專利名稱：產(chǎn)生電能的設(shè)備、包括該設(shè)備的熱交換束和包括該束的熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電領(lǐng)域，且更特別涉及熱能(熱)至電能(電)的轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的一個目的是通過限制從燃料提取的能量消耗以及通過使用通過熱電元 件產(chǎn)生的電能作為部分替代來限制機動車的污染顆粒的排放。熱電元件是已知的，其具有至少兩個表面，其特征是，當(dāng)該表面處于不同溫度時在 該元件的這兩個表面之間產(chǎn)生電流。換句話說，如果熱電元件的一個表面被加熱同時其另 一表面被冷卻，在該熱電元件的熱和冷表面之間產(chǎn)生電子遷移，電子的遷移形成電流。熱電 元件的表面之間的溫度差越大，該元件產(chǎn)生的電能越多。熱電元件受到溫差(熱梯度)而 產(chǎn)生電流被稱為“塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)”。熱電元件主要被用于空間衛(wèi)星的翅膀的制造中。衛(wèi)星翅膀通常包括被轉(zhuǎn)向太陽的 第一熱表面和被轉(zhuǎn)向恒星真空(sidereal vacuum)的與第一熱表面相對的第二冷表面。由 此，通過在空間衛(wèi)星的翅膀的兩個表面之間設(shè)置熱電元件，可產(chǎn)生電流以給衛(wèi)星的各個電 裝備供電。熱電元件的一個缺點在于，它們在把熱能轉(zhuǎn)換為電能時具有非常低的效率，該效 率通常為1至10%的量級。由此，大量的熱必須被提供給該熱電元件以產(chǎn)生足以為至少一 個電裝備供電的電流。為了限制熱損失和增加轉(zhuǎn)換效率，已知電能產(chǎn)生設(shè)備中，具有至少兩個表面的熱 電元件的表面被直接地且分別地與冷的熱源和熱的熱源接觸。當(dāng)熱源(冷或熱)和熱電元 件的表面直接接觸時，源自熱源的熱能以小部分通過熱損失的方式被傳遞給熱電元件。在 另一方面，從電的觀點出發(fā)，由于熱源(冷或熱)和熱電元件之間的直接接觸，電能傾向于 分散在熱源中而不能被利用。例如，當(dāng)熱和冷的熱源分別具有在金屬流體管道內(nèi)循環(huán)的熱和冷流體的形式時， 電泄露出現(xiàn)在金屬流體管道和流體自身中。由于電損失，可被利用的電能的量非常低。通過塞貝克效應(yīng)在熱電元件的兩個表面之間產(chǎn)生的電流通常被從電能產(chǎn)生設(shè)備 經(jīng)由聯(lián)接至所述熱電元件的表面的電纜而傳導(dǎo)。但是，這種電纜較復(fù)雜以連接至熱電元件 (當(dāng)后者是“夾”(插)在兩個金屬流體管道之間時)。而且，傳送電流的電纜的存在增加了 電能產(chǎn)生設(shè)備內(nèi)短路的危險。

發(fā)明內(nèi)容
為了消除這些缺點，本發(fā)明涉及一種用于通過把熱能轉(zhuǎn)換為電能而產(chǎn)生電能的設(shè) 備，包括-用于熱流體的第一管道，該熱流體具有溫度Tl；-用于冷流體的第二管道，該冷流體具有溫度T2，該溫度T2低于熱流體的溫度Tl ；和-熱電元件，具有至少兩個表面，該熱電元件被設(shè)置為當(dāng)其表面處于不同溫度時在 其表面之間產(chǎn)生電流；-熱電元件的表面通過導(dǎo)熱裝置分別聯(lián)接至用于不同溫度流體的管道。該電能產(chǎn)生設(shè)備的導(dǎo)熱裝置有利地使得其可便于熱電元件和流體管道之間的熱 的傳遞，由此使得其可以供應(yīng)大量的熱能和通過塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生大量的電能。而且，導(dǎo)熱裝置形成流體管道和熱電元件之間的電傳導(dǎo)的媒介，由此限制從熱電 元件至流體管道和流體自身的電損失。優(yōu)選地，導(dǎo)熱裝置被設(shè)置為與熱電元件一起形成電池，所述導(dǎo)熱裝置是該電池的端子。由此，由熱電元件產(chǎn)生的電流可被導(dǎo)熱裝置獲取，由此避免了借助于專用于傳輸 電流的額外電纜，該電纜體積較大且容易產(chǎn)生短路。優(yōu)選地，導(dǎo)熱裝置被設(shè)置為電絕緣熱電元件的流體管道，有利地使得其可更有效 地限制該設(shè)備中的電損失。導(dǎo)熱裝置由此有利地滿足了雙重功能(導(dǎo)熱和電絕緣)，其使得可以增加熱能轉(zhuǎn) 換效率同時保持緊湊的設(shè)備。還優(yōu)選地，導(dǎo)熱裝置被設(shè)置為確保流體管道被保持在位。導(dǎo)熱裝置由此提供了額 外的固定功能，其使得可以形成非常緊湊的能量產(chǎn)生設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，導(dǎo)熱裝置是第一熱導(dǎo)熱隔離件和第二冷導(dǎo)熱隔離件的 形式，該第一熱導(dǎo)熱隔離件例如金屬板，聯(lián)接至熱流體管道，該第二冷導(dǎo)熱隔離件例如金屬 板，聯(lián)接至冷流體管道，該熱和冷隔離件被聯(lián)接至熱電元件的兩個不同表面。優(yōu)選地，每個隔離件包括熱絕緣孔和導(dǎo)熱孔，每個流體管道都穿過這兩個隔離件。本發(fā)明還涉及用于機動車的熱交換器的熱交換束，其用于冷卻要被冷卻的流體， 所述要被冷卻的流體在用于要被冷卻的流體的至少一個管道內(nèi)循環(huán)，所述要被冷卻的流體 被冷卻劑冷卻，該冷卻劑的溫度低于要被冷卻的流體的溫度，所述冷卻劑在至少一個冷卻 劑管道內(nèi)循環(huán)，所述束包括如上所述的電能產(chǎn)生設(shè)備，用于要被冷卻的流體的管道形成熱 流體管道且冷卻劑管道形成冷流體管道。把能量產(chǎn)生設(shè)備集成在熱交換束中使得可以回收來自發(fā)動機的熱氣的能量，該能 量是未使用的，且將其轉(zhuǎn)換為電能，該電能可為車輛的電裝備供電。把熱電元件集成在熱交換束的流體(氣體和/或液體)循環(huán)管道之間有利地使得 可以產(chǎn)生能量而不用修改熱交換器的構(gòu)造或增加體積。優(yōu)選地，該束包括多個用于要被冷卻的流體的管道和多個冷卻劑管道，其中用于 要被冷卻的流體的管道在空間上與冷卻劑管道交替。還優(yōu)選地，多個冷卻劑管道通過多個冷隔離件而被保持在位，多個用于要被冷卻 的流體的管道通過多個熱隔離件而被保持在位，該冷隔離件在空間上與熱隔離件交替。優(yōu)選地，冷卻劑管道和用于要被冷卻的流體的管道是平行的且共面，且與熱和冷 隔離件一起形成成排的熱交換束。還優(yōu)選地，熱電元件被設(shè)置在冷隔離件和熱隔離件之間，每個熱電元件具有與熱 隔離件接觸的表面和與冷隔離件接觸的另一表面。
優(yōu)選地，熱電結(jié)被設(shè)置在兩個接續(xù)的冷隔離件之間，熱電結(jié)包括沿相反方向安裝 且被熱隔離件隔開的兩個熱電元件。熱電結(jié)使得可以增加產(chǎn)生的電能的量而不用修改熱交換器的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，冷隔離件彼此串聯(lián)地連接。有利地，其由此可以回收通過一排熱交換束的所有熱電元件產(chǎn)生的電壓。還優(yōu)選地，熱交換束包括多個排。冷卻劑管道和用于要被冷卻的流體的管道形成 一排熱交換束，這些管道是平行的、共面的且通過熱和冷隔離件保持。還優(yōu)選地，多排熱交換束被彼此串聯(lián)地電連接。有利地，由此可以回收由所有排的熱交換束產(chǎn)生的電壓。根據(jù)有利實施例，要被冷卻的流體是來自機動車的內(nèi)燃熱力發(fā)動機的排氣流。這有利地使得可以降低來自車輛的排氣的熱同時產(chǎn)生電。本發(fā)明還涉及一種熱交換器，其包括如前述所述的熱交換器束。


借助于附圖可更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器；圖2示意性地示出了圖1的熱交換器的熱交換束的一堆管道；圖3是熱交換束的兩個管道與兩個導(dǎo)熱隔離件和熱電元件的聯(lián)接的示意性透視 圖；圖4示出了圖3的分解視圖；圖5示出了圖3的隔離件的前視圖；圖6示出了熱交換束的兩個管道與三個導(dǎo)熱隔離件和兩個熱電元件的聯(lián)接的示 意性平面圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的熱交換束的示意性平面圖，導(dǎo)熱隔離件以前視圖示出；圖8a示出了一排熱交換束，其具有電并聯(lián)安裝的導(dǎo)熱隔離件；和圖8b示出了一排熱交換束，其具有電串聯(lián)安裝的導(dǎo)熱隔離件。
具體實施例方式作為實例，本發(fā)明將關(guān)于具有電能產(chǎn)生的機動車熱交換器被示出。但是，不必說本 發(fā)明應(yīng)用于包括兩個不同溫度熱源的任何電能產(chǎn)生設(shè)備。通常，用于機動車的熱交換器1或冷卻器被安裝在車輛的氣體冷卻管線中。參考 圖1和2，熱交換器1包括熱交換束3，其包括用于要被冷卻的流體(在該例中是溫度為Tl 的熱氣)的循環(huán)的管5或管道，后文稱為熱氣管5，以及用于溫度為T2 (比熱氣的溫度Tl 低)的冷卻劑的循環(huán)的管6或管道，后文稱為冷卻管6。熱交換束3沿軸線X延伸，該軸線 X在下文稱為熱交換器1的軸線X。熱氣管5和冷卻管6形成用于不同溫度的流體的管道。熱氣和冷卻劑經(jīng)由布置在熱交換器1的管束3的入口處的入口歧管盒2而被引入 熱交換器1的管束。與安裝在熱交換器1的入口處的入口歧管盒相同類型的出口歧管盒4 被安裝在交換器1的出口處以接收已通過熱氣管5和冷卻管6的流體。入口歧管盒2在該例中包括熱氣入口嘴21和冷卻劑入口嘴22，出口歧管盒4類似地包括兩個出口嘴41、42， 這兩個出口嘴分別可以排出熱氣和冷卻劑。熱交換束3的熱氣管5和冷卻管6在它們的端部處被容置在入口歧管盒2和出口 歧管盒4中的歧管板(或歧管)保持，這些歧管板(未示出)包括用于固定熱氣管5和冷 卻管6的孔?，F(xiàn)在參考圖2，熱氣管5在熱交換束3中被平行設(shè)置成一排或多排(Rl、R2)，這些 管5被用于熱氣的循環(huán)，該熱氣在該例中是來自車輛的內(nèi)燃熱力發(fā)動機的排氣。這些排氣 (其具有超過200°C的溫度)要通過溫度低于排氣溫度的冷卻劑的循環(huán)而被熱交換器1冷卻。參考圖2，熱交換束3還包括冷卻管6，其被設(shè)置在熱氣管5之間用于熱交換束1 的每排管(Rl，R2)，冷卻管6用于冷卻劑的循環(huán)，在該例中該冷卻劑為添加乙二醇的水，其 溫度T2為約60°C。換句話說，一排熱交換管(R1，M)是一組冷卻管6和熱氣管5的形式，其都被平行 設(shè)置在同一個平面內(nèi)，彼此等距。冷卻管6與熱氣管5交替以允許從熱的排氣(T1>200°C) 向冷卻劑(T2 = 600C )的熱交換。參考圖2，冷卻管6和熱氣管5被例如被設(shè)置成兩排(R1， R2)。在該例中，熱的和冷的流體在直的金屬管5、6內(nèi)循環(huán)，該管沿?zé)峤粨Q器1的軸線X 從熱交換束3的一端延伸至另一端，熱交換束3的金屬管5、6由金屬制造，例如鋁、銅或不 銹鋼。管5、6的直徑根據(jù)其中循環(huán)的流體而不同。