SE534848C2 - Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system - Google Patents
Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system Download PDFInfo
- Publication number
- SE534848C2 SE534848C2 SE0950695A SE0950695A SE534848C2 SE 534848 C2 SE534848 C2 SE 534848C2 SE 0950695 A SE0950695 A SE 0950695A SE 0950695 A SE0950695 A SE 0950695A SE 534848 C2 SE534848 C2 SE 534848C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- teg
- waste heat
- line
- thermoelectric generator
- energy storage
- Prior art date
Links
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 15
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910018321 SbTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 claims description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 2
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- -1 salt hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
- F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- H01L35/30—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Uppfinningen hänför sig till ett tennoelektriskt generatorsystem (T EG-system) (1) för utvinning av elektricitet ur ett spillvännemedíum (2) i en spillvärmeledning (3) iett fordon, varvid systemet (1) innefattar en TEG-enhet (4) innefattande: ett ellerflera terrnoelektriska generatorskikt (TEG-skikt) (6) anpassade att omvandlavärmeenergi till elektricitet och som är anordnade direkt mot spillvärmeledningen(3), samt en energilagringsmodul (5) som är anpassad att lagra värrneenergi ochsom är anordnad uppströms om TEG-skiktet direkt mot spillvänneledningen (3),varvid värmeenergi från spillvärmemediet (2) lagras i energilagringsmodulen (5).TEG-systemet (1) innefattar vidare en by-pass-enhet (8) innefattande en by-passledning (9) som är förbunden med spillvänneledningen (3) via en reglerbarventilanordning (10) så att allt eller delar av spillvärrnemediet (2) kan ledas förbiTEG-enheten (4) i by-passledningen (9); och en ventilstyrenhet som är anpassadatt reglera ventilanordningen (10) då förutbestämda villkor är uppfyllda, därventilstyrenheten är anpassad att reglera ventilanordningen (10) dåfordonssignaler som exempelvis bromssignal eller gasreglagesignal indikerar att fordonet bromsas eller ges gas. (Figur 1) The invention relates to a tennoelectric generator system (T EG system) (1) for extracting electricity from a waste friendly medium (2) in a waste heat line (3) in a vehicle, the system (1) comprising a TEG unit (4) comprising: one or more thermoelectric generator layers (TEG layers) (6) adapted to convert heat energy into electricity and arranged directly against the waste heat line (3), and an energy storage module (5) adapted to store thermal energy and arranged upstream of the TEG layer directly against the waste friend line (3), wherein heat energy from the waste heat medium (2) is stored in the energy storage module (5). The TEG system (1) further comprises a by-pass unit (8) comprising a by-pass line (9) connected to the waste friend line (5). 3) via a controllable valve device (10) so that all or parts of the waste protection medium (2) can be led past the TEG unit (4) in the bypass line (9); and a valve control unit adapted to control the valve device (10) when predetermined conditions are met, the valve control unit being adapted to control the valve device (10) when vehicle signals such as brake signal or throttle control signal indicate that the vehicle is braked or given gas. (Figure 1)
Description
534 848 l ansökningen WO 2007/002891 beskrivs en lösning på detta problem för fordon, som går ut på att använda en värmeväxlare som överför värmen från spillvärmemediet genom en värmeväxlare till en mellanliggande loop där en termoelektrisk generatormodul sitter. Systemets användning av en mellanliggande loop medför dock att det tar stort utrymme. l ansökningen WO 2008/025701 beskrivs en termoelektrisk anordning som är anpassad att användas i motorfordon och innefattar ett termoelektriskt generatorelement och medel för att begränsa temperaturen på elementet. För att begränsa temperaturen på TEG-elementet används ett arbetsmedium mellan TEG-elementet och värmekällan. Arbetsmediet kan smälta och när temperaturen pà värmekällan stiger mer än smälttemperaturen på arbetsmedlet, så smälter detta delvis och temperaturen på elementet blir möjligt att hålla relativt konstant. 534 848 application WO 2007/002891 describes a solution to this problem for vehicles, which involves using a heat exchanger which transfers the heat from the waste heat medium through a heat exchanger to an intermediate loop where a thermoelectric generator module is located. The system's use of an intermediate loop, however, means that it takes up a lot of space. Application WO 2008/025701 describes a thermoelectric device which is adapted for use in motor vehicles and comprises a thermoelectric generator element and means for limiting the temperature of the element. To limit the temperature of the TEG element, a working medium is used between the TEG element and the heat source. The working medium can melt and when the temperature of the heat source rises more than the melting temperature of the working medium, this melts partially and the temperature of the element becomes possible to keep relatively constant.
Syftet med uppfinningen är att tillhandahålla ett förbättrat termoelektriskt system som ökar fordonets totala verkningsgrad, och även skyddar TEG-elementen mot för höga temperaturer.The purpose of the invention is to provide an improved thermoelectric system that increases the overall efficiency of the vehicle, and also protects the TEG elements against excessive temperatures.
Sammanfattning av uppfinningen Det ovan beskrivna syftet uppnås genom ett termoelektriskt generatorsystem (TEG-system) för utvinning av elektricitet ur ett spillvärrnemedium som flödar i en flödesriktning i en spillvärrneledning i ett fordon. Systemet innefattar - en TEG-enhet innefattande: - ett eller flera terrnoelektriska generatorskikt (TEG-skikt) anpassat att omvandla värmeenergi till elektricitet och som är anordnat direkt mot spillvärrneledningen; - en energilagringsmodul som är anpassad att lagra värmeenergi och som är anordnad uppströms om TEG-skiktet direkt mot spillvärmeledningen, varvid värmeenergi från spillvärmemediet lagras i energilagringsmodulen; - en by-passenhet innefattande: 534 848 3 - en by-passledning som är förbunden med spillvärmeledningen via en reglerbar ventilanordning så att allt eller delar av spillvärmemediet kan ledas förbi TEG-enheten i by-passledningen; - en ventilstyrenhet som är anpassad att reglera ventilanordningen då förutbestämda villkor är uppfyllda, varvid ventllstyrenheten är anpassad att reglera ventilanordningen då fordonssignaler som exempelvis bromssignal indikerar att fordonet bromsas, vilket genererar värme, varvid spillvärmemediet leds genom TEG-enheten, och vid fortsatt bromsning efter en viss tid, öppna ventilen så att spillvärmemediet leds genom by-passledningen så att TEG-skikten inte skadas.Summary of the Invention The object described above is achieved by a thermoelectric generator system (TEG system) for extracting electricity from a waste protection medium flowing in a flow direction in a waste protection line in a vehicle. The system comprises - a TEG unit comprising: - one or more thermoelectric generator layers (TEG layers) adapted to convert heat energy into electricity and which are arranged directly against the waste disposal line; an energy storage module which is adapted to store heat energy and which is arranged upstream of the TEG layer directly against the waste heat line, wherein heat energy from the waste heat medium is stored in the energy storage module; a by-pass unit comprising: 534 848 3 - a by-pass line which is connected to the waste heat line via a controllable valve device so that all or parts of the waste heat medium can be led past the TEG unit in the by-pass line; a valve control unit which is adapted to regulate the valve device when predetermined conditions are met, the valve control unit being adapted to regulate the valve device when vehicle signals such as brake signal indicate that the vehicle is braked, generating heat, the waste heat medium being passed through the TEG unit. some time, open the valve so that the waste heat medium is led through the bypass line so that the TEG layers are not damaged.
