熱電發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱電發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ)(德國汽車技術(shù)雜志)2013 年 9 月刊第714至719頁的投稿論文描述了一種熱電發(fā)電機(jī)，該熱電發(fā)電機(jī)通過從安裝在車輛中的內(nèi)燃機(jī)(下文也簡(jiǎn)稱“發(fā)動(dòng)機(jī)”)等排出的排氣回收熱能來發(fā)電。
[0003]這種熱電發(fā)電機(jī)包括多個(gè)熱電模塊，例如，盒式熱電模塊。例如，每個(gè)熱電模塊都具有圓柱形形狀。每個(gè)熱電模塊都具有:內(nèi)管，冷卻劑流經(jīng)該內(nèi)管；輸出管，內(nèi)管被插入穿過該輸出管；以及被布置在內(nèi)管和外管之間的多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換元件。同樣地，外管(熱接收部)被排氣加熱，并且內(nèi)管(熱消散部)被冷卻劑冷卻。結(jié)果，在熱電轉(zhuǎn)換元件的一側(cè)(熱接收部側(cè))和另一側(cè)(熱消散部側(cè))之間產(chǎn)生溫差，并且由于塞貝克效應(yīng)而在熱電轉(zhuǎn)換元件中發(fā)電。
[0004]作為這些熱電模塊的一種布置，AutomobiltechnischeZeitschrift (ATZ) 2013 年9月刊第714至719頁的投稿論文描述了一種結(jié)構(gòu)，其中在排氣通路的延伸方向上延伸的多個(gè)熱電模塊沿周向方向被布置在排氣通路的外周側(cè)上。已經(jīng)流經(jīng)排氣通路的排氣被分為多個(gè)流，并且每個(gè)分流的排氣流都沿著對(duì)應(yīng)的熱電模塊的外周表面單獨(dú)流動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]上述Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ) 2013 年 9 月刊第 714 至 719 頁的投稿論文中所述的熱電發(fā)電機(jī)被構(gòu)造成使得，排氣被分為多個(gè)流，并且每個(gè)分流的排氣流都沿著對(duì)應(yīng)的熱電模塊的外周表面單獨(dú)流動(dòng)。因此，可能不是每個(gè)熱電模塊都能獲得充足的排氣流速。因此，可能不能回收充足量的廢熱。這是因?yàn)楫?dāng)排氣被分流時(shí)，不是每個(gè)熱電模塊都能獲得充足的排氣質(zhì)量流速(即，單位時(shí)間繞熱電模塊的外周流動(dòng)的排氣質(zhì)量)。隨著沿?zé)犭娔K的外周流動(dòng)的排氣的流速增大并且排氣的質(zhì)量流速變大，在熱電模塊的外周周圍的邊界膜熱阻減小，所以能夠回收大量的廢熱。然而，如上所述，當(dāng)排氣被分為多個(gè)流，并且每個(gè)分流的排氣流體都沿著對(duì)應(yīng)的熱電模塊的外周表面單獨(dú)流動(dòng)時(shí)，沿著熱電模塊的外周流動(dòng)的排氣的質(zhì)量流速小，所以邊界膜熱阻增大，結(jié)果可能不能回收充足量的廢熱。
[0006]因而，本發(fā)明提供一種能夠提高所回收的廢熱量的熱電發(fā)電機(jī)。
[0007]在本發(fā)明中，一種熱電發(fā)電機(jī)包括熱電模塊，該熱電模塊在與在排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向相同的方向上延伸。因此，熱電模塊的長(zhǎng)度尺寸能夠是長(zhǎng)的，并且已經(jīng)通過排氣通路流入的排氣依次在多個(gè)熱電模塊上流過。通過這種方式，每個(gè)熱電模塊都能夠獲得充足的排氣流速，所以能夠回收充足量的廢熱。此外，排氣沿著形成熱電模塊外殼空間(即，用于加熱熱電模塊的排氣流經(jīng)的空間)的壁的兩個(gè)表面流動(dòng)。結(jié)果，能夠降低耗散至外部空氣的、流經(jīng)該熱電模塊外殼空間的排氣的熱量，所以能夠回收充足量的廢熱。
[0008]本發(fā)明的第一方面涉及一種熱電發(fā)電機(jī)，該熱電發(fā)電機(jī)利用流經(jīng)內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的排氣的熱能來發(fā)電。這種熱電發(fā)電機(jī)包括:流入部，排氣從排氣系統(tǒng)的排氣通路流入該流入部中；流出部，排氣從該流出部流出；分支通路，該分支通路將已經(jīng)從流入部流入的排氣朝著流出部運(yùn)送；多個(gè)熱電模塊，該多個(gè)熱電模塊被布置在分支通路的內(nèi)部，多個(gè)熱電模塊中的每個(gè)熱電模塊的長(zhǎng)度方向與排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向是相同方向，該多個(gè)熱電模塊在從流入部朝著流出部的排氣流動(dòng)方向上按順序排列地布置；以及至少一個(gè)壁，該至少一個(gè)壁限定分支通路，并且該至少一個(gè)壁使得排氣沿著該至少一個(gè)壁的兩側(cè)流動(dòng)。
