍繞排氣管的環(huán)形第一傳熱板和多個第一熱交換片，所述多個第一熱交換片從第一傳熱板以預(yù)定角度徑向向外延伸；低溫構(gòu)件，所述低溫構(gòu)件具有環(huán)繞排氣管的內(nèi)套管，以預(yù)定間隙環(huán)繞內(nèi)套管的外套管，與內(nèi)套管的內(nèi)壁接觸的環(huán)形第二傳熱板，和多個第二熱交換片，所述多個第二熱交換片從第二傳熱板以預(yù)定角度徑向向內(nèi)延伸；以及多個熱電模塊，所述多個熱電模塊與第一熱交換片和第二熱交換片接觸以利用由第一熱交換片和第二熱交換片之間的溫差引起的熱電現(xiàn)象發(fā)電。
文檔編號H02N11/00GK103166528SQ20121030432
公開日2013年6月19日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者安皓燦, 宣鐘淏 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社