熱電發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱電發(fā)電裝置。熱電發(fā)電裝置包括：吸熱表面，其被配置為吸收來自內(nèi)燃發(fā)動機的熱；發(fā)熱表面，其通過半導(dǎo)體與吸熱表面接合，并且被配置為向外部排出熱；以及傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件，其被插入在吸熱表面與內(nèi)燃發(fā)動機之間。傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件被配置為當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機的溫度等于或者大于特定值時，允許熱從內(nèi)燃發(fā)動機傳導(dǎo)到吸熱表面。
【專利說明】
熱電發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及熱電發(fā)電裝置，更具體地，涉及如下一種熱電發(fā)電裝置，其能夠使用在特定溫度下相變的相變材料/物質(zhì)(material)，僅在內(nèi)燃發(fā)動機的溫度為一特定值以上時，通過吸收內(nèi)燃發(fā)動機的熱來產(chǎn)生電力。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電發(fā)電是利用塞貝克(Seebeck)效應(yīng)來發(fā)電，所述Seebeck效應(yīng)為，當(dāng)給材料兩端提供溫度差時，產(chǎn)生電動勢。由于利用塞貝克效應(yīng)的熱電發(fā)電機不包含動態(tài)部件，并且在材料內(nèi)直接將熱轉(zhuǎn)換為電力而不單獨需要燃料，因此它具有很高的穩(wěn)定性，并且不會排出環(huán)境污染物。同時，為了回收在內(nèi)燃發(fā)動機運行期間作為熱而被排放的能量，已經(jīng)使用了熱電發(fā)電。
[0003]然而，當(dāng)將熱電發(fā)電機安裝在內(nèi)燃發(fā)動機中時，內(nèi)燃發(fā)動機的熱被熱電發(fā)電機吸收，從而降低了從內(nèi)燃發(fā)動機排出的排氣的溫度。這對為了凈化從內(nèi)燃發(fā)動機排出的排氣而安裝在排氣管道中的各種后處理裝置的活動性(activity)具有負(fù)面影響。原因如下。各種后處理裝置在500°C到700°C的溫度下被激活，從而氧化或者還原N0x、S0x，和PM。然而，當(dāng)熱電發(fā)電機運行時，排氣的溫度被過度降低，使得與現(xiàn)有技術(shù)相比，排氣的溫度應(yīng)當(dāng)被升尚O
[0004]另外，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)燃發(fā)動機中安裝的熱電發(fā)電機中，通過排氣熱的直接傳導(dǎo)或?qū)α鳎瑹釓膬?nèi)燃機傳遞到熱電發(fā)電機。然而，由于內(nèi)燃發(fā)動機的溫度過度波動，可能無法得到恒定的開路電壓。
[0005][相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)]
[0006][專利文獻(xiàn)]
[0007](專利文獻(xiàn)I)韓國專利公開10-1391159(2014年4月25日公開)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，同時完整地保留現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的優(yōu)點。
[0009]本發(fā)明構(gòu)思的一方面提供了一種熱電發(fā)電裝置，其通過當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機的溫度等于或大于特定溫度時，允許熱電發(fā)電機吸收內(nèi)燃發(fā)動機的熱，由此在不對后處理裝置的活動性造成負(fù)面影響的情況下，獲得恒定的開路電壓。
[0010]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，熱電發(fā)電裝置包括:吸熱表面，其被配置為吸收來自內(nèi)燃發(fā)動機的熱；發(fā)熱表面，其通過半導(dǎo)體與吸熱表面接合，并且被配置為向外界排放熱；傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件，其被插入在吸熱表面和內(nèi)燃發(fā)動機之間，并且被配置為在內(nèi)燃發(fā)動機的溫度等于或大于特定值時，允許熱從內(nèi)燃發(fā)動機傳導(dǎo)到吸熱表面。
[0011 ] 在某些實施例中，傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件可以在其中具有相變材料，并且相變材料能夠在從內(nèi)燃發(fā)動機傳遞的熱等于或大于熱基準(zhǔn)值時，從固態(tài)到液態(tài)進行相變，并且膨脹。