除了其冷卻功能，熱交換器1還具有第二功能，包括由來自車輛的排氣的熱能產(chǎn) 生電能。這種熱交換器1使得可以通過限制車輛的燃料消耗和由此限制污染微粒(例如二 氧化碳(CO2))至大氣的排放，為車輛的電裝備供電(車頭燈、空調(diào)系統(tǒng)等)。為了產(chǎn)生電能，熱交換器1包括熱電元件10，其具有至少兩個表面10A、10B。熱 電元件10使得可以在其兩個表面10AU0B處于不同溫度時在它們之間產(chǎn)生電流。換句話 說，如果熱電元件10的一個表面IOA被加熱同時其另一個表面IOB被冷卻，在熱電元件10 的熱表面IOA和冷表面IOB之間產(chǎn)生電子遷移，電子的遷移形成電流。熱電元件10的表面 10AU0B之間的溫差(T1-T2)越大，熱電元件10產(chǎn)生的電能越多。參考圖3，熱電元件10被設(shè)置在兩個導(dǎo)熱隔離件15、16之間，該隔離件分別與熱電 元件10的兩個表面10AU0B接觸。例如，參考圖3和4，第一導(dǎo)熱隔離件15 (后文稱為熱隔離件15)把熱氣管5熱聯(lián) 接至熱電元件10的第一表面IOA (稱為熱電元件10的熱表面10A)。類似地，第二導(dǎo)熱隔 離件16 (后文稱為冷隔離件16)把冷卻管6熱聯(lián)接至熱電元件10的第二表面IOB (稱為熱 電元件10的冷表面10B)。在該例中，熱隔離件15和冷隔離件16都被冷卻管5和熱氣管6穿過。參考圖4，示出了熱電元件10相對于熱隔離件15和冷隔離件16的定位，熱電元件 10是單個平行六面體的或者一組多個獨立平行六面體(形成側(cè)邊大致等于IOmm且厚度大 致等于5mm的方塊)的形式。熱電元件10是已知的且在該例中包括鉍和碲(Bi2Te3)。不必 說，熱電元件還可包括TAGS (碲、砷、鍺、硅)、PbTe (鉛-碲)或組裝為平行層的其它成分。熱電元件10具有特定取向，該取向由該熱電元件包括的材料的層的設(shè)置確定。由此，例如，對于包括Bi2I^3層和I^bTe層的熱電元件10，熱電元件10的冷表面IOB對應(yīng)于 Bi2I^3層，而其熱表面IOA對應(yīng)于I^bTe層。由此，當(dāng)熱電元件10被安裝在兩個隔離件15、 16之間時，必須注意熱電元件10的取向，使得其熱表面IOA和冷表面IOB分別接觸熱隔離 件15和冷隔離件16。導(dǎo)熱隔離件15、16相對于熱交換束3的管5、6正交地延伸且彼此平行，熱隔離件 15與冷隔離件16交替。導(dǎo)熱隔離件15、16 (冷或熱)是厚度約等于Imm的直線帶的形式。 這些帶是金屬的且可包括鋁、銅、不銹鋼或其它導(dǎo)熱金屬材料。每個導(dǎo)熱隔離件(熱隔離件15或冷隔離件16)沿其長度包括孔151、152、161、 162，這些孔被設(shè)置用于允許熱氣金屬管5和冷卻金屬管6穿過，每個導(dǎo)熱隔離件15、16具 有兩種類型的孔導(dǎo)熱孔152、162和熱絕緣孔151、161，這兩種孔隨隔離件15、16沿其長度交替。參考圖3、4和5，熱交換束3的冷卻管6和熱氣管5通過兩個導(dǎo)熱隔離件15、16而 被聯(lián)接至熱電元件10。更特別地參考圖5，熱隔離件15包括導(dǎo)熱孔152，熱氣管5在該孔中保持在位，電 絕緣裝置70在這里被設(shè)置在熱氣管5的外表面和熱隔離件15的傳導(dǎo)孔152的內(nèi)表面之間。 在該例中，熱氣管5被覆蓋有電絕緣涂料或漆70，防止熱隔離件15和熱氣金屬管5之間的 電流傳導(dǎo)。其它電絕緣裝置70也是合適的，例如彈性環(huán)，其被設(shè)置在熱氣管5和熱隔離件 15的導(dǎo)熱孔152之間，重要的是該電絕緣裝置70不應(yīng)干擾導(dǎo)熱。