體122。例如，由上方和下方部分116、118形成的夾具的外部可以通常形成六邊形形狀，其中TEG殼體122聯(lián)接至六邊形的每一偵U。在其它實施方式中，上方和下方部分116、118可以形成η邊多邊形(例如正方形形狀、五邊形形狀等)，其中相應(yīng)數(shù)量的TEG殼體122聯(lián)接至每一側(cè)。在另一個實施方式中，上方和下方部分116、118形成圓柱形外部并且一個或多個TEG殼體122可以配合并聯(lián)接至夾具(例如每個TEG殼體122可以具有彎曲基部)。
[0033]在一些實施方式中，TEG系統(tǒng)100還可以包括一個或多個散熱片120，所述散熱片120聯(lián)接至TEG殼體122并且為容納在其中的TEG提供冷卻。在一個實施方式中，散熱片120使用導(dǎo)熱材料(例如鋁)構(gòu)成。如圖所示，散熱片120可以包括多個鰭片結(jié)構(gòu)從而增加散熱片120的表面積，因此增加提供至TEG殼體122的冷卻量。在各個實施方式中，TEG殼體122可以使用熱絕緣材料(例如陶瓷、聚合物等)構(gòu)成，從而使散熱片120與加熱的排氣管熱絕緣。
[0034]圖3顯示了根據(jù)各個實施方式的TEG系統(tǒng)114的示例性展開圖。如前所述，TEG系統(tǒng)114包括上方和下方部分116、118，所述上方和下方部分116、118可以彼此粘附并且圍繞排氣管夾緊。在一個實施方式中，部分116、118通過緊固件124a和124b聯(lián)接，所述緊固件124a和124b通過孔口裝配在部分116、118的相對端部上。如圖所示，例如，緊固件124a可以插入通過部分116、118的形成鉸鏈的相對端部上的孔口。在部分116、118的相對側(cè)上，緊固件124b可以插入通過位于部分116、118上的孔口，所述孔口基本上垂直于緊固件124a插入通過其中的鉸鏈延伸。正如將理解的，所顯示的聯(lián)接裝置僅為示例性的，并且根據(jù)其它實施方式可以使用其它裝置(例如焊接、垂直于排氣管延伸的緊固件等)聯(lián)接上方和下方部分116、118。當(dāng)聯(lián)接時，上方和下方部分116、118向排氣管提供壓縮力從而避免TEG系統(tǒng)114的移動。
[0035]位于TEG殼體122內(nèi)的是TEG層128，所述TEG層128將熱轉(zhuǎn)化成電能。TEG層128的每一者可以使用硅基納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，或者替代性地，由其它合適的化合物組成，所述化合物包括例如鉍、鉛、鎂、砸、碲、鍺、銻、鎳鉻合金等。硅基納米結(jié)構(gòu)為高度有效的TEG-適配材料，其允許顯著縮小TEG層128的尺寸。單個TEG對可以由一個η-型納米結(jié)構(gòu)(例如具有過量電子的材料)和一個P-型納米結(jié)構(gòu)(例如具有過量電洞的結(jié)構(gòu))組成，或者替代性地，由一個η-型納米結(jié)構(gòu)或一個ρ-型納米結(jié)構(gòu)組成。適用于TEG層128的納米結(jié)構(gòu)和納米相材料可以包括但不限于無孔材料、納米絲和納米尺寸的沉淀物和疏松材料中的層片形成。在一個實施方式中，結(jié)構(gòu)和/或相的一個或多個尺寸大于電子或電洞的平均自由程。在另一個實施方式中，結(jié)構(gòu)和/或相的一個或多個尺寸小于材料的聲子波長。
[0036]為了提供穿過TEG層128的溫差并且消散來自廢氣的熱，散熱片120聯(lián)接至TEG層128并且沿徑向遠(yuǎn)離排氣管延伸。在操作過程中，來自穿過排氣管的廢氣的熱通過上方和下方部分116、118傳遞并且進(jìn)入特定TEG層128的一側(cè)。在相反側(cè)上，聯(lián)接的散熱片120消散來自TEG層128的熱，在層內(nèi)提供溫差。該溫差在TEG層128內(nèi)產(chǎn)生電流并且產(chǎn)生的電能可以被送往儲存設(shè)備(例如電池、超級電容等)從而被車輛隨后使用。在其它實施方式中，除了散熱片120之外或代替散熱片120，可以使用其它冷卻機(jī)構(gòu)。例如，在其它實施方式中，TEG層128可以聯(lián)接至水套管并且進(jìn)行液體冷卻。
[0037]特別地，雖然在本文中關(guān)于TEG系統(tǒng)114的各個部件使用“層”，但該術(shù)語旨在描述部件在系統(tǒng)114內(nèi)的物理位置而非其實際構(gòu)造。例如，正如將理解的，TEG層128可以包括任何數(shù)量的TEG排列，所述排列可以為“層狀”或不為“層狀”，例如成對的反向摻雜的材料。換言之，術(shù)語“層”不旨在限制于材料的特定類型或形成。
[0038]在一些實施方式中，TEG殼體122可以為與通過上方和下方部分116、118形成的夾具熱絕緣的散熱片120。例如，TEG殼體122可以使用具有低導(dǎo)熱性的材料(例如聚合物、陶瓷等)構(gòu)成，因此增加TEG層128的相反側(cè)之間的溫差。
