[发明专利]包括热电发电机的发电装置

说明书

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分特征的、包括热电发电机的发电装置。

原则上已知热电发电机，其利用温差来发电。

但这种热电发电机具有效率低的缺点，因此根据具体应用情况不能为消费者提供足够的电能。然而在移动应用中、尤其是在车辆、特别是工作车辆中存在独立于车自带供电装置的需求。此外希望避免用于在负载处供电并且必须更换的电池。

本发明所基于的任务在于在效率方面改善具有热电发电机的发电装置。

所述任务通过权利要求1的特征来解决。

根据本发明规定，本身已知的热电发电机设有两个相互分离的附加单元，这两个附加单元具有相互不同的热性能。

基本思想在于利用一个或多个热电发电机与至少两个、优选正好两个在其热性能方面不同的物体的组合。所述物体在其热容量和通过热辐射或对流引起的随时间的热吸收或者放热程度方面构造不同。目的在于，将环境、优选发电装置或者说车辆的运转环境随时间变化的外部温度形成为可通过所述至少一个热电发电机使用的温差ΔT。通过这两个彼此分离的附加单元以有利的方式增大了温差，该温差作用于热电发电机，从而由此提高了电效率并且因此可在热电发电机输出端上提供更多的电能。

本发明的其它方案在从属权利要求中给出，由这些方案获得相应优点并且此外在下面参考附图详细说明这些方案。

图1以原理图——如具体所显示的——示出发电装置1，其使用本身公知的热电发电机2。该热电发电机2具有热侧和冷侧。在一侧上设置第一附加单元3并且在另一侧上设置第二附加单元4，从而这两个附加单元3、4与热电发电机2的热侧和冷侧(优选面状地)连接。图1中所示的发电装置1位于环境5中，所述环境是发电装置1的运转空间，但也可以是封闭的控制室，在其中存在外界温度TA，该外界温度可变化。

在图2中示出在附加单元3、4之间设有绝缘体6。在此涉及相互嵌套的布置，在此附加单元3不仅包含热电发电机2而且也包含附加单元4。附加单元4因此设置在绝缘体6之内，而绝缘体6又设置在附加单元3之内，从而两个附加单元3、4通过热绝缘体连接。

图3示出具有与图1所示结构类似的结构的发电装置1原理图。附加地，热电发电机2及其附加单元3、4设置在壳体7之内。壳体7又位于环境5中和/或已经提到的控制室中。设置在壳体7之内的元件处于真空中。热电发电机2具有电气接头9，所述端子被引出壳体7并且在其上提供根据塞贝克效应(U_Seebeck)的、具有改善的电功率的电压。通过电气接头9，发电装置1例如与转换器、尤其是DC-DC转换器连接。因此在电气接头9的输出端上或在转换器10的输出端上尤其是为移动应用提供具有增大效率的能量供应。

图4示出发电装置1的另一种实施方式。在此在附加单元3、4之间设置真空8，并且热电发电机2上的附加单元4被真空8包围并且真空又设置在附加单元3之内。因此附加单元3以其外表面在一定程度上构成壳体，因此发电装置1设置在环境5中或控制室之内。

图5示出本发明发电装置1的等效电路图。各个电子元件在该等效电路中的含义及其尺寸在下表中给出：

应这样选择尺寸，使得

－C1包括所属电阻在内过滤掉因太阳辐射变化引起的短暂波动，

－C4足够大，以至于在白天总是比C2更冷(包括对电阻R3、R4、R5和R7的尺寸设计在内)并且理想地在夜间比C2更热(必须通过电路技术在DC-DC转换器中实现电压反转)，

－R6如此之热，以至于第一条件可起作用并且就DC-DC转换器而言在电方面产生良好的转换率(热电能量转换效率和电压转换效率)

－用于热电发电机至DC-DC转换器的组装和连接技术，

－(尤其是用于电气接头穿通的)真空技术，

－适合用于热交换器和壳体的材料(热辐射系数、热容量、热导率)，

－用于将结构固定在真空容器中以及将容器固定在环境结构上的绝缘材料。

两个附加单元3、4可具有任意几何形状、如正方形、长方形、三角形、圆形、椭圆形或类似形状。应确保相应附加单元3、4与热电发电机2面状连接并且在该接触面区域中确保极好的热连接，以便实现足够或可靠的传热。

从一个物体表面辐射出的热流可通过斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann-Gesetz)来计算：

其中，

热流或者说辐射功率

ε：辐射系数：该值介于0(完美镜子)和1(理想黑体)之间