用于内燃发动机排气系统的热电发电机技术方案

一种用于内燃发动机排气系统的热电发电机(1)，其具有：设有管道(7)的至少一个供给元件(6)，该管道(7)适合于由排出气体流过并且具有至少一个第一热交换壁(10)；前壁(18)，其垂直于管道(7)且具有中央入口开口(8)；后壁(19)，其垂直于管道(7)并具有中央出口开口(9)；至少一个冷却元件(11)，其具有至少一个第二热交换壁(12)；和至少一个热电单元(5)，其插入在管道(7)和冷却元件(11)之间，并具有贴靠在第一热交换壁(10)上的热侧和贴靠在第二热交换壁(12)上的冷侧。

Thermoelectric Generator for Exhaust System of Internal Combustion Engine

A thermoelectric generator (1) for an exhaust system of an internal combustion engine has at least one supply element (6) with a pipe (7), which is suitable for passing through the exhaust gas stream and has at least one first heat exchange wall (10); a front wall (18), which is perpendicular to the pipe (7) and has a central inlet opening (8); and a rear wall (19). Vertical to the pipe (7) and having a central outlet opening (9); at least one cooling element (11) having at least one second heat exchange wall (12); and at least one thermoelectric unit (5), which is inserted between the pipe (7) and the cooling element (11), and has a heat side attached to the first heat exchange wall (10) and a second heat exchange wall (12). The cold side.