[0009]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，已經(jīng)從排氣系統(tǒng)的排氣通路經(jīng)過流入部流入分支通路的排氣從流入部通過該分支通路朝著流出部流動(dòng)。熱電模塊在排氣的流動(dòng)方向上按順序排列地布置，所以流經(jīng)分支通路的幾乎全部排氣都繞熱電模塊的外周依次流過。也就是說，幾乎全部排氣都依次向每個(gè)熱電模塊施加熱。因此，每個(gè)熱電模塊都能夠獲得充足的排氣流速。同樣地，與當(dāng)排氣被分流并且單獨(dú)流動(dòng)至每個(gè)熱電模塊相比，每個(gè)熱電模塊都能夠獲得充足的排氣流速。結(jié)果，能夠回收充足量的廢熱。也就是說，與AutomobiltechnischeZeitschrift (ATZ) 2013年9月刊第714至719頁的投稿論文描述的技術(shù)相比，沿每個(gè)熱電模塊的外周流動(dòng)的排氣的流速增大，并且排氣的質(zhì)量流速更大。因此，在每個(gè)熱電模塊的外周周圍的膜熱阻更小，所以能夠提高所回收的廢熱量。
[0010]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，熱電模塊被布置在分支通路中，使得熱電模塊的長(zhǎng)度方向與排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向是相同方向。因此，熱電模塊的長(zhǎng)度尺寸受限不大，所以熱電模塊的長(zhǎng)度尺寸能夠被設(shè)置地相對(duì)長(zhǎng)(即，與當(dāng)熱電模塊的長(zhǎng)度方向被設(shè)置為與排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向正交的方向時(shí)相比，熱電模塊的長(zhǎng)度方向能夠被設(shè)置地相對(duì)長(zhǎng))。因而，能夠提高每個(gè)熱電模塊回收的廢熱量，所以能夠提高整個(gè)熱電發(fā)電機(jī)回收的廢熱量。
[0011]此外，排氣沿著形成分支通路的壁中的至少一部分壁的兩側(cè)流動(dòng)，所以幾乎沒有熱從壁耗散至外部空氣，從而，也降低了熱耗散至外部空氣導(dǎo)致的排氣溫度降低。因此，施加至熱電模塊的熱量增大，這也使得能夠增加所回收的廢熱量。
[0012]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，在分支通路中從流入部朝著流出部的排氣流動(dòng)方向可為與排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向交叉的方向，并且被布置在分支通路中的多個(gè)熱電模塊可在與排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向交叉的方向上按順序排列地布置。
[0013]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，在分支通路中從流入部朝著流出部的排氣流動(dòng)方向可為與排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向相同的方向，并且被布置在分支通路中的多個(gè)熱電模塊可在與排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向相同的方向上按順序排列地布置。
[0014]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠以適合于排氣在分支通路中的流動(dòng)方向的方式布置熱電模塊。
[0015]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，每個(gè)熱電模塊都可以包括處于每個(gè)熱電模塊的外表面上的多個(gè)熱接收片，并且可在分支通路中的排氣的流動(dòng)方向上設(shè)置該多個(gè)熱接收片。
[0016]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，已經(jīng)朝著熱電模塊流入的排氣沿著熱接收片流動(dòng)，排氣的流動(dòng)方向改變不大，所以能夠抑制熱接收片阻礙排氣的流動(dòng)。因此，能夠保持在熱接收片之間流動(dòng)的排氣的高流速。結(jié)果，能夠保持熱電模塊的外周周圍的低邊界膜熱阻，所以能夠提高所回收的廢熱量。
[0017]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，分支通路可包括上游側(cè)通路和下游側(cè)通路，上游側(cè)通路在一個(gè)方向上運(yùn)送已經(jīng)通過流入部從排氣通路流入的排氣，下游側(cè)通路在與上游側(cè)通路中的流動(dòng)的方向相反的方向上朝著流出部運(yùn)送已經(jīng)流經(jīng)上游側(cè)通路的排氣；并且在與在上游側(cè)通路中的排氣的流動(dòng)方向以及在下游側(cè)通路中的排氣的流動(dòng)方向正交的方向上，上游側(cè)通路和下游側(cè)通路可以在所述至少一個(gè)壁位于上游側(cè)通路和下游側(cè)通路之間的情況下彼此相鄰。
