專利名稱：熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)，用于重新利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱，并將熱能轉(zhuǎn)化為電能。
背景技術(shù)：
一般地，熱電單元過(guò)去常用于重新利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱，并將熱能轉(zhuǎn)化為電能。
例如，參照日本專利公開JP-10-238406A，內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))與一套冷卻水循環(huán)回路相連，其中有一個(gè)熱輻射裝置(散熱器)。在冷卻水循環(huán)回路中，發(fā)動(dòng)機(jī)放熱端的高溫冷卻水被用作熱電單元的一個(gè)高溫端熱源。水冷卻型或空氣冷卻型的熱輻射裝置被用作所述熱電單元的低溫端熱源。因此，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱的重新利用，所述熱電單元產(chǎn)生電能(能量)。在這種情況中，一個(gè)熱沉被用作熱輻射裝置。自然空氣冷卻型的所述熱沉被放置在汽車的前部以利用流動(dòng)的空氣。
參照日本專利公開JP-9-32636A，一種熱重新利用裝置(熱電單元)被安裝在第一冷卻水系統(tǒng)和第二冷卻水系統(tǒng)之間，提供一個(gè)溫度差以產(chǎn)生電能。第一冷卻水系統(tǒng)與安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上的冷卻水套(Jacket)相連，致使在第一冷卻水系統(tǒng)中的冷卻水在第一冷卻水泵的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)。第二冷卻水系統(tǒng)，其中的冷卻水的循環(huán)是獨(dú)立于第一冷卻水系統(tǒng)，具有一個(gè)散熱器和調(diào)節(jié)在其中循環(huán)的冷卻水量的第二冷卻水泵。
在上述熱電單元中，需要分別維持一個(gè)穩(wěn)定的溫度差。即，在高溫端熱源中的熱量將大致等于在低溫端熱源中的熱量，否則，熱能將被熱電單元從高溫端熱源傳到到低溫端熱源，致使高低溫端熱源之間的溫度差將趨于消失。
然而，在日本專利公開JP-10-238406A中，熱輻射裝置(低溫端熱源)是自然水冷型(利用流動(dòng)的空氣)，其冷卻能力不足?？紤]到安裝性能的減弱和所需能量(電能)的增加，將避免熱輻射裝置的尺寸放大或?yàn)樵鲞M(jìn)冷卻能力添加一個(gè)冷卻風(fēng)扇。進(jìn)而，當(dāng)汽車停止時(shí)，流動(dòng)的風(fēng)將消失，致使無(wú)法產(chǎn)生能量。
在日本專利公開JP-9-32636A中，為循環(huán)冷卻水，第一和第二冷卻水系統(tǒng)分別擁有各自的泵(第一冷卻水泵和第二冷卻水泵)。進(jìn)而，需要電路(電控制單元)去控制泵。因此，所用部件的數(shù)量和能量將增加。
此外，在此文獻(xiàn)中，在第二冷卻水系統(tǒng)中的循環(huán)用冷卻水量被第二冷卻水泵控制，通過(guò)熱電單元調(diào)節(jié)在第一冷卻水系統(tǒng)中的冷卻水的溫度，致使發(fā)動(dòng)機(jī)本體被冷卻。所以，熱電單元將有一個(gè)較高的導(dǎo)熱率。結(jié)果，在熱電單元中，穩(wěn)定的溫度差不能被維持，致使熱電單元的能量產(chǎn)生效率將降低。另一方面，如果熱電單元的導(dǎo)熱率降低，散熱器的冷卻能力或第二冷卻泵的功率需要增加。
鑒于上述的各種不足，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)能為發(fā)動(dòng)機(jī)高效產(chǎn)生電能的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)。所述熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)具有一個(gè)熱電單元，在這里無(wú)需增加部件數(shù)量和降低發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效果即可維持一個(gè)穩(wěn)定的溫度差。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，用于發(fā)動(dòng)機(jī)熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)，具有一個(gè)用于冷卻一部分流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水的散熱器，以及一個(gè)具有高溫端熱源和低溫端熱源的熱電單元。高溫端熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)放熱端的冷卻水。低溫端熱源是散熱器的放熱端的冷卻水。由于高溫端熱源和低溫端熱源之間的溫度差，熱電單元產(chǎn)生能量。
因此，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)放熱端的冷卻水和散熱器放熱端的冷卻水，熱電單元能擁有一個(gè)穩(wěn)定的溫度差，他們分別構(gòu)成了熱電單元的高溫端熱源和低溫端熱源。所以，相對(duì)于在日本專利公開JP-10-238406A中，自然空氣冷卻型的熱輻射裝置被用作一種低溫端熱源而言，所述熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)具有較高的能量產(chǎn)生效率。