熱隔離件15還包括熱絕緣孔151，冷卻管6被插入該孔，熱和電絕緣裝置80在這 里被設(shè)置在冷卻管6的外表面和熱隔離件15的絕緣孔151的內(nèi)表面之間。在該例中，冷卻 管6被插入而不接觸絕緣孔151，空氣80絕緣熱隔離件15和冷卻金屬管6。其它熱和電絕 緣裝置80也是合適的，例如陶瓷環(huán)，用于避免熱隔離件15和冷卻管6之間的熱和電能的傳 導(dǎo)，陶瓷環(huán)80還使得可以確保冷卻管6被熱隔離件15保持在位。類似地，冷隔離件16包括絕緣孔161，熱氣管5在該孔內(nèi)被保持在位，熱和電絕緣 裝置80 (類似于前述的那些)也可被設(shè)置在熱氣管5和冷隔離件16的絕緣孔161之間。類 似地，冷隔離件16還可包括導(dǎo)熱孔162，冷卻管6在該孔中被保持在位，電絕緣裝置70 (類 似于前述的那些)也可被設(shè)置在冷卻管6的外表面和冷隔離件16的導(dǎo)熱孔162的內(nèi)表面 之間。參考圖3，熱氣管5被接連地插入熱隔離件15的固定和導(dǎo)熱孔152以及冷隔離件 16的熱絕緣孔161。類似地，冷卻管6被接連地插入熱隔離件15的熱絕緣孔151以及冷隔 離件16的固定和導(dǎo)熱孔162。所有熱氣管5、冷卻管6、熱隔離件15和冷隔離件16的固定可被實現(xiàn)，例如通過利 用插入管中的工具夾持以使得它們的壁變形和給它們施加力壓靠設(shè)置在隔離件15和16中 的孔151、152、161和162。這種類型的組裝被稱為是機械型。如上已經(jīng)指出的，管的端部在 歧管盒中終止在所述盒的歧管板中設(shè)置的孔處。依賴于這種機械組裝模式，可在所述管和 所述板之間提供位于所述孔處的密封。所有熱氣管5、冷卻管6、熱隔離件15和冷隔離件16的固定也可通過管5、6的機 械膨脹以把它們預(yù)壓(prestress)在隔離件15、16上而實現(xiàn)。對于熱電元件，熱電元件10被保持在熱隔離件15和冷隔離件16之間，熱電元件10的表面10A、IOB與傳導(dǎo)隔離件的包含在固定和導(dǎo)熱孔152、162與絕緣孔151、161之間的
表面部分接觸。在已經(jīng)描述本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)后，現(xiàn)在將描述其操作和其實施。從各個角度，對本發(fā)明的操作首先針對單個熱電元件，然后是兩個聯(lián)接的熱電元 件，最后是概括地到熱交換器的所有熱交換束而進行描述。通過單個熱電元件產(chǎn)牛電能參考圖3，熱氣傳導(dǎo)金屬管5被熱聯(lián)接至熱隔離件15，該熱隔離件的溫度大致等于 在所述熱氣管5內(nèi)循環(huán)的排氣的溫度。類似地，冷卻劑傳導(dǎo)管6被熱聯(lián)接至冷隔離件16，該 冷隔離件的溫度大致等于在所述冷卻管6內(nèi)循環(huán)的冷卻劑的溫度。熱電元件10的熱表面IOA和冷表面IOB分別與熱隔離件15和冷隔離件16進行 表面接觸，形成在熱電元件10的表面10A、19B之間的熱梯度導(dǎo)致在所述表面10AU0B之間 通過塞貝克效應(yīng)形成電流。在熱隔離件15和冷隔離件16中循環(huán)的電流然后在它們的端部 被回收以被使用。電流的回收將在下文詳述。通過兩個聯(lián)接的熱電元件產(chǎn)牛電能盡管對于單個的熱電元件10也可發(fā)生塞貝克效應(yīng)，通過聯(lián)接兩個熱電元件10，由 此形成發(fā)電熱電結(jié)(thermoelectrical junction)，該效應(yīng)可被增強且產(chǎn)生的電能可由此 被增加。熱電結(jié)包括第一熱電元件10 (稱為ρ型)和第二熱電元件10’(稱為η型)。這 兩個熱電元件10、10’通過導(dǎo)電材料(conductive material)(其熱電功率被假定為零)而
