本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述用于循環(huán)運(yùn)行熱電式電池布置系統(tǒng)的方法和一種根據(jù)權(quán)利要求5所述的為此設(shè)置的裝置。

背景技術(shù)：

熱電式電池布置系統(tǒng)是已知的。這種裝置用于將熱量轉(zhuǎn)化成電能。與例如通過熱電材料中恒定的溫度梯度產(chǎn)生電壓的塞貝克效應(yīng)的情況不同，在熱電式電池中，電壓生成通過電池溫度在時間上變化來實(shí)現(xiàn)。多個這種電池可以連接成一個電池組。在這種電池組中，通過溫度變化產(chǎn)生電壓。因此，熱電的電池的特征就在于循環(huán)的工作方式。

這種循環(huán)過程的功率受到熱傳輸?shù)南拗?，所述熱傳輸在熱電式電池的溫度變化時是必要的。這種電池此外多數(shù)還基于電解液系統(tǒng)，所述電解液具有較高的比熱容。因此，為了實(shí)現(xiàn)熱電式電池中的溫度變化，需要很多的熱量。此外，還必須在每個半相中對熱電式電池布置系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，以便在下面的加熱階段中能夠重新獲得電荷。這明顯降低了整個過程的效率。為了能夠?qū)⑦@種熱電式電池用于獲得電能，必須高效地實(shí)施溫度變化。傳統(tǒng)的加熱或冷卻系統(tǒng)、如例如加熱螺旋管或壓縮冷凝設(shè)備設(shè)計成用于穩(wěn)定的運(yùn)行并且此外本身還需要恒定地供應(yīng)電能。為了加熱熱電式電池原理上也可以使用例如來自低溫設(shè)備的廢熱，但缺少用于有效冷卻電池的適當(dāng)?shù)睦湓础?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的是，提供一種方法和一種裝置，利用所述方法和所述裝置能夠高效地運(yùn)行熱電式電池布置系統(tǒng)。

所述目的通過具有權(quán)利要求1的特征的運(yùn)行熱電式電池布置系統(tǒng)的方法以及在裝置方面利用具有權(quán)利要求5的特征的收獲裝置來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，用于循環(huán)運(yùn)行熱電式電池布置系統(tǒng)的方法通過周期性地改變熱電式電池布置系統(tǒng)的溫度來實(shí)施，其中，熱電式電池布置系統(tǒng)與循環(huán)運(yùn)行的吸收式熱泵熱耦合。這里循環(huán)地執(zhí)行以下方法步驟：

首先在冷卻階段期間使熱電式電池布置系統(tǒng)與吸收式熱泵的冷側(cè)實(shí)現(xiàn)熱耦合。在第二方法步驟中，在加熱階段期間使熱電式電池布置系統(tǒng)與吸收式熱泵的熱側(cè)實(shí)現(xiàn)熱耦合。然后所述方法返回到第一方法步驟。

因此，根據(jù)本發(fā)明，所述方法基于這樣的構(gòu)思，采用吸收式熱泵用于加熱和冷卻熱電式電池布置系統(tǒng)，并且通過吸收式熱泵循環(huán)地加熱和冷卻熱電式電池，以便在電池中實(shí)現(xiàn)必要的溫度變化并由此能夠從電池中獲取交變電壓形式的近似連續(xù)的電能。

就是說，根據(jù)本發(fā)明，使熱電式電池布置系統(tǒng)跟隨吸收式熱泵的工作節(jié)拍。通過利用吸收式熱泵來實(shí)現(xiàn)溫度交變，在熱電式電池中以較短的時間達(dá)到了這種溫度交變。此外，這種吸收式熱泵不需要附加地供應(yīng)電能。吸收式熱泵與熱電式電池布置系統(tǒng)的組合的特殊的優(yōu)點(diǎn)特別是這樣得到，即，這兩個部件都循環(huán)地運(yùn)行。要供應(yīng)給電池布置系統(tǒng)并且要提取的熱能通過吸收式熱泵泵送或泵吸，這里通過熱泵效應(yīng)也能由現(xiàn)有的低溫?zé)崃恐凶罴训禺a(chǎn)生電池交變的溫度水平。