【技术实现步骤摘要】
用于内燃发动机排气系统的热电发电机优先权要求本申请要求于2017年5月16日提交的意大利专利申请第102017000052891号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于内燃发动机排气系统的热电发电机(也被称为“TEG”)。
技术介绍
在不断寻求提高内燃发动机效率的过程中，最近提出了利用由排出气体所拥有的部分热量(否则其将通过排气系统完全散发在大气中)以通过使用热电(thermoelectric)单元来产生电力。因此已经提出沿着排气系统配置热电发电机，所述热电发电机设置有多个固态热电单元，每个固态热电单元具有热侧(所述热侧取决于其中布置有热电发电器的排气系统的面积可具有250-750℃的温度)和冷侧(与热侧相对)，所述热侧暴露于排出气体以被排出气体加热，而所述冷侧由冷却流体恒定地冷却(所述冷却流体与排出气体严格地隔离，并且通常由也通过散热器循环而将热量传递到外部环境的水构成)。当在其热侧和其冷侧之间存在温差时，固态热电单元能够将热量转换为电能(通过塞贝克效应(Seebeckeffect))。通过确保热电单元的冷侧温度保持充分低于热侧的温度来保证产生电力的有效性，因此必须提供冷侧的恒定冷却。通过实例的方式，专利申请WO2011107282，US2011083831A1，EP2765285A1，US2014305481A1，US2015128590A1和US2016155922A1描述了用于内燃发动机排气系统的热电发电机。专利申请DE102011005206A1和EP2498309A1也描述了用于内燃发动机排气系统的热电发电机。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于内燃发动机排气系统的热电发电机，其中所述热电发电机允许在产生电能的过程中实现高的能量效率，并且同时容易地且便宜地制造。根据本专利技术，提供一种用于内燃发动机排气系统的热电发电机；该热电发电机包括：至少一个供给元件，该供给元件设置有至少一个管道，所述管道设计成由排出气体流过、沿供给方向在入口开口和出口开口之间延伸并且具有至少一个平行于供给方向的第一热交换壁；至少一个冷却元件，其设计成用于移除热量、靠近管道并具有至少一个平行于第一热交换壁的第二热交换壁；以及至少一个热电单元，所述至少一个热电单元介于管道和冷却元件之间并且具有贴靠在第一热交换壁上的热侧和贴靠在第二热交换壁上的冷侧；其中供给元件包括前壁，前壁刚性地与管道成一体、垂直于管道和第一热交换壁并且具有中央入口开口；以及其中供给元件包括后壁，后壁刚性地与管道成一体、垂直于管道和第一热交换壁、与前壁平行并且具有中央出口开口；该热电发电机的特征在于，当两个供给元件(6)叠加时，供给元件的前壁的或后壁的上边缘或下边缘被外展以便提供机械互锁。附图说明现在将参照示出非限制性实施例的实例的附图来描述本专利技术，其中：图1是根据本专利技术制造的用于内燃发动机排气系统的热电发电机的立体图；图2是缺少入口管和出口管的图1所示热电发电机的立体图；图3、图4和图5是为了清楚起见而缺少某些部分的图1所示热电发电机的不同立体图；图6是为了清楚起见而缺少某些部分的图1所示热电发电机的正视图；图7是为了清楚起见而缺少某些部分的图1所示热电发电机的侧视图；图8是沿图1所示热电发电机的线VIII-VIII截取的剖视图；图9是沿图1所示热电发电机的线IX-IX截取的剖视图；以及图10至图13是为了清楚起见而缺少某些部分的图1所示热电发电机的变型的不同立体图。具体实施方式在图1中，附图标记1表示作为整体的用于内燃发动机排气系统的热电发电机(即能够将由排出气体所拥有的部分热量转换为电能的装置)。热电发电机1可沿着排气系统布置在不同的区域中。例如，热电发电机1可以直接布置在内燃发动机的排气歧管(并且如果存在的话是压缩涡轮机)的下游，其可以布置在催化剂和微粒过滤器之间，或者其可以布置在微粒过滤器的下游。内燃发动机的排气系统包括：排出气体入口管2，将来自内燃发动机的热排出气体通过排出气体入口管2朝向热电发电机1供给(即入口管2终止于热电发电机1中)；和排气出口管3，从热电发电机1出来的排出气体通过该排气出口管3被供给到外部环境中(即出口管3源自热电发电机1)。热电发电机1包括容纳四个固态热电单元5(在图5、图6、图7和图9中示出)的平行六面体形状的封闭壳体4，每个固态热电单元5当其热侧和其冷侧之间存在温差时能够将热量转换成电能(通过塞贝克效应)。通过确保每个热电单元5的冷侧的温度保持充分低于热侧的温度来保证发电效率，并且因此有必要提供热侧的恒定加热以及冷侧的恒定冷却两者。根据图3和图4中所示，热电发电机1包括两个叠加的供给元件6，每个供给元件6设置有由排出气体流过的管状管道7。每个供给元件6的管状管道7具有平行六面体形状(即其具有矩形横截面)并且沿着供给方向(在所示实施例中构成直线的)在入口开口8(排出气体通过其进入)和出口开口9(排出气体通过其离开)。每个供给元件6的管状管道7具有一对平行且相对的热交换壁10，热交换壁10也平行于供给方向，其中相应的热电单元5的热侧贴靠在每个热交换壁10上。优选地并且如图2-6中所示，每个供给元件6的管道7内部设置有多个翅片，所述翅片平行于供给方向并且其作用是增加热交换表面。如图3、图5、图6、图7和图9中所示，热电发电机1包括三个冷却元件11，每个冷却元件减少热量；三个冷却元件11与供给元件6的管道7交替。具体地，每个冷却元件11具有平行六面体形状并且具有一对平行且相对的热交换壁12，热交换壁12也平行于管道7的热交换壁10，即平行于管道7的供给方向。相应的热电单元5的冷侧贴靠在一些热交换壁12上。以这种方式，在每个热电单元5中，热侧贴靠在相应管道7的热交换壁10上并且冷侧贴靠在相应冷却元件11的热交换壁12上。换言之，两个供给元件6的管道7与三个冷却元件11交替，使得管道7的每个交换壁10面对冷却元件11的相应热交换壁12。热电单元5插入在管道7的每个热交换壁10与冷却元件11的相应热交换壁12之间(热电单元5的热侧贴靠在管道7的热交换壁10上并且热电单元5的冷侧贴靠在冷却元件11的热交换壁12上)。根据一个优选实施例，热电发电机1包括固定系统13(在图5、图6和图7中更好地示出)，所述固定系统13以夹紧方式锁定供给元件6、冷却元件11和热电单元5。具体地，固定系统13包括下部板14、上部板14和至少一对连杆15，连杆15垂直于板14并连接板14。根据一个优选但非限制性的实施例，石墨片材(或其他类似材料)插入在每个热电单元5的侧面和相应的热交换壁10和12之间，石墨是导热的且易于变形的材料(即“柔软的”材料)。每个石墨片材的功能是改善热电单元5的一侧与相应的热交换壁10或12之间的接触(即增加接触表面)以增加热交换，从而均匀地填充任何可能的表面不规则性。如图5-8中所示，热电发电机1包括冷却系统，冷却系统又包括：冷却元件11，冷却元件11可由冷却流体(通常为水，可能添加有添加剂)流过；输送管16，其布置在管道7的旁边并且液压地连接到每个冷却元件11以用于将冷却流体朝向冷却元件11传送；以及回流管17，其在相对于输送管16的相对侧上布置在管道7的旁边并且液压地连接到每个冷却元件11以接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内燃发动机排气系统的热电发电机(1)，所述热电发电机(1)包括：至少一个供给元件(6)，所述供给元件(6)设置有至少一个管道(7)，所述管道(7)设计成由排出气体流过、沿着供给方向在入口开口(8)和出口开口(9)之间延伸以及具有至少一个平行于供给方向的第一热交换壁(10)；至少一个冷却元件(11)，所述冷却元件(11)设计成移除热量、靠近管道(7)并且具有至少一个平行于第一热交换壁(10)的第二热交换壁(12)；以及至少一个热电单元(5)，所述热电单元(5)插入在管道(7)和冷却元件(11)之间，并且具有贴靠在第一热交换壁(10)上的热侧和贴靠在第二热交换壁(12)上的冷侧；其中供给元件(6)包括前壁(18)，所述前壁(8)刚性地与管道(7)成一体、垂直于管道(7)和第一热交换壁(10)并且具有中央入口开口(8)；以及其中供给元件(6)包括后壁(19)，所述后壁(19)刚性地与管道(7)成一体、垂直于管道(7)和第一热交换壁(10)、平行于前壁(18)并且具有中央出口开口(9)；所述热电发电机(1)的特征在于当两个供给元件(6)叠加时，供给元件(6)的前壁(18)的上边缘或下边缘或后壁(19)的上边缘或下边缘外展以便提供机械互锁。...

【技术特征摘要】
2017.05.16 IT 1020170000528911.一种用于内燃发动机排气系统的热电发电机(1)，所述热电发电机(1)包括：至少一个供给元件(6)，所述供给元件(6)设置有至少一个管道(7)，所述管道(7)设计成由排出气体流过、沿着供给方向在入口开口(8)和出口开口(9)之间延伸以及具有至少一个平行于供给方向的第一热交换壁(10)；至少一个冷却元件(11)，所述冷却元件(11)设计成移除热量、靠近管道(7)并且具有至少一个平行于第一热交换壁(10)的第二热交换壁(12)；以及至少一个热电单元(5)，所述热电单元(5)插入在管道(7)和冷却元件(11)之间，并且具有贴靠在第一热交换壁(10)上的热侧和贴靠在第二热交换壁(12)上的冷侧；其中供给元件(6)包括前壁(18)，所述前壁(8)刚性地与管道(7)成一体、垂直于管道(7)和第一热交换壁(10)并且具有中央入口开口(8)；以及其中供给元件(6)包括后壁(19)，所述后壁(19)刚性地与管道(7)成一体、垂直于管道(7)和第一热交换壁(10)、平行于前壁(18)并且具有中央出口开口(9)；所述热电发电机(1)的特征在于当两个供给元件(6)叠加时，供给元件(6)的前壁(18)的上边缘或下边缘或后壁(19)的上边缘或下边缘外展以便提供机械互锁。2.根据权利要求1所述的热电发电机(1)，其特征在于所述供给元件(6)是H形的，其中前壁(18)和后壁(19)构成两根杆以及管道(7)构成两根杆之间的连接部分。3.根据权利要求1所述的热电发电机(1)，其特征在于所述供给元件(6)的前壁(18)的或后壁(19)的仅上边缘或者替代地仅下边缘外展以便在两个供给元件(6)叠加时产生机械互锁。4.根据权利要求1所述的热电发电机(1)，其特征在于所述供给元件(6)的前壁(18)或后壁(19)具有通过S形变形而形成的凹部(20)，这在相应的上边缘中和在相应的下边缘中产生外展。5.根据权利要求4所述的热电发电机(1)，其特征在于所述供给元件(6)的仅前壁(18)或者替代地仅后壁(19)具有通过S形变形而形成的凹部(20)，然而后壁(19)或者替代地前壁(18)是完全平坦的并且因此没有任何S形变形。6.根据权利要求4所述的热电发电机(1)，其特征在于：提供至少两个叠加的供给元件(6)；在第一供给元件(6)中，前壁(18)具有通过S形变形而形成的凹部(20)，并且后壁(19)完全平坦的并且因此不具有任何S形变形；并且在第二供给元件(6)中，后壁(19)具有通过S形变形而形成的凹部(20)...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布里尼奥内，
申请(专利权)人：马涅蒂马瑞利公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT