用于从导热材料中产生电能的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于产生电能的装置(1)，包括至少一个具有至少一个凸起(3)的受热的导热主体(2)和侧向地连接于至少一个凸起(3)的热电元件(4)，每个热电元件(4)的热电效率与至少一个凸起(3)的热容相互匹配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从热能产生电能的装置，其具有导热材料。这种装置例如为热电发生器，可用于机动车的内燃机废气系统中。
技术介绍
在移动内燃机、例如汽油机或柴油机的废气处理中，目前尝试以当将废气排放到环境中时其几乎已经被完全净化了的方式来处理废气。也尝试将任何形式的不使用的排放能量转换成可使用形式的能源。来自机动车发动机的废气具有热能，其可通过热接触传递到导热材料并通过热电发生器转换成电能，以便例如给蓄电池或其他电能存储装置充电和/或直接给电能消耗器 供给所要求的电能。这样，能够获得用于操作机动车的较大量的电能。这种热电发生器通常具有多个热电转换元件。用于此的热电材料为可有效地将热能转换成电能(赛贝克效应)和相反(珀尔帖效应)的类型。“塞贝克效应”是基于热能到电能的转化的现象，并且用于产生热电能。“珀尔贴效应”是“塞贝克效应”的逆过程，是伴随热吸收的现象，并且其由流过不同材料的电流而产生。已经提出将珀尔帖效应例如用于热电冷却。这种热电转换元件优选地具有多个热电元件，其布置在称为“热端”和称为“冷端”之间。热电元件包括例如至少2个半导体块体(p和n掺杂)，所述半导体块体在其上部侧和下部侧(朝向“热端”和“冷端”)交替地连接于导电桥。陶瓷片体或陶瓷涂层和/或类似的材料用于绝缘金属桥，并且因此优选地布置在金属桥之间。如果在半导体块体的两侧上提供温度梯度，则会形成电压。在这种情况中，在一个接触点(“热端”)吸收热，电子从一侧转移到下一块体的高能导带。在另一侧上，电子释放能量，以返回到处于较低能量水平的另一侧(“冷端”)。因此，在给定相应的温度梯度时可产生电流。已经知道可在机动车、特别是客用机动车中使用相应的热电发生器，其中将热电发生器插入到废气流中，热能通过热辐射而传送。但是，下面的讨论集中于在固态热传导表面上使用热电发生器并通过热传导来传送热能。但是到目前为止，从这种热源中产生电能的效率还不够。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是至少部分地解决相对于现有技术所描述的问题。特别是寻求提供一种热电发生器，其允许以改进的效率来将可获得的热能转换成电能有，并且也特别适合于(稳态的)连续操作，以及适合于从导热材料中取得热能。通过根据权利要求I的特征的装置实现了这些目的。在从属权利要求中说明了根据本专利技术的装置的有利的改进。应注意地是，在权利要求中单独说明的特征可以任何技术上可行的方式相结合并且显示了本专利技术的其他改进。说明书，特别是结合附图进一步解释了本专利技术并且说明了本专利技术额外的示例性实施方案。根据本专利技术的用于产生电能的装置包括至少一个带有至少一个凸起的受热的导热主体，以及侧向地连接于至少一个凸起的热电元件，每个热电元件的热电效率和至少一个凸起所输送的热输出相互匹配。这种装置尤其是称为热电发生器。受热主体例如可由废气管路、内燃机的一部分或一些其他金属体形成。也可以使用其他的导热材料。优选使用具有高热容的固体。可通过火焰、废气流、电加热器、水和/或一些其他热源来提供对主体的加热。特别是对主体进行间歇式加热，并且由于其热容，主体会通过相对侧均匀地输送热。例如，可将凸起认为是具有例如与加热装置相反地从受热主体中凸出的针形。优选地形成多个凸起，以增加材料的表面积并且因此连接较多数量的热电元件。在这一方面，“连接”意味着系紧、粘合、熔接、焊接等，或在凸起的至少50%的表面积上、优选地在凸起的至少80%的表面积上、特别优选地在凸起的至少95%的表面积上均匀分布。因此，热电元件以其直接热接触的方式连接于凸起上。因此，受热主体形成了热电元件的热端和冷端之间的间隔，凸起在冷端方向中延伸。每个凸起通常具有底部、顶部或前部和周向表面。在这一方面，侧向意味着 热电元件连接于底部和顶部或前部之间的周向表面上，并且平行于该表面和/或与其成一定角度地延伸。