用於車輛的熱電發電系統的製作方法

2023-07-21 17:58:31

本發明涉及一種用於車輛的熱電發電系統，更具體涉及以下這種用於車輛的熱電發電系統，其利用渦流管在熱電元件中產生溫差。

背景技術：

熱電元件是指通過利用熱和電的相互作用而產生各種效應的元件的統稱。熱電元件包括熱敏電阻，熱敏電阻是具有電阻隨著溫度的升高而成比例減小的負溫度係數特性的元件；利用賽貝克效應(Seebeck)的元件，賽貝克效應是因溫差而產生電動勢的現象；利用珀耳帖效應(Peltier)的元件，珀耳帖效應是因電流而產生吸熱(或放熱)的現象，等等。

賽貝克效應是當在兩種金屬或半導體之間產生溫差時，電流在連接兩種金屬或半導體的閉合電路中流動的熱電現象中的一種。下面將更詳細地描述這些現象：

當一個金屬杆的兩尖端(例如，兩端)A和B具有溫差時，基於熱流的電動勢就在A與B之間產生(例如，在金屬杆的每一端之間產生)。由於電動勢因金屬類型不同而有所不同，因此當兩種不同金屬類型的兩個尖端A和B被結合時，在每種金屬的兩個尖端A和B之間就產生電動勢差異，因此電流在電路中流動。當金屬的中間部分被切割時，在兩個切割端都會出現兩種金屬類型的電動勢差異。這被稱為熱電動勢。

用於溫度測量的熱電偶利用熱電動勢(thermoelectromotive force)。利用熱電動勢的熱電發電利用賽貝克效應，其中當金屬或半導體的賽貝克元件(Seebeck element)的兩個尖端具有溫差時，在熱源單元與冷卻單元之間產生電勢差，並且該電勢差直接將熱能轉化成電能，而無需機械驅動單元。熱電發電具有與在熱源單元和冷卻單元之間的溫差成比例的能量產生效率，因此當它們之間的溫差最小時，可能不會具 有較高的能量產生效率，並且需要用於構成溫差較大條件的單獨能量。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種用於車輛的熱電發電系統，其能夠利用壓縮空氣和常規使用在其他零件中的渦流管來產生熱電元件的電動勢。

根據本發明的示例性實施例，用於車輛的熱電發電系統可包括：空氣壓縮機，其被配置成壓縮並排出空氣；渦流管，其被配置成接收從空氣壓縮機中排出的壓縮空氣，並且將壓縮空氣分成具有溫差的兩組空氣(例如，具有不同溫度的兩組)並將該兩組空氣排出；熱電模塊，其包括熱電元件，該熱電元件具有在其第一側形成的用於引入兩組空氣中的任意一組(例如，第一組)的通道，以及在其第二側形成的用於引入兩組空氣中的另一組(例如，第二組)的通道，從而由於兩組(例如第一組和第二組)空氣存在溫差而產生電動勢。

用於車輛的熱電發電系統，還可包括：閥，布置在空氣壓縮機與渦流管之間。用於車輛的熱電發電系統，還可包括：控制器，其被配置成操控閥的開度以調節從空氣壓縮機引入到渦流管中的壓縮空氣量。

該控制器還可被配置成接收關於來自空氣壓縮機的壓縮空氣的壓力以及壓縮空氣量的信息。該控制器還可被配置成調節閥的操作量和操作時間。此外，用於車輛的熱電發電系統，還可包括：電池，其連接到熱電元件以存儲由熱電元件產生的電動勢；和消音器，其連接到熱電模塊以容納從通道排出的空氣，從而減弱噪音並將減弱的噪音排到外部。

