热电发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热电发电机。
【背景技术】
[0002]Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ)(德国汽车技术杂志)2013 年 9 月刊第714至719页的投稿论文描述了一种热电发电机,该热电发电机通过从安装在车辆中的内燃机(下文也简称“发动机”)等排出的排气回收热能来发电。
[0003]这种热电发电机包括多个热电模块,例如,盒式热电模块。例如,每个热电模块都具有圆柱形形状。每个热电模块都具有:内管,冷却剂流经该内管;输出管,内管被插入穿过该输出管;以及被布置在内管和外管之间的多个热电转换元件。同样地,外管(热接收部)被排气加热,并且内管(热消散部)被冷却剂冷却。结果,在热电转换元件的一侧(热接收部侧)和另一侧(热消散部侧)之间产生温差,并且由于塞贝克效应而在热电转换元件中发电。
[0004]作为这些热电模块的一种布置,AutomobiltechnischeZeitschrift (ATZ) 2013 年9月刊第714至719页的投稿论文描述了一种结构,其中在排气通路的延伸方向上延伸的多个热电模块沿周向方向被布置在排气通路的外周侧上。已经流经排气通路的排气被分为多个流,并且每个分流的排气流都沿着对应的热电模块的外周表面单独流动。
【发明内容】
[0005]上述Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ) 2013 年 9 月刊第 714 至 719 页的投稿论文中所述的热电发电机被构造成使得,排气被分为多个流,并且每个分流的排气流都沿着对应的热电模块的外周表面单独流动。因此,可能不是每个热电模块都能获得充足的排气流速。因此,可能不能回收充足量的废热。这是因为当排气被分流时,不是每个热电模块都能获得充足的排气质量流速(即,单位时间绕热电模块的外周流动的排气质量)。随着沿热电模块的外周流动的排气的流速增大并且排气的质量流速变大,在热电模块的外周周围的边界膜热阻减小,所以能够回收大量的废热。然而,如上所述,当排气被分为多个流,并且每个分流的排气流体都沿着对应的热电模块的外周表面单独流动时,沿着热电模块的外周流动的排气的质量流速小,所以边界膜热阻增大,结果可能不能回收充足量的废热。
[0006]因而,本发明提供一种能够提高所回收的废热量的热电发电机。
[0007]在本发明中,一种热电发电机包括热电模块,该热电模块在与在排气通路中的排气的流动方向相同的方向上延伸。因此,热电模块的长度尺寸能够是长的,并且已经通过排气通路流入的排气依次在多个热电模块上流过。通过这种方式,每个热电模块都能够获得充足的排气流速,所以能够回收充足量的废热。此外,排气沿着形成热电模块外壳空间(即,用于加热热电模块的排气流经的空间)的壁的两个表面流动。结果,能够降低耗散至外部空气的、流经该热电模块外壳空间的排气的热量,所以能够回收充足量的废热。
[0008]本发明的第一方面涉及一种热电发电机,该热电发电机利用流经内燃机的排气系统的排气的热能来发电。这种热电发电机包括:流入部,排气从排气系统的排气通路流入该流入部中;流出部,排气从该流出部流出;分支通路,该分支通路将已经从流入部流入的排气朝着流出部运送;多个热电模块,该多个热电模块被布置在分支通路的内部,多个热电模块中的每个热电模块的长度方向与排气通路中的排气的流动方向是相同方向,该多个热电模块在从流入部朝着流出部的排气流动方向上按顺序排列地布置;以及至少一个壁,该至少一个壁限定分支通路,并且该至少一个壁使得排气沿着该至少一个壁的两侧流动。
[0009]根据这种结构,已经从排气系统的排气通路经过流入部流入分支通路的排气从流入部通过该分支通路朝着流出部流动。热电模块在排气的流动方向上按顺序排列地布置,所以流经分支通路的几乎全部排气都绕热电模块的外周依次流过。也就是说,几乎全部排气都依次向每个热电模块施加热。因此,每个热电模块都能够获得充足的排气流速。同样地,与当排气被分流并且单独流动至每个热电模块相比,每个热电模块都能够获得充足的排气流速。结果,能够回收充足量的废热。也就是说,与AutomobiltechnischeZeitschrift (ATZ) 2013年9月刊第714至719页的投稿论文描述的技术相比,沿每个热电模块的外周流动的排气的流速增大,并且排气的质量流速更大。因此,在每个热电模块的外周周围的膜热阻更小,所以能够提高所回收的废热量。
[0010]根据上述结构,热电模块被布置在分支通路中,使得热电模块的长度方向与排气通路中的排气的流动方向是相同方向。因此,热电模块的长度尺寸受限不大,所以热电模块的长度尺寸能够被设置地相对长(即,与当热电模块的长度方向被设置为与排气通路中的排气的流动方向正交的方向时相比,热电模块的长度方向能够被设置地相对长)。因而,能够提高每个热电模块回收的废热量,所以能够提高整个热电发电机回收的废热量。
[0011]此外,排气沿着形成分支通路的壁中的至少一部分壁的两侧流动,所以几乎没有热从壁耗散至外部空气,从而,也降低了热耗散至外部空气导致的排气温度降低。因此,施加至热电模块的热量增大,这也使得能够增加所回收的废热量。
[0012]在上述热电发电机中,在分支通路中从流入部朝着流出部的排气流动方向可为与排气通路中的排气的流动方向交叉的方向,并且被布置在分支通路中的多个热电模块可在与排气通路中的排气的流动方向交叉的方向上按顺序排列地布置。
[0013]在上述热电发电机中,在分支通路中从流入部朝着流出部的排气流动方向可为与排气通路中的排气的流动方向相同的方向,并且被布置在分支通路中的多个热电模块可在与排气通路中的排气的流动方向相同的方向上按顺序排列地布置。
[0014]根据这种结构,能够以适合于排气在分支通路中的流动方向的方式布置热电模块。
[0015]在上述热电发电机中,每个热电模块都可以包括处于每个热电模块的外表面上的多个热接收片,并且可在分支通路中的排气的流动方向上设置该多个热接收片。
[0016]根据这种结构,已经朝着热电模块流入的排气沿着热接收片流动,排气的流动方向改变不大,所以能够抑制热接收片阻碍排气的流动。因此,能够保持在热接收片之间流动的排气的高流速。结果,能够保持热电模块的外周周围的低边界膜热阻,所以能够提高所回收的废热量。
[0017]在上述热电发电机中,分支通路可包括上游侧通路和下游侧通路,上游侧通路在一个方向上运送已经通过流入部从排气通路流入的排气,下游侧通路在与上游侧通路中的流动的方向相反的方向上朝着流出部运送已经流经上游侧通路的排气;并且在与在上游侧通路中的排气的流动方向以及在下游侧通路中的排气的流动方向正交的方向上,上游侧通路和下游侧通路可以在所述至少一个壁位于上游侧通路和下游侧通路之间的情况下彼此相邻。
[0018]上述热电发电机也可以包括壳体,该壳体限定分支通路。该至少一个壁可以是将壳体的内部分成上游侧通路和下游侧通路的隔板,上游侧通路和下游侧通路可以通过连通路径连通,该连通路径被布置在隔板和壳体内侧表面之间,并且已经通过流入部流入上游侧通路中的排气可以通过连通路径流入下游侧通路中。
[0019]上述热电发电机也可以包括壳体,该壳体限定分支通路。该至少一个壁可以是将壳体的内部分成上游侧通路和下游侧通路的隔板,上游侧通路和下游侧通路可以通过被布置在隔板中的连通孔连通,并且已经通过流入部流入上游侧通路中的排气可以通过连通孔流入下游侧通路中。
[0020]根据这种结构,在与排气的流动方向正交的方向上,上游侧通路和下游侧通路在所述壁位于上游侧通路和下游侧通路之间的情况下彼此相邻。也就是说,在设有隔板的结构中,通路在隔板位于其间的情况下彼此相邻。结果,能够在形成分支通路的壁处设置不暴露于外部空气的区域,所以能够通过相对简单的结构,抑制热耗散至外部空气导致的排气温度降低。
[0021]在上述热电发电机中,可在与在排气通路中的排气的流动方向相同的方向上彼此偏离的位置中设置流入部和流出部。
[0022]在上述热电发电机中,设有流入部的该至少一个壁可以面对排气通路。
[0023]根据这种结构,形成分支通路的壁的不暴露于外部空气的区域能够相对大,所以能够抑制热耗散至外部空气导致的排气温度降低,这能够提高所回收的废热量。
[0024]在上述热电发电机中,分支通路可被构造成覆盖排气通路的一部分的外周,并且该至少一个壁被设置在排气通路侧上,并且该至少一个壁可以面对排气通路。
[0025]在上述热电发电机中,分支通路可被构造成沿着排气通路的整个周向方向覆盖排气通路的一部分的外周;并且该至少一个壁被设置在排气通路侧上,并且该至少一个壁的整个面积面对排气通路。
[0026]根据这种结构,形成分支通路的壁的不暴露于外部空气的区域能够相对大。结果,能够抑制热耗散至外部空气导致的排气温度降低,所以能够提高所回收的废热量。
[0027]在上述热电发电机中,流入部可为开口,该开口在排气通路中的排气的流动方向上延伸。
[0028]在上述热电发电机中,流入部可以由多个开口构成,该多个开口被布置在排气通路中的排气的流动方向上的多个位置中。
[0029]上述热电发电机也可以包括整流构件,该整流构件被设置在流入部与多个热电模块中的被布置在分支通路中的排气的流动方向上的最上游位置中的热电模块之间。整流构件可被构造成对从流入部朝着热电模块流动的排气的流动进行整流。
[0030]上述热电发电机也可包括限制构件,该限制构件被设置在排气通路中,并且覆盖流入部的开口区域的在排气通路中的排气流动方向上的上游侧区域,并且,所述限制构件暴露流入部的开口区域的在排气通路的排气流动方向上的下游侧区域。
[0031]根据这种结构,排气能够流经分支通路的相对宽的区域。结果,能够提高每个热电模块回收的废热量,所以能够提高整个热电发电机回收的废热量。
[0032]上述热电发电机也可包括开关阀,该开关阀在所述排气通路中被设置在所述流入部被布置在所述排气通路中的位置的排气的流动方向上的下游侧上,并且,所述开关阀可以被构造成打开和关闭所述排气通路。
[0033]上述热电发电机也可包括返回管、开关阀和电子控制单元。返回管可被设置在分支通路的流出部和排气通路之间。返回管可被构造成使从流出部流出的排气返回至排气通路。开关阀可以在所述排气通路中被设置在所述流入部被布置在所述排气通路中的位置的排气的流动方向上的下游侧上。电子控制单元可被构造成在打开排气通路时通过开关阀切断返回管和排气通路之间的连通,并且在关闭排气通路时通过开关阀使返回管与排气通路连通。
[0034]根据这种结构,能够通过打开开关阀调节流入分支通路中的排气量。因此,适合在热电模块中发电的一定量的排气能够流动至分支通路。
[0035]根据上述结构,多个热电模块在从流入部朝着流出部的排气流动方向上按顺序排列地布置,这使得每个热电模块都能够获得充足的排气流速,并且结果,能够提高所回收的废热量。
【附图说明】
[0036]下面将参考附图描述本发明例证性实施例的特征、优点以及技术和工业意义,其中相同的附图标记指示相同的元件,并且其中:
[0037]图1是示意性示出根据本发明的第一示例性实施例的排气管和热电发电机的方框图,以实线指示热电模块和开关阀,以虚线指示其它构件;
[0038]图2是根据第一示例性实施例的热电发电机的上侧通路内部的结构及其周围的部分的截面图;
[0039]图3是根据第一示例性实施例的热电发电机的下侧通路内部的结构及其周围的部分的截面图;
[0040]图4是与图2中的线IV-1V对应的位置的截面图;
[0041]图5是与图2中的线V-V对应的位置的视图;
[0042]图6是与图2中的线V1-VI对应位置的截面图;
[0043]图7是沿着根据第一示例性实施例的热电模块的轴线的方向的截面图;
[0044]图8是在与根据第一示例性实施例的热电模块的轴线正交的方向上的截面图;
[0045]图9A和9B是排气未被引入根据第一示例性实施例的热电发电机中的状态图,图9A为与图2对应的视图,并且图9B为与图4对应的视图;
[0046]图1OA至1D是全部排气被引入根据第一示例性实施例的热电发电机的状态图,图1OA为与图2对应的视图,图1OB为与图3对应的视图,图1OC为与图4对应的视图,并且图1OD为与图6对应的视图;
[0047]图1lA至IlC是一些排气被引入根据第一示例性实施例的热电发电机的状态图,图1lA为与图2对应的视图,图1lB为与图3对应的视图,并且图1lC为与图4对应的视图;
[0048]图12是例示在根据第一示例性实施例的热接收片附近流动的排气的流速与这些热接收片周围的边界膜之间的关系的视图;
[0049]图13是例示在根据第一示例性实施例的热电模块周围流动的排气的