在所述方法的一個實(shí)施形式中，吸收式熱泵通過切換單元循環(huán)地耦合到外部的蓄熱器或外部的蓄冷器上。與此相結(jié)合，吸收式熱泵與切換單元的切換狀態(tài)相關(guān)地包含用作循環(huán)的熱側(cè)或冷側(cè)的加熱及冷卻元件。所述加熱及冷卻元件通過熱耦合在所述熱電式電池布置系統(tǒng)中產(chǎn)生溫度變化。

通過這種方法設(shè)計方案，特別是在熱電式電池布置系統(tǒng)和吸收式熱泵的熱接觸方面明顯簡化了方法過程。所述電池布置系統(tǒng)這里通過相同的方法部件循環(huán)地加熱和冷卻。

在第一實(shí)施形式中，熱電式電池布置系統(tǒng)和吸收式熱泵的熱耦合通過循環(huán)地用作加熱回路或冷卻回路的載熱介質(zhì)回路來實(shí)現(xiàn)。

載熱介質(zhì)循環(huán)在一個設(shè)計方案中以熱導(dǎo)管、特別是熱管布置系統(tǒng)的形式運(yùn)行。這里載熱介質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝在閉合的管中進(jìn)行，所述管因此作為蒸發(fā)熱吸收熱量或作為冷凝熱釋放熱量，并由此實(shí)現(xiàn)熱傳輸。

在另一個實(shí)施形式中，吸收式熱泵與熱電式電池布置系統(tǒng)之間的熱耦合通過直接的固體傳導(dǎo)的熱接觸實(shí)現(xiàn)。

在裝置方面，設(shè)定一種用于通過熱電式電池布置系統(tǒng)獲得電能的收獲裝置，其中，所述熱電式電池布置系統(tǒng)具有與吸收式熱泵的熱耦合，通過所述熱耦合能夠在熱電式電池布置系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)按吸收式熱泵的工作循環(huán)的節(jié)拍進(jìn)行的溫度變化。

在一個實(shí)施形式中，所述吸收式熱泵具有能通過切換裝置循環(huán)地接通到外部的蓄熱器或外部的蓄冷器上的吸收器和能循環(huán)式地作為蒸發(fā)器和冷凝器運(yùn)行的加熱及冷卻元件，所述加熱及冷卻元件與所述熱電式電池布置系統(tǒng)熱耦合。

熱電式電池布置系統(tǒng)與加熱及冷卻元件之間的熱耦合構(gòu)造成將熱電式電池布置系統(tǒng)直接與所述加熱及冷卻元件連接的能導(dǎo)熱的固定結(jié)構(gòu)。在這種構(gòu)型中，電池布置系統(tǒng)可以在結(jié)構(gòu)上以很高的程度集成到加熱及冷卻元件中。

在另一個實(shí)施形式中，熱電式電池布置系統(tǒng)與加熱及冷卻元件之間的熱耦合通過載熱介質(zhì)回路構(gòu)成。所述載熱介質(zhì)回路特別是可以構(gòu)造成熱導(dǎo)管的形式、特別是熱管布置系統(tǒng)的形式。

在一個實(shí)施形式中，外部的蓄熱器是廢熱源或熱收集器。

吸收式熱泵與熱電式電池布置系統(tǒng)的質(zhì)量相關(guān)的冷卻容量為40至120kj/kg，優(yōu)選為60至100kj/kg。這里，可以假定，一個吸收式熱泵分別與兩個熱電式電池布置系統(tǒng)配合作用。

附圖說明

下面參考實(shí)施例來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置。圖1至5用于進(jìn)行說明。這里，對于相同或作用相同的部件采用相同的附圖標(biāo)記。其中：

