汽車尾氣溫差發(fā)電的專利技術(shù)綜述

劉雪琦

【摘要】本文根據(jù)汽車溫差發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的國內(nèi)外專利申請數(shù)據(jù)，分析比較國內(nèi)外申請人的申請重點，總結(jié)國內(nèi)外申請人在專利分布上的差異，為快速了解汽車尾氣溫差發(fā)電專利申請基本情況以及追蹤領(lǐng)域主要申請人提供一定借鑒和參考價值。

【關(guān)鍵詞】汽車；尾氣；溫差發(fā)電；余熱；熱電；專利

一、汽車尾氣溫差發(fā)電的發(fā)展背景

當(dāng)今，全球汽車保有量日益增加，汽車尾氣排放出大量熱能，將這些熱能轉(zhuǎn)換為電能的溫差發(fā)電技術(shù)成為國內(nèi)外研究的熱點。在實際工作過程中汽車發(fā)動機(jī)的能量利用率大約為百分之三十左右，而百分之四十左右的能量隨著尾氣排放到大氣當(dāng)中，造成了巨大的能源浪費[1]。這些熱量的回收不僅有利于尾氣廢熱能量的重復(fù)利用，而且可以提高發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。目前，回收利用汽車尾氣廢熱的方式是采用溫差發(fā)電系統(tǒng)，將高溫尾氣中的熱能收集并轉(zhuǎn)換為電能，用于供給汽車上的耗電部件。這種溫差發(fā)電可以合理利用尾氣廢熱等低品位能源將熱能有效地轉(zhuǎn)換為電能。

二、汽車尾氣溫差電技術(shù)的專利情況分析

在CNABS、DWPI數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，其中涵蓋了全世界各國的專利申請，采用與汽車尾氣溫差發(fā)電技術(shù)密切相關(guān)的分類號與關(guān)鍵詞，經(jīng)過去噪以及去除同一申請人同日申請的相同的實用新型，得到關(guān)于汽車尾氣溫差發(fā)電技術(shù)的專利申請情況。經(jīng)過對摘要的閱讀，進(jìn)行了初步分析和研究，并對經(jīng)過篩選的專利申請文獻(xiàn)進(jìn)行重點分析。

在汽車尾氣溫差發(fā)電的發(fā)明專利申請當(dāng)中，國外公司申請占大多數(shù)，達(dá)到總申請數(shù)量的63%，國內(nèi)申請占總申請數(shù)量的37%，可以看出對汽車尾氣溫差發(fā)電技術(shù)的研究以國外公司為主。就圖1所示的國外各國申請量對比圖來看，作為汽車工業(yè)領(lǐng)域較為發(fā)達(dá)的德國在汽車尾氣溫差發(fā)電方面的申請量明顯高于其他國家，這說明注重汽車排放技術(shù)的德國，對于尾氣溫差發(fā)電技術(shù)的高度重視；美國、韓國作為老牌汽車工業(yè)強(qiáng)國，在汽車尾氣溫差發(fā)電技術(shù)的申請量位居第二、第三；而作為最早開始申請汽車尾氣溫差發(fā)電技術(shù)相關(guān)專利的日本，在申請總量上次于上述三國。

國內(nèi)申請人類別分布如圖2所示，從圖中可以清楚地看出在國內(nèi)申請人當(dāng)中，有61%的申請人為高校，其次是個人申請，占申請總量的23%，而企業(yè)申請量最少，僅為16%。相比較國外專利申請人當(dāng)中絕大部分為公司申請的情況，可以看出我國汽車尾氣溫差發(fā)電還沒有得到充分利用，僅停留在研究階段，而沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

汽車溫差發(fā)電技術(shù)的發(fā)展涉及熱電元件材料以及發(fā)電器結(jié)構(gòu)兩條主線。豐田自動車株式會社最先開展對溫差發(fā)電的研究，因此在早期的專利申請中占主要地位，其在2003年申請的專利（JP2005137188）廢氣凈化裝置中，通過設(shè)置可以將從廢氣向熱電轉(zhuǎn)換元件的熱傳遞狀態(tài)改變?yōu)楦邆鳠釥顟B(tài)和低傳熱狀態(tài)的可變傳熱裝置，當(dāng)排氣凈化催化劑的溫度高于規(guī)定溫度時，使從廢氣向熱電轉(zhuǎn)換元件的熱傳遞狀態(tài)為高傳熱狀態(tài)。繼豐田之后，德國的排放技術(shù)有限公司針對熱電元件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，同時美國的BSST有限責(zé)任公司針對溫差發(fā)電器的換熱功率以及轉(zhuǎn)換器申請了相關(guān)專利。在熱電元件材料方面，美國的康寧公司、通用汽車以及我國的哈爾濱工業(yè)大學(xué)也提交了相關(guān)申請。

三、汽車尾氣溫差發(fā)電的發(fā)展建議

汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛消耗的能源也與日俱增，使得車輛的節(jié)能備受關(guān)注。利用發(fā)動機(jī)余熱發(fā)電不僅是解決能源問題的有效途徑，也是節(jié)能環(huán)保的有效途徑。因此汽車溫差發(fā)電技術(shù)用于車輛發(fā)動機(jī)的余熱利用具有廣泛的應(yīng)用前景。從上述專利技術(shù)分析來看，國外大型汽車相關(guān)公司已經(jīng)意識到溫差發(fā)電的優(yōu)勢，并已經(jīng)應(yīng)用于實際生產(chǎn)當(dāng)中。目前，我國在汽車溫差發(fā)電技術(shù)方面僅停留在研究方面，還未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因此，汽車溫差發(fā)電技術(shù)在我國仍有較大發(fā)展空間，我國企業(yè)應(yīng)加大在這一方面的創(chuàng)新研究力度，這不僅能夠使國內(nèi)企業(yè)在國際競爭中爭取一席之地，還有助于解決我國日益嚴(yán)峻的能源問題。

參考文獻(xiàn)

[1]Jihui Yang， Francisr Stabler. Automotive Applications of Thermoelectric Materials[J]. Journal of Electronic Materials， 2009， 7（38）： 1245-1251.