Genom att använda en energilagringsmodul kan värme som alstras från spillvännemediet tas upp av energilagringsmodulen innan det når TEG-skiktet.By using an energy storage module, heat generated from the waste friendly medium can be absorbed by the energy storage module before it reaches the TEG layer.
Spillvärmen i spillvärmemediet genereras i de flesta fall inte kontinuerligt, och genom att ha en energilagringsmodul kan elektricitet alstras även när spillvärmemediet inte tillför någon värme, eftersom värme från energilagringsmodulen då avges till spillvärmemediet som sedan för värmen vidare till TEG-skiktet. På så sätt blir genereringen av elektricitet jämnare under varierande körförhållanden. Temperaturen på värmen som når TEG-skiktet kan också hållas nere, vilket gör att TEG-skiktet inte behöver dimensioneras för att klara av spillvärmemediets maximala temperatur. Detta medför att TEG-enheten tar mindre plats och kan användas vid fler tillämpningar i exempelvis trånga utrymmen, och också att kostnaden för att producera enheten blir mindre eftersom färre TEG-moduler behöver användas. Genereringen av elektricitet blir då också effektivare, eftersom TEG-skiktet kan dimensioneras efter ett mindre innefattande temperaturområde.The waste heat in the waste heat medium is in most cases not generated continuously, and by having an energy storage module electricity can be generated even when the waste heat medium does not supply any heat, since heat from the energy storage module is then given off to the waste heat medium. In this way, the generation of electricity becomes smoother under varying driving conditions. The temperature of the heat reaching the TEG layer can also be kept low, which means that the TEG layer does not need to be dimensioned to cope with the maximum temperature of the waste heat medium. This means that the TEG unit takes up less space and can be used in your applications in, for example, cramped spaces, and also that the cost of producing the unit is less because fewer TEG modules need to be used. The generation of electricity then also becomes more efficient, since the TEG layer can be dimensioned for a less extensive temperature range.
Fordonets totala verkningsgrad kan således öka genom att energi från spillvärme tas tillvara och áteranvänds i applikationer i fordonet, exempelvis till att förbrukas direkt av fordonets elektriskt drivna aggregat eller ladda ett batteri. Genom uppfinningen kan den tillgängliga spillvärmen utnyttjas mer effektivt. 534 848 4 Genom att ha en by-passenhet kan spillvàrmemediet ledas förbi TEG-enheten när temperaturen på spillvärmemediet blir för hög för att kunna hanteras av TEG- enheten. Även i de situationer dà spillvårmemediet kan komma att kyla energilagringsmodulen kan spillvärmemediet istället ledas helt eller delvis förbi TEG-enheten. En annan fördel är att avgasmottrycket kan minskas i vissa körsituationer.The overall efficiency of the vehicle can thus increase by utilizing energy from waste heat and reusing it in applications in the vehicle, for example to be consumed directly by the vehicle's electrically powered unit or to charge a battery. Through the invention, the available waste heat can be utilized more efficiently. 534 848 4 By having a by-pass unit, the waste heat medium can be led past the TEG unit when the temperature of the waste heat medium becomes too high to be handled by the TEG unit. Even in those situations where the waste heat medium may cool the energy storage module, the waste heat medium can instead be led completely or partially past the TEG unit. Another advantage is that the exhaust back pressure can be reduced in certain driving situations.
Föredragna utföringsformer beskrivs i de beroende kraven och iden detaljerade beskrivningen.Preferred embodiments are described in the dependent claims and in the detailed description.
Kort beskrivning av de bifogade figurerna Nedan kommer uppfinningen att beskrivas med hänvisning till de bifogade figurerna, av vilka: Figur 1 illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av ett terrnoelektriskt generatorsystem enligt en utföringsform av uppfinningen.Brief Description of the accompanying Figures The invention will be described below with reference to the accompanying figures, of which: Figure 1 illustrates a longitudinal cross-sectional view of a thermoelectric generator system according to an embodiment of the invention.
Figur 2 visar ett blockschema av ventilstyrenheten enligt en uföringsform av uppfinningen.Figure 2 shows a block diagram of the valve control unit according to an embodiment of the invention.
Figur 3 illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en del av en TEG-enhet enligt en utföringsform.Figure 3 illustrates a longitudinal cross-sectional view of a part of a TEG unit according to an embodiment.
Figur 4A illustrerar TEG-enheten i figur 3 sett i tvärsnitt vid linjen A-A enligt en utföringsform.Figure 4A illustrates the TEG unit in Figure 3 seen in cross section at the line A-A according to an embodiment.
Figur 4B illustrerar TEG-enheten i figur 3 sett i tvärsnitt vid linjen A-A enligt en annan utföringsform.Figure 4B illustrates the TEG unit in Figure 3 seen in cross section at the line A-A according to another embodiment.
Figur 4C illustrerar TEG-enheten ifigur 3 sett i tvärsnitt vid linjen A-A enligt en ytterligare utföringsform.Figure 4C illustrates the TEG unit in Figure 3 seen in cross section at the line A-A according to a further embodiment.
Figur 5A illustrerar en längsgående tvärsnittsvy av en del av en TEG-enhet enligt en annan utföringsform, Figur 5B illustrerar figur 5 sett i tvärsnitt enligt en utföringsform.Figure 5A illustrates a longitudinal cross-sectional view of a part of a TEG unit according to another embodiment, Figure 5B illustrates Figure 5 seen in cross section according to an embodiment.
Figur 6 visar ett diagram över hur temperaturen iTEG-skiktet förändras över tiden, då en energilagringsmodul med ett fasomvandllngsmaterial används.Figure 6 shows a diagram of how the temperature in the TEEG layer changes over time, when an energy storage module with a phase conversion material is used.
Detaljerad beskrivniggv föredragna utförirrgsformer av uggfinninge_n 534 848 lfigur 1 illustreras ett termoelektriskt generatorsystem (TEG-system) 1 för användning till utvinning av elektricitet ur ett spillvärmemedium 2 som flödar i en flödesriktning i en spillvärmeledning 3. TEG-systemet används företrädesvis i ett fordon, men även andra användningsområden är naturligtvis möjliga inom ramen för uppfinningen, t.ex. fartyg, flygplan, tåg etc. TEG-systemet 1 är uppbyggt av två enheter. Den första enheten är en TEG-enhet 4 som innefattar ett eller flera termoelektriska generatorskikt (TEG-skikt) 6 anpassade att omvandla värmeenergi till elektricitet och som är anordnade direkt mot spillvärmeledningen 3, samt en energilagringsmodul 5 som är anpassad att lagra värmeenergl och som är anordnad uppströms om TEG-skiktet 6 direkt mot spillvärmeledningen 3.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF FIGURE 534 848 Fig. 1 illustrates a thermoelectric generator system (TEG system) 1 for use in recovering electricity from a waste heat medium 2 flowing in a flow direction in a waste heat line 3. The TEG system is preferably used. other areas of use are of course also possible within the scope of the invention, e.g. ships, aircraft, trains, etc. The TEG system 1 is made up of two units. The first unit is a TEG unit 4 which comprises one or more thermoelectric generator layers (TEG layers) 6 adapted to convert heat energy into electricity and which are arranged directly against the waste heat line 3, and an energy storage module 5 which is adapted to store heat energy and which is arranged upstream of the TEG layer 6 directly against the waste heat line 3.
När ett spillvärmemedium 2 sedan flödar i spillvärmeledningen 3, så lagras värmeenergi från spillvärrnemediet 2 i energilagringsmodulen 5. Flödesriktningen indikeras med en pil i figurerna. TEG-skiktet 6 tar alltså upp värme från energilagringsmodul 5, och omvandlar detta till elektricitet.When a waste heat medium 2 then fl depletes in the waste heat line 3, heat energy from the waste heat loss medium 2 is stored in the energy storage module 5. The flow direction is indicated by an arrow in the figures. The TEG layer 6 thus absorbs heat from the energy storage module 5, and converts this into electricity.
Figur 1 visar en utföringsform, i vilken energilagringsmodulen 5 är anordnad i direkt anslutning till TEG-skiktet 6, vilket ger en kompakt TEG-enhet 4. En annan möjlig utföringsform visas i figur 3, där energilagnngsmodulen 5 är anordnad på avstånd från TEG-skiktet 6 (och kylanordningen 7). Detta kan vara en fördel om det är ont om utrymme där TEG-enheten 6 ska användas. I figur 1 så visas by- passledningens 9 inkoppling för att leda spillvärmmedia 2 förbi hela TEG-enheten 4. En annan möjlig utföringsform är att koppla in inloppet till by-passledningen 9 mellan energilagringsmodulen 5 och TEG-skiktet 6 i figur 3, och koppla in utloppet till spillvärmeldeningen 3 efter TEG-skiktet 6.Figure 1 shows an embodiment in which the energy storage module 5 is arranged in direct connection with the TEG layer 6, which gives a compact TEG unit 4. Another possible embodiment is shown in Figure 3, where the energy storage module 5 is arranged at a distance from the TEG layer. 6 (and the cooling device 7). This can be an advantage if there is a lack of space where the TEG unit 6 is to be used. Figure 1 shows the connection of the bypass line 9 to lead waste heat media 2 past the entire TEG unit 4. Another possible embodiment is to connect the inlet to the bypass line 9 between the energy storage module 5 and the TEG layer 6 in Figure 3, and connect into the outlet of the waste heat mixture 3 after the TEG layer 6.
TEG-skiktet 6 är enligt en utföringsform uppbyggt av ett flertal TEG-moduler som i sin tur innefattar ett flertal TEG-element var. Ett TEG-element fungerar genom den s.k. Seebeck-effekten som gör det möjligt att ombilda temperaturdifferenser direkt till elektricitet.According to one embodiment, the TEG layer 6 is built up of a number of TEG modules, which in turn comprise a number of TEG elements each. A TEG element works through the so-called The Seebeck effect that makes it possible to convert temperature differences directly into electricity.
Den andra enheten i systemet 1 är en by-passenhet 8 som innefattar en by- passledning 9 som är förbunden med spillvärmeledningen 3 via en reglerbar 534 848 6 ventilanordning 10 så att allt eller delar av spillvärmemediet 2 kan ledas förbi TEG-enheten 4 i by-passledningen 9. By-passledningen 9 är ansluten till spillvärmeledningen 3 på lämpligt sätt, exempelvis genom svetsning eller formgjutning. By-passenheten innefattar även en ventilstyrenhet som är anpassad att reglera ventilanordningen 10 då förutbestämda villkor är uppfyllda.The second unit in the system 1 is a bypass unit 8 which comprises a bypass line 9 which is connected to the waste heat line 3 via a controllable valve device 10 so that all or parts of the waste heat medium 2 can be led past the TEG unit 4 in the village the bypass line 9. The by-pass line 9 is connected to the waste heat line 3 in a suitable manner, for example by welding or molding. The bypass unit also includes a valve control unit which is adapted to control the valve device 10 when predetermined conditions are met.
Ventilanordningen 10 innefattar företrädesvis en ventil som är gradvis reglerbar för att kunna släppa in ett bestämt flöde av spillvärmemedia 2 i by-passledningen 9. Således kan systemet reglera flödet av spillvärmemedia 2 in i by-passledningen för att skydda TEG-elementen iTEG-skiktet 5. l spillvärmeledningen 3 finns det företrädesvis flånsar (visas inte) eller liknande som överför värme från spillvärrnemediet 2 till energilagringsmodulen 5 och TEG- skiktet 6.The valve device 10 preferably comprises a valve which is gradually adjustable in order to be able to let a certain fate of waste heat media 2 into the bypass line 9. Thus, the system can regulate the fate of waste heat media 2 into the bypass line to protect the TEG elements in the TEG layer 5. In the waste heat line 3, there is preferably a stream (not shown) or the like which transfers heat from the waste storage medium 2 to the energy storage module 5 and the TEG layer 6.
För att få en temperaturskillnad i TEG-skiktet 6 innefattar systemet 1 företrädesvis en kylanordning 7 placerad i anslutning till TEG-skiktet 6 för kylning av detta.In order to obtain a temperature difference in the TEG layer 6, the system 1 preferably comprises a cooling device 7 placed adjacent to the TEG layer 6 for cooling it.
Kylanordningen 7 kan utformas på ett flertal sätt, exempelvis kan den omfatta kylflänsar för luftkylning eller en mantel i vilken en kylvätska passerar.The cooling device 7 can be designed in a number of ways, for example it can comprise cooling means for air cooling or a jacket in which a coolant passes.
Företrädesvis så kyls dock hela TEG-skiktets sida som är vänd mot kylanordningen 7 av kylanordningen 7.Preferably, however, the entire side of the TEG layer facing the cooling device 7 is cooled by the cooling device 7.
En uppsättning förutbestämda villkor anger alltså hur flödet av spillvärmemedia 2 ska regleras i systemet 1. Enligt en utföringsform så innefattar de förutbestämda villkoren temperaturvillkor för temperaturen pá något eller flera av spillvärmemediet 2, energilagringsmodulen 5, TEG-skiktet 6 och kylanordningen 7, varvid ventllstyrenheten är anpassad att sända ut en styrsignal y till ventilanordningen 10 att reglera ventilen och styra en del eller hela flödet genom by-passledningen 9 då ett eller flera temperaturvillkor är uppfyllda. Genom att observera någon eller några av de ovan nämnda temperaturerna och styra Ventilanordningen 10 därefter, så kan TEG-elementen i TEG-skiktet 6 skyddas mot för höga temperaturer som kan skada TEG-elementen.A set of predetermined conditions thus indicates how the fate of the waste heat media 2 is to be regulated in the system 1. According to one embodiment, the predetermined conditions include temperature conditions for the temperature of one or more of the waste heat medium 2, the energy storage module 5, the TEG layer 6 and the cooling device 7. adapted to send a control signal y to the valve device 10 to regulate the valve and control part or all of the fl fate through the bypass line 9 when one or temperatur your temperature conditions are met. By observing one or more of the above-mentioned temperatures and controlling the Valve device 10 accordingly, the TEG elements in the TEG layer 6 can be protected against too high temperatures which can damage the TEG elements.
Energilagringsmodulen 5 kan även skyddas mot spillvärmemedium 2 med för låga 534 B48 7 temperaturer, som istället för att värma upp energilagringsmodulen 5, kyler ner det. Enligt en utföringsform så innefattar således ett temperaturvillkor att om temperaturen på spillvärmemediet 2 understiger temperaturen på energilagringsmodulen 5, så är ventilstyrenheten anpassad att sända ut en styrsignal y till ventilanordningen 10 att öppna ventilen då energilagringsmodulen är tömd på värmeenergi, och styra en del eller hela flödet genom by- passledningen 9. På så sätt kan det kallare spillvärrnemediet 2 ledas förbi TEG- enheten 4, så att spillvärmemediet 2 inte sänker temperaturen på energilagringsmodulen 5 och TEG-skiktet 6. Genom att exempelvis observera energilagringsmodulens 5 temperatur, och jämföra den med temperaturen på spillvärmemediet 2, så kan energilagringsmodulens 5 status bestämmas, alltså t.ex. om den är tömd på under omständigheterna tillgänglig värrneenergi.The energy storage module 5 can also be protected against waste heat medium 2 with too low 534 B48 7 temperatures, which instead of heating up the energy storage module 5, cools it down. Thus, according to one embodiment, a temperature condition comprises that if the temperature of the waste heat medium 2 is below the temperature of the energy storage module 5, the valve control unit is adapted to send a control signal y to the valve device 10 to open the valve when the energy storage module is depleted of heat energy. through the bypass line 9. In this way, the colder waste storage medium 2 can be led past the TEG unit 4, so that the waste heat medium 2 does not lower the temperature of the energy storage module 5 and the TEG layer 6. By, for example, observing the energy storage module 5 and comparing it with the temperature. on the waste heat medium 2, the status of the energy storage module 5 can be determined, i.e. e.g. if it is depleted of available thermal energy under the circumstances.
Enligt en utföringsform så är ventilanordningen 10 anpassad att styra ett litet flöde av spillvärmemedium 2 genom TEG-enheten 4 fast temperaturen på spillvärrnemediet 2 inledningsvis egentligen är för låg för att generera någon värme till energilagringsmodulen 5 eller TEG-skiktet 6. Spillvärmemediet 2 kan då ta upp värme från spillvärmekällan på ett effektivt sätt, och snabbt överföra värmeenergin till TEG-enheten 4. Detta är särskilt fördelaktigt vid korta perioder av värmeenergi-generering, exempelvis vid korta inbromsningar.According to one embodiment, the valve device 10 is adapted to control a small fl fate of waste heat medium 2 through the TEG unit 4 although the temperature of the waste storage medium 2 is initially actually too low to generate any heat to the energy storage module 5 or the TEG layer 6. The waste heat medium 2 can then up heat from the waste heat source in an efficient manner, and quickly transfer the heat energy to the TEG unit 4. This is particularly advantageous during short periods of heat energy generation, for example during short decelerations.
Enligt en utföringsforrn så anger temperaturvillkoren att om temperaturen på spillvärmemediet 2 eller energilagringsmodulen 5 eller TEG-skiktet 6 överskrider eller tangerar respektive förutbestämda maxtemperaturer, så är ventilstyrenheten anpassad att sända ut en styrsignal y till ventilanordningen 10 att öppna ventilen och styra en del eller hela flödet genom by-passledningen 9. Maxtemperaturerna i spillvärmemediet 2, modulen 5 eller skiktet 6 kan vara olika eftersom temperaturen på den värme som når TEG-skiktet 6 för det mesta är lägre än den som observeras i spillvärmemediet 2 eller energilagringsmodulen 5. Den förutbestämda maxtemperaturen för energilagringsmodulen 5 kan exempelvis vara fasomvandlingstemperaturen för materialet som används i energilagringsmodulen 5, om energilagringsmodulen 5 är ett latent energilager. 534 848 8 TEG-elementen i TEG-skiktet 6 kan alltså skyddas mot för höga temperaturer om exempelvis temperaturen på spillvärmemediet 2 blir så pass hög att temperaturen på energilagringsmodulen 5 återigen börjar stiga då materialet i energilagringsmodulen 5 har fasomvandlats klart. Ett latent energilager är ett energilager vars material kan fasomvandlas och på så sätt lagra värme. Ett energilager kan istället vara ett sensibelt energilager, och då lagras värme i materialet utan att fasomvandlas. Ett energilager kan vara både sensibelt och latent, fast i olika perioder. Den förutbestämda maxtemperaturen för energilagringsmodulen 5 kan istället vara en temperatur som ligger över fasomvandlingstemperaturen, förutsatt att TEG-elementen i TEG-sklktet 6 tål denna temperatur.According to one embodiment, the temperature conditions state that if the temperature of the waste heat medium 2 or the energy storage module 5 or the TEG layer 6 exceeds or exceeds the predetermined maximum temperatures, then the valve control unit is adapted to send a control signal y to the valve device 10 to open the valve. through the bypass line 9. The maximum temperatures in the waste heat medium 2, the module 5 or the layer 6 may be different because the temperature of the heat reaching the TEG layer 6 is mostly lower than that observed in the waste heat medium 2 or the energy storage module 5. The predetermined maximum temperature for the energy storage module 5 may be, for example, the phase conversion temperature of the material used in the energy storage module 5, if the energy storage module 5 is a latent energy storage. 534 848 8 The TEG elements in the TEG layer 6 can thus be protected against too high temperatures if, for example, the temperature of the waste heat medium 2 becomes so high that the temperature of the energy storage module 5 starts to rise again when the material in the energy storage module 5 has been phase converted. A latent energy storage is an energy storage whose material can be phase-converted and thus store heat. An energy storage can instead be a sensitive energy storage, and then heat is stored in the material without being phase-converted. An energy store can be both sensitive and latent, but in different periods. The predetermined maximum temperature for the energy storage module 5 may instead be a temperature which is above the phase conversion temperature, provided that the TEG elements in the TEG class 6 can withstand this temperature.