[0012]在某些實施例中，該特定值大于或等于安裝在排氣管道中的排氣后處理裝置的激活溫度。
[0013]在某些實施例中，相變材料可以包含提高熱導(dǎo)率的混合填料，其中混合填料為相變材料的50被％或更多。
[0014]在某些實施例中，混合填料可以選自由下列物質(zhì)組成的群組:石墨、碳纖維、陶瓷纖維、各種金屬填料、以及它們的混合物。
[0015]在某些實施例中，傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件可以包括:基底表面，其附著到內(nèi)燃發(fā)動機的表面；以及多個隔離柱，其從基底表面突出預(yù)定高度并且附著到吸熱表面。在某些實施例中，相變材料可以被插入到隔離柱之間形成的多個空間中。
[0016]在某些實施例中，基底表面可以與吸熱表面平行。
[0017]在某些實施例中，插入到空間中的相變材料的體積小于空間的體積。
[0018]在某些實施例中，相變材料在相變期間膨脹之后，可以將基底表面連接到吸熱表面。
[0019]在某些實施例中，基底表面包括導(dǎo)熱陶瓷。
[0020]在某些實施例中，隔離柱可以包括具有低熱導(dǎo)率的氣凝膠或者高耐熱性塑料。
[0021]在某些實施例中，基底表面可以具有在其上形成的銷，并且這些銷可以朝著在隔離柱之間形成的多個空間突出。
[0022]在某些實施例中，吸熱表面和發(fā)熱表面可以各自具有附著到它們的多個導(dǎo)電金屬部分，并且附著到吸熱表面的導(dǎo)電金屬部分和附著到發(fā)熱表面的導(dǎo)電金屬部分可以通過η型材料和P型材料串聯(lián)連接。
[0023]在某些實施例中，可以在發(fā)熱表面上安裝冷卻劑流動的冷卻套管、冷卻翅片、或者朝著在外部流動的空氣突出的冷卻管道。
[0024]在另一方面，熱電發(fā)電裝置可以包括:熱電元件，其附著到內(nèi)燃發(fā)動機；相變材料，其安裝在內(nèi)燃發(fā)動機和熱電元件之間的附著部分上，使得當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機的溫度等于或大于特定值時，熱從內(nèi)燃發(fā)動機傳導(dǎo)到熱電元件。
[0025]在另一方面，熱電發(fā)電裝置可以包括:熱電元件，其附著到內(nèi)燃發(fā)動機；多個隔離柱，其被插入在內(nèi)燃發(fā)動機和熱電元件之間；以及相變材料，其被插入在隔離柱之間形成的多個空間中。插入到空間中的相變材料的體積可以小于空間的體積，并且相變材料在內(nèi)燃發(fā)動機的溫度大于或等于安裝在排氣管道中的排氣后處理裝置的激活溫度時，可以將內(nèi)燃發(fā)動機連接到熱電元件。
【附圖說明】
[0026]從以下結(jié)合附圖進行的詳細(xì)說明中，本發(fā)明構(gòu)思的以上目的、特征和優(yōu)點以及其他目的、特征和優(yōu)點將更加顯而易見。
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例的熱電發(fā)電裝置的主要部件的透視圖。
[0028]圖2是示出圖1的熱電發(fā)電裝置的熱傳導(dǎo)狀態(tài)的視圖。
[0029]圖3是示出圖1的熱電發(fā)電裝置的另一熱傳導(dǎo)狀態(tài)的視圖。
[0030]圖4是示出圖1的熱電發(fā)電裝置中所包含的傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件的視圖。
[0031]符號說明
[0032]100:吸熱表面
[0033]110:導(dǎo)電金屬
[0034]130:n 型材料
[0035]140:p 型材料
[0036]200:發(fā)熱表面
[0037]210:導(dǎo)電金屬
[0038]220:冷卻套管
[0039]300:傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件
[0040]310:相變材料
[0041]320:基底表面
[0042]321:銷
[0043]330:隔離柱
[0044]340:空間
[0045]400:內(nèi)燃發(fā)動機
【具體實施方式】
[0046]將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例。
[0047]如圖1到圖4所示，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例的熱電發(fā)電裝置被配置為包括:吸熱表面100，其從內(nèi)燃發(fā)動機400吸收熱H ;發(fā)熱表面200，其通過半導(dǎo)體接合到吸熱表面100，并且向外界排出熱；以及傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件300，其被插入在吸熱表面100和內(nèi)燃發(fā)動機400之間，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機400的溫度等于或大于特定值時，允許熱H從內(nèi)燃發(fā)動機400傳導(dǎo)到吸熱表面100。
