ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ
THERMOELECTRIC POWER GENERATION DEVICE AND THERMOELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Данное изобретение относится к термоэлектрическому устройству генерирования мощности и термоэлектрической системе генерирования мощности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В патентной литературе 1 (далее - ПЛ1) раскрыто термоэлектрическое устройство генерирования мощности, конфигурация которого обеспечивает генерирование электрической мощности за счет использования разности температур. В этом устройстве, блок с источником тепла, в котором источником тепла являются выхлопные газы двигателя, предусмотрен на стороне высокой температуры термоэлектрического элемента, а контейнер хладагента - на стороне низкой температуры термоэлектрического элемента.
ПЕРЕЧЕНЬ ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Патентная литература
[0003] ПЛ 1: Выложенная заявка № 2005-83251 на патент Японии
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема
[0004] Однако термоэлектрическое устройство генерирования мощности согласно ПЛ 1 все еще оставляет место для усовершенствования, когда дело доходит до эффективности генерирования электроэнергии.
[0005] Чтобы решить эту проблему, задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать термоэлектрическое устройство генерирования мощности и термоэлектрическую систему генерирования мощности, которые смогут повысить эффективности генерирования мощности.
Решение проблемы
[0006] Термоэлектрическим устройством генерирования мощности, относящимся к одному аспекту данного изобретения, является:
термоэлектрическое устройство генерирования мощности, включающее в себя термоэлектрические элементы, имеющие свои первые стороны, предусмотренные для блоков нагрева, и свои вторые стороны, предусмотренные для блока охлаждения, при этом
термоэлектрические элементы предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева, а
блоки охлаждения предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы.
[0007] Термоэлектрическая система генерирования мощности, относящаяся к одному аспекту данного изобретения, включает в себя:
термоэлектрический агрегат генерирования мощности, имеющий, по меньшей мере, одно термоэлектрическое устройство генерирования мощности, и
тепловую нагрузку, которая потребляет тепло хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом генерирования мощности,
при этом
термоэлектрическое устройство генерирования мощности включает в себя термоэлектрические элементы, имеющие свои первые стороны, предусмотренные для блока нагрева и свои вторые стороны, предусмотренные для блоков охлаждения,
термоэлектрические элементы предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева, а
блоки охлаждения предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы.
Полезные эффекты изобретения
[0008] Термоэлектрическое устройство генерирования мощности и термоэлектрическая система генерирования мощности согласно вышеописанным аспектам данного изобретения могут повысить эффективность генерирования мощности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] На фиг.1A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 1 осуществления данного изобретения.
На фиг.1B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 1 осуществления данного изобретения, если смотреть сзади.
На фиг.2 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию блока нагрева термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 1 осуществления данного изобретения.
На фиг.3 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию блока охлаждения термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 1 осуществления данного изобретения.
На фиг.4 представлен схематический чертеж электрической системы термоэлектрической системы генерирования мощности, в которой используется термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 1 осуществления данного изобретения.
На фиг.5 представлен схематический чертеж системы теплоносителя термоэлектрической системы генерирования мощности, в которой используется термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 1 осуществления данного изобретения.
На фиг.6A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 2 осуществления данного изобретения.
На фиг.6B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 2 осуществления данного изобретения, если смотреть сзади.
На фиг.7A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 3 осуществления данного изобретения.
На фиг.7B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 3 осуществления данного изобретения, если смотреть сзади.
На фиг.7C представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 3 осуществления данного изобретения, если смотреть в направлении высоты.
На фиг.8 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию модификации термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 3 осуществления данного изобретения.
На фиг.9A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 4 осуществления данного изобретения.
На фиг.9B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию модификации термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 4 осуществления данного изобретения.
На фиг.9C представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию еще одной модификации термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 4 осуществления данного изобретения.
На фиг.10A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию блока охлаждения термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 5 осуществления данного изобретения.
На фиг.10B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию модификации блока охлаждения термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 5 осуществления данного изобретения.
На фиг.11 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 6 осуществления данного изобретения.
На фиг.12A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления данного изобретения.
На фиг.12B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления данного изобретения, если смотреть в направлении высоты.
На фиг.13A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию модификации теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления данного изобретения.
На фиг.13B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию еще одной модификации теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления данного изобретения.
На фиг.14 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию еще одной модификации теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления данного изобретения.
На фиг.15 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию еще одной модификации теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления данного изобретения.
На фиг.16 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию еще одной модификации теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления данного изобретения.
На фиг.17A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 8 осуществления данного изобретения.
На фиг.17B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 8 осуществления данного изобретения, если смотреть в направлении высоты.
На фиг.18A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 8 осуществления данного изобретения.
На фиг.18B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию трубопровода, находящегося на расположенной выше по течению стороне теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 8 осуществления данного изобретения.
На фиг.18C представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию трубопровода, находящегося на расположенной ниже по течению стороне теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 8 осуществления данного изобретения.
На фиг.19 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 9 осуществления данного изобретения.
На фиг.20 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрической системы генерирования мощности, относящейся к варианту 10 осуществления данного изобретения.
На фиг.21 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрической системы генерирования мощности, относящейся к варианту 11 осуществления данного изобретения.
На фиг.22 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрической системы генерирования мощности, относящейся к варианту 12 осуществления данного изобретения.
На фиг.23 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрической системы генерирования мощности, относящейся к варианту 13 осуществления данного изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Как сделано данное изобретение
[0010]
Термоэлектрическое устройство генерирования мощности согласно ПЛ 1 снабжено термоэлектрическим элементом только на нижней стороне блока с источником тепла. В результате интенсивного поиска, проведенного авторами данного изобретения, обнаружено, что эффективность использования блока с источником тепла можно повысить и эффективность генерирования мощности можно повысить, предусматривая термоэлектрические элементы на обеих сторонах блока с источником тепла. Ввиду этого, авторы данного изобретения пришли к созданию следующего изобретения.
[0011] Термоэлектрическим устройством генерирования мощности, относящимся к одному аспекту данного изобретения, является
термоэлектрическое устройство генерирования мощности, включающее в себя термоэлектрические элементы, имеющие свои первые стороны, предусмотренные для блока нагрева и свои вторые стороны, предусмотренные для блоков охлаждения, при этом
термоэлектрические элементы предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева, а
блоки охлаждения предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы.
[0012] При этой конструкции, обе стороны блока нагрева можно использовать для генерирования мощности посредством термоэлектрических элементов. Следовательно, эффективность генерирования мощности можно повысить.
[0013] Кроме того, вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может включать в себя теплообменную трубу, расположенную в канале, в котором протекает высокотемпературная текучая среда, при этом
блок нагрева и теплообменная труба имеют внутренние пространства, сообщающиеся друг с другом,
внутреннее пространство блока нагрева и внутреннее пространство теплообменной трубы образуют контур циркуляции, в котором циркулирует теплоноситель,
теплообменная труба испаряет теплоноситель, протекающий в контуре циркуляции, за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, а
блок нагрева конденсирует испарившийся теплоноситель.
[0014] При этой конструкции, циркуляция теплоносителя происходит спонтанно за счет повторения его испарения и конденсации в контуре циркуляции, образованном внутренним пространством блока нагрева и внутренним пространством теплообменной трубы. Следовательно, тепло можно эффективно генерировать без использования мощности для циркуляции теплоносителя, а генерирование мощности можно проводить посредством термоэлектрических элементов.
[0015] Кроме того, вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что термоэлектрические элементы, блок нагрева и блоки охлаждения окажутся расположенными в направлении, пересекающем направление, в котором простирается теплообменная труба.
[0016] Таким образом, можно достичь снижения размеров конструкции устройства.
[0017] Кроме того вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может включать в себя первый антидеформационный элемент, заключенный между концевым участком блока нагрева и концевым участком блоков охлаждения.
[0018] При этом, тепловую деформацию блоков охлаждения благодаря теплу из блока нагрева можно подавить или уменьшить. Первый антидеформационный элемент также может устранять проблему отделения термоэлектрических элементов от блока нагрева и блоков охлаждения из-за тепловой деформации блоков охлаждения, или уменьшить влияние этой проблемы.
[0019] Кроме того, вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может включать в себя второй антидеформационный элемент, пронизывающий насквозь и соединяющий друг с другом концевые участки блоков охлаждения, обращенные друг к другу.
[0020] При этом, тепловую деформацию блоков охлаждения из-за тепла из блока нагрева можно дополнительно подавить или уменьшить. Второй антидеформационный элемент так же может устранить проблему отделения термоэлектрических элементов от блока нагрева и блоков охлаждения из-за тепловой деформации блоков охлаждения, или уменьшить влияние этой проблемы.
[0021] Кроме того, вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что каждый из блоков охлаждения будет иметь множество неровных участков в канале хладагента, в котором протекает хладагент.
[0022] При этой конструкции можно увеличить область теплопередачи канала хладагента внутри каждого блока охлаждения и можно вызвать турбулентное течение. Поэтому коэффициент теплопередачи блока охлаждения можно повысить.
[0023] Кроме того вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что каждый из блоков охлаждения будет иметь множество ребер в канале хладагента, в котором протекает хладагент.
[0024] При этой конструкции можно повысить прочность блоков охлаждения посредством ребер, предусматриваемых в каналах хладагента блоков охлаждения.
[0025] Кроме того вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что множество блоков нагрева и множество блоков охлаждения окажутся расположенными в чередующемся порядке, между ними при этом окажутся расположенными термоэлектрические элементы, а блоки охлаждения расположены на обоих концах.
[0026] При этой конструкции можно дополнительно повысить эффективность генерирования мощности. Кроме того, располагая блоки нагрева и блоки охлаждения рядом друг с другом, можно подавить или уменьшить тепловую деформацию блоков нагрева и блоков охлаждения.