[0039]在一個實施方式中，散熱片120、TEG殼體122和TEG層128可以使用緊固件126聯(lián)接至上方和下方部分116、118。緊固件126可以例如插入通過散熱片120并且進(jìn)入部分116、118，由此將散熱片120、TEG層128和TEG殼體122夾在一起。在其它實施方式中，可以使用其它緊固機(jī)構(gòu)。
[0040]現(xiàn)在參考圖4，顯示了根據(jù)各個實施方式的通過TEG發(fā)電的示例性曲線400。如圖所示，繪制了根據(jù)溫差402和時間404變化的通過一對TEG元件產(chǎn)生的電力的量。
[0041]基于城市行駛循環(huán)，廢氣的溫度通常在350 - 4500C的范圍內(nèi)。也已經(jīng)顯示，依據(jù)車輛速度和大氣溫度，圍繞廢氣管的空氣流的溫度在25-45°C的范圍內(nèi)。因此，根據(jù)本文的教導(dǎo)的TEG系統(tǒng)具有產(chǎn)生大約400 °C的溫差的趨勢。通過曲線400可見，在成對的TEG元件中的400度溫差產(chǎn)生約I瓦特(W)的功率。特別地，圖4中顯示的溫度僅為示意性的并且可以根據(jù)車輛本身的構(gòu)造(例如用于冷卻的空氣流的可用量可以取決于車輛的形狀)、車輛排氣系統(tǒng)的構(gòu)造，和/或TEG系統(tǒng)在排氣系統(tǒng)內(nèi)的相對位置(例如在排氣系統(tǒng)中上游溫度可能比下游更大)而變化。
[0042]如前所述，來自燃燒發(fā)動機(jī)的至多40%的能量損失歸因于廢氣中的熱。對于典型的在峰值馬力下操作并且產(chǎn)生75kW功率的100馬力發(fā)動機(jī)，至多30kW的該功率可能經(jīng)由加熱的廢氣而損失。在本文中描述的典型的TEG模塊已經(jīng)顯示提供4-10%之間的能量回收，意味著使用本文描述的系統(tǒng)可能以電能的形式收回1.2kff和3kW之間的功率。
[0043]有利地，本文描述的技術(shù)用于可以附接至發(fā)動機(jī)的排氣管(例如車輛中使用的那些)的模塊化TEG系統(tǒng)。設(shè)計的模塊化性質(zhì)允許將任何數(shù)量的TEG系統(tǒng)聯(lián)接至排氣管，允許以電能的形式收回下游廢熱。本文提供的設(shè)計也允許將TEG系統(tǒng)附接至現(xiàn)有的排氣系統(tǒng)而無需較大修改。
[0044]雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本公開的實施方式，本公開的權(quán)利范圍不限于上述實施方式，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員使用附帶權(quán)利要求書中限定的本公開的基本原理做出的各種改變和改進(jìn)形式也屬于本公開的權(quán)利范圍。
【主權(quán)項】
1.一種系統(tǒng)，包括: 夾具，所述夾具限定基本上圓柱形的孔口； 一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層，所述熱電發(fā)電機(jī)層聯(lián)接至所述夾具并且接收來自所述夾具的熱，其中所述熱電發(fā)電機(jī)層包括熱電納米結(jié)構(gòu)；以及 一個或多個散熱片，所述散熱片聯(lián)接至一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層并且向所述熱電發(fā)電機(jī)層提供冷卻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個散熱片包括冷卻鰭片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述冷卻鰭片包含鋁。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 一個或多個熱絕緣層，所述熱絕緣層位于所述夾具和所述一個或多個散熱片之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述夾具包括: 新月形狀的上方部分；和 新月形狀的下方部分， 其中所述夾具的所述上方和下方部分通過相對的鉸鏈聯(lián)接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 發(fā)動機(jī)的排氣管，所述排氣管位于所述夾具的所述孔口內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中通過所述一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層接收的熱由排氣管內(nèi)的加熱的廢氣提供。