使用热电发电机的传统发电系统被设计为对于单一运转条件最有效率地运转。本发明专利技术提供一种发电系统，其中热电特性、热功率流和发电机的运转特性被监视和控制，这样以可变的热功率输入可以保持较高的工作效率和／或较高的输出功率。这样的系统在可变的热功率源系统中是特别有益的，比如从内燃机排气产生的废热重新获得动力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于^^热功 的热电发电机相关申请的交叉参考0001本专利技术涉及并且要求2005年6月28日提交的第60/694,746号标题 为Freedom Car & Vehicle Technologies Program的美国临时专利申请的优先权权益。有关联邦政府赞助研究与开发的声明0002美国政府可以要求由美国能源部授予的合同 DE-FC26-04NT42279号的条款之下的，本专利技术或者部分本专利技术中的某些 权利。
0003本申请涉及热电发电领域，并且更特别地，涉及用于提高来自 热源的温度和热通量是变化的热电装置的电力生产的系统。
技术介绍
0004热电装置是固态设备，当电流通过时其运转为一边变冷而另一 边变热。它们也可以通过维持热电装置两侧的温度差产生能量。然而在 许多运转条件下，热电发电机容易受到变化的热通量、热侧(hot side) 热源温度、冷侧(cold side)热损耗温度和其他可变的条件的组合的影响。 另夕卜，设备属性比如TE导热性、品质因数Z、热交换器性能都具有组合起 来降低设备性能的制造公差范围。结果，与设计参数相比较，性能变化 和在预定的设定点的运转可以导致性能退化。0005任何不是100%效率的消耗能量的过程经常以热的形式产生无用 能量。例如，内燃机产生大量的废热。为了提高内燃机的效率，比如在 机动车中，已经考虑捕获一些这种废热并将其转换为有用的形式的各种 方法。已经考虑将热电装置用于机动车的排气系统(见第6,986,247号标题为Thermoelectric Catalytic Power Generator with Preheat的美国专禾!j)。然而，因为排气系统在热和热通量方面变化很大，所以很难提供一个有 效的系统。举例来说，与最佳性能相比较，机动车废热回收系统性能的 退化可能非常明显，相当于至少30%。
技术实现思路
0006本专利技术针对热电发电系统的改进，尤其在热功率源是一个可变 的热输出的情况下。改进可以通过控制系统的运转以维持有意义地接近 最佳运转效率来获得。系统被设计用以降低来自改变运转条件的变化和 与设计和制造差异相关的差别两者带来的损耗。0007在一种实施方案中，热电发电系统有热功率源、具有至少两个 热电模块的热电发电机、可控制的热功率传送系统，所述热功率传送系 统可控制用于从热功率源向至少两个热电模块中的一个传送热功率，以 及从热功率源向至少两个热电模块的两者传送热功率。控制器优选地与 热功率传送系统通信或联系，以提供对热功率传送的控制。0008有利地，热电发电系统是可控制的，以从热功率源向至少两个 热电模块中的一个传送热功率，以及从热功率源向至少两个热电模块中 的另一个传送热功率，以及向至少两个热电模块的两者传送热功率。当 然，该系统不限于两个热电模块，而可以是任何数量的模块。优选地， 控制器可以传送功率到不同容量热电装置的各种组合，以增加高效的电 力产量。在一种实施方案中，热功率传送系统使用热侧工作流体，其流 动速率是由控制器可控制的。输出优选适于从热电发电机移去废热。控 制器与输出通信或联系以控制由输出提供的冷却条件。在一种实施方案 中，热电发电机还具有与输出进行热交流(或热交换)的冷侧工作流体， 其中控制器适于控制冷侧工作流体流动速率，从而控制热电模块的运转 属性或工作属性。0009本专利技术的另一个方面包含和发动机一起使用的热电发电系统， 该系统具有热电发电机，所述热电发电机具有适于从热功率源接收热功率的输入，并且还具有适于从热电发电机移走废热的输出。输出传送系 统适于将废热引导到至少两个位置，且控制器与输出传送系统通信。控制器适于选择至少两个位置中的至少一个用于废热的传送。0010优选地，至少两个位置中的一个是发动机的冷却器。在一种实施方案中，发动机是处于适于运载乘客的车辆中，并且至少两个位置中 的一个是乘客舱。优选地，控制器适于控制废热从冷侧的移除，并且控 制器使热电发电机随热功率的变化而充分高效地运转。在一种实施方案 中，热电发电机具有至少两个热电模块，并且控制器在某些条件下将热 功率引导到两个热电模块的至少一个，以及在变化的热功率的其他条件 下将热功率引导到至少两个热电模块的两者。优选地，至少两个热电模 块是不同容量的。在一种实施方案中，热电发电机具有至少三个热电模 块，并且控制器将热功率引导到热电模块中的任何一个。当然，如果适 于匹配可利用的热功率，可以使用任何数量的热电模块。0011本专利技术的另一个方面包括从可变的热功率源发电的方法。该方法包括将热功率引导到热电发电机的热侧输入，从热电发电机的冷侧输 出移除废热，和以某种方式控制热功率的弓I导以使得热电发电机随热功 率变化充分高效地运转。0012在一种实施方案中，该方法还包括如下步骤控制废热从冷侧 输出的移除以使得热电发电机随热功率的变化充分高效地运转。