[0027] Кроме того вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может дополнительно включать в себя множество теплообменных труб, расположенных в канале, в котором протекает высокотемпературная текучая среда, при этом
блоки нагрева и теплообменные трубы имеют внутренние пространства, сообщающиеся друг с другом,
внутренние пространства блоков нагрева и внутренние пространства теплообменных труб образуют контур циркуляции, в котором циркулирует теплоноситель,
внутренние пространства множества теплообменных труб сообщаются через уравнитель давления,
теплообменные трубы испаряют теплоноситель, протекающий в контуре циркуляции, за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, а
каждый из блоков нагрева конденсирует испарившийся теплоноситель.
[0028] При этой конструкции, давление во множестве теплообменных труб можно уравнять посредством уравнителя давления. Поэтому можно организовать эффективную циркуляцию теплоносителя, протекающего во внутренних пространствах теплообменных труб.
[0029] Кроме того, вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может включать в себя теплообменные трубы, расположенные в канале, в котором протекает высокотемпературная текучая среда, при этом
блоки нагрева и теплообменные трубы имеют внутренние пространства, сообщающиеся друг с другом,
внутренние пространства блоков нагрева и внутреннее пространство теплообменной трубы образуют контур циркуляции, в котором циркулирует теплоноситель,
множество блоков нагрева совместно используют теплообменную трубу,
теплообменные трубы испаряют теплоноситель, протекающий в контуре циркуляции за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, а
каждый из блоков нагрева конденсирует испарившийся теплоноситель.
[0030] При этой конструкции, каждый из блоков нагрева может равномерно нагреваться за счет совместного использования теплообменной трубы среди множества блоков нагрева.
[0031] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что теплообменная труба будет включать в себя множество труб и собирающую трубу, соединяющую множество труб.
[0032] При этой конструкции, давление во множестве труб можно уравнять посредством собирающей трубы. Поэтому режим теплообменника среди множества труб можно улучшить.
[0033] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что теплообменная труба окажется расположенной с наклоном относительно направления, в котором протекает высокотемпературная текучая среда.
[0034] При этой конструкции, высокотемпературная текучая среда легко вступает в контакт со всей теплообменной трубой, и можно повысить коэффициент теплопередачи теплообменной трубы.
[0035] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что множество труб окажутся смещенными относительно направления высоты теплообменной трубы, если смотреть с направления, в котором протекает высокотемпературная текучая среда.
[0036] При этой конструкции можно уменьшить область, в которой множество труб перекрываются, если смотреть с направления, в котором протекает высокотемпературная текучая среда. При этой конструкции, высокотемпературная текучая среда легко вступает в контакт с множеством труб, и можно повысить коэффициент теплопередачи теплообменной трубы.
[0037] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что множество труб будет соответственно иметь изогнутые участки, а
эти изогнутые участки множества труб будут иметь разные радиусы изгиба.
[0038] При этой конструкции можно уменьшить область, в которой множество труб перекрываются, если смотреть с направления, в котором протекает высокотемпературная текучая среда. При этой конструкции, высокотемпературная текучая среда легко вступает в контакт с множеством труб, и можно повысить коэффициент теплопередачи теплообменной трубы.
[0039] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что теплообменная труба будет иметь черненую внешнюю поверхность.
[0040] При этой конструкции можно повысить рекуперацию излучаемого тепла на внешней поверхности теплообменной трубы.
[0041] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что на внутренней стенке теплообменной трубы будет предусмотрен фитиль.
[0042] При этой конструкции можно вызвать циркуляцию теплоносителя внутри теплообменной трубы.
[0043] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что на внутренней стенке теплообменной трубы будет предусмотрена канавка.
[0044] При этой конструкции можно вызвать циркуляцию теплоносителя внутри теплообменной трубы.
[0045] Вышеупомянутое термоэлектрическое устройство генерирования мощности может быть таким, что теплообменная труба будет предусмотрена в части канала, имеющей направляющую лопатку, а
высокотемпературная текучая среда, протекающая в канале, будет направляться к теплообменной трубе посредством направляющей лопатки.
[0046] При этой конструкции, расход высокотемпературной текучей среды, протекающей к теплообменной трубе, можно увеличить посредством направляющей лопатки.
[0047] Термоэлектрическим устройством генерирования мощности, относящимся к одному еще одному аспекту данного изобретения, является
термоэлектрическое устройство генерирования мощности, включающее в себя термоэлектрические элементы, имеющие свои первые стороны, предусмотренные для блоков нагрева, и свои вторые стороны, предусмотренные для блока охлаждения, и
перегородку, ограничивающую два канала, в котором протекает высокотемпературная текучая среда, при этом
термоэлектрические элементы, блок охлаждения и блоки нагрева предусмотрены между упомянутыми двумя каналами,
термоэлектрические элементы предусмотрены на обеих сторонах блока охлаждения, а
блоки нагрева предусмотрены на обеих сторонах блока охлаждения таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрический элемент.
[0048] При этой конструкции, блоки нагрева, предусмотренные на обеих сторонах блока охлаждения таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы, можно нагревать, подавая высокотемпературную текучую среду в обоих каналах. Поэтому можно достичь увеличения отдаваемой мощности.
[0049] Термоэлектрическая система генерирования мощности, относящаяся к одному аспекту данного изобретения, включает в себя:
термоэлектрический агрегат генерирования мощности, имеющий, по меньшей мере, одно термоэлектрическое устройство генерирования мощности, и
тепловую нагрузку, которая потребляет тепло хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом генерирования мощности,
при этом
термоэлектрическое устройство генерирования мощности включает в себя термоэлектрические элементы, имеющие свои первые стороны, предусмотренные для блока нагрева и свои вторые стороны, предусмотренные для блоков охлаждения,
термоэлектрические элементы предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева, а
блоки охлаждения предусмотрены на обеих сторонах блока нагрева таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы.
[0050] При этой конструкции, для генерирования мощности термоэлектрическими элементами можно использовать обе стороны блока нагрева. Поэтому, эффективность генерирования мощности можно повысить. Кроме того, поскольку потреблять тепло хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом генерирования мощности, может тепловая нагрузка, можно повысить эффективность использования энергии.
[0051] Ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, описываются варианты осуществления. На каждом из чертежей, элементы изображены в преднамеренно увеличенном масштабе для упрощения понимания.
ариант 1 осуществления
[0052] В
Общая конструкция
Описывается общая конструкция термоэлектрического устройства генерирования мощности, относящегося к варианту 1 осуществления.
[0053] На фиг.1A показана схематическая конструкция термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности, относящегося к варианту 1 осуществления. Направления X, Y и Z на фиг.1A обозначают продольное направление, поперечное направление и направление высоты термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности, соответственно. Продольное направление, поперечное направление и направление высоты означают направление длины, направление короткого размера - ширины, и направление вверх-вниз термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности, соответственно. На фиг.1B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности, если смотреть сзади (в направлении Х).
[0054] Как показано на фиг.1A и фиг.1B, термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности включает в себя термоэлектрические элементы 2, имеющие свои первые стороны, предусмотренные для блоков 3 нагрева и свои вторые стороны, предусмотренные для блока 4 охлаждения. Термоэлектрические элементы 2 предусмотрены на обеих сторонах блока 3 нагрева, а блоки 4 охлаждения предусмотрены на обеих сторонах блока 3 нагрева таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы 2. В варианте 1 осуществления, блок 3 нагрева соединен с теплообменной трубой 6, расположенной в канале 5, в котором протекает высокотемпературная текучая среда.
[0055] Термоэлектрический элемент
Каждый термоэлектрический элемент 2 представляет собой элемент, имеющий две поверхности, т.е., первую сторону (сторону высокой температуры), предусматриваемую на блоке 3 нагрева, и вторую сторону (сторону низкой температуры), предусматриваемую на блоке 4 охлаждения. Термоэлектрический элемент 2 генерирует мощность за счет использования разности температур, обуславливаемой тем, что он имеет свою первую сторону, нагреваемую блоком 3 нагрева, а его вторая сторона при этом охлаждается блоком 4 охлаждения. Толщина термоэлектрического элемента 2 спроектирована меньшей, чем размер (ширина) первой стороны и второй стороны термоэлектрического элемента 2. В частности, термоэлектрическому элементу 2 придана плоская форма. В варианте 1 осуществления, каждый из термоэлектрических модулей 20a и 20b имеет множество последовательно соединенных термоэлектрических элементов 2, которые прикреплены к обеим сторонам блока 3 нагрева. В частности, на обеих сторонах блока 3 нагрева крепятся термоэлектрические модули 20a, 20b, имеющие по 20 термоэлектрических элементов 2 в четырех столбцах в пять рядов. Количество термоэлектрических элементов 2 этим не ограничивается. Например, термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности может иметь один термоэлектрический элемент 2, прикрепленный к каждой из обеих сторон блока 3 нагрева.
[0056] Блок нагрева
Блок 3 нагрева изготовлен из металлического материала с превосходной удельной теплопроводностью. Блоку 3 нагрева придана плоская форма, которая вступает в контакт с первыми сторонами термоэлектрических элементов 2. Блок 3 нагрева соединена с теплообменной трубой 6. Блок 3 нагрева и теплообменная труба 6 имеют внутренние пространства 7a, 7b, сообщающиеся друг с другом. Во внутреннем пространстве 7a блока 3 нагрева и внутреннем пространстве 7b теплообменной трубы 6 заключен теплоноситель. Кроме того, внутреннее пространство 7a блока 3 нагрева и внутреннее пространство 7b теплообменной трубы 6 образуют контур 7 циркуляции, в котором циркулирует теплоноситель.
[0057] Теплообменная труба 6 расположена в канале 5 и испаряет теплоноситель, протекающий во внутреннем пространстве 7b, которое является частью контура 7 циркуляции, за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, протекающей в канале 5. То есть, теплообменная труба 6 функционирует как блок испарения, предназначенный для испарения теплоносителя. Блок 3 нагрева конденсирует испарившийся теплоноситель во внутреннем пространстве 7b теплообменной трубы 6. То есть, блок 3 нагрева функционирует как блок конденсации, предназначенный для конденсации теплоносителя. В варианте 1 осуществления, в качестве теплоносителя используется вода. Кроме того, канал 5 представляет собой канал выхлопных газов двигателя, в котором протекают высокотемпературные выхлопные газы. Высокотемпературная текучая среда протекает в канале 5 в направлении, идущем в поверхность листа чертежа согласно фиг.1A, т.е., в направлении Y. Помимо того, что он является каналом выхлопных газов двигателя, канал 5 может быть, например, каналом такой высокотемпературной среды, как в печи для промышленных отходов или котле, работающем на биомассе, или в поле излучения, не требующем конвекции.