圖1示出在加熱階段期間吸收式熱泵與熱電式電池之間基本的方法過程，

圖2示出在冷卻階段期間吸收式熱泵與熱電式電池之間基本的方法過程，

圖3示出示例性的線路圖，

圖4示出由吸收式熱泵和熱電式電池布置系統(tǒng)成的集成系統(tǒng)的示意圖，

圖5示出集成式的收獲裝置的另一個實(shí)施形式的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1和圖2示出在根據(jù)本發(fā)明的工作循環(huán)的加熱和冷卻階段期間示例性的方法過程。熱電式電池布置系統(tǒng)1和吸收式熱泵2之間執(zhí)行所述方法。所述吸收式熱泵在這里所示的情況下通過供應(yīng)廢熱q0來驅(qū)動。所述吸收式熱泵式在低溫范圍內(nèi)工作的吸收式熱泵。在第一半循環(huán)中，吸收式熱泵吸收廢熱q0。所吸收的熱量一部分在吸收式熱泵2的熱側(cè)ws上釋放并在這里用于將熱電式電池布置系統(tǒng)1加熱到確定的溫度t1。在緊接著的第二半循環(huán)中，吸收式熱泵將廢熱向回冷裝置輸送并且此時通過其冷側(cè)ks由熱電式電池布置系統(tǒng)吸收附加的熱量qkühl。所述附加的熱量連同廢熱q0一起作為導(dǎo)出熱量qab向蓄冷器導(dǎo)出。此時，熱電式電池布置系統(tǒng)的溫度從初始溫度t1降低到現(xiàn)在較低的溫度t2。在這種溫度降低期間，在熱電式電池內(nèi)部發(fā)生電荷分離，從而可以在其端子3上獲取電壓。

在第二半循環(huán)之后緊接著再次進(jìn)行第一半循環(huán)，其方式是，通過吸收式熱泵2重新從廢熱源吸收廢熱q0。現(xiàn)在使所述熱電式電池布置系統(tǒng)重新與吸收式熱泵2的熱側(cè)ws發(fā)生熱接觸。因此，現(xiàn)在電池布置系統(tǒng)內(nèi)部的溫度從溫度t2重新升高到較高的t1。這種溫度升高現(xiàn)在在熱電式電池的內(nèi)部導(dǎo)致再次的電荷分離，從而現(xiàn)在在其端子3上能夠重新獲得電壓，但這一次是以相反的端子極性獲得電壓。由此，現(xiàn)在第一半循環(huán)也在熱電式電池上提供電能。所述的過程現(xiàn)在以第二半循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行，并且以任意的頻率進(jìn)行。因此熱電式電池布置系統(tǒng)1以各半循環(huán)的交替輸出交變電壓(交流電壓)。

在圖3中示出用于執(zhí)行所述方法的布置系統(tǒng)的示例性框圖。所述框圖包括熱電式電池布置系統(tǒng)1連同其電端子3以及吸收式熱泵2。所述吸收式熱泵通過切換裝置4與蓄熱器5和蓄冷器5耦合，所述切換裝置包括受控制的閥4a和4b。這里特別是考慮采用廢熱源作為蓄熱器，所述蓄冷器例如形成與環(huán)境空氣的熱交換器。通過接通的、在圖中用相應(yīng)的線條示出的載熱介質(zhì)回路實(shí)現(xiàn)吸收式熱泵2與蓄熱器和蓄冷器之間的熱傳輸。

通過閥4a和4b和在載熱介質(zhì)回路中循環(huán)流動的載熱介質(zhì)，蓄熱器5和蓄冷器6交替地與吸收式熱泵內(nèi)部的吸收器7發(fā)生熱接觸。這種熱接觸分別根據(jù)所存在的溫度導(dǎo)致對包含在吸收式熱泵中的工作介質(zhì)的放熱或吸熱。工作介質(zhì)在放熱和吸熱過程中在等同地起冷凝器作用或蒸發(fā)器作用的加熱及冷卻元件8上冷凝或由該元件從冷凝狀態(tài)轉(zhuǎn)換回到氣相。在冷凝時釋放的熱量或在蒸發(fā)工作介質(zhì)時吸收的熱量通過熱耦合9供應(yīng)給熱電式電池布置系統(tǒng)1或從熱電式電池布置系統(tǒng)中取得。由此在所述熱電式電池布置系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了上面所述的溫度變化，這種溫度變化最終導(dǎo)致在所述端子3上出現(xiàn)所述循環(huán)的交變電壓。

因此，在這里設(shè)定的構(gòu)型中，加熱及冷卻元件8根據(jù)方法過程相應(yīng)的半相既構(gòu)成吸收式熱泵2的熱側(cè)也構(gòu)成吸收式熱泵的冷側(cè)。吸收式熱泵與熱電式電池布置系統(tǒng)的熱耦合因此可以設(shè)計得非常簡單。在當(dāng)前的實(shí)施例中，吸收式熱泵與熱電式電池布置系統(tǒng)之間的閉合的載熱介質(zhì)回路就用作熱耦合。供應(yīng)給熱電式電池布置系統(tǒng)的熱量或由熱電式電池布置系統(tǒng)取得的熱量通過集成在電池布置系統(tǒng)中的熱交換器10與熱電式電池布置系統(tǒng)的各部件發(fā)生交換。也可以利用載熱介質(zhì)環(huán)繞流過熱電式電池布置系統(tǒng)的各電部件，這里各電部件是封裝的并且位于載熱介質(zhì)浴中。這里在任何情況下都重要的是，在熱電式電池布置系統(tǒng)的內(nèi)部在相應(yīng)電池單元與流體的載熱介質(zhì)之間存在特別強(qiáng)烈的熱接觸。