Energilagringsmodulens 5, spillvännemediets 2 och TEG-skiktets 6 temperaturer kan tas fram på olika sätt. Enligt en utföringsform så mäts temperaturerna genom att använda en eller flera temperatursensorer anordnade i TEG-systemet 1 för att mäta temperaturen i t.ex. spillvärmemediet 2 uppströms och nedströms TEG- enheten 4 och i by-passledningen 9. Vidare kan andra sensorer vara anordnade i TEG-systemet 1, exempelvis flödessensorer. Dessa sensorsignaler kan sedan skickas till ventilstyrenheten. På så sätt uppnås ett direkt sätt att mäta temperaturerna.The temperatures of the energy storage module 5, the waste friendly medium 2 and the TEG layer 6 can be produced in different ways. According to one embodiment, the temperatures are measured by using one or fl your temperature sensors arranged in the TEG system 1 to measure the temperature in e.g. the waste heat medium 2 upstream and downstream of the TEG unit 4 and in the bypass line 9. Furthermore, other sensors can be arranged in the TEG system 1, for example fl fate sensors. These sensor signals can then be sent to the valve control unit. In this way a direct way of measuring the temperatures is achieved.
Enligt en annan utföringsform så modelleras energilagringsmodulens 5 och/eller spillvärmemediets 2 och/eller TEG-skiktets 6 temperaturer genom att använda aktuella teoretiska modeller av fordonets delsystem. Med denna utföringsform används företrädesvis inga temperatursensorer i TEG-systemet, vilket kan vara en fördel eftersom TEG-systemet då blir mindre komplicerat och minskar antalet komponenter i TEG-systemet. De aktuella teoretiska modellema kan finnas i ventilstyrenheten, vilket illustreras i figur 2, men kan istället vara placerad på en annan plats och då behöver lämpligtvis endast de modellerade temperaturerna sändas till ventilstyrenheten i form av temperatursignaler. För att modellera energilagringsmodulens 5 temperatur kan en teoretisk modell av hur energilagringsmodulen 5 beter sig i fordonet användas, och hur spillvärmeenergin 534 848 9 i spillvärmemediet 2 överförs i energilagringsmodulen 5. Spillvärmemediets 2 temperatur kan modelleras genom att använda exempelvis motordata, avgastemperatur och/eller avgasflöde, motorlast, samt information om bränsleanvändning, varvtal, tryck och/eller gasflöde. TEG-skiktets 6 temperatur kan på liknande sätt modelleras genom att beskriva hur det beter sig i fordonet.According to another embodiment, the temperatures of the energy storage module 5 and / or the waste heat medium 2 and / or the TEG layer 6 are modeled by using current theoretical models of the vehicle subsystem. With this embodiment, no temperature sensors are preferably used in the TEG system, which can be an advantage since the TEG system then becomes less complicated and reduces the number of components in the TEG system. The current theoretical models can be found in the valve control unit, which is illustrated in Figure 2, but can instead be located in another place and then suitably only the modeled temperatures need to be sent to the valve control unit in the form of temperature signals. To model the temperature of the energy storage module 5, a theoretical model of how the energy storage module 5 behaves in the vehicle can be used, and how the waste heat energy 534 848 9 in the waste heat medium 2 is transferred in the energy storage module 5. The temperature of the waste heat medium 2 can be modeled using engine data, exhaust temperature and / or exhaust. , engine load, as well as information on fuel consumption, speed, pressure and / or gas fate. The temperature of the TEG layer 6 can be similarly modeled by describing how it behaves in the vehicle.
TEG-skiktets 6 temperatur kan enligt en utföringsform fås fram genom att mäta elektriciteten som genereras från TEG-skiktet 6. En viss uppmätt ström motsvarar då en viss temperaturskillnad i TEG-skiktet 6. Företrädesvis används då även temperaturen på den kalla sidan alternativt den varma sidan om TEG-skiktet 6 för att få fram TEG-skiktets 6 temperatur. Den kalla sidans temperatur kan fås fram genom att observera temperaturen i kylanordningen 7, och den vanna sidans temperatur kan fås fram genom att observera spillvärmemediets 2 temperatur Enligt en ytterligare utföringsforrn så tar systemet 1 emot information från ett förutsägande system (visas inte) i fordonet, som förutser hur fordonets framtida färdväg ser ut. Denna information kan t.ex. fås genom kartdata och fordonets position, exempelvis genom en kartdatabas och GPS. Genom att veta exempelvis när och hur länge den framtida vägen lutar, böjer sig (vid kurvor), korsningar med stopplikt inträffar m.m., vilket kommer att bestämma användningen av exempelvis gas och broms, så kan ventilstyrenheten ta hänsyn till detta när styrsignaler till ventilanordningen 10 ska bestämmas. På så sätt uppnås en intelligent styrning av ventilanordningen 10, då inga direkta temperaturmätningar behöver göras.According to one embodiment, the temperature of the TEG layer 6 can be obtained by measuring the electricity generated from the TEG layer 6. A certain measured current then corresponds to a certain temperature difference in the TEG layer 6. Preferably, the temperature on the cold side or the hot one is used. side of the TEG layer 6 to obtain the temperature of the TEG layer 6. The temperature of the cold side can be obtained by observing the temperature in the cooling device 7, and the temperature of the cold side can be obtained by observing the temperature of the waste heat medium 2. According to a further embodiment, the system 1 receives information from a predictive system (not shown) in the vehicle. which foresees what the vehicle's future route will look like. This information can e.g. obtained through map data and the vehicle's position, for example through a map database and GPS. By knowing, for example, when and for how long the future road is inclined, bends (at curves), intersections with a stop obligation occur, etc., which will determine the use of, for example, gas and brake, the valve control unit can take this into account when control signals to the valve device 10 are to determined. In this way an intelligent control of the valve device 10 is achieved, as no direct temperature measurements need be made.
