[发明专利]车用能量回收单元

说明书

一种用于在车辆排气系统(6)中使用的能量回收单元(8)，该能量回收单元(8)包括：入口(24)，该入口(24)用于接收来自排气系统(6)的排气；出口(26)，该出口(26)用于使排气返回至排气系统(6)；热电发电机(20)，该热电发电机(20)布置在入口(24)与出口(26)之间；以及阀装置，该阀装置能够操作成引导进入入口(24)的排气穿过热电发电机(20)以使热电发电机(20)能够由排气中所含的热能产生电能，其中，阀装置能够操作成改变排气流穿过热电发电机(20)的方向。

技术领域

本公开涉及用于在车辆排气系统中使用的能量回收单元。本公开的方面涉及车辆排气系统和包括这种能量回收单元的车辆。

背景技术

热电发电机(TEG)利用赛贝克效应(Seebeck effect)将热能转换为电能。典型的TEG包括置于由介电基板材料制成的覆盖件之间的具有高导热率的多个金属板，其中，所述多个金属报之间具有热电材料。

众所周知的是，车辆发动机的效率仅为约30％，并且车辆发动机在正常使用中产生大量废热。近年来，TEG装置已经被结合到车辆排气系统中，以便利用来自排气的废热。这减小了发电机比如发动机上的交流发电机的载荷，从而改善燃料消耗。

与以这种方式使用TEG相关联的问题是，TEG仅能在相对较窄的温度范围内有效地操作——在低温下，能量产生的效率非常低；而在高温下，热电材料有因过热而受到损害的危险。在某些情况下，已经发现TEG的前缘可能在TEG的大部分已经达到对于发生高效操作而言适当的高温之前就过热。因此，必须使用旁路阀将热的排气转移离开热电材料，以防止对TEG的损害和由此导致的系统性能的降低。

已经设计出本发明以缓解或克服上述问题中的至少一些问题。

发明内容

根据本发明的方面，提供了一种用于在车辆排气系统中使用的能量回收单元，该能量回收单元包括：入口，该入口用于接收来自排气系统的排气；出口，该出口用于使排气返回至排气系统；热电发电机，该热电发电机布置在入口与出口之间；以及阀装置，该阀装置能够操作成引导进入入口的排气穿过热电发电机以使热电发电机能够由排气中所包含的热能产生电能，其中，阀装置能够操作成改变排气流穿过热电发电机的方向。

有利地，以上描述的能量回收单元能够使排气流穿过热电发电机的方向交替，并由此防止热电发电机的前缘过热，从而延长热电发电机的使用寿命。此外，排气的交替流动产生了比由单个方向流动所实现的在热电发电机的热交换表面上的温度曲线更均匀的温度曲线。这意味着热排气转移离开热电发电机的频率较低，并且更多的排气被热电发电机直接利用来产生电力。因此，系统性能得以改善。

能量回收单元可以包括气体管网，气体管网构造成连接入口和出口。气体管网可以包括第一旁路管道和第二旁路管道，第一旁路管道和第二旁路管道在入口与出口之间延伸，并且第一旁路管道和第二旁路管道沿热电发电机的相应的相反端部布置。排气从入口沿第一流动方向流动通过旁路管道而至出口。

将两个旁路管道结合到能量回收单元中特别有利于提供通过能量回收单元的排气流的分配方面的灵活性，因为这增加了供排气采用的可用路线。

阀装置能够操作成引导排气从第一旁路管道沿第二流动方向穿过热电发电机而至第二旁路管道，或者引导排气从第二旁路管道沿与第二流动方向相反的第三流动方向穿过热电发电机而至第一旁路管道。这提供了用于使排气流穿过热电发电机的方向交替的机构，这特别有助于产生穿过热电发电机的均匀的温度曲线并且防止热电发电机的前缘过热。

热电发电机可以布置成使得第二流动方向和第三流动方向大致垂直于第一流动方向。以这种方式构造能量回收单元允许通过旁路管道并经过热电发电机的排气流被严格地调节。由于第一流动方向与第二流动方向或第三流动方向之间的角度的相对急剧的改变，排气将基本上继续沿第一流动方向流动，除非排气通过阀装置而被作用以改变方向。这确保了基本上所有的排气在需要时绕过热电发电机，从而进一步降低前缘过热的可能性。