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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermoelektrische Vorrichtung
gemäß Anspruch 1.
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Unter
einem thermoelektrischen Generator (TEG) wird ein Wärmetauscher
verstanden, der mit thermoelektrisch aktivem Material bestückt
ist. Wird dieses Material einer Temperaturdifferenz ausgesetzt,
erzeugt der TEG elektrische Energie. Die Temperaturdifferenz entsteht
im TEG dadurch, dass heiße (z. B. Abgas in einem Fahrzeug)
und kalte Medien (z. B. Kühlmittel in einem Fahrzeug) aneinander
vorbeigeführt werden.
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Die
Druckschriften
EP
000001230475B1 ,
EP 000001475532A2 ,
WO 2007026432 ,
JP000010281015AA ,
JP002000282960AA ,
JP 002004068608AA ,
JP 002005083251AA oder
JP002005117836AA offenbaren
zwar Ansätze unter Verwendung eines solchen TEG, jedoch
sind diese Anwendungen wenig effizient auf Grund nachteiliger Anbindung
der thermoelektrischen Module an einen Wärmetauscher.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte thermoelektrische
Vorrichtung zu schaffen, die eine Erzeugung von elektrischer Energie
aus Wärmeenergie ermöglicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der thermoelektrischen Vorrichtung werden durch die Unteransprüche
definiert.
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Diese
Aufgabe wird durch eine thermoelektrische Vorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine thermoelektrische Vorrichtung
zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärme, wobei
die Vorrichtung die folgenden Merkmale umfasst:
- – ein
thermoelektrisches Modul, das eine erste Hauptoberfläche
und eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende
zweite Hauptoberfläche aufweist, wobei das thermoelektrische
Modul eine Mehrzahl von Elementen mit einem thermoelektrisch aktiven
Material aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zwischen der
ersten und der zweiten Hauptoberfläche des thermoelektrischen
Moduls erstrecken und die ferner ausgebildet sind, um bei einem
thermischem Kontakt mit Medien unterschiedlicher Temperatur eine
elektrische Energie bereitzustellen; und
- – eine Haltestruktur, die zur Führung eines
warmen und eines kalten Mediums und zur Halterung des thermoelektrischen
Moduls ausgebildet ist, wobei die Haltestruktur ferner ausgebildet
ist, um das kalte Medium derart zu führen, dass es in thermischen
Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche tritt und das warme
Medium derart zu führen, dass es in thermischen Kontakt
mit der zweiten Hauptoberfläche tritt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die thermoelektrischen
Materialien in dem thermoelektrischen Modul optimal in dem Wärmestrom
zwischen dem warmen und dem kalten Medium ausgerichtet sind, wenn
sie im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen des
thermoelektrischen Moduls positioniert sind. Als Hauptoberflächen
des thermoelektrischen Moduls werden dabei die Oberflächenseitendes
thermoelektrischen Moduls betrachtet, die gegenüber anderen
Oberflächenseiten des thermoelektrischen Moduls mit Abstand am
größten sind. Zusätzlich wird durch die
Haltestruktur sichergestellt, dass eine thermische Kontaktierung
des thermoelektrischen Moduls über die Hauptoberflächen
erfolgt, so dass eine sehr große Wärmeaustauschfläche
zur Übertragung der Wärme an die Elemente mit
dem thermoelektrischen Material besteht, wobei eine optimale Ausrichtung
dieser Elemente zur Energieerzeugung besteht.
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Die
vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Kontaktierung über
die Hauptoberflächen des thermoelektrischen Moduls eine
gegenüber dem Stand der Technik deutliche bessere thermische Kontaktierung
und damit eine deutlich bessere Ausnutzung des thermoelektrischen
Effektes für die zur Verfügung stehenden Wärme
möglich wird. Zugleich kann die Erfindung technisch einfach
ungesetzt werden, da im Wesentlichen lediglich eine günstige
Anordnung der thermoelektrischen Materialien und eine einfache Haltekonstruktion
zur Führung der Medien mit unterschiedlicher Temperatur
vorzusehen sind.
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In
einer günstigen Ausführungsform der Erfindung
kann das thermoelektrische Modul einen Hüllkörper
umfassen, der ausgebildet ist, um die Elemente aus dem thermoelektrischen
Material gegen Einflüsse oder Verunreinigungen von außerhalb
des thermoelektrischen Elements zu schützen, wobei die erste
und zweite Hauptoberfläche durch Flächen des Hüllkörpers
gebildet werden. Eine solche Ausführungsform der Erfindung
bietet den Vorteil, dass das thermoelektrische Modul optimal gegen
Umwelteinflüsse, insbesondere fluidische Umwelteinflüsse,
geschützt ist und auch die Positionierung der einzelnen thermoelektrischen
Materialien gesichert ist.
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Auch
kann das thermoelektrische Modul zumindest ein Anschlusselement
aufweisen, das von einer Oberfläche des thermoelektrischen
Moduls absteht und das ausgebildet ist, um eine mechanische Verbindung
zwischen dem thermoe lektrischen Modul und der Haltestruktur zu verbessern.
Ein derart ausgestaltetes thermoelektrisches Modul weist eine sehr gute
Befestigungsmöglichkeit an der Haltestruktur auf, wodurch
eine hohe Lebensdauer der thermoelektrischen Vorrichtung bei sehr
guten gleichbleibendem Wirkungsgrad möglich wird.
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Ferner
kann auch die erste und/oder zweite Hauptoberfläche eine
Profilierung aufweisen. Dies ermöglicht eine Turbulenzbildung
beispielsweise beim Überströmen der entsprechenden
Hauptoberflächen des thermoelektrischen Moduls durch eines der
Medien, so dass eine optimale Wärme- bzw. Kälteübertragung
von dem entsprechenden Medium an das thermoelektrische Modul möglich
wird.
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Auch
kann die Trägerstruktur zumindest ein Rohr aufweisen, das
zur Führung eines der Medien, insbesondere des warmen Mediums
ausgebildet ist, wobei die erste oder zweite Hauptoberfläche
des thermoelektrischen Moduls mit dem Medium in dem Rohr thermisch
kontaktierbar ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine möglichst
große Fläche zur Wärme- bzw. Kälteübertragung
von dem warmen bzw. kalten Medium an das thermoelektrische Modul
genutzt werden.
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Um
eine weitere Verbesserung der Wärmeübertragung
zu ermöglichen, kann in dem Rohr oder um das Rohr herum
eine Turbulenzeinlage angeordnet sein und/oder das Rohr an einer
Außenseite und/oder an einer Innenseite der Wand des Rohres eine
Profilierung aufweisen.
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Günstig
ist es auch, wenn das Rohr zumindest eine Öffnung aufweist,
und wobei ein thermoelektrisches Modul derart angeordnet ist, dass
die Öffnung durch das thermoelektrische Modul im Wesentlichen
verschlossen oder zumindest abgedeckt ist. Hierdurch ist es möglich,
dass das warme oder kalte Medium direkt die erste oder zweite Hauptoberfläche berührt,
wodurch die Wärme einen deutlich geringeren Wärmeübergangswiderstand
braucht, als wenn die Wärme über ein weiteres
Medium wie eine Rohrwand geleitet werden müsste.
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Auch
kann das Rohr ein Flachrohr sein und die Breite der Öffnung
näherungsweise der Breite des Flachrohres entsprechen,
insbesondere zumindest achtzig Prozent der Breite des Flachrohres
entsprechen. Dies stellt sicher, dass ein möglichst großer
Teil der Innenseite des Rohres durch eine der Hauptoberflächen
des thermoelektrischen Moduls ausgekleidet ist, so dass das Medium
in dem Rohr eine möglichst große Kontaktfläche
zu dem thermischen Modul „sieht”. Dies begünstigt
eine hohe Wärmeübertragungsrate.
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Um
eine möglichst kompakte Bauform der thermoelektrischen
Vorrichtung zu erreichen, kann das Flachrohr an zwei gegenüberliegenden
größeren (Breit-)Seiten des Flachrohres zumindest
je eine Öffnung aufweisen, die durch je ein thermoelektrisches Modul
im Wesentlichen verschlossen oder zumindest abgedeckt sind. Hierdurch
kann auf kleinem Raum eine möglichst große Anzahl
von thermoelektrischen Modulen in Kombination mit dem Rohr verbaut
werden.
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Ferner
kann eine bessere Turbulenz und damit eine höheren Wärmeaustauschmöglichkeit
eines strömenden Mediums im Bereich des thermoelektrischen
Moduls sichergestellt werden, wenn das an dem Rohr befestigte thermoelektrische
Modul einen Strömungsquerschnitt für ein in dem
Rohr oder ein um das Rohr herum strömendes Medium vergrößert oder
verkleinert.
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Um
eine sehr gute und damit stabile Befestigung des thermoelektrischen
Elementes an dem Rohr sicherzustellen, kann das Rohr zumindest einen
Durchzug, einen Kragen, eine Sicke oder ein Fügeblech zur
Befestigung des thermoelektrischen Moduls daran aufweisen.
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Ein
Toleranzausgleich durch thermisch bedingte Materialbewegungen während
des Betriebs der thermoelektrischen Vorrichtung kann dadurch ermöglicht
werden, dass das Rohr oder ein Fügeblech zumindest eine
Prägung, eine Faltung, eine Biegung oder eine Sicke aufweist.