Figur 2 visar ett blockschema av ventilstyrenheten enligt en utföringsform av uppfinningen. ventilstyrenheten tar här ln signaler som exempelvis fordonssignaler som kan vara bromssignaler eller gasreglagesignaler indikerande att fordonet bromsas eller ges gas, fordonets hastighet, motorns hastighet m.fl, och ventilstyrenheten är då anpassad att reglera ventilanordningen 10 då dessa fordonssignaler indikerar att fordonet exempelvis bromsas eller gasas. Är systemet placerat kring ett spillvärmemedium 2 som genererar värme då fordonet bromsas, så kan ventilanordningen 10 exempelvis först stänga ventilen, så att 534 848 spillvärmemediet leds genom TEG-enheten, för att efter att en viss tid har gått och fordonet fortfarande bromsas, öppna ventilen så att spillvärmemediet 2 som då förväntas ha närmat sig en för TEG-skiktet kritisk temperatur, kan ledas genom by-passledningen så att TEG-elementen inte ska skadas. På liknande sätt, då systemet är placerat kring ett spillvärmemedium 2 som genererar värme då fordonet gasas, så kan ventilanordningen 10 exempelvis först stänga ventilen, så att spillvärmemediet leds genom TEG-enheten 4, för att efter att en viss tid har gått och fordonet fortfarande ges gas, öppna ventilen så att spillvärmemediet kan ledas genom by-passledningen så att TEG-elementen inte ska skadas. På detta sätt kan en enkel och rättfram styrning av flödet av ett spillvärmemedium 2 i spillvärmeledningen 3 uppnås, utan att direkta temperaturmätningar behöver göras. Exemplen ovan är endast illustrativa, och det är underförstått att ventilstyrenheten kan styra ventilanordningen 10 på andra sätt baserat på ett flertal andra olika fordonssignaler.Figure 2 shows a block diagram of the valve control unit according to an embodiment of the invention. the valve control unit here takes in signals such as vehicle signals which may be brake signals or throttle control signals indicating that the vehicle is braked or given gas, vehicle speed, engine speed etc., and the valve control unit is then adapted to control the valve device 10 as these vehicle signals indicate that the vehicle is braked or accelerated . If the system is placed around a waste heat medium 2 which generates heat when the vehicle is braked, the valve device 10 can for instance first close the valve, so that the waste heat medium is passed through the TEG unit, so that after a certain time has elapsed and the vehicle is still braked, the valve opens so that the waste heat medium 2, which is then expected to have approached a temperature critical for the TEG layer, can be conducted through the by-pass line so that the TEG elements are not damaged. Similarly, when the system is placed around a waste heat medium 2 which generates heat when the vehicle is gassed, the valve device 10 can first close the valve, so that the waste heat medium is passed through the TEG unit 4, so that after a certain time has elapsed and the vehicle still If gas is given, open the valve so that the waste heat medium can be led through the bypass line so that the TEG elements are not damaged. In this way, a simple and straightforward control of the flow of a waste heat medium 2 in the waste heat line 3 can be achieved, without the need for direct temperature measurements. The above examples are illustrative only, and it is to be understood that the valve control unit may control the valve assembly 10 in other ways based on a plurality of other different vehicle signals.
Ventilstyrenheten innefattar lämpligtvis även en processorenhet och ett minne för att behandla signaler som kommer in till enheten och utföra nödvändiga steg och beräkningar för att bestämma en styrsignal y till ventilanordningen 10.The valve control unit suitably also comprises a processor unit and a memory for processing signals coming into the unit and performing necessary steps and calculations for determining a control signal y to the valve device 10.
Figur 3 illustrerar ett exempel på en TEG-enhet 4 i en längsgående tvärsnittsvy, som innefattar en energilagringsmodul 5, ett TEG-skikt 6 samt en kylanordning 7, här visad som ett skikt som täcker TEG-skiktet 6. Spillvärmemediet 2 flödar här genom en spillvärmeledning 3. Alla skikten 6, 7 och energilagringsmodulen 5, alltså TEG-enheten 4, är enligt denna utföringsform anordnade koaxialt runt omkring åtminstone en del av spillvärmeledningens 3 utbredning.Figure 3 illustrates an example of a TEG unit 4 in a longitudinal cross-sectional view, which comprises an energy storage module 5, a TEG layer 6 and a cooling device 7, shown here as a layer covering the TEG layer 6. The waste heat medium 2 waste heat line 3. All layers 6, 7 and the energy storage module 5, i.e. the TEG unit 4, are according to this embodiment arranged coaxially around at least a part of the extent of the waste heat line 3.
I figurerna 4A, 4B och 4C visas olika exempel på hur delar av TEG-enheten kan vara utformad, visad genom ett tvärsnitt längs linjen A-A. I Figur 4A är skikten 6, 7 koaxialt placerade längs spillvärrneledningen 3 och har väsentligen cirkelformade tvärsnitt med respektive olika radier. I figur 4B är skikten 6, 7 placerade runt spillvärmeledningen 3 och har ett väsentligen oktagonalt tvärsnitt, och i figur 4C runt spillvärmeledningen 3 och har ett väsentligen kvadratiskt tvärsnitt. Även 534 848 ll andra former som exempelvis rektanglar, sex-hörningar, tio-hörningar etc. är tänkbara för skikten 6, 7. Det kan vara fördelaktigt att TEG-skiktet 6 är anpassat till den yttre ytan på spillvärmeledningen 3 eftersom värmeupptagningsförrnågan då ökar, och då är utföringsforrnerna visade i figur 4B och 4C samt andra former som ger en platt yta från spillvärmeledningen 3 föredragna. Även energilagringsmodulen 5 kan vara utformad enligt de ovan beskrivna formerna.Figures 4A, 4B and 4C show various examples of how parts of the TEG unit can be designed, shown by a cross section along the line A-A. In Figure 4A, the layers 6, 7 are coaxially placed along the waste barrier line 3 and have substantially circular cross-sections with respective different radii. In Figure 4B the layers 6, 7 are placed around the waste heat line 3 and have a substantially octagonal cross-section, and in Figure 4C around the waste heat line 3 and have a substantially square cross-section. Other shapes such as rectangles, hexagons, ten-corners, etc. are also conceivable for the layers 6, 7. It may be advantageous for the TEG layer 6 to be adapted to the outer surface of the waste heat line 3 since the heat absorption capacity then increases. and then the embodiments shown in Figures 4B and 4C as well as other shapes giving a flat surface from the waste heat line 3 are preferred. The energy storage module 5 can also be designed according to the shapes described above.
Enligt en utföringsform som visas i figur 5A och 5B så är spillvärrnelednlngen 3 uppdelad i ett flertal kanaler 11 för att få stor värmekontaktyta, varvid systemet innefattar en TEG-enhet 4 med TEG-skikt placerade mellan och utanför kanalerna. I figur 5A visas delar av TEG-enheten 4 i ett längsgående tvärsnitt, och i figur 58 visas ett tvärsnitt av TEG-enheten. På så sätt kan alltså spillvârmen exponeras mot en stor yta för att få ut så mycket värme som möjligt ut spillvärmemediet. En annan fördel är att två TEG-sklkt 6 kan dela på en kylanordning 7, som illustreras i de mittersta lagren ifigurerna. TEG-enheten 4 som visas i figurerna kan naturligtvis omfatta ett ytterligare antal kanaler med ytterligare TEG-skikt 6.According to an embodiment shown in Figures 5A and 5B, the waste supply line 3 is divided into a number of channels 11 to have a large heat contact surface, the system comprising a TEG unit 4 with TEG layers placed between and outside the channels. Figure 5A shows parts of the TEG unit 4 in a longitudinal cross section, and Figure 58 shows a cross section of the TEG unit. In this way, the waste heat can thus be exposed to a large area in order to extract as much heat as possible from the waste heat medium. Another advantage is that two TEG layers 6 can share a cooling device 7, which is illustrated in the middle layers of the fi gures. The TEG unit 4 shown in the fi gures may of course comprise an additional number of channels with additional TEG layers 6.