特别是，主体为辅助加热装置(预加热装置、停车加热装置)的加热体，使得布置在主体上的凸起伸入到辅助加热装置的水循环中。辅助加热装置特别适合用于机动车中，并且通过预加热冷却水而间接地带走内燃机的热量，使得可避免由冷启动导致的损坏。此外，这种辅助加热装置也使得能够加热机动车的乘客舱。在这种情况中，通过辅助加热装置的水循环形成了热电发生器的冷端，使得设置在凸起上的热电元件布置在热端(辅助加热装置的主体或加热体)和冷端(冷却水)之间。凸起尤其是在底部和顶部之间延伸最多40mm[毫米]的长度，特别是最多20mm。通过在主体上布置多个凸起，其优选地具有每平方厘米最多一个凸起的密度(I个凸起/cm2)。由于在凸起中离开受热主体的热流，柱状凸起例如沿其延伸方向具有不均匀的温度曲线，以及因此具有热输出不均匀的输送。每个热电元件具有对于特定的温度差异可达至IJ最大值(最大效率)的热电效率。这里，用语“热电效率”含义是输送的电能与吸收的热输出的商。对于每个热电元件来说，为了达到尽可能高的效率，将热电元件的种类制造为与凸起的各自的局部温度、并因此与热端和冷端之间的温度差异相匹配。作为替代或附加，可有意(部分地)阻挡或帮助从凸起到热电元件的热流，例如以达到尽可能均匀的热输出的输送，并且因此获得与热电元件所规定的热电效率相适应。调节温度曲线的另一可能是调节凸起的横截面。因此，例如可选择为沿其延伸方向将其缩窄和/或加宽，由多孔材料(部分地)组成，和/或具有(部分)粗糙的表面。这样，可特别容易地使热电元件的效率适应于凸起所输送的热输出。在这里还提出，将热电元件侧向地布置在至少一个凸起上，即布置在周向表面上。类似优选地是，所有的热电元件具有相同的电效率(在通常操作温度下)。此外，这里优选地是，在整个周向表面上至少一个凸起所输送的热输出为相同或基本相同(例如，相对于相应的小的参考面)。根据装置的一种优选的改进，在受热的导热主体上的至少一个凸起在周向表面上具有相同的温度。在这一方面，用语“相同”意味着可在凸起的整个周向表面上使用相同的热电元件。在这种情况中，主体或凸起设计为使得特别是在所有的(动态和/或稳态)载荷状态或加热状态中，在周向表面上实现了优选为小于100°c的温度差异，特别是小于50°C，以及更优选为最多20°C。特别是,周向表面上的温度偏离所用热电元件的最大效率最多30%，优选地甚至仅最多15%。如果在整个周向表面上实现了相同的温度，则不必要求使用具有不同最大效率的不同的热电发生器来使各自输送的热输出与相应发生器的最大效率相匹配。下面通过例子给出了一些用于热电元件的材料及其最大操作温度η-型Bi2Te3 [约 250° C];PbTe[约 500。C];BaO. 3Co3. 95Ν 0. 05Sbl2 [约 600。C]; Bay (Co, Ni)4Sbl2 [约 600。C];CoSb3 [约 700。C];Ba8Gal6Ge30 [约 850。C];La2Te3 [约 1100。C];SiGe [约 1000。C];Mg2(Si, Sn)[约 700。C];p-型(Bi, Sb) 2Te3 [约 200。C];Zn4Sb3 [约 380。C];TAGS [约 600。C];PbTe [约 500。C];SnTe [约 600。C];CeFe4Sbl2 [约 700。C];YbHMnSbll [约 1000。C];SiG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.08 DE 102010004200.51.一种用于产生电能的装置(I)，包括至少一个带有至少一个凸起(3)的受热的导热主体(2)，以及多个侧向地连接于所述至少一个凸起(3)的热电元件(4)，每个热电元件(4)的热电效率与通过所述至少一个凸起(3)输送的热输出相互匹配。2.根据权利要求I所述的装置(I)，其特征在于，受热的导热主体(2)上的所述至少一个凸起在周向表面(17)上具有相同的温度。3.根据权利要求I或2所述的装置(I)，其特征在于，至少一个热电元件(4)通...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·布吕克，西格丽德·利姆贝克，
申请(专利权)人：依米泰克排放技术有限公司，
类型：发明
国别省市：