[發明專利]用于排氣系統的熱電發電機和用于熱電發電機的接觸元件

有效

• 申請號: 201710425627.5
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107492593B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: G·蓋瑟;F·弗羅貝紐斯;M·亨澤
• 申請（專利權）人: 埃貝施佩歇爾排氣技術有限及兩合公司
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;F01N5/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 慈戩;吳鵬

技術領域

本發明涉及一種熱電發電機，該熱電發電機適合用于，將包含在熱流體中的(例如在內燃機驅動的車輛的排氣中的)熱能至少部分地轉換為電能。以這種方式在系統中——在所述系統中包含在熱流體中的熱能作為損耗積累，系統的總效率提高。在車輛的情況下結果是每行駛公里的燃料消耗和排放降低。本發明還涉及一種用于這種熱電發電機的接觸元件。

背景技術

熱電發電機(TEG)將熱量(具體是貫穿熱電發電機的熱流)直接轉換為電能。為此，熱電發電機由多個熱電偶(該多個熱電偶通常也被稱為“熱電模塊”)(TEM)構成，多個熱電偶被安裝在熱電發電機的冷側與熱側之間并電串聯和/或并聯。在熱電偶中將熱能實際轉換為電能。該轉換可以基于不同的效應(例如塞貝克效應和湯姆遜效應)。為了促成在冷側或熱側與熱電偶之間的導熱，熱電發電機通常具有一個或多個由高導熱性材料制成的接觸元件。這種接觸元件特別用于，使表面不平坦處變平坦并因此能夠實現在熱電偶的全表面上的導熱。

在此，使用溫度范圍——在該使用溫度范圍內已知的熱電偶具有可接受的效率——相對窄。在使用溫度范圍內，熱電偶的效率由冷側與熱側之間的溫度差確定。效率還確定由熱電偶提供的(電)壓。常用的熱電偶基本上由Bi₂Te₃，PbTe，SiGe，BiSb或FeSi₂制成。

在應用熱電發電機時重要的是，將靈敏的(特別是壓力敏感的)熱電偶這樣集成在流體流(例如內燃機驅動的車輛的排氣系)中，使得在熱電偶的表面上存在最大可用的溫度差。同時不應或僅應輕微地提高對流體的反壓力，這是因為提高的反壓力也提高了對于流體運輸所需要的能量(和因此在內燃機驅動的車輛中提高燃料消耗)。最后，熱電偶應通過以下方式盡可能在一個使用溫度范圍中運行，即該熱電偶具有可接受的效率。這個問題的解決在應用在車輛中時由于車輛中或車輛下方的狹窄的結構空間而額外變得困難。

熱電發電機在內燃機驅動的車輛的排氣系統中的應用由現有技術已知。作為例子參考文獻EP 1 475 532 A2、JP H07-012009 A和WO 2009/138158 A1。

由文獻WO 2009/138158 A1已知，將所應用的熱電發電機的冷側與冷卻劑循環回路連接并且因此冷卻。此外由文獻WO 2009/138158 A1已知，通過冷卻片提高所應用的熱電發電機的熱側上的熱排氣的熱量吸收。在此，冷卻片密度或所應用的冷卻片類型沿排氣流的流動方向應該是不同的，因此對于熱電偶來說在熱排氣流上游的導熱性比對于熱電偶在熱排氣流下游的導熱性低。

在上述系統中不利的是，通常將多個被設計為用于不同使用溫度范圍的熱電發電機與旁路連接地用于熱流體，以便能夠在熱流體溫度波動的情況下整體上使用熱流體的寬廣的溫度范圍。但是旁路具有大的位置需求并由于多個應用的熱電發電機而是昂貴的。

此外在上述系統中通常存在以下問題：沿熱流體的流動方向依次/串聯布置的熱電發電機熱電偶由于從熱流體中抽出的熱能而被加載不同的溫度差。其結果是，熱電偶產生不同大小的電壓(并提供不同的功率)，這引起下述電力電子設備的復雜結構。

此外在上述系統中出現以下問題：必須避免被布置在熱流體上游的熱電發電機熱電偶的熱過載。

最后，熱電發電機的安裝由于多個部件(熱電偶和接觸元件)而是成本高的。

發明內容

由此出發，本發明的目的在于，提供一種緊湊型熱電發電機，用于將包含在流體中的熱能轉換成電能，其具有特別寬廣的使用溫度范圍并且能簡單地制造。

本發明的另一個目的在于，提供一種緊湊型熱電發電機，用于將包含在流體中的熱能轉換為電能，其中，所有形成熱電發電機的熱電偶被加載基本上相同的熱流。在此，基本上相同的熱流應理解為以下所述的熱流，其中，向各個熱電偶所加載的熱流的功率彼此的偏差小于20％和特別是小于10％。因此，熱電偶也具有基本上相同的功率。

本發明的另一個目的在于，最終提供一種用于將包含在流體中的熱能轉換為電能的緊湊型熱電發電機，其中，被布置在熱流體上游的熱電偶被避免熱過載。

本發明的另一個目的在于，為這種熱電發電機提供一種合適的接觸元件，該接觸元件簡化了安裝投入。

上述目的通過獨立權利要求的特征組合來實現。在從屬權利要求中給出優選的改進方案。