而且，因?yàn)橄鄬?duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的放熱端的冷卻水，進(jìn)入散熱器冷卻的冷卻水被用作低溫端熱源，從而避免了用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的能量產(chǎn)生效率的降低(參見日本專利公開JP-9-32636A)。
優(yōu)選地，熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)具有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水循環(huán)，通過(guò)該回路冷卻水循環(huán)流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水環(huán)路有一個(gè)與散熱器平行相連的平行通道。熱電單元的高溫端熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)的放熱端的冷卻水，該冷卻水流經(jīng)所述的平行通道。
因?yàn)闊犭娔墚a(chǎn)生系統(tǒng)(高溫端熱源單元)與散熱器平行相連，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水環(huán)路具有比與散熱器串行連接的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)較小的流水阻力。從而，可以維持流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水量。因此，可以防止用于流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)冷卻水的水泵的功率的增加。
更優(yōu)選地，為繞過(guò)散熱器，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水環(huán)路有一個(gè)旁路通道，用于旁路散熱器以及一個(gè)位于散熱器下游端和旁路通道的上游端之間的散熱器下游通道。熱電單元的低溫端熱源是散熱器的放熱端的冷卻水，該冷卻水流經(jīng)散熱器下游通道。
因而，在發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)期間，在冷卻水的溫度較低的情況下，冷卻水將流經(jīng)旁路通道，所以，促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的升溫。當(dāng)冷卻水的溫度升到足夠高時(shí)，冷卻水將流經(jīng)散熱器被冷卻。由此，熱電單元具有一個(gè)滿意的溫度差，從而高效地產(chǎn)生電能。
更優(yōu)選地，散熱器包括一個(gè)熱輻射單元，該熱輻射單元有一個(gè)具有預(yù)定的熱輻射能力的第一熱輻射部分和一個(gè)第二熱輻射部分。流經(jīng)第二熱輻射部分的冷卻水少于流經(jīng)第一熱輻射部分的冷卻水。散熱器的下游通道包括相互并行地連接的第一通道和第二通道。流經(jīng)第一熱輻射部分的冷卻水流入第一通道。流經(jīng)第二熱輻射部分的冷卻水流入第二通道。熱電單元的低溫端熱源是散熱器放熱端的流過(guò)第二通道的冷卻水。
因此，來(lái)自第二熱輻射部分的放熱端的冷卻水的溫度可以被設(shè)置成低于來(lái)自第一熱輻射部分的放熱端的冷卻水的溫度。所以，高溫端熱源和低溫端熱源單元之間的溫度差能夠升高，導(dǎo)致熱電單元所產(chǎn)生的能量增加。
附圖描述根據(jù)如下所作的參考附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特點(diǎn)以及其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更清晰

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的示意圖；圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的第一種變型的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的示意圖；圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的第二種變型的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的示意圖；圖6是根據(jù)第三實(shí)施例的第一種變型的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的示意圖；圖7是根據(jù)第三實(shí)施例的第二種變型的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的示意圖。
參考附圖，將描述優(yōu)選的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例參考圖1-3，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，將描述熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100。熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100適用于水冷型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)10，以重新利用發(fā)動(dòng)機(jī)10的廢熱并將熱能轉(zhuǎn)化為電能。
熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100具有一個(gè)高溫端熱源單元120、一個(gè)低溫端熱源單元130、以及一個(gè)具有分別與高溫端和低溫端熱源單元120和130緊密相連的兩個(gè)端表面的熱電單元110。發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻水循環(huán)流經(jīng)高溫端熱源單元120和低溫端熱源單元130，被用作熱電單元110的一個(gè)高溫端熱源和低溫端熱源。
例如，每個(gè)高溫端和低溫端熱源單元120和130都是用金屬造的薄的裝有(inserted)多個(gè)內(nèi)鰭(inner fins)的矩形容器。當(dāng)用于降低熱阻的一個(gè)電絕緣材料和一個(gè)熱導(dǎo)材料(例如導(dǎo)熱毯或油脂)被安裝在高溫端熱源單元120和一個(gè)端表面之間時(shí)，高溫端熱源單元120與熱電單元110的該端表面緊密接觸。
當(dāng)用于降低熱阻的一個(gè)電絕緣材料和一個(gè)熱導(dǎo)材料(例如導(dǎo)熱毯或油脂)被安裝在低溫端熱源單元130和另一端表面之間時(shí)，低溫端熱源單元130與熱電單元110的另一端表面緊密相連。高溫端和低溫端熱源單元120和130被分別安裝在一個(gè)加熱器熱水回路30和一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，致使其中流動(dòng)的冷卻水被分別用作熱電單元110的高溫端熱源和低溫端熱源。
熱電單元110由一個(gè)P型半導(dǎo)體和一個(gè)N型半導(dǎo)體構(gòu)成，這兩個(gè)半導(dǎo)體通過(guò)金屬電極相互串連地連接，然后利用塞貝克(seebeck)效應(yīng)產(chǎn)生電能(產(chǎn)生能量)或利用珀?duì)柼?peltier)效應(yīng)產(chǎn)生熱量。
如圖1所示，安裝有低溫端熱源單元130的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)第一出口11和入口13與發(fā)動(dòng)機(jī)10相連。水泵14和散熱器2被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，致使水泵14將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)10的第一出口11的冷卻水驅(qū)動(dòng)循環(huán)流經(jīng)散熱器21，在這里冷卻水輻射出熱量以被冷卻，然后流入發(fā)動(dòng)機(jī)10的入口13。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作溫度被維持在一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?。在這種情況中，水泵14是被發(fā)動(dòng)機(jī)10驅(qū)動(dòng)的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型泵。
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20還安裝有一個(gè)與散熱器21并行相連的旁路通道22，一個(gè)用于調(diào)節(jié)流經(jīng)散熱器21和流經(jīng)旁路通道22的冷卻水量的自動(dòng)調(diào)溫器27。因此，冷卻水能夠被調(diào)節(jié)流經(jīng)旁路通道22而繞過(guò)散熱器21。
特定地，當(dāng)冷卻水的溫度低于或等于第一預(yù)定值(如85℃)時(shí)，在散熱器21端的自動(dòng)調(diào)溫器27的開啟程度被控制到最小值，使得冷卻水流經(jīng)旁路通道22而繞過(guò)散熱器21。因此，防止了冷卻水過(guò)冷，在這種情況中，例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)10剛剛啟動(dòng)后，冷卻水有一個(gè)相對(duì)較低的溫度。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)10需要升溫。
另一方面，當(dāng)冷卻水的溫度高于第一預(yù)定值時(shí)，調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)溫器27的開啟程度使得冷卻水流經(jīng)散熱器21和旁路通道22。當(dāng)冷卻水的溫度高于或等于第二預(yù)定值(如90℃)時(shí)，在散熱器21端的自動(dòng)調(diào)溫器27的開放程度將達(dá)到最大值，以完全打開散熱器21端的通道，并完全關(guān)閉旁路通道22。
在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，在散熱器21下游端和旁路通道22上游端(自動(dòng)調(diào)溫器27)之間的通道被稱作散熱器下游通道26，在這里安裝有低溫端熱源單元130。