[0018]上述熱電發(fā)電機(jī)也可以包括殼體，該殼體限定分支通路。該至少一個(gè)壁可以是將殼體的內(nèi)部分成上游側(cè)通路和下游側(cè)通路的隔板，上游側(cè)通路和下游側(cè)通路可以通過連通路徑連通，該連通路徑被布置在隔板和殼體內(nèi)側(cè)表面之間，并且已經(jīng)通過流入部流入上游側(cè)通路中的排氣可以通過連通路徑流入下游側(cè)通路中。
[0019]上述熱電發(fā)電機(jī)也可以包括殼體，該殼體限定分支通路。該至少一個(gè)壁可以是將殼體的內(nèi)部分成上游側(cè)通路和下游側(cè)通路的隔板，上游側(cè)通路和下游側(cè)通路可以通過被布置在隔板中的連通孔連通，并且已經(jīng)通過流入部流入上游側(cè)通路中的排氣可以通過連通孔流入下游側(cè)通路中。
[0020]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在與排氣的流動(dòng)方向正交的方向上，上游側(cè)通路和下游側(cè)通路在所述壁位于上游側(cè)通路和下游側(cè)通路之間的情況下彼此相鄰。也就是說，在設(shè)有隔板的結(jié)構(gòu)中，通路在隔板位于其間的情況下彼此相鄰。結(jié)果，能夠在形成分支通路的壁處設(shè)置不暴露于外部空氣的區(qū)域，所以能夠通過相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，抑制熱耗散至外部空氣導(dǎo)致的排氣溫度降低。
[0021]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，可在與在排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向相同的方向上彼此偏離的位置中設(shè)置流入部和流出部。
[0022]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，設(shè)有流入部的該至少一個(gè)壁可以面對(duì)排氣通路。
[0023]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，形成分支通路的壁的不暴露于外部空氣的區(qū)域能夠相對(duì)大，所以能夠抑制熱耗散至外部空氣導(dǎo)致的排氣溫度降低，這能夠提高所回收的廢熱量。
[0024]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，分支通路可被構(gòu)造成覆蓋排氣通路的一部分的外周，并且該至少一個(gè)壁被設(shè)置在排氣通路側(cè)上，并且該至少一個(gè)壁可以面對(duì)排氣通路。
[0025]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，分支通路可被構(gòu)造成沿著排氣通路的整個(gè)周向方向覆蓋排氣通路的一部分的外周；并且該至少一個(gè)壁被設(shè)置在排氣通路側(cè)上，并且該至少一個(gè)壁的整個(gè)面積面對(duì)排氣通路。
[0026]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，形成分支通路的壁的不暴露于外部空氣的區(qū)域能夠相對(duì)大。結(jié)果，能夠抑制熱耗散至外部空氣導(dǎo)致的排氣溫度降低，所以能夠提高所回收的廢熱量。
[0027]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，流入部可為開口，該開口在排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向上延伸。
[0028]在上述熱電發(fā)電機(jī)中，流入部可以由多個(gè)開口構(gòu)成，該多個(gè)開口被布置在排氣通路中的排氣的流動(dòng)方向上的多個(gè)位置中。
[0029]上述熱電發(fā)電機(jī)也可以包括整流構(gòu)件，該整流構(gòu)件被設(shè)置在流入部與多個(gè)熱電模塊中的被布置在分支通路中的排氣的流動(dòng)方向上的最上游位置中的熱電模塊之間。整流構(gòu)件可被構(gòu)造成對(duì)從流入部朝著熱電模塊流動(dòng)的排氣的流動(dòng)進(jìn)行整流。
[0030]上述熱電發(fā)電機(jī)也可包括限制構(gòu)件，該限制構(gòu)件被設(shè)置在排氣通路中，并且覆蓋流入部的開口區(qū)域的在排氣通路中的排氣流動(dòng)方向上的上游側(cè)區(qū)域，并且，所述限制構(gòu)件暴露流入部的開口區(qū)域的在排氣通路的排氣流動(dòng)方向上的下游側(cè)區(qū)域。