被串聯(lián)聯(lián)接。作為例子，參考圖6，熱電結(jié)被設(shè)置為在堆疊結(jié)構(gòu)中，其接連地包括第一冷隔離件 16、第一熱電元件10(形成聯(lián)接件P)、熱隔離件15、第二熱電元件10’(形成聯(lián)接件N)和 第二冷隔離件16’。熱電元件10、10’在該例中被沿相反方向安裝。每個熱電元件10、10’ 的取向由圖6中的箭頭指示，箭頭指向熱電元件10、10’的冷表面。實際上，如前所指，熱電 元件10、10’具有一取向，其由該元件包括的材料層的設(shè)置確定。在該例中，熱電元件10、 10’被沿相反方向取向，以使得它們的熱表面10A、10A’與熱隔離件15接觸且它們的冷表面 IOBUOB'分別與第一和第二冷隔離件16、16，接觸。由于塞貝克效應(yīng)，相應(yīng)電流形成在每個熱電元件10、10’中。由于熱電元件10、10’ 沿相反方向的取向，形成的電流的強度大于由單個熱電元件10或10’得到的各電流的強度。由此，電流在第一和第二冷隔離件16、16’之間形成，該總電流能被回收以為電裝 備供電。熱交換束的一排管內(nèi)的電能產(chǎn)生參考圖8A，在熱交換束的一排管內(nèi)，熱隔離件15和冷隔離件16交替以保持金屬管 5、6平行和共面。參考圖7，其示出了該排熱交換束3的細節(jié)圖，熱電結(jié)被設(shè)置在兩個接續(xù)的冷隔離 件16之間，且這在每個熱氣管5和每個冷卻管6之間。參考圖6，由設(shè)置在兩個冷隔離件16之間的三個熱電結(jié)的每個產(chǎn)生的電流被加在 一起以在冷隔離件16之間形成高幅度的電勢差(ΔΥ)。換句話說，管和隔離件的數(shù)目越多，產(chǎn)生的電能的量越大。 仍參考圖8A，熱交換束3的同一排管的冷隔離件16被電并聯(lián)安裝。冷隔離件16 的并聯(lián)安裝有利地使得可以回收高電流強度的電流來給車輛的電裝備供電。冷隔離件16 的端部(P1、P2、P3、P4)形成電端子，該端子被設(shè)置為允許回收由熱交換束3的該排管產(chǎn)生 的電流。 在該實施例中，插在相鄰的熱隔離件和冷隔離件之間的熱電元件具有相同的類型 (換句話說，它們都是P型或η型)。換句話說，在該實施例中，在相鄰的熱管和冷管之間， 不同類型的熱電元件被交替(P然后是η然后是ρ然后是η)，每個熱電元件通過隔離件與其 相鄰的熱電元件隔開。根據(jù)另一實施例，參考圖8Β，熱交換束3的同一排管的冷隔離件16被電串聯(lián)地安 裝。換句話說，對于給定的冷隔離件，其端部分別被聯(lián)接至其所處那排與其最近的冷隔離件 (即安裝在所述給定冷隔離件的上方和下方的隔離件，如圖8Β所示)。冷隔離件16的串聯(lián) 安裝有利地使得可以回收高電壓以給車輛的電裝備供電。參考圖8Β，熱交換束3的四個冷 隔離件16在該例中被串聯(lián)聯(lián)接，大致布置在該排中部的冷隔離件將其一端連接至布置在 其上方的冷隔離件且將其另一端連接至布置在其下方的冷隔離件。仍參考圖8Β，設(shè)置在該排熱交換束3的端部處的冷隔離件16每個都具有自由端 S1、S2，其不連接至該排的其它冷隔離件16。這些自由端S1、S2成電端子S1、S2，該排熱交 換束3產(chǎn)生的電能通過該電端子可被獲取以被使用。此后，將使用術(shù)語“串聯(lián)”排熱交換束 來表示熱氣管5和冷卻管6，這些熱氣管和冷卻管是平行的、共面的且被熱和冷隔離件15、 16固定，且它們的冷隔離件被串聯(lián)連接。熱交換束中產(chǎn)生電能此外，在未示出的一實施例中，熱交換束3包括多個“串聯(lián)”類型的排，其彼此串聯(lián) 地電聯(lián)接。對于包括垂直堆疊的多個“串聯(lián)”類型的排的熱交換束3，每排包括兩個如前所述 的自由端子Si、S2。