有利地，热电发电机具有至少两个热电模块，并且控制步骤包括在某些条件下将热功率引导到两个热电模块中的至少一个，和在改变热功率的其他条 件下将热功率引导到至少两个热电模块的两者。当然，任何数量的热电 模块可以被使用，而控制器有利地适于将热功率引导到热电模块的组合， 以调节热电发电机的容量到热功率进入。0013在一种实施方案中，热电发电机具有至少三个热电模块，而控 制步骤包括将热功率引导到热电模块中的任何一个。优选地，热电模块 的属性不同，而控制步骤还包括将热功率引导到热电模块的任何组合以 达到基本最佳的运转效率。可替代地，控制步骤包括将热功率引导到热 电模块的任何组合以达到基本最大的运转功率。在又一种实施方案中， 控制步骤包括将热功率引导到热电模块的任何组合以达到运转效率和电 力生产的希望的运转水平。 附图说明0014图l描述使用热电装置的传统发电系统的概括框图。0015图2是说明电压相对于电流的曲线图，以及在不同的运转温度下 热电模块的功率输出的覆盖图。0016图3是说明效率相对于热电模块的热侧温度的曲线图，标出了在 理论的峰值效率和理论的峰值功率处的运转点。0017图4是说明在不同的热侧运转温度下热电模块热侧的热通量相对 于通过热电模块的电流的曲线图。0018图5是说明电压相对于电流的曲线图，和热电模块的功率的覆盖 图。0019图6是说明电压相对于电流的曲线图，和以增加的电力产量运转 的热电发电系统的功率的覆盖图。0020图7描述示例性热电模块的一部分。0021图8是说明描述电压相对于电流的又一另外的运转条件的曲线 图，和依照图7的热电模块的功率的覆盖图。0022图9说明用于从热源发电的热电发电机的示例性实施方案。0023图10说明图9的发电系统的热电发电机组件的一种实施方案。0024图11说明图9的发电系统的热电发电机组件的替代实施方案。具体实施方式0025本专利技术涉及热电发电系统，其能够比标准系统更有效率地发电， 尤其适合用于有可变的热输出的热功率源。本专利技术可用于许多废热回收、 废热收获和发电应用。然而，为了说明本专利技术，特定的实施方案被描述。 所给出的具体实施方案是使用热电发电机从包含在交通工具的排气中的 热功率产生电功率。这个具体的实例说明了设计发电系统，甚至在变化 的运转条件下，来监视和控制影响电力生产的条件的优点。实质的改进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热电发电系统，其包括：热功率源；热电发电机，其具有至少两个热电模块；热功率传送系统，其可控制用于从所述热功率源向所述至少两个热电模块中的一个传送热功率，以及从所述热功率源向所述至少两个热电模块的两者传送热功率；和控制器，其与所述热功率传送系统通信，以提供对于热功率传送的控制。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-6-28 60/694,7461.一种热电发电系统，其包括热功率源；热电发电机，其具有至少两个热电模块；热功率传送系统，其可控制用于从所述热功率源向所述至少两个热电模块中的一个传送热功率，以及从所述热功率源向所述至少两个热电模块的两者传送热功率；和控制器，其与所述热功率传送系统通信，以提供对于热功率传送的控制。2. 根据权利要求1所述的热电发电系统，其中所述热功率传送系统是 可控制的，以将热功率从所述热功率源传送到所述至少两个热电模块中的 一个，以及将热功率从所述热功率源传送到所述至少两个热电模块中的另 一个和传送到所述至少两个热电模块的两者。3. 根据权利要求1所述的热电发电机，其中所述热功率传送系统使用 热侧工作流体，并且其中所述热侧工作流体的流动速率是经由所述控制器 可控制的。4. 根据权利要求l所述的热电发电机，进一步包括适于从所述热电发 电机移去废热的输出，所述控制器与所述输出通信以控制由所述输出提供 的冷却条件。5. 根据权利要求4所述的热电发电机，进一步包括与所述输出热交流 的冷侧工作流体，其中所述控制器适于控制所述冷侧工作流体流动速度， 以控制所述热电模块的运转属性。6. —种和发动机一起使用的热电发电系统，所述系统包括 热电发电机，其具有适于从热功率源接收热功率的输入，并且还具有 适于从所述热电发电机移去废热的输出；输出传送系统，其适于将所述废热引导到至少两个位置；和控制器，其与所述输出传送系统通信，所述控制器适于选择所述至少两个位置中的至少一个用于所述废热的传送。7. 根据权利要求5所述的热电发电系统，其中所述至少两个位置中的 一个是所述发动机的冷却器。8. 根据权利要求6所述的热电发电系统，其中所述内燃机处于适于运 载乘客的交通工具中，并且其中所述至少两个位置中的一个是乘客舱。9. 根据权利要求6所述的热电发电系统，其中所述控制器适于控制从所述冷侧...
【专利技术属性】
技术研发人员：LE贝尔，DT可瑞恩，
申请(专利权)人：BSST有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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