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 多個電連接的熱電發(fā)電機(jī)夾具，每個熱電發(fā)電機(jī)夾具包括夾具、一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層和一個或多個散熱片。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述熱電發(fā)電機(jī)夾具聯(lián)接至發(fā)動機(jī)的排氣管。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述熱電發(fā)電機(jī)夾具聯(lián)接至催化轉(zhuǎn)化器和消聲器之間的排氣管。11.一種方法，包括: 聯(lián)接一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層至發(fā)動機(jī)的排氣管，其中所述熱電發(fā)電機(jī)層包括熱電納米結(jié)構(gòu)； 將熱傳遞至所述一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層； 為所述一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層提供冷卻； 通過將傳遞的熱轉(zhuǎn)化成電能從而通過所述一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層產(chǎn)生電力。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括: 通過包含熱絕緣材料的殼體熱絕緣特定熱電發(fā)電機(jī)層的相反側(cè)。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括: 使用冷卻鰭片從而為所述一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層提供冷卻。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括: 在催化轉(zhuǎn)化器和消聲器之間的位置處聯(lián)接所述一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層至所述排氣管。15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括: 使用不同夾具電連接熱電發(fā)電機(jī)層，所述熱電發(fā)電機(jī)層聯(lián)接至所述排氣管。16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括: 將熱傳遞至特定熱電發(fā)電機(jī)層的第一側(cè)，其中所述特定熱電發(fā)電機(jī)層的第一側(cè)與所述特定熱電發(fā)電機(jī)層的被提供冷卻的第二側(cè)相反。17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述一個或多個熱電發(fā)電機(jī)層包括硅基納米結(jié)構(gòu)。18.—種裝置，包括: 用于將來自排氣管的熱轉(zhuǎn)化成電能的裝置；和 用于聯(lián)接熱轉(zhuǎn)化裝置至排氣管的裝置。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，包括: 用于冷卻所述熱轉(zhuǎn)化裝置的裝置。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，包括: 用于從所述排氣管拆卸所述熱轉(zhuǎn)化裝置的裝置。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種夾具安裝的熱電發(fā)電機(jī)。在一個實施方式中，公開了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括夾具，所述夾具限定基本上圓柱形的孔口。一個或多個熱電發(fā)電機(jī)(TEG)層聯(lián)接至所述夾具并且接收來自所述夾具的熱。所述TEG層可以使用熱電納米結(jié)構(gòu)形成。一個或多個散熱片也聯(lián)接至一個或多個TEG層并且向所述TEG層提供冷卻。
【IPC分類】F01N13/14, F01N5/02, F01N13/00
【公開號】CN105626213
【申請?zhí)枴緾N201410749089
【發(fā)明人】S·朗, N·恩吉寧, P·諾伊曼
【申請人】現(xiàn)代自動車美國技術(shù)研究所, 現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年12月9日
【公告號】DE102014225567A1, US20160146083