[0058] На фиг.2 показана схематическая конструкция блока 3 нагрева и теплообменной трубы 6 термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности. Как показано на фиг.2, конструкция теплообменной трубы 6 такова, что имеет большую область контакта с высокотемпературной текучей средой, протекающий в канале 5, если смотреть в направлении, в котором протекает высокотемпературная текучая среда, т.е., в направлении Y. В частности, теплообменная труба 6 имеет множество трубчатых элементов 61, простирающихся в направлении X, и множество изогнутых участков 62, соединяющих трубчатые элементы 61 друг с другом, если смотреть с направления Y. Множество трубчатых элементов 61 расположены с заранее определенным интервалом в направлении Z, а их концевые участки соединены посредством изогнутых участков 62, если смотреть в направлении Y. В присутствии множества трубчатых элементов 61, соединенных посредством изогнутых участков 62, как описано, теплообменная труба 6 образует непрерывную трубу, имеющую множество изогнутых участков.
[0059] Во внутреннем пространстве 7a блока 3 нагрева каналы теплоносителя сформированы таким образом, что теплоноситель распределяется по всей поверхности нагрева термоэлектрических элементов 2. В частности, как показано на фиг.2, множество каналов теплоносителя, простирающихся в направлении Z, сформированы во внутреннем пространстве 7a блока 3 нагрева. Каналы теплоносителя во внутреннем пространстве 7a блока 3 нагрева могут быть, например, наклонены к направлению X при условии, что теплоноситель течет в направлении силы тяжести.
[0060] Контур циркуляции
Контуре 7 циркуляции сформирован через внутреннее пространство 7a блока 3 нагрева и внутреннее пространство 7b теплообменной трубы 6. Теплоноситель циркулирует во внутреннем пространстве 7a блока 3 нагрева и внутреннем пространстве 7b теплообменной трубы 6. В частности, высокотемпературная текучая среда, протекающая в канале 5, нагревает теплообменную трубу 6, и жидкий теплоноситель, протекающий в теплообменной трубе 6, превращается в пар. Иными словами, теплоноситель испаряется во внутреннем пространстве 7b теплообменной трубы 6, а фаза теплоносителя изменяется: он превращается из жидкости в пар. Пар выпускается с открытого концевого участка 63 в высоком положении теплообменной трубы 6 в канал теплоносителя во внутреннем пространстве 7a блока 3 нагрева. Пар, выпускаемый в канал теплоносителя во внутреннее пространство 7a блока 3 нагрева, опускается в направлении силы тяжести, выделяясь на поверхность нагрева блока 3 нагрева, и конденсируется за счет излучения тепла с поверхности нагрева к термоэлектрическим элементам 2. Иными словами, фаза теплоносителя изменяется: он превращается из газа в жидкость во внутреннем пространстве 7a блока 3 нагрева. Конденсировавшийся теплоноситель вытекает из открытого концевого участка 64 в низком положении теплообменной трубы 6 в канал теплоносителя во внутреннем пространстве 7b теплообменной трубы 6. Теплоноситель, вытекший во внутреннее пространство 7b теплообменной трубы 6, снова нагревается высокотемпературной текучей средой, протекающей в канале 5, и фаза теплоносителя изменяется: он превращается из жидкости в газ. Как описано, теплоноситель спонтанно циркулирует в контуре 7 циркуляции, образованном внутренним пространством 7a блока 3 нагрева и внутренним пространством 7b теплообменной трубы 6. Иными словами, за счет использования фазового изменения теплоносителя происходит неоднократная циркуляция теплоносителя в контуре 7 циркуляции, образованном внутренним пространством 7a блока 3 нагрева и внутренним пространством 7b теплообменной трубы 6, и это происходит без потребления мощности из насоса и подобных ему средств.
[0061] Блок охлаждения
Каждый из блоков 4 охлаждения изготовлен из металлического материала с превосходной удельной теплопроводностью. Блокам 4 охлаждения придана плоская форма, которая вступает в контакт со вторыми сторонами термоэлектрических элементов 2. Кроме того внутри каждого из блоков 4 охлаждения образован канал хладагента, в котором протекает хладагент.
[0062] На фиг.3 показана схематическая конструкция блока 4 охлаждения термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности. Внутри блока 4 охлаждения, как показано на фиг.3, плоской формы канал 40 хладагента образован так, что хладагент распространяется по всей поверхности охлаждения блока 4 охлаждения, которая вступает в контакт с термоэлектрическим элементом 2. В частности, канал 40 хладагента имеет множество каналов, простирающихся в направлении X, которые соединены друг с другом. В канале 40 хладагента - на его нижней стороне - предусмотрена приточная труба 41, а на его верхней стороне предусмотрена выпускная труба 42. Хладагент, вытекший из приточной трубы 41 хладагента в канал 40 хладагента, охлаждает поверхности охлаждения, находящиеся в контакте со второй стороной термоэлектрического элемента 2, а затем выпускается из выпускной трубы 42 хладагента. Хотя каналу 40 хладагента В варианте 1 осуществления придана плоская форма, так что хладагент распространяется по всей поверхности охлаждения, находящейся в контакте с термоэлектрическим элементом 2, на форму канала 40 хладагента ограничений нет при условии, что вторая сторона термоэлектрического элемента 2 охлаждается полностью и равномерно. Кроме того, множество каналов канала 40 хладагента внутри блока 4 охлаждения могут простираться не только в направлении X, но и в направлении Z. В варианте 1 осуществления в качестве хладагента используется вода.
[0063] Электрическая система
На фиг.4 представлен схематический чертеж электрической системы термоэлектрической системы 10 генерирования мощности, в которой используется термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности. Как показано на фиг.4, термоэлектрическая система 10 генерирования мощности включает в себя: четыре термоэлектрических устройства 1A генерирования мощности, инвертор 11 и электрическую нагрузку 12. В термоэлектрической системе 10 генерирования мощности параллельно соединены четыре термоэлектрических устройства 1A генерирования мощности. Четыре термоэлектрических устройства 1A генерирования мощности, соединенные параллельно, соединены с инвертором 11. Инвертор 11 соединен с электрической нагрузкой 12. В термоэлектрической системе 10 генерирования мощности, электрическая мощность, генерируемая четырьмя термоэлектрическими устройствами 1A генерирования мощности, подводится к электрической нагрузке 12 через инвертор 11.
[0064] Система теплоносителя
На фиг.5 представлен схематический чертеж системы теплоносителя термоэлектрической системы 10 генерирования мощности, в которой используется термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности. На фиг.5, пунктирная линия и штрихпунктирная линия с одной точкой обозначают магистраль теплоносителя, а сплошная линия обозначает магистраль хладагента. Сначала описывается протекание теплоносителя. Как показано на фиг.5, магистрали L1, L2, L3 теплоносителя соединены с блоками 3 нагрева термоэлектрического устройств 1A генерирования мощности. Для магистралей L1, L2, и L3 теплоносителя соответственно предусмотрены клапаны. Когда теплоноситель спонтанно циркулирует внутри блока 3 нагрева, магистрали L1, L2, L3 теплоносителя закрыты. Клапаном, предусмотренным для магистрали L3 теплоносителя, является клапан давления.
[0065] Магистраль L1 теплоносителя - это магистраль для наполнения водой, становящейся теплоносителем. Для подачи теплоносителя внутрь блока 3 нагрева, клапан магистрали L1 теплоносителя открывают, подавая теплоноситель из резервуара 13 в блок 3 нагрева через магистраль L1 теплоносителя.
[0066] Магистраль L2 теплоносителя - это магистраль для выкачивания, при котором используют вакуумный насос 14. Выкачивание проводят - за счет использования вакуумного насоса 14 - через магистраль L2 теплоносителя, а в блоке 3 нагрева теплоноситель при этом отсутствует. После вакуумирования, теплоноситель, находящийся в резервуаре 13, подается внутрь блока 3 нагрева через магистраль L1 теплоносителя.
[0067] Магистраль L3 теплоносителя - это магистраль для выпуска теплоносители изнутри блока 3 нагрева в резервуар 13. Когда давление пара внутри блока 3 нагрева становится превышающим допуск клапана давления магистрали L3 теплоносителя, клапан давления открывается и пар, находящийся внутри блока 3 нагрева, выпускается в магистраль L3 теплоносителя. Теплоноситель, выпускаемый из блока 3 нагрева, протекает в магистрали L3 теплоносителя и выпускается в резервуар 13 через теплообменник 15. Поскольку В варианте 1 осуществления вода используется и в качестве теплоносителя, и в качестве хладагента, в резервуаре 13 можно хранить и хладагент, и теплоноситель.
[0068] Далее описывается протекание хладагента. Как показано на фиг.5, хладагент вытекает из резервуара 13 в блок 4 охлаждения по магистрали L4 хладагента, для чего используется насос и подобные ему средства. Хладагент, вытекший в блок 4 охлаждения, протекает в холодильную установку 16 по магистрали L5 хладагента. Холодильная установка 16 представляет собой, например, градирню для охлаждения хладагента. Хладагент, охлажденный в холодильной установке 16, хранится в резервуаре 13.
[0069] В варианте 1 осуществления, предельная температура, при которой используются термоэлектрические устройства 1A генерирования мощности, составляет, например, 200°C. Температура нагрева в блоке 3 нагрева составляет 180°C, а температура хладагента, протекающего в блоке 4 охлаждения, составляет 30°C.
Эффекты
[0070]
Термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности, относящееся к варианту 1 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0071] В термоэлектрическом устройстве 1A генерирования мощности, термоэлектрические элементы 2 предусмотрены на обеих сторонах блока 3 нагрева, а блоки 4 охлаждения предусмотрены на обеих сторонах блока 3 нагрева таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы 2. При этой конструкции, для генерирования мощности термоэлектрическими элементами 2 можно использовать обе стороны блока 3 нагрева. Поэтому эффективность генерирования мощности можно повысить.