發(fā)動(dòng)機(jī)10還進(jìn)一步與加熱器熱水回路30相連通，該加熱器熱水回路與發(fā)動(dòng)機(jī)10的第二出口12和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20的水泵14的上游端相連。高溫端熱源單元120和一個(gè)加熱器芯31被安裝在位于第二出口12和水泵14的上游端之間的加熱器熱水回路30中。于是，發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分冷卻水能夠被水泵14驅(qū)動(dòng)循環(huán)流經(jīng)高溫端熱源單元120和加熱器芯31，該加熱器芯是一個(gè)用于調(diào)節(jié)空氣的加熱的熱交換器，它通過(guò)利用作為一個(gè)熱源的發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻水(熱水)來(lái)調(diào)節(jié)空氣。
在這種情況中，因?yàn)樯崞飨掠瓮ǖ?6被安裝在散熱器21下游端，流自發(fā)動(dòng)機(jī)10的第二出口12和在加熱器熱水回路30中循環(huán)的冷卻水(發(fā)動(dòng)機(jī)放熱端的冷卻水)具有高于流經(jīng)散熱器下游通道26的冷卻水的溫度，在所述散熱器下游通道26中安裝有高溫端熱源單元120。
也就是，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，流過(guò)散熱器21后流經(jīng)低溫端熱源單元130(散熱器下游通道26)的冷卻水(散熱器放熱端的冷卻水)將被用作熱電單元110的低溫端熱源。在加熱器熱水回路30中，流經(jīng)高溫端熱源單元120的冷卻水(發(fā)動(dòng)機(jī)放熱端的冷卻水)將被用作熱電單元110的高溫?zé)嵩?。因此，熱電單?10在兩個(gè)端表面之間具有一個(gè)溫度差，以產(chǎn)生電能。
下面，將描述熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的操作和效果。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10啟動(dòng)時(shí)，水泵14將被驅(qū)動(dòng)去循環(huán)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20和加熱器熱水回路30中的冷卻水。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，當(dāng)從發(fā)動(dòng)機(jī)10的第一出口11放熱后的冷卻水的溫度低于或等于第一預(yù)定值時(shí)，自動(dòng)調(diào)溫器27調(diào)節(jié)冷卻水流經(jīng)旁路通道22。當(dāng)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)10產(chǎn)生熱量，使得冷卻水的溫度升高。當(dāng)冷卻水的溫度高于第一預(yù)定值時(shí)，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)10的第一出口11的至少一部分冷卻水，被調(diào)節(jié)到經(jīng)過(guò)散熱器21，然后流進(jìn)散熱器下游回路26。
因此，當(dāng)流經(jīng)散熱器下游回路26的冷卻水經(jīng)過(guò)低溫端熱源單元130時(shí)，在加熱器熱水回路30中循環(huán)的冷卻水流經(jīng)高溫端熱源單元120。這里，流經(jīng)低溫端熱源單元130的冷卻水已經(jīng)經(jīng)過(guò)散熱器21冷卻到低于流經(jīng)高溫端熱源單元120的冷卻水的溫度，使得分別與熱電單元110兩端面接觸的兩個(gè)熱源單元120和130之間出現(xiàn)一個(gè)溫度差。所以，由于塞貝克效應(yīng)熱電單元110產(chǎn)生電能。
例如，熱電單元110產(chǎn)生的電能能夠提供給發(fā)動(dòng)機(jī)10的外設(shè)(輔助設(shè)備)或?yàn)殡姵?未顯示出)充電。
在冷卻水溫度是相對(duì)較低(即，需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間使溫度升高)的情況下，例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10在低溫啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)電池等給熱電單元10提供能量(加熱)從而由于珀?duì)柼?yīng)(熱產(chǎn)生功能)產(chǎn)生熱量，使得流過(guò)在加熱器熱水回路30中的高溫端熱源單元120的冷卻水被加熱。
根據(jù)本發(fā)明，在加熱器熱水回路30中，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)10的釋放出熱量的冷卻水流經(jīng)高溫端熱源單元120，將被用作熱電單元110的高溫端熱源。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，來(lái)自散熱器21的釋放出熱量的冷卻水流經(jīng)低溫端熱源單元130，將被用作熱電單元110的低溫端熱源。
因而，對(duì)照日本專利公開JP-10-238406A描述的設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100能夠?yàn)闊犭妴卧?10提供一個(gè)穩(wěn)定的溫度差，所以，有一個(gè)滿意的電能產(chǎn)生效率。
此外，在這種情況中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻水被用作高溫端和低溫端熱源。即，當(dāng)流自發(fā)動(dòng)機(jī)10并被散熱器21冷卻的冷卻水被用作相對(duì)于高溫端熱源的低溫端熱源時(shí)，直接來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻水被用作高溫端熱源。因此，由于發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻，可以避免如日本專利公開JP-9-32636A描述的設(shè)備中出現(xiàn)的電能產(chǎn)生效率的減小。
進(jìn)一步，根據(jù)本實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻水是被單一水泵14驅(qū)動(dòng)在加熱器熱水回路30和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中循環(huán)的，無(wú)需使用多個(gè)泵和更多的控制泵的電路，如日本專利公開JP-9-32636A中所描述的那樣。因此，部件的數(shù)量可以被減少。
基于第一實(shí)施例，熱電單元110能夠被供電去加熱(即，轉(zhuǎn)換電能為熱能)在加熱器熱水回路30中流動(dòng)的冷卻水，在這里，發(fā)動(dòng)機(jī)10在低溫狀態(tài)啟動(dòng)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)10需要加熱。從而，發(fā)動(dòng)機(jī)10的摩擦損失將降低，致使其中的燃料消耗降低。而且，增進(jìn)了加熱器芯31的加熱能力。
此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)10低溫啟動(dòng)或類似情況期間，在冷卻水的溫度低時(shí)，冷卻水將流經(jīng)旁路通道22，因此，可促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)10的升溫。當(dāng)冷卻水的溫度升到足夠高時(shí)，冷卻水將被調(diào)節(jié)流經(jīng)散熱器21去被冷卻，其后，流過(guò)低溫端熱源單元130。因而，一個(gè)滿意的溫度差可以在高溫端和低溫端熱源單元120和130之間維持，致使熱電單元110能夠有效地產(chǎn)生電能。
第一實(shí)施例的第一種變型和第二種變型分別如圖2和3所示。在這些種變型中，被用作熱電單元110的高溫端熱源的冷卻水被改變了。即，高溫端熱源單元120的設(shè)置被改變了。
根據(jù)如圖2所示的第一種變型，一個(gè)并行的通道23被附加在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，并且被安置在發(fā)動(dòng)機(jī)10的放熱端(即，旁路通道22的上游端)和水泵14的上游端。即，并行的通道23與散熱器21并行地相連。高溫端熱源單元120被安裝在并行通道23中，致使冷卻水(發(fā)動(dòng)機(jī)10的放熱端的冷卻水)將流經(jīng)高溫端熱源單元120，被用作高溫端熱源。
因而，類似于第一實(shí)施例，基于第一種變型的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的部件數(shù)量將減少。進(jìn)而，在熱電單元110的高溫端和低溫端熱電單元120和130之間能夠維持一個(gè)穩(wěn)定的溫度差，致使熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100達(dá)到一個(gè)令人滿意的能量產(chǎn)生效率。進(jìn)一步，由于其中的珀?duì)柼?yīng)，流經(jīng)并行通道23的冷卻水能夠被熱電單元110加熱，因此促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)10的升溫。
基于第一種變型，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，高溫端熱源單元120被安裝在與散熱器21并行地相連的并行通道23中，致使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20借著冷卻水的流動(dòng)具有較小的阻力(流水阻力)，與高溫端熱源單元120是與散熱器21串連相連相比較。因此，根據(jù)第一種變型，可以維持流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻水。所以，防止了水泵14所需電能的增加(用于循環(huán)流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)10冷卻水)。
在這種情況中，低溫端熱源單元130被安置在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20的散熱器下游通道26之中，與第一實(shí)施例相同。所以，在散熱器21中被冷卻后的冷卻水流經(jīng)低溫端熱源單元130。因此，熱電單元110具有可產(chǎn)生電能的溫度差。
