[發明專利]包括熱電發電機的發電裝置

在審

• 申請號: 201580050739.6
• 申請日: 2015-11-13
• 公開（公告）號: CN106716657A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: L·彼得拉克;R·托爾蒂;M·魏斯
• 申請（專利權）人: 赫思曼自動化控制有限公司
• 主分類號: H01L35/30
• 分類號: H01L35/30
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 俞海舟

本發明涉及一種根據權利要求1前序部分特征的、包括熱電發電機的發電裝置。

原則上已知熱電發電機，其利用溫差來發電。

但這種熱電發電機具有效率低的缺點，因此根據具體應用情況不能為消費者提供足夠的電能。然而在移動應用中、尤其是在車輛、特別是工作車輛中存在獨立于車自帶供電裝置的需求。此外希望避免用于在負載處供電并且必須更換的電池。

本發明所基于的任務在于在效率方面改善具有熱電發電機的發電裝置。

所述任務通過權利要求1的特征來解決。

根據本發明規定，本身已知的熱電發電機設有兩個相互分離的附加單元，這兩個附加單元具有相互不同的熱性能。

基本思想在于利用一個或多個熱電發電機與至少兩個、優選正好兩個在其熱性能方面不同的物體的組合。所述物體在其熱容量和通過熱輻射或對流引起的隨時間的熱吸收或者放熱程度方面構造不同。目的在于，將環境、優選發電裝置或者說車輛的運轉環境隨時間變化的外部溫度形成為可通過所述至少一個熱電發電機使用的溫差ΔT。通過這兩個彼此分離的附加單元以有利的方式增大了溫差，該溫差作用于熱電發電機，從而由此提高了電效率并且因此可在熱電發電機輸出端上提供更多的電能。

本發明的其它方案在從屬權利要求中給出，由這些方案獲得相應優點并且此外在下面參考附圖詳細說明這些方案。

圖1以原理圖——如具體所顯示的——示出發電裝置1，其使用本身公知的熱電發電機2。該熱電發電機2具有熱側和冷側。在一側上設置第一附加單元3并且在另一側上設置第二附加單元4，從而這兩個附加單元3、4與熱電發電機2的熱側和冷側(優選面狀地)連接。圖1中所示的發電裝置1位于環境5中，所述環境是發電裝置1的運轉空間，但也可以是封閉的控制室，在其中存在外界溫度TA，該外界溫度可變化。

在圖2中示出在附加單元3、4之間設有絕緣體6。在此涉及相互嵌套的布置，在此附加單元3不僅包含熱電發電機2而且也包含附加單元4。附加單元4因此設置在絕緣體6之內，而絕緣體6又設置在附加單元3之內，從而兩個附加單元3、4通過熱絕緣體連接。

圖3示出具有與圖1所示結構類似的結構的發電裝置1原理圖。附加地，熱電發電機2及其附加單元3、4設置在殼體7之內。殼體7又位于環境5中和/或已經提到的控制室中。設置在殼體7之內的元件處于真空中。熱電發電機2具有電氣接頭9，所述端子被引出殼體7并且在其上提供根據塞貝克效應(U_Seebeck)的、具有改善的電功率的電壓。通過電氣接頭9，發電裝置1例如與轉換器、尤其是DC-DC轉換器連接。因此在電氣接頭9的輸出端上或在轉換器10的輸出端上尤其是為移動應用提供具有增大效率的能量供應。

圖4示出發電裝置1的另一種實施方式。在此在附加單元3、4之間設置真空8，并且熱電發電機2上的附加單元4被真空8包圍并且真空又設置在附加單元3之內。因此附加單元3以其外表面在一定程度上構成殼體，因此發電裝置1設置在環境5中或控制室之內。

圖5示出本發明發電裝置1的等效電路圖。各個電子元件在該等效電路中的含義及其尺寸在下表中給出：

應這樣選擇尺寸，使得

－C1包括所屬電阻在內過濾掉因太陽輻射變化引起的短暫波動，

－C4足夠大，以至于在白天總是比C2更冷(包括對電阻R3、R4、R5和R7的尺寸設計在內)并且理想地在夜間比C2更熱(必須通過電路技術在DC-DC轉換器中實現電壓反轉)，

－R6如此之熱，以至于第一條件可起作用并且就DC-DC轉換器而言在電方面產生良好的轉換率(熱電能量轉換效率和電壓轉換效率)

－用于熱電發電機至DC-DC轉換器的組裝和連接技術，

－(尤其是用于電氣接頭穿通的)真空技術，

－適合用于熱交換器和殼體的材料(熱輻射系數、熱容量、熱導率)，

－用于將結構固定在真空容器中以及將容器固定在環境結構上的絕緣材料。

兩個附加單元3、4可具有任意幾何形狀、如正方形、長方形、三角形、圓形、橢圓形或類似形狀。應確保相應附加單元3、4與熱電發電機2面狀連接并且在該接觸面區域中確保極好的熱連接，以便實現足夠或可靠的傳熱。

從一個物體表面輻射出的熱流可通過斯特藩-玻爾茲曼定律(Stefan-Boltzmann-Gesetz)來計算：

其中，

熱流或者說輻射功率

ε：輻射系數：該值介于0(完美鏡子)和1(理想黑體)之間