[0072] Поскольку блоки 4 охлаждения предусмотрены на обеих сторонах блока 3 нагрева в термоэлектрическом устройстве 1 генерирования мощности, разность температур на обеих сторонах блока 3 нагрева можно сделать меньшей. Поэтому тепловую деформацию блока 3 нагрева можно подавить или сделать менее значительной. Следовательно, тепловую деформацию термоэлектрических модулей 20a, 20b, обуславливаемую тепловой деформацией блока 3 нагрева, можно подавить или сделать менее значительной. В конструкции, где термоэлектрический элемент 2 и блок 4 охлаждения предусмотрены только на одной стороне (единственной стороне) блока 3 нагрева, другая сторона блока 3 нагрева, не имеющая термоэлектрического элемента 2 или блока 4 охлаждения, поддерживается в состоянии высокой температуры по сравнению с упомянутой одной стороной блока 3 нагрева. Благодаря этому, на другой стороне блока 3 нагрева имеет место тепловая деформация, что может привести к повреждению в блоке 3 нагрева. Однако термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности имеет блоки 4 охлаждения на обеих сторонах блока 3 нагрева, и поэтому можно подавить или сделать менее значительным причинение повреждений блоку 3 нагрева из-за тепловой деформации.
[0073] При наличии термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности, циркуляцию теплоносителя можно организовать за счет фазовых изменений в контуре 7 циркуляции, образованном внутренним пространством 7a в блоке 3 нагрева и внутренним пространством 7b в теплообменной трубе 6. Поэтому возможна циркуляция теплоносителя без потребления мощности из насоса и подобных ему средств, и можно снизить расходы на устройства и уменьшить его размеры. Кроме того, за счет использования воды в качестве теплоносителя и хладагента, резервуар 13 можно использовать для хранения и теплоносителя, и хладагента. Поэтому можно достичь дальнейшего снижения расходов на устройство и уменьшения его размеров.
[0074] Следует отметить, что в варианте 1 осуществления речь идет о термоэлектрической системе 10 генерирования мощности, имеющей четыре термоэлектрических устройства 1A генерирования мощности; однако это не является ограничением данного изобретения при условии, что термоэлектрическая система 10 генерирования мощности включает в себя, по меньшей мере, одно термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности.
[0075] Хотя в варианте 1 осуществления в качестве теплоносителя и хладагента заимствуется вода, это не является ограничением данного изобретения. Теплоноситель и хладагент могут быть разными. Можно заимствовать любой теплоноситель при условии, что теплоноситель может изменять свою фазу между газом и жидкостью в контуре 7 циркуляции. Можно заимствовать любой заданный хладагент при условии, что охлаждение возможно.
[0076] Хотя В варианте 1 осуществления речь идет о примере, где предельная температура, при которой используются термоэлектрические устройства 1A генерирования мощности, составляет 200°C, это не является ограничением данного изобретения. Например, предельную температуру, при которой используется термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности, можно увеличить путем формирования блока 3 нагрева с материалом, обладающим высокой термостойкостью. При такой конструкции, температуру нагрева блока 3 нагрева и температуру хладагента можно увеличить.
ариант 2 осуществления
[0077] В
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 2 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 2 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 1 осуществления. В варианте 2 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 2 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0078] На фиг.6A показана схематическая конструкция термоэлектрического устройства 1B генерирования мощности, относящегося к варианту 2 осуществления. На фиг.6B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства 1B генерирования мощности, если смотреть сзади (в направлении Х).
[0079] Вариант 2 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения простираются в направлении, пересекающем направление, в котором простирается теплообменная труба 6.
[0080] Как показано на фиг.6A и фиг.6B, в термоэлектрическом устройстве 1B генерирования мощности термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения расположены в направление (направлении Y), которое пересекается с направлением (направлением X), в котором простирается теплообменная труба 6. В частности, термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения расположены вдоль другой поверхности канала выхлопных газов, служащего в качестве канала 5. В варианте 2 осуществления термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения простираются в направлении, перпендикулярно пересекающем направление, в котором простирается теплообменная труба 6.
Эффекты
[0081]
Термоэлектрическое устройство 1B генерирования мощности, относящееся к варианту 2 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0082] При наличии термоэлектрического устройства 1B генерирования мощности, термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения расположены в направлении (направлении Y), которое пересекается с направлением (направлением X), в котором простирается теплообменная труба 6. Поэтому размер по отношению к направлению X можно уменьшить. Следовательно, можно достичь уменьшения размеров конструкции устройства.
[0083] Хотя в варианте 2 осуществления речь идет о случае, где термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения простираются в направлении, перпендикулярно пересекающем направление, в котором простирается теплообменная труба 6, это не является ограничением данного изобретения. Угол пересечения, под которым направление, в котором простираются термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения, проходит по отношению к углу, в котором простирается теплообменная труба 6, можно изменять в соответствии с формой и подобными ей характеристиками канала 5. Например, термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения можно дополнительно наклонить к стороне, где находится канал 5, чтобы пересечение направления (направления X), в котором простирается теплообменная труба 6, произошло под острым углом. В альтернативном варианте, термоэлектрические элементы 2, блок 3 нагрева и блоки 4 охлаждения могут быть наклонены к стороне, противоположной каналу 5, чтобы пересечение направления (направления X), в котором простирается теплообменная труба 6, произошло под острым углом.
Вариант 3 осуществления
[0084]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 3 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 3 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 1 осуществления. В варианте 3 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 3 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0085] На фиг.7A показана схематическая конструкция термоэлектрического устройства 1C генерирования мощности, относящегося к варианту 3 осуществления. На фиг.7B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства 1C генерирования мощности, если смотреть сзади (в направлении Х). На фиг.7C представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства 1C генерирования мощности если смотреть в направлении высоты (в направлении Z).
[0086] Вариант 3 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что множество блоков 3 нагрева и множество блоков 4 охлаждения расположены в чередующемся порядке, между ними при этом расположены термоэлектрические элементы 2, а блоки 4 охлаждения расположены на обоих концах.
[0087] Как показано на фиг.7A, фиг.7B и фиг.7C, термоэлектрическое устройство 1C генерирования мощности имеет множество блоков 3 нагрева и множество блоков 4 охлаждения расположенных в чередующемся порядке, а между ними при этом расположены термоэлектрические элементы 2. На обоих концах термоэлектрического устройства 1C генерирования мощности расположены блоки 4 охлаждения. В варианте 3 осуществления, три блока 3 нагрева и четыре блоков 4 охлаждения расположены в чередующемся порядке, а между ними при этом расположены термоэлектрические элементы 2.
[0088] Кроме того, в варианте 3 осуществления теплообменные трубы 6 соединены с множеством блоков 3 нагрева так, как показано на фиг.7C. Термоэлектрическое устройство 1C генерирования мощности имеет уравнитель 65 давления, который сообщается с внутренними пространствами 7b теплообменных труб 6. За счет соединения внутренних пространств 7b множества теплообменных труб 6 с уравнителем 65 давления, давления во внутренних пространствах 7b теплообменных труб 6 уравниваются.
Эффекты
[0089]
Термоэлектрическое устройство 1C генерирования мощности, относящееся к варианту 3 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0090] Термоэлектрическое устройство 1C генерирования мощности делает возможным расположение многих термоэлектрических элементов 2 для конструкции, состоящей из пары блоков - блока 3 нагрева и блока 4 охлаждения. Поэтому с помощью термоэлектрического устройства 1C генерирования мощности можно повысить эффективность генерирования мощности и достичь увеличения отдаваемой мощности.
[0091] Поскольку множество блоков 3 нагрева и множество блоков 4 охлаждения расположены в чередующемся порядке в термоэлектрическом устройстве 1C генерирования мощности, присутствие тепловой деформации блоков 3 нагрева и блоков 4 охлаждения, т.е. коробление, можно подавить или сделать менее значительным за счет присутствия соседствующих блока нагрева 3 и блока 4 охлаждения.
[0092] Кроме того, в термоэлектрическом устройстве 1C генерирования мощности можно соединить внутренние пространства 7b множества теплообменных труб 6 через уравнитель 65 давления, а давления в теплообменные трубах 6 можно уравнять. Таким образом, температуру внутри каждого теплообменные трубы 6 можно уравнять.
[0093] Хотя в варианте 3 осуществления речь идет о конструкции, в которой каждый из множество блоков 3 нагрева снабжен теплообменными трубами 6, соответственно, т.е. предусмотрено множество теплообменных труб 6, это не является ограничением данного изобретения. На фиг.8 показана схематическая конструкция модификации термоэлектрического устройства 1C генерирования мощности, относящегося к варианту 3 осуществления. Как показано на фиг.8, множество блоков 3 нагрева могут совместно использовать единственную теплообменную трубу 6a. С помощью такой конструкции можно уравнивать температуру нагрева множества блоков 3 нагрева.
[0094] Хотя в варианте 3 осуществления заимствуется конструкция, включающая в себя три блока 3 нагрева и четыре блока 4 охлаждения, количество блоков 3 нагрева и количество блоков 4 охлаждения этими значениями не ограничиваются при условии, что два или более блоков 3 нагрева и три или более блоков 4 охлаждения расположены в чередующемся порядке в термоэлектрическое устройство 1C генерирования мощности, а между ними при этом расположены термоэлектрические элементы 2.
Вариант 4 осуществления
[0095]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 4 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 4 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 1 осуществления. В варианте 4 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 4 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0096] На фиг.9A показана схематическая конструкция термоэлектрического устройства 1D генерирования мощности, относящегося к варианту 4 осуществления. На фиг.9A представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства генерирования мощности, если смотреть сзади.
[0097] Вариант 4 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что предусмотрен первый антидеформационный элемент 8a для подавления или уменьшения тепловой деформации блоков 4 охлаждения.