在吸收式熱泵的加熱及冷卻元件與熱電式電池布置系統(tǒng)之間的熱接觸方面有利的是，它們在結(jié)構(gòu)上盡可能緊密地結(jié)合在一起，在這種結(jié)合中可以實(shí)現(xiàn)兩個部件的高度集成，此時熱傳導(dǎo)路徑盡可能短，并且熱量損失盡可能少。為此，在圖4中示出一個示意性示例。

該圖中示出集成的收獲機(jī)11，所述收獲機(jī)具有外部的熱接頭12，用于與外部的蓄熱器和蓄冷器熱接觸，并具有電端子3，用于提取由所述收獲機(jī)產(chǎn)生的電能。收獲機(jī)包括集成的吸收器熱泵13和集成的熱電式電池布置系統(tǒng)14。在所述集成的部件之間設(shè)有導(dǎo)熱裝置15，所述導(dǎo)熱裝置確保了緊密的熱接觸。導(dǎo)熱裝置15特別是包括所述吸收式熱泵的加熱及冷卻元件，所述加熱及冷卻元件這里在熱上直接連接在所述集成的熱電式電池布置系統(tǒng)上。

整個所述集成的布置系統(tǒng)是封裝的并且向外設(shè)有熱絕緣結(jié)構(gòu)16，以便保持整個布置系統(tǒng)的熱損失盡可能低。這里特別有利的是這樣一種布置系統(tǒng)，其中吸收式熱泵位于集成的收獲機(jī)的中央，而集成的熱電式電池布置系統(tǒng)圍繞吸收式熱泵成組布置并包圍所述吸收式熱泵。由此，集成的電池布置系統(tǒng)從內(nèi)部受到加熱或冷卻。相應(yīng)的實(shí)施形式在圖5中示出。該圖示示出了集成的收獲布置系統(tǒng)，包括集成的吸收式熱泵13，所述吸收式熱泵帶有外部的熱接頭12。這里所述吸收式熱泵由包括九個單電池12的熱電式電池布置系統(tǒng)包圍，這些單電池通過電觸點(diǎn)接通部18串聯(lián)連接并由此形成一個電池組。各單電池埋入導(dǎo)熱介質(zhì)19中。所述導(dǎo)熱介質(zhì)這里可以是具有良好導(dǎo)熱特性的固體，例如鋁構(gòu)件或銅構(gòu)件，或者也可以是流體，特別是液體。這種布置系統(tǒng)同樣利用外部的熱絕緣結(jié)構(gòu)16包圍。

根據(jù)本發(fā)明的方法并且尤其是在圖3和圖4或圖5中示出的裝置的一個很大的優(yōu)點(diǎn)在于，這種吸收式熱泵不需要附加的電能供應(yīng)。熱泵送的過程僅通過工作介質(zhì)在吸收器上的以熱方式實(shí)現(xiàn)的釋放和吸收以及在熱泵的組合式冷凝器及蒸發(fā)器上的與此關(guān)聯(lián)的冷凝和蒸發(fā)來進(jìn)行。這種熱泵送過程通過外部供應(yīng)的廢熱來驅(qū)動，因此吸收所述廢熱并將其轉(zhuǎn)換成電能。這種轉(zhuǎn)換過程因此不需要附加的電能。只是對于具有閥4a和4b的切換單元4需要較小的切換電流，所述切換電流可以毫無問題地由存在于熱電式電池布置系統(tǒng)上的電壓驅(qū)動。

作為吸收式熱泵和熱電式電池布置系統(tǒng)之間設(shè)備方面的協(xié)調(diào)的規(guī)則，適宜的是，通過吸收式熱泵進(jìn)行冷卻或加熱的容量與必須利用吸收式熱泵冷卻或加熱的熱電式電池布置系統(tǒng)的熱質(zhì)量相關(guān)聯(lián)。

原則上，一個吸收式熱泵可以對兩個熱電式電池進(jìn)行調(diào)溫，因?yàn)樗鑫帐綗岜每梢郧『迷谶@兩個熱電式電池等溫放電時被激活。當(dāng)在吸收式熱泵中進(jìn)行放熱時就是這種情況。在電池的調(diào)溫階段，就是說，當(dāng)在吸收式熱泵中進(jìn)行吸熱過程時，總是必須只有兩個熱電式電池中的一個被冷卻，而第二個電池由熱源直接加熱。這里，在冷卻其中一個電池以及在加熱另一個電池時都會出現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。兩個電池在一定程度上以反向節(jié)拍(推挽的方式)運(yùn)行。

對此的一個示例在圖6中借助于表格式的圖形示意性示出。表格的列分別表示在第一熱電式電池z1、位于其間的吸收式熱泵swp和在第二熱電式電池z2中存在的運(yùn)行狀態(tài)。表格式圖形的行以各個運(yùn)行步驟s1至s4示出包括第一和第二熱電式電池以及吸收式熱泵的整個系統(tǒng)的運(yùn)行過程。

在運(yùn)行步驟s1中，在吸收式熱泵swp中進(jìn)行放熱d。兩個熱電式電池z1和z2此時處于等溫狀態(tài)，在這個狀態(tài)下，兩個熱電式電池執(zhí)行放電過程e，例如在這里未示出電負(fù)載上執(zhí)行放電過程。熱電式電池z1這里具有例如為60℃的溫度，而熱電式電池z2具有20℃的溫度。

在運(yùn)行步驟s2中，吸收式熱泵swp執(zhí)行吸熱過程a。此時，一方面對熱電式電池z1進(jìn)行冷卻k，而在熱電式電池z2中出現(xiàn)升溫w。一個電池的冷卻以及另一個電池的升溫都會在所述電池中分別導(dǎo)致極性轉(zhuǎn)換和充電，從而在運(yùn)行步驟s2結(jié)束后從兩個電池都可以獲取電能。

在運(yùn)行狀態(tài)s3中，兩個電池z1和z2重新處于等溫狀態(tài)。電池z1通過前面的冷卻現(xiàn)在具有例如為20℃的較低溫度，而電池z2則被加熱到例如為60℃的較高溫度。在這個狀態(tài)下，兩個電池中又可以進(jìn)行放電過程e，并且由此進(jìn)行電能的提取。吸收式熱泵在這個步驟中重新經(jīng)過一個放熱階段d。

在運(yùn)行步驟s4中，吸收式熱泵重新經(jīng)過一個吸熱階段。熱電式電池z1此時被加熱，而熱電式電池z2被冷卻，從而此后又可以接著進(jìn)行運(yùn)行步驟s1。

在這種不同的熱電式電池處于反向節(jié)拍中的運(yùn)行條件下，吸收式熱泵的冷卻容量只需要是兩個熱電式電池的熱容量的大致一半。如果對于水假定有高于熱電式電池的電解液的熱容量，則對于沒有殼體的電池的總質(zhì)量為了從60℃調(diào)溫到20℃需要每kg大致85kj的冷卻容量。

前面借助于實(shí)施例說明了根據(jù)本發(fā)明的方法和用于執(zhí)行所述方法的裝置。在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)也可以采用其他的實(shí)施形式。這些實(shí)施形式特別是由從屬權(quán)利要求中得出。

附圖標(biāo)記列表

1熱電式電池布置系統(tǒng)

2吸收式熱泵

3電端子

4切換裝置

4a第一切換閥

4b第二切換閥

5蓄熱器

6蓄冷器

7吸收器

8加熱及冷卻元件

9熱耦合

10熱交換器

11集成的收獲機(jī)

12熱接頭

13集成的吸收式熱泵

14集成的熱電式電池布置系統(tǒng)

15導(dǎo)熱裝置

16熱絕緣結(jié)構(gòu)

17熱電式單電池

18電觸點(diǎn)接通

19導(dǎo)熱介質(zhì)

a吸熱

d放熱

e放電

k冷卻

w升溫

s1第一運(yùn)行步驟

s2第二運(yùn)行步驟

s3第三運(yùn)行步驟

s4第四運(yùn)行步驟

swp吸收式熱泵