[0048]在某些實施例中，傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件300在其中包括相變材料310，相變材料310能夠在從內(nèi)燃發(fā)動機400傳遞的熱H等于或大于熱基準(zhǔn)值時，從固相相變?yōu)橐合啵⑶遗蛎?。在某些實施例中，相變材?10可以被嵌入在傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件300中。相變材料310在特定溫度下進行相變，該特定溫度取決于使用什么類型的相變材料。例如:有機相變材料(例如，石蠟14-碳、苯甲酰胺)的相變溫度大約為5°C到127°C。金屬相變材料(例如，鋁、銅、銀、鐵、鋰等)在200°C高溫或者更高時進行相變。
[0049]在某些實施例中，為了針對熱電發(fā)電裝置被安裝的部位(S卩，內(nèi)燃發(fā)動機400)的最高溫度或期望熱電發(fā)電裝置運行的內(nèi)燃發(fā)動機400的溫度進行優(yōu)化，相變材料310可以由有機材料和金屬基材料的混合物制成。在某些實施例中，為了操作在特定溫度下，相變材料310可以由有機材料和金屬基材料的混合物制成。
[0050]在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例中，該特定值可以等于或大于安裝在排氣管道中的排氣后處理裝置的激活溫度(activity temperature)。由于相變材料310僅在特定值的溫度或更高溫度下相變并且將吸熱表面100和內(nèi)燃發(fā)動機400相互連接，因此可以控制熱電發(fā)電裝置的驅(qū)動溫度。此外，可以在不影響后處理裝置的激活溫度的情況下產(chǎn)生電力。
[0051]在某些實施例中，相變材料310可以包含50被％或更多的提高熱導(dǎo)率的混合填料。在某些實施例中，混合填料是石墨、碳纖維、陶瓷纖維、各種金屬填料中的任何一種或多種的混合物。
[0052]在某些實施例中，傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件300包括基底表面320和多個隔離柱/絕緣柱(insulat1n pillar) 330，基底表面320附著/附連(attach)到內(nèi)燃發(fā)動機400的表面，多個隔離柱330從基底表面320突出預(yù)定高度。在某些實施例中，隔離柱330附著到吸熱表面100，使得基底表面320與吸熱表面100平行/水平(horizontal)。在某些實施例中，相變材料310被插入到在隔離柱330之間形成的多個空間340中。
[0053]在某些實施例中，插入到空間340中的相變材料310的體積小于空間340的體積。即，在某些實施例中，在空間340中形成空氣層a，使得相變材料310在相變而膨脹之前，在吸熱表面100與基底表面320之間不發(fā)生熱H通過傳導(dǎo)而移動。當(dāng)相變時，相變材料310朝著空氣層a膨脹，由此將基底表面320與吸熱表面100互相連接。
[0054]在本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例中，基底表面320由導(dǎo)熱/導(dǎo)電(conductive)陶瓷制成。在某些實施例中，隔離柱330由低熱導(dǎo)率的氣凝膠和高耐熱性塑料中的任何一種制成。在某些實施例中，基底表面320具有在其上形成的多個銷(pin) 321，使得每個銷都朝著在隔離柱330之間形成的多個空間340突出。
[0055]在某些實施例中，吸熱表面100和發(fā)熱表面200分別具有附著到它們的多個導(dǎo)電金屬部分110和210，并且附著到吸熱表面100的導(dǎo)電金屬部分110與附著到發(fā)熱表面200的導(dǎo)電金屬部分210通過η型材料130和P型材料140彼此串聯(lián)連接。
[0056]在某些實施例中，可以在發(fā)熱表面200上安裝冷卻劑流動的冷卻套管220、以及被形成為朝著在外部流動的空氣突出的冷卻翅片和冷卻管道中的任何一種。
[0057]如上所述，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機的溫度等于或大于特定溫度時，熱電發(fā)電機吸收內(nèi)燃發(fā)動機的熱，由此能夠在不對后處理裝置的活動性產(chǎn)生負(fù)面影響的情況下獲得恒定的開路電壓。
[0058]在上文中，盡管已經(jīng)參照示例性實施例和附圖描述了本發(fā)明構(gòu)思，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此，而是在不背離權(quán)利要求所主張的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員進行各種修改和變化。
【主權(quán)項】