[0098] Как показано на фиг.9A, термоэлектрическое устройство 1D генерирования мощности имеет первые антидеформационные элементы 8a, в пределах каждого из которых заключены концевой участок блока 3 нагрева и концевые участки блоков 4 охлаждения. Каждый из первых антидеформационных элементов 8a представляет собой элемент для подавления или уменьшения тепловой деформации (коробления) блоков 4 охлаждения, возникающей из-за тепла блока 3 нагрева. В первом антидеформационном элементе 8a заключены концевой участок блоков 3 нагрева и концевые участки блоков 4 охлаждения, предусмотренные для обеих сторон блока 3 нагрева таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы 2.
Эффекты
[0099]
Термоэлектрическое устройство 1D генерирования мощности, относящееся к варианту 4 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0100] С помощью термоэлектрического устройства 1D генерирования мощности можно подавить или сделать менее значительной тепловую деформацию блоков 4 охлаждения, вызываемую теплом из блока 3 нагрева. Таким образом, есть возможность устранить или сделать менее значительной проблему отделения блока 3 нагрева и блоков 4 охлаждения от термоэлектрических элементов 2 из-за тепловой деформации блоков 4 охлаждения.
[0101] Хотя в варианте 4 осуществления речь идет о случае, где в первом антидеформационном элементе заключены концевой участок блока 3 нагрева и концевые участки блоков 4 охлаждения, это не является ограничением данного изобретения. На фиг.9B показана схематическая конструкция модификации термоэлектрического устройства 1D генерирования мощности, относящегося к варианту 4 осуществления. Как показано на фиг.9B, термоэлектрическое устройство 1D генерирования мощности может иметь вторые антидеформационные элементы 8b, каждый из которых пронизывает насквозь и соединяет друг с другом концевой участок блока 3 нагрева и концевые участки блоков 4 охлаждения, обращенные друг к другу через блок 3 нагрева. Каждый из вторых антидеформационных элементов 8b представляет собой, например, болт. В модификации термоэлектрического устройства 1D генерирования мощности, каждый из вторых антидеформационных элементов 8b пронизывает насквозь концевой участок блока 3 нагрева и концевые участки блоков 4 охлаждения и привинчен гайками для соединения друг с другом концевого участка блока 3 нагрева и концевых участков блоков 4 охлаждения. В альтернативном варианте, для блоков 4 охлаждения и блока 3 нагрева может быть предусмотрен резьбовой участок, а второй антидеформационный элемент 8b может быть свинчен с резьбовым участком, предусмотренным внутри блоков 4 охлаждения и блока 3 нагрева, чтобы соединить друг с другом концевой участок блока 3 нагрева и концевые участки блоков 4 охлаждения. При этой конструкции также можно подавить или сделать менее значительной тепловую деформацию блоков 4 охлаждения.
[0102] На фиг.9C показана схематическая конструкция еще одной модификации термоэлектрического устройства 1D генерирования мощности, относящегося к варианту 4 осуществления. Как показано на фиг.9C, второй антидеформационный элемент 8b может быть выполнен пронизывающим насквозь только концевые участки блоков 4 охлаждения, обращенные друг к другу, не пронизывая насквозь блок 3 нагрева. При этом, передачу тепла блока 3 нагрева блокам 4 охлаждения через второй антидеформационный элемент 8b можно подавить или сделать менее значительной. В термоэлектрическом устройстве 1D генерирования мощности можно предусмотреть сочетание первого антидеформационного элемента 8a и второго антидеформационного элемента 8b. Кроме того первый антидеформационный элемент 8a и второй антидеформационный элемент 8b можно предусмотреть для одного из концевых участков блока 3 нагрева и блоков 4 охлаждения.
Вариант 5 осуществления
[0103]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 5 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 5 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 1 осуществления. В варианте 5 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 5 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0104] На фиг.10A показана схематическая конструкция блока 4 охлаждения термоэлектрического устройства 1E генерирования мощности, относящегося к варианту 5 осуществления.
[0105] Вариант 5 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что канал 40 хладагента имеет на своей внутренней стенке множество неровных участков 43.
[0106] Как показано на фиг.10A, блок 4 охлаждения термоэлектрического устройства 1E генерирования мощности имеет множество неровных участков 43 на внутренней стенке канала 40 хладагента, в котором протекает хладагент.
Эффекты
[0107]
Термоэлектрическое устройство 1E генерирования мощности, относящееся к варианту 5 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0108] С помощью термоэлектрического устройства 1E генерирования мощности можно увеличить область теплопередачи за счет неровных участков, предусмотренных для внутренней стенки канала 40 хладагента, в котором протекает хладагент. Кроме того с помощью термоэлектрического устройства 1E генерирования мощности можно вызвать турбулентное течение за счет наличия течения хладагента в канале 40 хладагента, имеющем неровные участки 43. Поэтому можно повысить коэффициент теплопередачи.
[0109] Хотя в варианте 5 осуществления речь идет о случае наличия неровных участков 43 на внутренней стенке канала 40 хладагента, в котором протекает хладагент, это не является ограничением данного изобретения. На фиг.10B показана схематическая конструкция модификации блока 4b охлаждения термоэлектрического устройства 1E генерирования мощности, относящегося к варианту 5 осуществления. Как показано на фиг.10B, блок 4b охлаждения имеет множество ребер 44 на внутренней стенке канала 40b хладагента. Каждому из множества ребер 44 придана форма пластины, простирающейся в направлении X. При этой конструкции, прочность блока 4 охлаждения можно повысить.
Вариант 6 осуществления
[0110]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 6 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 6 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 1 осуществления. В варианте 6 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 6 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0111] На фиг.11 показана схематическая конструкция термоэлектрического устройства 1F генерирования мощности, относящегося к варианту 6 осуществления.
[0112] Вариант 6 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что для ограничения двух каналов, в которых протекает высокотемпературная текучая среда, предусмотрены две перегородки 5a, 5b, и тем, что на обеих сторонах блока 4 охлаждения предусмотрены термоэлектрические элементы 2, и на обеих сторонах блока 4 охлаждения предусмотрены блоки 3 нагрева (3a, 3b), а между ними расположены термоэлектрические элементы 2.
[0113] Как показано на фиг.11, термоэлектрическое устройство 1F генерирования мощности включает в себя перегородки 5a, 5b, ограничивающие два канала, в которых протекает высокотемпературная текучая среда. В термоэлектрическом устройстве 1F генерирования мощности термоэлектрические элементы 2, блок 4 охлаждения и блоки 3 нагрева предусмотрены между упомянутыми двумя каналами. Кроме того, термоэлектрические элементы 2 предусмотрены на обеих сторонах блока 4 охлаждения. Блоки 3 нагрева предусмотрены на обеих сторонах блока 4 охлаждения таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы 2.
[0114] В первом канале, ограниченном перегородкой 5a, расположена первая теплообменная труба 6aa. Первая теплообменная труба 6aa нагревается высокотемпературной текучей средой, протекающей в первом канале. Поэтому блок 3а нагрева на стороне первого канала нагревает первую сторону термоэлектрического элемента 2 (термоэлектрический модуль 20a) за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, протекающей в первом канале.
[0115] В втором канале, ограниченном перегородкой 5b, расположена вторая теплообменная труба 6ab. Вторая теплообменная труба 6ab нагревается высокотемпературной текучей средой, протекающей во втором канале. Поэтому, блок 3b нагрева на стороне второго канала нагревает первую сторону термоэлектрического элемента 2 (термоэлектрический модуль 20b) за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, протекающей во втором канале.
[0116] Оба блока нагрева - 3а и 3b - предусмотрены на обеих сторонах блока 4 охлаждения таким образом, что обращены друг к другу через термоэлектрические элементы 2. Иными словами, блок 4 охлаждения заключен между упомянутыми двумя блоками 3а, 3b нагрева, а между ними находятся термоэлектрические элементы 2. Поэтому вторые стороны термоэлектрических элементов 2 (термоэлектрические модули 20а, 20b) охлаждаются блоком 4 охлаждения, заключенным между упомянутыми двумя блоками 3а, 3b нагрева.
Эффекты
[0117]
Термоэлектрическое устройство 1F генерирования мощности, относящееся к варианту 6 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0118] С помощью термоэлектрического устройства 1F генерирования мощности, в котором ограничены два канала, а в этих двух каналах располагаются теплообменные трубы 6aa, 6ab, соответственно, оказывается возможным эффективное использование тепла высокотемпературной текучей среды, протекающей в канале 5. Кроме того поскольку можно генерировать мощность, используя при этом оба блока 3а, 3b нагрева, можно достичь увеличения отдаваемой мощности.
Вариант 7 осуществления
[0119]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 7 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 7 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 1 осуществления. В варианте 7 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 7 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0120] На фиг.12A показана схематическая конструкция теплообменной трубы 60 термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления. На фиг.12B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы 60 термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, если смотреть в направлении высоты (в направлении Z). Белая стрелка на фиг.12B обозначает направление протекания высокотемпературной текучей среды.
[0121] Вариант 7 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что теплообменная труба 60a включает в себя множество труб 66 и собирающую трубу 67, соединяющую множество труб 66 воедино.
[0122] Как показано на фиг.12A и фиг.12B, теплообменная труба 60a включает в себя множество труб 66 и собирающую трубу 67, соединяющую множество труб 66. Множество труб 66 расположены одна за другой в направлении протекания высокотемпературной текучей среды, т.е., в направлении Y. Собирающая труба 67 имеет открытый концевой участок 63 в высоком положении теплообменной трубы 60a и открытый концевой участок 64 в низком положении теплообменной трубы 60a. Теплоноситель, протекающий из блока 3 нагрева через открытый концевой участок 64, можно подавать во множество труб 66 через собирающую трубу 67 на низкой стороне теплообменной трубы 60a. Кроме того, теплоноситель, протекающий во множество труб 66, которые соединяются друг с другом в собирающей трубе 67 на высокой стороне теплообменной трубы 60a, и течет к открытому концевому участку 63.