Systemet 1 kan användas tillsammans med olika applikationer. Exempelvis kan systemet 1 anordnas på avgasröret i ett fordon för att ta tillvara på spillvärme i avgaserna. Systemet 1 kan enligt en annan utföringsform anordnas i värmeväxlaren pà en retarder i ett fordon. På så sätt kan mer energi tas tillvara eftersom värmen som genereras av retardem inte behöver överföras till ett kylmedel, och att det är lättare att uppnå en större temperaturdifferens mellan varma och kalla sidan pà TEG-enheten 4. TEG-enheten 4 kan enligt en annan utföringsform vara placerad omkring ledningen för hydrauloljan ifordonets retarder.System 1 can be used together with various applications. For example, the system 1 can be arranged on the exhaust pipe in a vehicle to take advantage of waste heat in the exhaust gases. According to another embodiment, the system 1 can be arranged in the heat exchanger on a retarder in a vehicle. In this way, more energy can be utilized because the heat generated by the retardem does not need to be transferred to a coolant, and it is easier to achieve a larger temperature difference between the hot and cold side of the TEG unit 4. According to another, the TEG unit 4 can embodiment be located around the line for the hydraulic oil in the vehicle retarder.
Enligt en utföringsfonn förs vänne från olika spillvärrnemedium i fordonet till spillvärrneledningen 5, på vilken systemet 1 är anordnat. På så sätt behövs endast ett system ifordonet. Värmen från olika spillvärmemedium kan exempelvis 534 848 12 utvinnas genom värmeväxlare och föras vidare till spillvärmemediet 2 i spillvärmeledningen 3.According to one embodiment, friends from different waste protection mediums in the vehicle are carried to the waste protection line 5, on which the system 1 is arranged. In this way, only one system is needed in the vehicle. The heat from different waste heat medium can, for example, be recovered through heat exchangers and transferred to the waste heat medium 2 in the waste heat line 3.
Ett TEG-element består av olika material för att alstra en elektrisk ström, och innefattar enligt en utföringsform metalliska material. Företrädesvis innefattar TEG-elementet något av materialen B4C/B9C(F), Si/SiGe(N), SlGe/Si, BiTe/SbTe eller PbTe SL. Genom att använda något av dessa material kan en hög verkningsgrad uppnås i TEG-elementet.A TEG element consists of different materials for generating an electric current, and according to one embodiment comprises metallic materials. Preferably, the TEG element comprises any of the materials B4C / B9C (F), Si / SiGe (N), SlGe / Si, BiTe / SbTe or PbTe SL. By using any of these materials, a high efficiency can be achieved in the TEG element.
Energilagringsmodulen 5 innefattar enligt en utföringsform ett material som fasomvandlas vid en viss temperatur. En termisk energilagring sker alltså genom en fasförändringsprocess. Fasomvandlingsmaterial finns vanligtvis i området - 80°C till 1000°C. Vanliga fasomvandlingsmaterial är vatten, salthydrater och paraffiner. Genom att använda ett fasomvandlingsmaterial kan värme från spillvärmemediet 2 lagras som beskrivits tidigare, och användas senare när temperaturen på spillvärmemediet sjunker. Under fasomvandlingen omvandlas energi enligt följande formel: Q = m ' Ah/àsdmlrlng I där Q är termisk energi i Joule, Ahfasändfing är fasåndringsentalpin i Joule /kg för materialet på energilagringsmodulen, och m är energilagringsmodulens 5 massa i kg.According to one embodiment, the energy storage module 5 comprises a material which is phase-transformed at a certain temperature. A thermal energy storage thus takes place through a phase change process. Phase transformation materials are usually found in the range - 80 ° C to 1000 ° C. Common phase transformation materials are water, salt hydrates and paraffins. By using a phase conversion material, heat from the waste heat medium 2 can be stored as described earlier, and used later when the temperature of the waste heat medium drops. During the phase conversion, energy is converted according to the following formula: Q = m 'Ah / asdmlrlng I where Q is thermal energy in Joules, Ahphase end är ng is phase change enthalpy in Joules / kg for the material on the energy storage module, and m is the mass of the energy storage module 5 in kg.
När inte fasomvandling sker, lagras energi som kallas sensibel termisk energi enligt formeln nedan: i".When no phase transformation takes place, energy called sensitive thermal energy is stored according to the formula below: i ".
Q= jmf-dr, (2) 11 där c är materialets specifika värmekapacitet i Joule/kg-K. Den termiska energin Q från båda dessa processer illustrerade genom formel (1) och (2) lagras respektive avges när temperaturen passerar en fasövergång. Företrädesvis används ett material i energilagringsmodulen 5 som innefattar fluorider, karbonater, klorid, hydroxider eller nitrater, eftersom fasomvandling för dessa material sker 534 848 13 någonstans i området 200°C till 800°C vilket är det temperaturintervall inom vilket TEG-skiktet 6 företrädesvis dimensioneras för att användas i ett fordon. Enligt en annan utföringsform används sensibla material med god värmeledningsförmåga såsom stål eller koppar i energilagringsmodulen 5.Q = cf. dr, (2) 11 where c is the material's specific heat capacity in Joules / kg-K. The thermal energy Q from both of these processes illustrated by formulas (1) and (2) is stored and emitted, respectively, when the temperature passes a phase transition. Preferably, a material is used in the energy storage module 5 which comprises fluorides, carbonates, chloride, hydroxides or nitrates, since phase transformation for these materials takes place somewhere in the range 200 ° C to 800 ° C which is the temperature range within which the TEG layer 6 is preferably dimensioned to be used in a vehicle. According to another embodiment, sensitive materials with good thermal conductivity such as steel or copper are used in the energy storage module 5.