對于該堆疊結(jié)構(gòu)的排，其第一自由端子電連接至安裝在所述I^n 排上方的堆疊結(jié)構(gòu)的Rlri排的自由端子(Sn+1l、Sn+p)。類似地，所述to排的第二自由端子 Sn2被電連接至安裝在所述排下方的該堆疊結(jié)構(gòu)的Rlri排的自由端子(SlriLSn-P)?！┧械摹按?lián)”類型的排已經(jīng)被彼此連接，只有設(shè)置在垂直堆疊結(jié)構(gòu)的上和下 端處的那些排具有未連接電端子。熱交換束的“串聯(lián)”類型排的堆疊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電能經(jīng)由 所述未連接電端子而被獲取。在前述例子中，熱電結(jié)已被描述位于兩個冷隔離件16之間。不必說，熱電結(jié)也可 形成在兩個熱隔離件15之間。根據(jù)未示出的另一實施例，每個流體循環(huán)管被彎曲且成U形。根據(jù)該替換例，熱氣 經(jīng)由設(shè)置在熱交換器第一端處的第一歧管盒中形成的熱氣嘴而被引入熱交換器和從其排 出，冷卻劑經(jīng)由設(shè)置在熱交換器第二端處的第二歧管盒中形成的嘴而被引入交換器和從其 排出，該第二端與熱氣循環(huán)通過的第一端相反。換句話說，熱氣經(jīng)由熱交換束的一端而被引入和排出，而冷卻流體經(jīng)由相對端而 被引入和排出。熱交換器的這種構(gòu)造有利地使得可以把熱流體的循環(huán)與冷流體的循環(huán)分 開，熱交換束的一端被保留用于熱流體的循環(huán)而另一端用于冷流體的循環(huán)。
在前述示例性實施例中具有金屬管。但是，不必說，這些管可由其它材料形成，以 允許熱從管內(nèi)循環(huán)的流體的導(dǎo)熱。
權(quán)利要求
1.一種用于通過把熱能轉(zhuǎn)換為電能而產(chǎn)生電能的設(shè)備，包括-用于熱流體的第一管道(5)，該熱流體具有溫度Tl ；-用于冷流體的第二管道(6)，該冷流體具有溫度T2，該溫度T2低于熱流體的溫度Tl ；和-熱電元件(10、10’)，具有至少兩個表面(10A、10B)，該熱電元件被設(shè)置為當(dāng)其表面 (10AU0B)處于不同溫度時在其表面之間產(chǎn)生電流；-熱電元件(10、10’ )的所述表面(10AU0B)通過導(dǎo)熱裝置(15、16)分別聯(lián)接至用于 不同溫度流體的管道(5、6)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，導(dǎo)熱裝置(15、16)被設(shè)置為與熱電元件(10、10’) 一起形成電池，所述導(dǎo)熱裝置(15、16)是該電池的端子。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，導(dǎo)熱裝置(15、16)被設(shè)置為電絕緣熱電元件 (10、10，)的流體管道(5、6)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的設(shè)備，其中，導(dǎo)熱裝置(15、16)被設(shè)置為確保流體 管道(5、6)被保持在位。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)備，其中，導(dǎo)熱裝置(15、16)是第一熱導(dǎo)熱隔離 件(15)和第二冷導(dǎo)熱隔離件(16)的形式，該第一熱導(dǎo)熱隔離件例如金屬板，聯(lián)接至熱流體 管道(5)，該第二冷導(dǎo)熱隔離件(16)例如金屬板，聯(lián)接至冷流體管道(6)，該熱和冷隔離件 (15,16)被聯(lián)接至熱電元件(10,10')的兩個不同表面(10AU0B)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，每個隔離件(15、16)包括熱絕緣孔(151、161)和導(dǎo) 熱孔(152、162)，每個流體管道(5,6)都穿過這兩個隔離件(15、16)。