1.一種熱電發(fā)電裝置，其包括: 吸熱表面，其被配置為吸收來自內(nèi)燃發(fā)動機的熱； 發(fā)熱表面，其通過半導(dǎo)體與所述吸熱表面接合，并且被配置為向外部排放熱；以及 傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件，其被插入在所述吸熱表面與所述內(nèi)燃發(fā)動機之間，并且被配置為當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機的溫度等于或大于特定值時，允許熱從所述內(nèi)燃發(fā)動機傳導(dǎo)到所述吸熱表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電裝置，其中在所述傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件中具有相變材料，當(dāng)從所述內(nèi)燃發(fā)動機傳遞的熱等于或大于熱基準(zhǔn)值時，所述相變材料能夠進行相變，從固相變?yōu)橐合?，并且膨脹?.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述特定值大于或等于安裝在排氣管道中的排氣后處理裝置的激活溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述相變材料包含提高熱導(dǎo)率的混合填料，其中所述混合填料為所述相變材料的50wt%S更多。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述混合填料選自由下列物質(zhì)組成的群組:石墨、碳纖維、陶瓷纖維、各種金屬填料、以及它們的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述傳導(dǎo)轉(zhuǎn)換部件包括: 基底表面，其附著到所述內(nèi)燃發(fā)動機的表面；以及 多個隔離柱，其從所述基底表面突出預(yù)定高度并且附著到所述吸熱表面， 并且其中所述相變材料被插入到在所述隔離柱之間形成的多個空間中。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述基底表面與所述吸熱表面平行。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電發(fā)電裝置，其中插入到所述空間中的相變材料的體積小于所述空間的體積。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述相變材料在相變期間膨脹之后，將所述基底表面連接到所述吸熱表面。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述基底表面包括導(dǎo)電陶瓷。11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述隔離柱包括具有低熱導(dǎo)率的氣凝膠或高耐熱性塑料。12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述基底表面具有在其上形成的多個銷，所述銷朝著在所述隔離柱之間形成的所述多個空間突出。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電裝置，其中所述吸熱表面和所述發(fā)熱表面各自具有附著到它們的多個導(dǎo)電金屬部分，并且 附著到所述吸熱表面的導(dǎo)電金屬部分和附著到所述發(fā)熱表面的導(dǎo)電金屬部分通過η型材料和P型材料串聯(lián)連接。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電裝置，其中在所述發(fā)熱表面上安裝冷卻劑流動的冷卻套管、冷卻翅片或朝著在外部流動的空氣突出的冷卻管道。15.一種熱電發(fā)電裝置，其包括: 熱電元件，其附著到內(nèi)燃發(fā)動機；以及 相變材料，其安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動機和所述熱電元件之間的附著部分上，使得當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機的溫度等于或大于特定值時，熱從所述內(nèi)燃發(fā)動機傳導(dǎo)到所述熱電元件。16.一種熱電發(fā)電裝置，其包括: 熱電元件，其附著到內(nèi)燃發(fā)動機； 多個隔離柱，其被插入在所述內(nèi)燃發(fā)動機與所述熱電元件之間，所述多個隔離柱具有在它們之間形成的多個空間；以及 相變材料，其被插入在所述隔離柱之間形成的所述多個空間中， 其中插入所述空間中的所述相變材料的體積小于所述空間的體積，并且當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動機的溫度大于或等于安裝在排氣管道中的排氣后處理裝置的激活溫度時，所述相變材料將所述內(nèi)燃發(fā)動機連接到所述熱電元件。
【文檔編號】H01L35/30GK105845818SQ201510500921
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年8月14日
【發(fā)明人】郭真佑, 呂寅雄, 宋京花, 李漢賽, 白洪吉, 秋仁昌, 金敬諨, 盧水晶, 李昇祐
【申請人】現(xiàn)代自動車株式會社