如圖3所示，根據(jù)第二種變型，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，高溫端熱源單元120被安裝在通道(被稱作散熱器上游通道24)中，該通道位于旁路通道22端和散熱器21上游端之間。因此，流經(jīng)被用作高溫端熱源的發(fā)動(dòng)機(jī)10的放熱端的冷卻水的高溫端熱源單元120。低溫端熱源單元130被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20的散熱器下游通道26中，與第一實(shí)施例相同。在這種情況中，由于珀?duì)柼?yīng)，可以忽略熱電單元110的熱生成功能。所以，可以忽略由于熱電單元110而引起的發(fā)動(dòng)機(jī)10升溫。
根據(jù)第二種變型，減少了熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)100的部件數(shù)量。此外，熱電單元110可以具有穩(wěn)定的溫度差，因此，得到令人滿意的電能產(chǎn)生效率。
第二實(shí)施例參照?qǐng)D4，詳細(xì)描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在這種情況中，控制單元(未顯示出)控制流量調(diào)節(jié)閥28的開啟程度，該流量調(diào)節(jié)閥用于替代前面描述的自動(dòng)調(diào)溫器27。
安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中的流量調(diào)節(jié)閥28是一個(gè)與散熱器21、旁路通道22和發(fā)動(dòng)機(jī)10的端口相連接的三路電磁閥。在旁路通道22處的流量調(diào)節(jié)閥28的開啟程度可由控制單元從100％到0％調(diào)節(jié)，響應(yīng)于在旁路通道22處端口的開啟程度，在散熱器21處端口的開啟程度能夠被從0％到100％調(diào)節(jié)。在這種情況中，散熱器21和旁路通道22的端口通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥28分別與發(fā)動(dòng)機(jī)10的端口相連接。
在使用自動(dòng)調(diào)溫器27的第一實(shí)施例中，流經(jīng)散熱器21和旁路通道22的冷卻水量根據(jù)冷卻水的溫度進(jìn)行控制，并且只在冷卻水流經(jīng)散熱器21的情況中，熱電單元110產(chǎn)生電能。根據(jù)第二實(shí)施例，不管冷卻水的溫度如何，流量調(diào)節(jié)閥28調(diào)節(jié)冷卻水流經(jīng)散熱器21和旁路通道22。因此，可以精確地控制電能產(chǎn)生、發(fā)動(dòng)機(jī)加溫、發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻等等。
第三實(shí)施例參照?qǐng)D5-7，詳細(xì)描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中，高溫端和低溫端熱源單元120和130的布置與第一實(shí)施例的第二種變型(參照?qǐng)D3)相同，同時(shí)從散熱器21到低溫端熱源單元130的放熱的冷卻水的溫度進(jìn)一步降低。
散熱器21有一個(gè)入口端箱體212、一個(gè)出口端箱體213和一個(gè)安裝在入口端和出口端箱體212和213之間的熱輻射單元211。根據(jù)第三實(shí)施例，熱輻射單元211被分為一個(gè)第一熱輻射部分211a和一個(gè)第二熱輻射部分211b。第一熱輻射部分211a有一個(gè)特定尺寸以維持一個(gè)預(yù)定的熱輻射容量。例如，第一熱輻射部分211a的尺寸占熱輻射單元211尺寸的70％，第二熱輻射部分211b的尺寸占熱輻射單元211尺寸的30％。
一個(gè)分隔構(gòu)件212a(例如分隔板)安裝在入口端箱體212中，位于對(duì)應(yīng)于第一和第二熱輻射部分211a和211b之間的邊界處。
入口端箱體212擁有一個(gè)入口214和一個(gè)第二出口215b，所述入口214位于第一熱輻射部分211a的端口處，所述第二出口215b位于第二熱輻射部分211b的端口處。出口端箱體213擁有一個(gè)第一出口215a，該第一出口215a位于第一熱輻射部分211a端口處并在第二熱輻射部分211b的端口附近。
在此情況中，散熱器下游回路26被分為互相并行地連接的一個(gè)第一通道261和一個(gè)第二通道262。即，第一和第二通道261和262的下游端連接到自動(dòng)調(diào)溫器27的上游端，第一和第二通道261和262的上游端分別與散熱器21的第一出口215a和第二出口215b相連接。在這種情況中，低溫端熱源單元130被安裝在第二通道262中。
冷卻水被從入口214中引入散熱器21，并流經(jīng)第一熱輻射部分211a。然后，更多的冷卻水(流量Vw1)從散熱器21經(jīng)第一出口215a流入第一通道261并放出熱量。剩余的冷卻水(流量Vw2)在第一熱輻射部分211a作一個(gè)U型回轉(zhuǎn)流入第二熱輻射部分211b，然后，從散熱器21經(jīng)第二出口215b流入第二通道262放出熱量。即，已經(jīng)過(guò)第二熱輻射部分211b的冷卻水被用作熱電單元110的低溫端熱源。另一方面，高溫端熱源單元120被安裝在散熱器上游通道24，使得熱電單元110得到一個(gè)溫度差去產(chǎn)生電能。
在此情況中，通過(guò)調(diào)節(jié)第一出口215a的位置、熱輻射部分211a和211b的流水阻力之間的差和第一和第二通道261和262的流水阻力之間的差，使經(jīng)過(guò)第二熱輻射部分211b的冷卻水的流量Vw2小于只流入第一熱輻射部分211a的冷卻水流量Vw1。在這種情況中，在第二熱輻射部分211b中的阻力大于在第一熱輻射部分211a中的阻力，在第二通道262中的阻力大于在第一通道261中的阻力。