Эффекты
[0123]
Термоэлектрическое устройство 1G генерирования мощности, относящееся к варианту 7 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0124] С помощью термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, имеющего конструкцию, в которой множество труб 66 соединены воедино посредством собирающей трубы 67, можно уравнять давления внутри множества труб 66. Поэтому можно улучшить режим теплообменника среди множества труб 66.
[0125] На фиг.13A показана схематическая конструкция модификации термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления. Как показано на фиг.13A, теплообменная труба 60 может быть расположена с наклоном относительно направления, в котором протекает высокотемпературная текучая среда, если смотреть с направления высоты (направления Z). В частности, теплообменная труба 60a наклонена под заранее определенным углом θ1 от находящейся выше по течению стороны к находящейся ниже по течению стороне канала 5. Заранее определенный угол θ1 устанавливают так, чтобы уменьшить перекрывающуюся область множества труб 66, расположенных в направлении высоты (направлении Z), если смотреть с направления Y. Заранее определенный угол θ1 определяется формой канала 5, размером канала 5, размером теплообменной трубы 60a, и т.п. При этой конструкции, область труб 66 на находящейся ниже по течению стороне, перекрывающейся с трубами 66 на находящейся выше по течению стороне, если смотреть с направления Y, можно уменьшить. Поэтому высокотемпературная текучая среда, протекающая в канале 5, легко вступает в контакт с трубами 66 на находящейся ниже по течению стороне, не блокируясь трубами 66 на находящейся выше по течению стороне. В результате, можно улучшить режим теплообменника среди множества труб 66. Направление наклона теплообменной трубы 60 может быть любым направлением при условии, что множество труб 66 не блокируют протекание высокотемпературной текучей среды. На фиг.13B показана схематическая конструкция еще одной модификации термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления. Как показано на фиг.13B, теплообменная труба 60a наклонена под заранее определенным углом θ2 к направлению, противоположному направлению наклона теплообменной трубы 60a, показанному на фиг.13A, т.е., от находящейся ниже по течению стороны к находящейся выше по течению стороне канала 5. Как и в случае заранее определенного угла θ1, заранее определенный угол θ2 тоже устанавливают так, чтобы уменьшить перекрывающуюся область множества труб 66, расположенных в направлении высоты (направлении Z), если смотреть с направления Y. Заранее определенный угол θ2 определяется формой канала 5, размером канала 5, размером теплообменной трубы 60a, и т.п. Следует отметить, что теплообменную трубу 60 можно наклонить в направлении Z или в обоих направлениях - Y и Z.
[0126] На фиг.14 показана схематическая конструкция еще одной модификации термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления. Как показано на фиг.14, множество труб 66 теплообменной трубы 60b могут иметь черненую внешнюю поверхность. При этой конструкции можно повысить рекуперацию излучаемого тепла.
[0127] На фиг.15 показана схематическая конструкция еще одной модификации термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления. Как показано на фиг.15, множество труб 66b теплообменной трубы 60c могут иметь фитиль (капиллярную трубку). В качестве фитиля можно использовать, например, проволочное сито. При этой конструкции можно вызвать циркуляцию теплоносителя внутри теплообменной трубы 60c.
[0128] На фиг.16 показана схематическая конструкция еще одной модификации термоэлектрического устройства 1G генерирования мощности, относящегося к варианту 7 осуществления. Как показано на фиг.16, множество труб 66c теплообменной трубы 60d могут иметь канавку. При этой конструкции можно вызвать циркуляцию теплоносителя внутри теплообменной трубы 60d.
Вариант 8 осуществления
[0129]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 8 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 8 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 7 осуществления. В варианте 8 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 7 осуществления. Кроме того, в описании варианта 8 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 7 осуществления.
[0130] На фиг.17A показана схематическая конструкция теплообменной трубы 60e термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности, относящегося к варианту 8 осуществления. На фиг.17B представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию теплообменной трубы 60e термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности, если смотреть в направлении высоты (направлении Z). Белая стрелка на фиг.17B обозначает направление протекания высокотемпературной текучей среды.
[0131] Вариант 8 осуществления отличается от варианта 7 осуществления тем, что если рассматривать термоэлектрическое устройство 1H генерирования мощности с поперечного направления (направления Y), то множество труб 66d, 66e, 66f теплообменной трубы 60e смещены в направлении высоты (направлении Z) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности.
[0132] Как показано на фиг.17A и фиг.17B, множество труб 66d, 66e, 66f последовательно расположены от находящейся выше по течению стороны к находящейся ниже по течению стороне канала 5. Чтобы уменьшить перекрывающуюся область, множество труб 66d, 66e, 66f смещены друг от друга в направление высоты (направлении Z) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности, если смотреть с поперечного направления (направления Y) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности.
Эффекты
[0133]
Термоэлектрическое устройство 1H генерирования мощности, относящееся к варианту 8 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0134] Термоэлектрическое устройство 1H генерирования мощности имеет множество труб 66d, 66e, 66f, смещенных друг от друга в направлении высоты (направлении Z) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности. При этой конструкции, проблему блокировки течения высокотемпературной текучей среды в трубы 66e, 66f на находящейся ниже по течению стороне трубой 66d на находящейся выше по течению стороне можно подавить или сделать менее значительной. Таким образом можно повысить коэффициент теплопередачи множества труб 66d, 66e, 66f.
[0135] Хотя в варианте 8 осуществления речь идет о случае, где три трубы 66d, 66e, 66f расположены и смещены друг от друга в направлении высоты (направлении Z) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности, это не является ограничением данного изобретения. Например, в направлении высоты (направлении Z) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности можно расположить со смещением друг от друга две или более труб.
[0136] Хотя в варианте 8 осуществления речь идет о случае, где множество труб 66d, 66e, 66f расположены и смещены друг от друга в направлении высоты (направлении Z) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности, это не является ограничением данного изобретения. Аналогичный эффект можно вызвать, располагая множество труб 66d, 66e, 66f смещенными в продольном направлении (направлении X) термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности.
[0137] На фиг.18A показана схематическая конструкция еще одной модификации термоэлектрического устройства 1H генерирования мощности, относящегося к варианту 8 осуществления. На фиг.18B показана схематическая конструкция трубы 66g на находящейся выше по течению стороне теплообменной трубы 60f. На фиг.18C показана схематическая конструкция трубы 66h на находящейся ниже по течению стороне теплообменной трубы 60f. Как показано на фиг.18A, 18B и 18C, радиус R1 изгиба изогнутого участка 62a трубы 66g на находящейся выше по течению сторона и радиус R2 изгиба изогнутого участка 62b трубы 66h на находящейся ниже по течению стороне можно спроектировать разными. В частности, радиус R2 изгиба изогнутого участка 62b трубы 66h на находящейся ниже по течению сторона спроектирован меньшим, чем радиус R1 изгиба изогнутого участка 62a трубы 66g на находящейся выше по течению стороне. При этой конструкции, область трубы 66h на находящейся ниже по течению стороне, перекрывающуюся с трубой 66g на находящейся выше по течению сторона, если смотреть с направления Y, можно уменьшить. Поэтому высокотемпературная текучая среда, протекающая в канале 5, легко вступает в контакт с трубой 66h на находящейся ниже по течению стороне. Таким образом можно повысить коэффициент теплопередачи множества труб 66g, 66h. Тот же самый эффект можно вызвать, делая радиус R2 изгиба изогнутого участка 62b трубы 66h на находящейся ниже по течению стороне больше, чем радиус R1 изгиба изогнутого участка 62a трубы 66g на находящейся выше по течению стороне.
Вариант 9 осуществления
[0138]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическое устройство генерирования мощности, относящееся к варианту 9 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 9 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 7 осуществления. В варианте 9 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 7 осуществления. Кроме того, в описании варианта 9 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 7 осуществления.
[0139] На фиг.19 показана схематическая конструкция теплообменной трубы 60g термоэлектрического устройства 1I генерирования мощности, относящегося к варианту 9 осуществления. На фиг.19 представлен чертеж, демонстрирующий схематическую конструкцию термоэлектрического устройства 1I генерирования мощности, если смотреть в направлении высоты (направлении Z). Белая стрелка на фиг.19 обозначает направление протекания высокотемпературной текучей среды.
[0140] Вариант 9 осуществления отличается от варианта 7 осуществления тем, что теплообменная труба 60g расположена на участке канала 5, и высокотемпературная текучая среда направляется к теплообменной трубе 60g посредством направляющей лопатки 51, предусмотренной в канале 5.
[0141] Когда канал 5 является относительно большим для теплообменной трубы 60g, как показано на фиг.19, теплообменная труба 60g расположена на участке канала 5. В этом случае, для изменения протекания высокотемпературной текучей среды в канале 5 предусмотрена направляющая лопатка 51, и высокотемпературная текучая среда направляется к теплообменной трубе 60g посредством направляющей лопатки 51.
Эффекты
[0142]
Термоэлектрическое устройство 1I генерирования мощности, относящегося к варианту 9 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0143] Даже если канал 5 является относительно большим для теплообменной трубы 60g, с помощью термоэлектрического устройства 1I генерирования мощности можно направлять высокотемпературную текучую среду к теплообменной трубе 60g посредством направляющей лопатки 51, предусмотренной в канале 5. Поэтому, даже если теплообменная труба 60g расположена на участке канала 5, расход высокотемпературной текучей среды, протекающей к теплообменной трубе 60g, можно увеличить посредством направляющей лопатки 51.
Вариант 10 осуществления
[0144]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическая система генерирования мощности, относящегося к варианту 10 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 10 осуществления речь идет о термоэлектрической системе генерирования мощности, имеющей термоэлектрические устройства 1A генерирования мощности согласно варианту 1 осуществления. В варианте 10 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 10 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0145] На фиг.20 показана схематическая конструкция термоэлектрической системы 10A генерирования мощности, относящейся к варианту 10 осуществления. На фиг.20 пунктирной линией показана первая магистраль L11 хладагента, по которой протекает нагретый хладагент, а сплошной линией показана вторая магистраль L12 хладагента, по которой протекает охлажденный хладагент. Как показано на фиг.20, термоэлектрическая система 10A генерирования мощности включает в себя термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности и тепловую нагрузку 91. В варианте 10 осуществления, термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности и тепловая нагрузка 91 соединены посредством первой магистрали L11 хладагента и второй магистрали L12 хладагента. Вторая магистраль L12 хладагента снабжена резервуаром 13 для хранения хладагента.
[0146] В варианте 10 осуществления в качестве хладагента используется вода. Эта вода, используемая в качестве хладагента, циркулирует между термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности и тепловой нагрузкой 91 по первой магистрали L11 хладагента и второй магистрали L12 хладагента. В частности, хладагент последовательно протекает в термоэлектрическом агрегате 100 генерирования мощности, первой магистрали L11 хладагента, тепловой нагрузке 91 и второй магистрали L12 хладагента.
[0147] Термоэлектрический агрегат генерирования мощности
Термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности - это агрегат, включающий в себя, по меньшей мере, одно термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности. В варианте 10 осуществления речь идет о случае, где термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности включает в себя четыре термоэлектрических устройства 1A генерирования мощности. Термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности генерирует мощность, например, за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, протекающей в канале 5.
[0148] В варианте 10 осуществления, термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности использует термоэлектрические устройства 1A генерирования мощности, выполненные с возможностью справляться с высокими температурами. Термин «термоэлектрические устройства 1A генерирования мощности, выполненные с возможностью справляться с высокими температурами», означает, например, термоэлектрическое устройство генерирования мощности, предельная температура использования которого составляет 250°C. С помощью термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности, выполненного с возможностью справляться с высокими температурами, можно, например, установить температуру нагрева блока 3 нагрева равной 230 °C. Поэтому, допустимая температура хладагента может составлять примерно от 80°C до 100°C. Следовательно, хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, в варианте 10 осуществления можно использовать в виде теплой воды или пара.
[0149] Хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, подается на тепловую нагрузку 91 по первой магистрали L11 хладагента. В варианте 10 осуществления, хладагент, протекающий в первой магистрали L11 хладагента, подается на тепловую нагрузку 91 в виде теплой воды или пара.
[0150] Тепловая нагрузка
Тепловая нагрузка 91 представляет собой установку, которая потребляет тепло хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности. Примеры тепловой нагрузки 91 включают в себя административное здание, гостиницу, завод, больницу, и т.п. Например, тепловая нагрузка 91 использует хладагент (т.е., теплую воду или пар) при температуре примерно от 80°С до 100°С, подаваемый по первой магистрали L11 хладагента для подачи горячей воды и нагрева. За счет потребления тепла хладагента тепловой нагрузкой 91, как описано, можно понизить температуру хладагента.
[0151] Хладагент, температура которого понижена тепловой нагрузкой 91, опять подают в термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности по второй магистрали L12 хладагента. В варианте 10 осуществления, хладагент, поступающий с тепловой нагрузки 91, хранится в резервуаре 13, а потом подается в термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности.
[0152] Кроме того, хладагент, протекающий во второй магистрали L12 хладагента, можно подавать в первую магистраль L11 хладагента через клапан V1. Позволяя хладагенту вытекать из второй магистрали L12 хладагента в первую магистраль L11 хладагента через клапан V1, можно регулировать температуру хладагента, протекающего в первой магистрали L11 хладагента.
[0153] Например, в случае, где тепловой нагрузке 91 требуется теплая вода при 40°С, хладагент (например, вода примерно при 20°С), протекающий во второй магистрали L12 хладагента, подают в хладагент (например, воду при температуре примерно от 80°С до 100°С), протекающий в первой магистрали L11 хладагента. Таким образом, температуру хладагента, протекающего в первой магистрали L11 хладагента, можно регулировать до достижения примерно 40°С. Чтобы регулировать температуру, для первой магистрали L11 хладагента и второй магистрали L12 хладагента можно предусмотреть блок измерения температуры.
Эффекты
[0154]
Термоэлектрическая система 10A генерирования мощности, относящаяся к варианту 10 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0155] Поскольку термоэлектрическая система 10A генерирования мощности включает в себя термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности, имеющий, по меньшей мере, одно термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности, это может приводить к эффектам, аналогичным варианту 1 осуществления. В частности, термоэлектрическая система 10A генерирования мощности может повысить эффективность генерирования мощности.
[0156] С помощью термоэлектрической системы 10A генерирования мощности, тепловая нагрузка 91 может потреблять тепло хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности. В частности, тепло хладагента можно использовать для подачи горячей воды или нагрева за счет подачи хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, на тепловую нагрузку 91. Как описано, поскольку с помощью термоэлектрической системы 10A генерирования мощности - помимо генерирования мощности - можно эффективно использовать тепло, повышается эффективность, с которой используется энергия.
[0157] При наличии термоэлектрической системы 10A генерирования мощности, нет необходимости устройства охлаждения, которое предназначено для охлаждения хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности. Поэтому, затраты на монтаж можно сократить.
[0158] С помощью термоэлектрической системы 10A генерирования мощности можно увеличить температуру хладагента, заимствуя термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности, выполненное с возможностью справляться с высокими температурами. Поэтому хладагент можно подавать на тепловую нагрузку 91 в виде теплой воды или пара.
[0159] Хотя в варианте 10 осуществления речь идет о случае, где термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности включает в себя четыре термоэлектрических устройства 1A генерирования мощности, это не является ограничением данного изобретения при условии, что термоэлектрический агрегат 100 генерирования мощности включает в себя, по меньшей мере, одно термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности.
[0160] Хотя в варианте 10 осуществления речь идет о случае, где в термоэлектрическом агрегате 100 генерирования мощности используются термоэлектрические устройства 1A генерирования мощности, выполненные с возможностью справляться с высокими температурами, это не является ограничением данного изобретения. Технические характеристики термоэлектрического устройства 1A генерирования мощности могут определяться в соответствии с окружающей средой, в которой происходит применение термоэлектрической системы 10A генерирования мощности.
[0161] Хотя в варианте 10 осуществления речь идет о случае, где в термоэлектрическом агрегате 100 генерирования мощности заимствуется термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности согласно варианту 1 осуществления, это не является ограничением данного изобретения. Например, в термоэлектрическом агрегате 100 генерирования мощности можно заимствовать термоэлектрических устройства 1B, 1C, 1D, 1F, 1G, 1H, 1I генерирования мощности согласно вариантам осуществления со второго по девятый.
[0162] Хотя в варианте 10 осуществления речь идет о случае, где термоэлектрическая система 10A генерирования мощности включает в себя клапан V1 и резервуар 13, это не является ограничением данного изобретения. Клапан V1 и резервуар 13 не являются существенными признаками.
[0163] Температура хладагента и температура нагрева блока 3 нагрева, упомянутые в варианте 10 осуществления, являются лишь примерами, и в этом смысле на данное изобретение ограничений нет.
Вариант 11 осуществления
[0164]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическая система генерирования мощности, относящаяся к варианту 11 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 11 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 10 осуществления. В варианте 11 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 10 осуществления. Кроме того, в описании варианта 11 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 10 осуществления.
[0165] На фиг.21 показана схематическая конструкция термоэлектрической системы 10B генерирования мощности, относящейся к варианту 11 осуществления. Как показано на фиг.21, вариант 11 осуществления отличается от варианта 10 осуществления тем, что предусмотрено устройство 92 охлаждения.
[0166] Устройство охлаждения
Устройство 92 охлаждения представляет собой установку для управления температурой хладагента. Устройство 92 охлаждения расположено между первой магистралью L11 хладагента и второй магистралью L12 хладагента. Устройство 92 охлаждения охлаждает хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, протекающий в первой магистрали L11 хладагента, и подает охлажденный хладагент во вторую магистраль L12 хладагента.
[0167] Устройство 92 охлаждения охлаждает хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, например, когда нет необходимости нагрева в тепловой нагрузке 91. В частности, когда нет необходимости нагрева в тепловой нагрузке 91, канал переключается клапаном V2, предусмотренным в первой магистрали L11 хладагента. Таким образом, хладагент подается из первой магистрали L11 хладагента в устройство 92 охлаждения. Устройство 92 охлаждения охлаждает высокотемпературный (например, около 80 °C) хладагент и подает этот хладагент во вторую магистраль L12 хладагента.
[0168] Например, клапаном V2 в варианте 11 осуществления управляет компьютер, а управление осуществляется в соответствии с потребностью в нагреве в тепловой нагрузке 91. Например, если в тепловой нагрузке 91 потребности в нагреве нет, клапан V2 подает хладагент, протекающий в первой магистрали L11 хладагента, в устройство 92 охлаждения.
[0169] Устройство 92 охлаждения может делать температуру хладагента более низкой, чем температура хладагента, пониженная за счет потребления тепла в тепловой нагрузке 91.
Эффекты
[0170]
Термоэлектрическая система 10B генерирования мощности, относящаяся к варианту 11 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0171] Термоэлектрическая система 10B генерирования мощности включает в себя устройство 92 охлаждения для управления температурой хладагента. При этой конструкции, если в тепловой нагрузке 91 потребности в нагреве нет, клапан V2 подает хладагент, протекающий в первой магистрали L11 хладагента, в устройство 92 охлаждения. Поэтому, устройство 92 охлаждения может охлаждать хладагент. Устройство 92 охлаждения может делать температуру хладагента более низкой, чем при охлаждении хладагента за счет потребления тепла в тепловой нагрузке 91. При этой конструкции, за счет понижения температуры хладагента устройством 92 охлаждения, когда в тепловой нагрузке 91 потребности в нагреве нет, разность температур между теплоносителем, протекающим в блоке 3 нагрева, и хладагентом можно увеличить, а величину генерируемой мощности можно повысить.
[0172] Хотя в варианте 11 осуществления речь идет о случае, где устройство 92 охлаждения понижает температуру хладагента, когда в тепловой нагрузке 91 потребности в нагреве нет, это не является ограничением данного изобретения. Например, устройство 92 охлаждения может увеличивать температуру хладагента при наличии потребности в нагреве в тепловой нагрузке 91. Как описано, устройство 92 охлаждения может регулировать температуру хладагента до достижения температуры, которая требуется тепловой нагрузке 91.
Вариант 12 осуществления
[0173]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическая система генерирования мощности, относящаяся к варианту 12 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 12 осуществления описываются главным образом отличия от варианта 10 осуществления. В варианте 12 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 10 осуществления. Кроме того, в описании варианта 12 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 10 осуществления.
[0174] На фиг.22 показана схематическая конструкция термоэлектрической системы 10C генерирования мощности, относящейся к варианту 12 осуществления. Как показано на фиг.22, вариант 12 осуществления отличается от варианта 10 осуществления тем, что предусмотрено устройство 93 с источником тепла.
[0175] Устройство с источником тепла
Устройство 93 с источником тепла представляет собой установку, которая нагревает хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности. Примеры устройства 93 с источником тепла включают в себя средство когенерации, котел, и т.п. Устройство 93 с источником тепла расположено между термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности и тепловой нагрузкой 91 и соединено с первой магистралью L11 хладагента.
[0176] Хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, подается в устройство 93 с источником тепла по первой магистрали L11 хладагента. Устройство 93 с источником тепла дополнительно нагревает хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, и подает хладагент на тепловую нагрузку 91.
[0177] Хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, используется как источник воды для устройства 93 с источником тепла. Например, когда устройство 93 с источником тепла представляет собой средство когенерации, хладагент примерно при 60°C, протекающий в первой магистрали L11 хладагента, нагревается до температуры примерно от 80°C до 100°C за счет использования тепла выхлопа средства когенерации. Таким образом, хладагент подается на тепловую нагрузку 91 в виде теплой воды или пара.
Эффекты
[0178]
Термоэлектрическая система 10C генерирования мощности, относящаяся к варианту 12 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0179] Термоэлектрическая система 10C генерирования мощности включает в себя устройство 93 с источником тепла, конфигурация которого обеспечивает нагрев хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, и подачу хладагента в виде теплой воды или пара на тепловую нагрузку 91. При этой конструкции, хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, можно использовать как источник воды для устройства 93 с источником тепла. Поэтому, можно повысить эффективность подвода тепла.
Вариант 13 осуществления
[0180]
Общая конструкция
Описывается термоэлектрическая система генерирования мощности, относящаяся к варианту 13 осуществления данного изобретения. Следует отметить, что в варианте 13 осуществления речь идет о еще одной термоэлектрической системе генерирования мощности, имеющей термоэлектрические устройства 1A генерирования мощности согласно варианту 1 осуществления. В варианте 13 осуществления употребляются те же самые обозначения конструкций, идентичные или аналогичные употреблявшимся для варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 13 осуществления опущены сведения, которые перекрываются со сведениями варианта 1 осуществления.
[0181] На фиг.23 показана схематическая конструкция термоэлектрической системы 10D генерирования мощности, относящейся к варианту 13 осуществления. Как показано на фиг.23, термоэлектрическая система 10D генерирования мощности включает в себя термоэлектрический агрегат 100a генерирования мощности, устройство 94 с источником тепла, батарею 95, электрическую нагрузку 96 и тепловую нагрузку 97.
[0182] Термоэлектрический агрегат генерирования мощности
Термоэлектрический агрегат 100a генерирования мощности - это агрегат, включающий в себя, по меньшей мере, одно термоэлектрическое устройство 1A генерирования мощности. В варианте 13 осуществления речь идет о случае, где термоэлектрический агрегат 100a генерирования мощности включает в себя три термоэлектрических устройства 1A генерирования мощности. Термоэлектрический агрегат 100a генерирования мощности генерирует мощность, например, за счет использования тепла выхлопа устройства 94 с источником тепла.
[0183] Устройство с источником тепла
Устройство 94 с источником тепла представляет собой установку для генерирования тепла и является, например, средством когенерации, котлом, и т.п. В варианте 13 осуществления, устройство 94 с источником тепла является средством когенерации и, например, генерирует выхлопные газы примерно при 357°C посредством генерирования мощности. Например, термоэлектрический агрегат 100a генерирования мощности расположен в магистрали L13 выхлопных газов, в которой протекают выхлопные газы, и генерирует электроэнергию, используя тепло (тепло выхлопа) выхлопных газов.
[0184] Батарея
Батарею 95 аккумулирует электрическую мощность, генерируемую термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности. Батарея 95 электрически соединена с термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности. Электрическая мощность, генерируемая термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности, подводится к батарее 95 по линии L14 подвода электрической мощности и аккумулируется в этой батарее. Батарея 95 подводит аккумулированную электрическую мощность к электрической нагрузке 96.
[0185] Электрическая нагрузка
Электрическая нагрузка 96 представляет собой установку для потребления электрической мощности, аккумулированной в батарее 95. Примеры электрической нагрузки 96 включают в себя административное здание, гостиницу, завод, больницу, и т.п. Электрическая нагрузка 96 электрически соединена с батареей 95 и получает электрическую мощность, подводимую из батареи 95, в соответствии с потребностью в электрической мощности.
[0186] Тепловая нагрузка
Тепловая нагрузка 97 представляет собой установку, которая потребляет тепло хладагента, нагретого термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности. Примеры тепловой нагрузки 97 включают в себя административное здание, гостиницу, завод, больницу, и т.п. Тепловая нагрузка 97 соединена с термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности через магистраль хладагента. Хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности, подается на тепловую нагрузку 97 по магистрали L15 хладагента. Например, в тепловой нагрузке 97 используется хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности (например, теплая вода или пар) для подачи горячей воды и нагрева.
Эффекты
[0187]
Термоэлектрическая система 10D генерирования мощности, относящаяся к варианту 13 осуществления, приводит к следующим эффектам.
[0188] При наличии термоэлектрической системы 10D генерирования мощности, батарея 95 может аккумулировать электрическую мощность, генерируемую термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности за счет использования тепла выхлопа устройства 94 с источником тепла, и на тепловую нагрузку 97 можно подавать теплую воду или пар. То есть, при наличии термоэлектрической системы 10 генерирования мощности, термоэлектрический агрегат 100a генерирования мощности можно превратить в средство когенерации. Поэтому эффективность генерирования мощности можно повысить, а тепло выхлопа можно эффективно использовать для обеспечения теплой воды или пара.
[0189] С помощью термоэлектрической системы 10D генерирования мощности, имеющей батарею 95, электрическую мощность можно подводить к электрической нагрузке 96 в соответствии с потребностью в электрической мощности.
[0190] Хотя в варианте 13 осуществления речь идет о случае, где хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности, подается на тепловую нагрузку 97, это не является ограничением данного изобретения. Например, хладагент, нагретый термоэлектрическим агрегатом 100 генерирования мощности, можно использовать в качестве источника воды для подачи ее в устройство с источником тепла.
[0191] Хотя в варианте 13 осуществления речь идет о случае, где термоэлектрическая система 10D генерирования мощности включает в себя батарею 95, это не является ограничением данного изобретения. Например, термоэлектрическая система 10D генерирования мощности может непосредственно подводить электрическую мощность, генерируемую термоэлектрическим агрегатом 100a генерирования мощности, к электрической нагрузке 96.
[0192] Хотя в каждом из вышеупомянутых вариантов осуществления данное изобретение описано с определенным уровнем подробностей, подробности конструкций, раскрытые, в этих вариантах осуществления, можно изменять. Кроме того, в рамках объема и существа притязаний данного изобретения в комбинацию и компоновку элементов в каждом варианте осуществления можно вносить изменения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0193] Данное изобретение повышает эффективность генерирования мощности, для чего с целью генерирования электрической мощности используются обе стороны блока нагрева. Поэтому, данное изобретение полезно для термоэлектрического устройства генерирования мощности и термоэлектрической системы генерирования мощности, которые генерируют электрическую мощность за счет использования тепла высокотемпературной текучей среды, протекающей в канале, таком, как канал выхлопных газов двигателя. Помимо канала выхлопных газов двигателя, данное изобретение также полезно для термоэлектрического устройства генерирования мощности и термоэлектрической системы генерирования мощности, которые генерируют электрическую мощность в высокотемпературной окружающей среде, такой, как в утилизационной печи, котле, работающем на биомассе, или в поле излучения, не требующем конвекции.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0194] 1A, 1B, 1C, 1D, 1F, 1G, 1H, 1I - Термоэлектрическое устройство генерирования мощности
10, 10A, 10B, 10C, 10D - Термоэлектрическая система генерирования мощности
11 - Инвертор
12 - Электрическая нагрузка
13 - Резервуар
14 - Вакуумный насос
15 - Теплообменник
16 - Холодильная установка
2 - Термоэлектрический элемент
20a, 20b - Термоэлектрический модуль
3, 3a, 3b - Блок нагрева
4, 4a, 4b - Блок охлаждения
40, 40a, 40b - Канал хладагента
41 - Приточная труба хладагента
42 - Выпускная труба хладагента
43 - Неровный участок
44 - Ребро
5 - Канал
51 - Направляющая лопатка
6, 6a, 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, 60g - Теплообменная труба
61 - Трубчатый элемент
62 - Изогнутый участок
63 - Открытый концевой участок
64 - Открытый концевой участок
65 - Уравнитель давления
66, 66a, 66b, 66c, 66d, 66e, 66f, 66g, 66h - Труба
67 - Собирающая труба
7 - Контур циркуляции
8a, 8b - Антидеформационный элемент
91 - Тепловая нагрузка
92 - Устройство охлаждения
93 - Устройство с источником тепла
94 - Устройство с источником тепла
95 - Батарея
96 - Электрическая нагрузка
97 - Тепловая нагрузка
100 - Термоэлектрический агрегат генерирования мощности
L1, L2, L3 - Магистраль теплоносителя
L4, L5 - Магистраль хладагента
L11, L12 - Магистраль хладагента
L13 - Магистраль выхлопных газов
L14 - Линия подвода электрической мощности
L15 - Магистраль хладагента
R1, R2 - Радиус изгиба.