7.一種用于機動車的熱交換器(1)的熱交換束(3)，其用于冷卻要被冷卻的流體，所述 要被冷卻的流體在用于要被冷卻的流體的至少一個管道內(nèi)循環(huán)，所述要被冷卻的流體被冷 卻劑冷卻，該冷卻劑的溫度低于要被冷卻的流體的溫度，所述冷卻劑在至少一個冷卻劑管 道內(nèi)循環(huán)，所述束(3)包括如權(quán)利要求1至6中任一項所述的電能產(chǎn)生設(shè)備，用于要被冷卻 的流體的管道形成熱流體管道( 且冷卻劑管道形成冷流體管道(6)。
8.如權(quán)利要求7所述的束，包括多個用于要被冷卻的流體的管道(5)和多個冷卻劑管 道㈩)，其中，用于要被冷卻的流體的管道(5)與冷卻劑管道(6)在空間上交替。
9.如權(quán)利要求8所述的束，其中，多個冷卻劑管道(6)通過多個冷隔離件(16)而被保 持在位，多個用于要被冷卻的流體的管道(5)通過多個熱隔離件(15)而被保持在位，該冷 隔離件(16)在空間上與熱隔離件(15)交替。
10.如權(quán)利要求9所述的束，其中，冷卻劑管道(6)和用于要被冷卻的流體的管道(5) 是平行的且共面，且與該熱和冷隔離件(15、16) —起形成成一排(R1、R2)的熱交換束(3)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的束，其中，熱電元件(10)被設(shè)置在冷隔離件(16)和熱 隔離件(15)之間，每個熱電元件(10)具有與熱隔離件(15)接觸的表面和與冷隔離件(16) 接觸的另一表面。
12.如權(quán)利要求11所述的束，其中，熱電結(jié)被設(shè)置在兩個接續(xù)的冷隔離件(16)之間，熱 電結(jié)包括沿相反方向安裝且被熱隔離件(15)隔開的兩個熱電元件(10、10’)。
13.如權(quán)利要求8至12中任一項所述的束，其中，冷隔離件(16)彼此串聯(lián)地電連接。
14.如權(quán)利要求10和13所述的束，其中，熱交換束(3)包括多個所述排(R1、R2)。
15.如權(quán)利要求14所述的束，其中，所述多個排(R1、M)的熱交換束C3)彼此串聯(lián)地 電連接。
16.如權(quán)利要求8至15中任一項所述的束，其中，要被冷卻的熱氣流是來自機動車的內(nèi) 燃發(fā)動機的排氣流。
17.一種熱交換器，包括如權(quán)利要求8至16中任一項所述的熱交換束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過把熱能轉(zhuǎn)換為電能而產(chǎn)生電能的設(shè)備，包括用于運送熱流體的第一管道(5)，該熱流體具有溫度T1；用于運送冷流體的第二管道(6)，該冷流體具有低于溫度T1的溫度；和熱電元件(10、10’)，具有至少兩個表面，該熱電元件被設(shè)置為當(dāng)其表面處于不同溫度時在所述表面之間產(chǎn)生電流；熱電元件(10、10’)的表面通過導(dǎo)熱裝置(15、16)分別聯(lián)接至用于傳送不同溫度流體的管道(5、6)。
文檔編號F28F1/32GK102132431SQ200980133031
公開日2011年7月20日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者米歇爾·西莫寧 申請人:法雷奧熱系統(tǒng)公司