因此，根據(jù)第三實(shí)施例，來(lái)自第二熱輻射部分211b的放熱端(第二出口215b)的冷卻水的溫度可以被設(shè)置為低于來(lái)自第一熱輻射部分211a的放熱端(第一出口215a)的冷卻水的溫度。因而，高溫端熱源單元120和低溫端熱源單元130之間的溫度差可以增加，致使熱電單元110產(chǎn)生的電能量增加。
在第三實(shí)施例中，散熱器21的入口端箱體212擁有置于對(duì)應(yīng)于第一和第二熱輻射部分211a和211b之間的邊界處的分隔構(gòu)件212a。根據(jù)第三實(shí)施例的一個(gè)第一種變型，參照?qǐng)D6，散熱器21的出口端箱體213擁有一個(gè)分隔構(gòu)件213a，該分隔構(gòu)件位于第一和第二熱輻射部分211a和211b端之間的邊界處。在這種情況中，入口端箱體212沒(méi)有分隔構(gòu)件212a。
在第一種變型中，出口端箱體213擁有第一出口215a和第二出口215b，它們分別安裝在第一和第二熱輻射部分211a和211b的端口處。
在此情況中，第二通道262的流水阻力被設(shè)定為小于第一通道261的流水阻力。因此，經(jīng)過(guò)大部分冷卻水第一熱輻射部分211a(流量Vw1)，從散熱器21放出熱量后經(jīng)第一出口215a流入第一通道261。冷卻水的剩余部分(流量Vw2)經(jīng)過(guò)第二熱輻射部分211b，從散熱器21放出熱量后經(jīng)第二出口215b流入第二通道262。因此，從第二出口215b(第二熱輻射部分211b)放出熱量的冷卻水的溫度低于從第一出口215a(第一熱輻射部分211a)放出熱量的冷卻水的溫度。
另外，圖7顯示第三實(shí)施例的第二種變型(參照?qǐng)D5)。在第二種變型中，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20中附加一個(gè)水流阻力調(diào)節(jié)通道25，并與高溫端熱源單元120并行地相連。即，流水阻力調(diào)節(jié)通道25與散熱器上游通道24并行地相連，其中安裝了高溫端熱源單元120。
因此，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路20的流水阻力，由于高溫端熱源單元120與散熱器21串連地相連致使所述流水阻力增加，并且能夠通過(guò)流水阻力調(diào)節(jié)通道25調(diào)節(jié)來(lái)降低流水阻力。因此，能夠限制流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)10的冷卻水的減少。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，所述熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)包括一個(gè)用于冷卻流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的部分冷卻水的散熱器(21)；以及一個(gè)熱電單元(110)，具有一個(gè)高溫端熱源和一個(gè)低溫端熱源，由于高溫端熱源和低溫端熱源之間的溫度差，熱電單元(110)產(chǎn)生電能，其中所述高溫端熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的放熱端的冷卻水，其特性在于所述低溫端熱源是散熱器(21)的放熱端的冷卻水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括一個(gè)加熱器熱水回路(30)，通過(guò)該回路冷卻水循環(huán)流經(jīng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)(10)和汽車的一個(gè)加熱器芯(31)，其中所述熱電單元(110)的所述高溫端熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的放熱端邊的冷卻水，所述冷卻水流經(jīng)加熱器熱水回路(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，還包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)，通過(guò)該回路冷卻水循環(huán)流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)和散熱器(21)，該發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)有一個(gè)與散熱器(21)并行地相連的并行的通道(23)，其中所述熱電單元(110)的所述高溫端熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的放熱端的冷卻水，所述冷卻水流經(jīng)并行通道(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，其中，當(dāng)所述熱電單元(110)被供電時(shí)，該熱電單元(110)產(chǎn)生熱量加熱流經(jīng)加熱器熱水回路(30)的冷卻水和流經(jīng)并行通道(23)的冷卻水其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)，通過(guò)該回路，冷卻水循環(huán)流