I figur 6 illustreras i ett diagram hur temperaturen förändras l TEG-skiktet när ett fasomvandlingsmaterial används i energilagringsmodulen 5. På ena axeln visas temperaturen i TEG-skiktet, TTEG. På den andra axeln visas tiden, t. I diagrammet illustreras hur värmen från spillvärmemediet 2 värmer upp energilagringsmodulen , som i sin tur vänner upp TEG-skiktet under perioden som är refererad till med siffran 73. När energilagringsmodulen 5 har värmts upp till fasomvandlingstemperaturen för energilagringsmodulens 5 material som markeras med siffran 72 ifigur 7, omvandlas materialet till en annan fas under en tidsperiod som är markerad med siffran 74. Under denna tidsperiod så ändras inte temperaturen på energilagringsmodulen 5. Efter fasomvandlingsperioden fortsätter temperaturen att stiga i energilagringsmodulen 5, och alltså också i TEG-skiktet 6 om temperaturen på spillvärmemediet är såpass hög. Den kritiska temperaturen för TEG-skiktet 6 är markerad med en streckad linje refererad till som 71, och om temperaturen på TEG-skiktet överstiger denna så kan TEG- elementen däri skadas. Företrädesvis så kopplas by-passledningen 9 då in innan den kritiska temperaturen nås, alltså under eller innan perioden som är markerad schematiskt som 75 i figur 7, för att leda spillvärmemediet runt TEG-elementet 4.Figure 6 illustrates in a diagram how the temperature changes in the TEG layer when a phase conversion material is used in the energy storage module 5. On one axis the temperature in the TEG layer, TTEG, is shown. The second axis shows the time, t. The diagram illustrates how the heat from the waste heat medium 2 heats the energy storage module, which in turn heats up the TEG layer during the period referred to by the number 73. When the energy storage module 5 has been heated to the phase conversion temperature of the energy storage module 5 material marked with the number 72 in fi gur 7, the material is converted to another phase during a time period marked with the number 74. During this time period the temperature of the energy storage module 5 does not change. in the TEG layer 6 if the temperature of the waste heat medium is so high. The critical temperature of the TEG layer 6 is marked with a dashed line referred to as 71, and if the temperature of the TEG layer exceeds this, the TEG elements therein may be damaged. Preferably, the by-pass line 9 is then connected before the critical temperature is reached, i.e. during or before the period which is marked schematically as 75 in Figure 7, in order to direct the waste heat medium around the TEG element 4.
Uppfinningen hänför sig också till ett fordon som innefattar ett eller flera av de ovan beskrivna systemen.The invention also relates to a vehicle comprising one or more of the systems described above.
Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna. Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas.The present invention is not limited to the embodiments described above. Various alternatives, modifications and equivalents can be used.
Därför begränsar inte de ovan nämnda utföringsforrnerna uppfinningens omfattning, som definieras av de bifogade kraven.Therefore, the above-mentioned embodiments do not limit the scope of the invention as claimed by the appended claims.
Claims (16)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0950695A SE534848C2 (en) | 2009-09-23 | 2009-09-23 | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system |
| PCT/SE2010/051015 WO2011037527A1 (en) | 2009-09-23 | 2010-09-22 | Thermal electric generator system |
| DE112010003759T DE112010003759T5 (en) | 2009-09-23 | 2010-09-22 | Thermoelectric generator system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0950695A SE534848C2 (en) | 2009-09-23 | 2009-09-23 | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0950695A1 SE0950695A1 (en) | 2011-03-24 |
| SE534848C2 true SE534848C2 (en) | 2012-01-17 |
Family
ID=43796081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0950695A SE534848C2 (en) | 2009-09-23 | 2009-09-23 | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE112010003759T5 (en) |
| SE (1) | SE534848C2 (en) |
| WO (1) | WO2011037527A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3006377B1 (en) * | 2013-05-31 | 2017-05-26 | Renault Sas | METHOD FOR CONTROLLING A DEVICE FOR RECOVERING THERMAL ENERGY DISENGAGED BY AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| FR3022017B1 (en) * | 2014-06-04 | 2019-04-19 | Valeo Systemes Thermiques | HEAT EXCHANGE DEVICE, EXHAUST LINE OF A THERMAL MOTOR, AND THERMOELECTRIC MODULE COMPRISING SUCH A DEVICE |
| DE102015200749B4 (en) | 2015-01-20 | 2022-12-15 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Electric battery charging through recuperation of exhaust heat |
| DE102016104293A1 (en) | 2016-03-09 | 2017-09-14 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Vehicle exhaust gas purification device, device with a vehicle exhaust gas purification device and method for operating a device |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712009A (en) * | 1993-06-25 | 1995-01-17 | Mitsubishi Motors Corp | Vehicle thermoelectric generator |
| JPH11229867A (en) * | 1998-02-16 | 1999-08-24 | Nissan Motor Co Ltd | Exhaust heat generation system |
| JP2000312035A (en) * | 1999-04-28 | 2000-11-07 | Kubota Corp | Thermoelectric generation system |
| JP2005117755A (en) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Toyota Motor Corp | Power generator |
| EP1811646A4 (en) * | 2004-10-27 | 2008-12-17 | Hino Motors Ltd | Thermoelectric generation device |
| CN101313420B (en) * | 2005-06-28 | 2011-08-17 | Bsst有限责任公司 | Thermoelectric power generator for variable thermal power source |
| DE102006040853B3 (en) | 2006-08-31 | 2008-02-14 | Siemens Ag | Device for thermoelectrics with a thermoelectric generator and means for limiting the temperature at the generator |
-
2009
- 2009-09-23 SE SE0950695A patent/SE534848C2/en not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-09-22 DE DE112010003759T patent/DE112010003759T5/en not_active Withdrawn
- 2010-09-22 WO PCT/SE2010/051015 patent/WO2011037527A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011037527A1 (en) | 2011-03-31 |
| SE0950695A1 (en) | 2011-03-24 |
| DE112010003759T5 (en) | 2012-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE534797C2 (en) | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system | |
| CN102439756B (en) | Battery thermal management system | |
| Cao et al. | Performance enhancement of heat pipes assisted thermoelectric generator for automobile exhaust heat recovery | |
| US20160006088A1 (en) | Battery thermal management for hybrid electric vehicles using a phase-change material cold plate | |
| Kim et al. | Thermoelectric power generation system for future hybrid vehicles using hot exhaust gas | |
| US9484605B2 (en) | System and method for using exhaust gas to heat and charge a battery for a hybrid vehicle | |
| Armstead et al. | Review of waste heat recovery mechanisms for internal combustion engines | |
| SE534848C2 (en) | Thermoelectric generator system for extracting electricity from a waste heat medium and vehicles comprising such a system | |
| CN113451682B (en) | Battery pack based on phase change heat transfer and natural cooling | |
| EP2916092A1 (en) | Thermal energy recovery apparatus and method | |
| CN106567769A (en) | Vehicle engine thermal management system and method based on thermoelectric generation technology | |
| WOJCIECHOWSKI et al. | Prototypical thermoelectric generator for waste heat conversion from combustion engines | |
| WO2012038917A1 (en) | Temperature protection of thermoelectric module and/or of thermoelectric generator using phase change materials | |
| CN109322732A (en) | Method and system for exhaust thermal management | |
| Goncalves et al. | Heat-pipe assisted thermoelectric generators for exhaust gas applications | |
| KR20160034420A (en) | Engine exhaust heat recovery system | |
| JP2005164201A (en) | Exhaust heat recovery system | |
| JP2005117755A (en) | Power generator | |
| JP4844797B2 (en) | Fuel cell stack warm-up device | |
| Abd et al. | Hybrid battery thermal management system of phase change materials integrated with aluminum fins and forced air | |
| JP2016023608A (en) | Generating set using heat of exhaust gas of internal combustion engine | |
| JP2007032534A (en) | Thermoelectric generator | |
| JP2012227982A (en) | Thermoelectric conversion device | |
| JP2005150653A (en) | Waste heat energy recovery device | |
| JP2012112567A (en) | Latent heat storage material processing facility |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |