[发明专利]利用与热源直接接触的热电模块进行热电发电的热交换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年10月18日提交的美国临时专利申请序列号 61/892,767“AHeatExchangerforThermoelectricPowerGenerationwith theThermoelectricModulesinDirectContactwiththeHeatSource”的优先 权，该申请以引用的方式全部并入本文。

政府权益

根据美国国家科学基金课题批准号CBET-1048767的条款，美国政 府对本发明具有一些权利。

技术领域

本发明大体上涉及热交换器，并且更加具体地涉及利用与热源直接 接触的热电模块进行热电发电的热交换器。

背景技术

热交换器是一种用于从一种介质至另一种介质进行有效热传递的 设备。一个这种热交换器是如图1所示的用于热电发电的热交换器。参 照图1，图1图示了常规热电发电机100，该热电发电机100包括排气 热交换器101。排气热交换器101由排气外壳/壁102限定，诸如铝排气 外壳。排气热交换器101接收来自内燃机104的加压排气流103，并且 从排气流103提取热能。

排气热交换器101可以包括用于密封地连接至内燃机104的排气管 (未示出)的法兰(未示出)。法兰和壁102可以通过例如锻粗加工 (upsetting)，由单件形成。可替代地，法兰可以通过焊接(welding)、钎焊 (brazing)或者卷边(crimping)而附接至壁102。要理解的是，当引擎104 运行并且在排气系统中包含加压排气流103时，来自内燃机104的排气 流103与周围大气相比处于更高的压力。

排气热交换器101可以包括散热片105A-105R(例如，铝散热片)， 这些散热片105A-105R与壁102接触以增加来自排气流103的热传递的 速率。散热片105A-105R可以共同地或者单独地分别被称为多个散热片 105或者散热片105。

热电发电机100进一步包括热电装置模块106，热电装置模块106 的热侧连接至壁102。热电装置模块106被配置为将热交换器101提取 的热能转换成电能107，以供电负载108(例如，电池、电动机、风机) 消耗或者存储。

而且，热电发电机100包括液冷式热交换器(liquidcooledheat exchangers)109A、109B，该液冷式热交换器109A、109B设置在热电装 置模块106的冷侧上，以将热能从热电装置模块106传递至经过液冷式 热交换器109A、109B的液体冷却剂(例如，水)。

当前，常规的热电发电机，诸如在图1中示出的，利用金属壁，诸 如壁102。然而，通过利用这种金属壁，在金属壁102与热电装置模块 106的热侧之间存在热接触电阻。结果，发生传导损耗(conduction lossed)，从而降低将热能从热交换器101传递至热电装置模块106的效 果。

而且，常规热电发电机的损坏来源出现在金属壁(诸如，壁102) 与热电装置模块(诸如，模块106)的热侧之间的结合处。这种损坏的 发生是因为金属壁与热电装置模块的热侧上使用的陶瓷材料在热膨胀 系数上的大差异，从而导致壁与热电装置模块之间的结合处的热疲劳损 坏。

结果，这种常规热电发电机会遭受导通传导损耗和热疲劳损坏。

发明内容

在本发明的一个实施例中，热电发电机包括：热交换器，该热交 换器被配置为从排气流提取热能，其中，热交换器包括：与热交换器的 边界接触的第一多个散热片，其中，第一多个散热片直接连接至第一多 个热电装置模块。热交换器进一步包括：直接连接至热交换器的边界的 第二多个热电装置模块。第一多个和第二多个热电模块配置为将热能转 换成电能。