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)和散熱器(21)；所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)有一個(gè)用于繞過(guò)散熱器(21)的旁路通道(22)，一個(gè)位于旁路通道(22)端和散熱器(21)的上游端之間的散熱器上游通道(24)，一個(gè)用于調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)的流水阻力的流水阻力調(diào)節(jié)通道(25)，其中，所述熱電單元(110)的所述高溫端熱源是發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的放熱端的冷卻水，所述冷卻水流經(jīng)散熱器上游通道(24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2和4任意之一的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，還包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)，通過(guò)該回路冷卻水循環(huán)流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)和散熱器(21)；所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)具有一個(gè)用于繞過(guò)散熱器(21)的旁路通道(22)，和一個(gè)位于散熱器(21)的下游端和旁路通道(22)上游端之間的散熱器下游通道(26)，其中所述熱電單元(110)的所述低溫端熱源是散熱器(21)的放熱端的冷卻水，所述冷卻水流經(jīng)散熱器下游通道(26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，其中所述散熱器(21)包括一個(gè)熱輻射單元(211)，該熱輻射單元有一個(gè)具有預(yù)定熱輻射能力的第一熱輻射部分(211a)和一個(gè)第二熱輻射部分(211b)，流經(jīng)所述第二熱輻射部分(211b)的冷卻水少于流經(jīng)所述第一熱輻射部分(211a)的冷卻水；所述散熱器下游通道(26)包括互相并行地相連的第一通道(261)和第二通道(262)；流經(jīng)第一熱輻射部分(211a)的冷卻水流入第一通道(261)；流經(jīng)第二熱輻射部分(211b)的冷卻水流入第二通道(262)；并且所述熱電單元(110)的所述低溫端熱源是散熱器(21)的放熱端的冷卻水，所述冷卻水流經(jīng)第二通道(262)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，還包括一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥(28)，所述流量調(diào)節(jié)閥的開啟程度能夠變化以調(diào)節(jié)流經(jīng)散熱器(21)冷卻水量和流經(jīng)旁路通道(22)冷卻水量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，還進(jìn)一步包括水泵，用于循環(huán)熱電單元(110)的低溫端熱源的冷卻水和高溫端熱源的冷卻水。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，其中所述流水阻力調(diào)節(jié)通道(25)與散熱器上游通道(24)并行地相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)(100)，其中，所述流量調(diào)節(jié)閥(28)是一個(gè)三路電磁閥，所述三路電磁閥被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水回路(20)中，與散熱器(21)、旁路通道(22)和發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的端口相連。
全文摘要
一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的具有熱電單元(110)的熱電能產(chǎn)生系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷卻水的流動(dòng)。部分冷卻水循環(huán)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)(10)和一個(gè)散熱器(21)，其中冷卻水被冷卻。發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的放熱端的冷卻水和散熱器(21)的放熱端的冷卻水被分別用作熱電單元(110)的一個(gè)高溫端熱源和一個(gè)低溫端熱源。因此，熱電單元(110)擁有一個(gè)穩(wěn)定的溫度差以產(chǎn)生電能，無(wú)需增加組件的數(shù)量和降低發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的冷卻效果。
文檔編號(hào)F01P3/20GK1702324SQ200510073898
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者山口浩生, 山中保利 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