附圖說明

通過下面的詳細描述，並結合附圖，本發明的上述及其它目的、特徵和優點將會更加顯而易見，其中：

圖1為示出根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統的示例圖；

圖2為根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統中的壓縮空氣的示例流程圖；

圖3為根據本發明示例性實施例的熱電模塊的示例性截面圖；

圖4為示意性地示出從根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統中排出的空氣流的示意圖；以及

圖5為示意性地示出根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統中的熱電發電過程的示意圖。

具體實施方式

提供特定結構和功能描述來描述在本說明書或公開中所公開的本發明的各種示例性實施例。因此，本發明的示例性實施例可以以各種形式被實施，且本發明不應被解釋為被限制到在本說明書或公開中所描述的示例性實施例。

由於本發明的實施例可經各種修改並且具有多種形式，因此將在附圖中示出並且在本說明書或公開中詳細描述特定示例性實施例。然而，應該理解，本發明並非限於特定的示例性實施例，而是包含在本發明的精神和範圍內的所有修改、等效和替換。

諸如「第一」和/或「第二」等術語，可用於描述各種部件，但是這些部件不應被解釋為被限制到這些術語。所使用的術語僅是將一個部件與另一個部件加以區分。例如，在未背離本發明範圍的情況下，「第一」部件可被命名為「第二」部件，而「第二」部件也可類似地被命名為「第一」部件。

應該理解，當一個部件被稱為「連接到」或「聯接到」另一個元件時，該部件可直接連接或直接聯接到另一個元件，或者在其他元件介入於其間的情況下連接或聯接到另一個元件。另一方面，應該理解，當一個元件被稱為「直接連接到」或「直接聯接到」另一個元件時，其可在無另一個元件介入於其間的情況下連接或聯接到另一個元件。描述在部件之間關係的其他表達，即，「在…之間」、「直接在…之間」或「相鄰」、「直接相鄰」等作類似解釋。

本文所用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而並非旨在限制本發明。除非上下文明確指出，否則如本文中所使用的單數形式「一」、「一個」和「該」等意圖也包括複數形式。還應該理解的是，在本說明書中使用「包括」和/或「包含」等術語時，是意圖說明存在該特徵、整 數、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。

除非另外說明，否則應該理解，在該說明書中使用的包括技術術語或科學術語的全部術語，與由本領域的技術人員所理解的那些具有相同的含義。應該理解，由詞典限定的術語與在現有技術的上下文中的意義相同，並且它們不應被理想地或過度形式地限定，在該說明書中的上下文中另外清楚表明除外。

可以理解的是，本文中所使用的術語「車輛」或「車輛的」或其它類似的術語包括一般而言的機動車輛，比如包含運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、貨車，各種商用車輛的客車、包含各種輪船和艦船的船隻、飛行器等等，並且包括混合動力車輛、電動汽車、混合動力電動汽車、氫動力汽車和其它替代燃料汽車(例如，從除了石油以外的資源中取得的燃料)。

儘管示例性實施例被描述為使用多個單元執行示例性過程，但應該理解，示例性過程也可由一個或多個模塊執行。另外，應該理解，術語控制器/控制單元指的是包括存儲器和處理器的硬體設備。存儲器被配置成儲存模塊，而處理器經特別配置實行所述模塊，以執行以下進一步描述的一個或多個過程。

在下文，將參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例。在每張附圖中提及的相同附圖標記指代相同的部件。

圖1是示出根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統的示意圖。圖2是在根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統中的壓縮空氣的示例流程圖。圖3是根據本發明示例性實施例的熱電模塊的示例性截面圖。圖4是示意性示出從根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統中排出的空氣流的示意圖。圖5是示意性示出在根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統中的熱電發電過程的示意圖。

參考圖1～圖4，根據本發明示例性實施例的用於車輛的熱電發電系統100可包括：空氣壓縮機10，被配置成壓縮並排出空氣；渦流管30，被配置成接收從空氣壓縮機排出的壓縮空氣，並且將壓縮空氣分成具有溫差的兩組(例如，第一組和第二組)空氣並將其排出；熱電 模塊40，被配置成包括熱電元件42，該熱電元件42具有在其第一側形成的用於引入兩組空氣中的任一組(例如，第一組)的通道41，以及在其第二側形成的用於引入兩組空氣中的另一組(例如，第二組)的通道43，從而由於這兩組(第一組和第二組)空氣存在溫差而產生電動勢；閥20，布置在空氣壓縮機10與渦流管30之間；控制器50，被配置成操控閥20的開度，以調節從空氣壓縮機10引入到渦流管30中的壓縮空氣量；電池70，被配置成連接到熱電元件42，以存儲由熱電元件42產生的電動勢；以及消音器60，被配置成連接到熱電模塊40以容納從通道41和43排出的空氣，從而減弱噪音並將經減弱的噪音排到外部。值得注意的是，每個通道都可引入第一組或第二組空氣，不限於接收兩組中特定一組的空氣。

具體地，由空氣壓縮機10壓縮的空氣可通過空氣乾燥器12被存儲在空氣罐14中。存儲在空氣罐14中的壓縮空氣可被供應到空氣制動器系統210、空氣懸架系統220、離合器控制系統230、其他控制和便利裝置240、以及渦流管30。換言之，可以通過將安裝在車輛中的現有系統210、220、230和240中使用的壓縮空氣引入到渦流管30，並且利用從渦流管30排出的冷空氣和熱空氣，來誘導熱電元件發電。因此，可以通過在現有空氣罐14與渦流管30之間另外地形成通道來實現。

閥20、渦流管30和熱電模塊40可放置在車輛內(例如，在車輛內的任何位置)，並且在閥20、渦流管30和熱電模塊40圍繞空氣罐14布置時，可以使用於提供壓縮空氣的通道最小。可選地，在閥20、渦流管30、和熱電模塊40圍繞電池70布置時，可以使電池充電電纜的用量最小。例如，當車輛為卡車時，閥20、渦流管30和熱電模塊40可圍繞與電池70一體形成的空氣罐14布置；而當車輛為公共汽車時，閥20、渦流管30和熱電模塊40可圍繞電池70布置。

在圖1中詳細示出的渦流管30的操作如下：當壓縮空氣通過管道A被提供到渦流管時，壓縮空氣可主要被引入到渦流旋轉室，然後開始旋轉。主渦流B可朝向熱空氣出口，熱空氣可通過調節閥D被排出，而剩下的空氣返回以形成次渦流C，並且被排出至冷空氣出口E。兩個旋轉渦流B和C可在相同方向上旋轉，因而，由於在其內部和外部之間的轉速存在差異，因此外部的溫度較高，而其內部溫度較低(例如，溫度可 大致不同，或者最大和最小)。冷空氣和熱空氣的流速和溫度，可基於壓縮空氣的壓力和溫度而變化。此外，壓縮空氣的轉速可因在渦流管30內的渦流旋轉室的形狀不同而有所不同，並且熱空氣/冷空氣出口的尺寸和轉速可作為確定在渦流管中分離的冷空氣與熱空氣之間的溫差的因素。

控制器50可被配置成接收關於來自空氣壓縮機10的壓力和壓縮空氣量的信息。此外，控制器50可被配置成，根據有關壓力和接收到的壓縮空氣量的信息以及從電池70接收到的荷電狀態的信息，來調節閥20的操作量和操作時間。

圖4中所示的消音器60，可被配置成收集從形成在第一側的通道41以及形成在第二側的通道43排出的空氣，從而減弱所收集的壓縮空氣在被排放到大氣時所產生的噪音。如圖4所示，消音器60可包括過濾器，並且可具有圓形橫截面。根據消音器60的過濾器和消音器60的長度，所減弱的噪音量可有所不同。

儘管已參照在附圖中示出的示例性實施例對本發明進行描述，然而這些實施方式僅僅是實施例。本領域技術人員應該理解，通過本發明還可做出各種修改和等效的其他示例性實施例。因此，本發明的實際技術保護範圍由隨附權利要求來限定。