[0031]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，排氣能夠流經(jīng)分支通路的相對(duì)寬的區(qū)域。結(jié)果，能夠提高每個(gè)熱電模塊回收的廢熱量，所以能夠提高整個(gè)熱電發(fā)電機(jī)回收的廢熱量。
[0032]上述熱電發(fā)電機(jī)也可包括開關(guān)閥，該開關(guān)閥在所述排氣通路中被設(shè)置在所述流入部被布置在所述排氣通路中的位置的排氣的流動(dòng)方向上的下游側(cè)上，并且，所述開關(guān)閥可以被構(gòu)造成打開和關(guān)閉所述排氣通路。
[0033]上述熱電發(fā)電機(jī)也可包括返回管、開關(guān)閥和電子控制單元。返回管可被設(shè)置在分支通路的流出部和排氣通路之間。返回管可被構(gòu)造成使從流出部流出的排氣返回至排氣通路。開關(guān)閥可以在所述排氣通路中被設(shè)置在所述流入部被布置在所述排氣通路中的位置的排氣的流動(dòng)方向上的下游側(cè)上。電子控制單元可被構(gòu)造成在打開排氣通路時(shí)通過開關(guān)閥切斷返回管和排氣通路之間的連通，并且在關(guān)閉排氣通路時(shí)通過開關(guān)閥使返回管與排氣通路連通。
[0034]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠通過打開開關(guān)閥調(diào)節(jié)流入分支通路中的排氣量。因此，適合在熱電模塊中發(fā)電的一定量的排氣能夠流動(dòng)至分支通路。
[0035]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，多個(gè)熱電模塊在從流入部朝著流出部的排氣流動(dòng)方向上按順序排列地布置，這使得每個(gè)熱電模塊都能夠獲得充足的排氣流速，并且結(jié)果，能夠提高所回收的廢熱量。
【附圖說明】
[0036]下面將參考附圖描述本發(fā)明例證性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，并且其中:
[0037]圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的排氣管和熱電發(fā)電機(jī)的方框圖，以實(shí)線指示熱電模塊和開關(guān)閥，以虛線指示其它構(gòu)件；
[0038]圖2是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電發(fā)電機(jī)的上側(cè)通路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及其周圍的部分的截面圖；
[0039]圖3是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電發(fā)電機(jī)的下側(cè)通路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及其周圍的部分的截面圖；
[0040]圖4是與圖2中的線IV-1V對(duì)應(yīng)的位置的截面圖；
[0041]圖5是與圖2中的線V-V對(duì)應(yīng)的位置的視圖；
[0042]圖6是與圖2中的線V1-VI對(duì)應(yīng)位置的截面圖；
[0043]圖7是沿著根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電模塊的軸線的方向的截面圖；
[0044]圖8是在與根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電模塊的軸線正交的方向上的截面圖；
[0045]圖9A和9B是排氣未被引入根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電發(fā)電機(jī)中的狀態(tài)圖，圖9A為與圖2對(duì)應(yīng)的視圖，并且圖9B為與圖4對(duì)應(yīng)的視圖；
[0046]圖1OA至1D是全部排氣被引入根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電發(fā)電機(jī)的狀態(tài)圖，圖1OA為與圖2對(duì)應(yīng)的視圖，圖1OB為與圖3對(duì)應(yīng)的視圖，圖1OC為與圖4對(duì)應(yīng)的視圖，并且圖1OD為與圖6對(duì)應(yīng)的視圖；
[0047]圖1lA至IlC是一些排氣被引入根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電發(fā)電機(jī)的狀態(tài)圖，圖1lA為與圖2對(duì)應(yīng)的視圖，圖1lB為與圖3對(duì)應(yīng)的視圖，并且圖1lC為與圖4對(duì)應(yīng)的視圖；
[0048]圖12是例示在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱接收片附近流動(dòng)的排氣的流速與這些熱接收片周圍的邊界膜之間的關(guān)系的視圖；
[0049]圖13是例示在根據(jù)第一示例性實(shí)施例的熱電模塊周圍流動(dòng)的排氣的