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Um
eine möglichst gute Wärmeübertragung sicherzustellen,
kann die Haltestruktur ein Gehäuse umfassen, wobei in dem
Gehäuse das zumindest eine Rohr derart angeordnet ist,
dass in dem Rohr das ein erstes (insbesondere das warme) Medium führbar
ist und zwischen einer Außenwand des zumindest einen Rohres
und einer Innenwand des Gehäuses ein zweites (insbesondere
das kalte) Medium führbar ist. Dies ermöglicht,
dass beispielsweise das kalte Medium frei um die Rohre herum fließen
kann, so dass in dem Gehäuse eine möglichst große
Temperaturdifferenz um das oder die thermoelektrische(n) Modul(e)
herum herrscht, wodurch eine hohe elektrische Energieausbeute durch
diese bereitgestellt werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
kann die Haltestruktur ferner einen Diffusor aufweisen, der an dem
Gehäuse befestigt ist und der ausgebildet ist, um das in
dem Rohr führbare Medium zu sammeln und in das zumindest eine
Rohr einzuleiten oder aus dem Rohr auszuleiten. Dies ermöglicht
eine gute Verteilung der durch das Rohr führbaren Medien,
so dass die im Gehäuse angeordneten Rohre möglichst
gleichmäßig von dem Medium durchströmt
werden. Dies begünstigt eine möglichst optimale
Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Wärmeunterschieds
zwischen den beiden Medien.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines thermoelektrischen
Generators (TEG) in isometrisch geschnittener Darstellung;
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2 eine
allgemeine Skizze eines thermoelektrischen Moduls (TEM) im Querschnitt;
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3 eine
allgemeine Skizze eines TEM-Hüllkörpers im Querschnitt;
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4 eine
Außenansicht des TEM in isometrischer Darstellung;
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5 eine
Querschnittsdarstellung eines TEM mit Randerhöhung
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6 eine
Querschnittsdarstellung eines TEM mit Rand-Absatz;
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7 eine
isometrische Außenansicht eines TEM mit beispielhafter
Profilierung;
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8 eine
isometrische Außenansicht eines Rohres mit Öffnungen,
beispielhaft mit Öffnungen oben und unten
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9 eine
isometrisch geschnittene Außenansicht eines Rohres mit
TEM, beispielhaft Öffnungen mit Durchzug;
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10 eine
Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres mit Durchzug
und eingelegtem TEM;
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11 eine
Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres mit Durchzug
und Kragen) und eingelegter TEM;
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12 eine
Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres mit Durchzug
und Sicke und eingelegtem TEM;
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13 Querschnittsdarstellungen
von Öffnungen des Rohres und aufgesetztes TEM;
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14 eine
Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres und eingesetztem
TEM mit Fügeblech;
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15 eine
Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres und aufgesetztem
TEM mit Fügeblech;
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16 eine
Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres und eingesetztem
TEM mit Fügeblechen;
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17 Darstellungen
von Prägungen, Faltungen, Biegungen oder Sicken im Rohr
oder im Fügeblech;
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18 Querschnittsdarstellungen
von Öffnungen des Rohres und einem eingesetzten TEM mit zweiteiligem,
schweißbaren Hüllkörper;
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19 eine
isometrische Bodenansicht;
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20 eine
isometrische Gehäuseansicht;
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21 eine
isometrische Ansicht von Turbulenzeinlagen;
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22 eine
Querschnittsdarstellung eines ersten alternativen Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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23 eine
isometrische Darstellung eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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24 eine
Seitenansicht eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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25a–b eine Querschnittsdarstellung eines
vierten alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung, bei der Öffnungen des Rohres und ein eingesetztes
TEM dargestellt sind; und
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26a–c Querschnittsdarstellungen von verschiedenartigen
Formen eines fünften alternativen Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung von Rohren mit integriertem TEM.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen
Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente
gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine
wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Ferner
werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei
einem einschlägigen Fachmann klar ist, dass auch diese
Ausführungsbeispiele kombiniert werden können,
auch wenn eines solche Kombination hier nicht explizit beschrieben
ist.
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1 zeigt
eine isometrische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines thermoelektrischen Generators 1 (TEG) bzw. einer
thermoelektrischen Vorrichtung 1. Der TEG 1 ist
in nachfolgender 1 im Längsschnitt (d.
h. in axiale Richtung 9) dargestellt. Seine Bauform stellt
aus konstruktiver, thermodynamischer Sicht einen Rohrbündel-Wärmetauscher
dar. Anstatt der nachfolgend vielfach angeführten Edelstahl-Materialien
können auch andere Metalle wie Aluminium oder Kupfer vorgesehen
werden. Des Weiteren sind die nachfolgenden Abbildungen nicht maßstäblich.
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Der
in 1 dargestellte TEG 1 besteht im Wesentlichen
aus Rohren 2, an denen thermoelektrische Module (TEM) 3 angebracht
sind. Ferner können evtl. Fügebleche 4 zur
besseren Halterung an den Rohren 2 oder TEM 3 angebracht
sein, um eine Verbindung zwischen den Rohren 2 und den
TEM 3 zu verbessern. Zusätzlich sind Böden 5 vorgesehen, um
zumindest ein Medium in die Rohre zu leiten. Auch können
die Rohre 2 in einem Gehäuse 6 angeordnet
sein, die Diffusoren oder Sammler 7 aufweisen, um ebenfalls
ein Medium zu sammeln und in die Rohre 2 zu leiten. Um
eine bessere Turbulenz und damit ein besseres Wärmeübertragungsverhalten
sicherzustellen, können evtl. auch Turbulenzeinlagen 8 zwischen
den Rohren 2 und dem Gehäuse 6 oder in den
Rohren 2 angeordnet sein (was jedoch in 1 nicht
dargestellt ist).
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Prinzipiell
kann die thermoelektrische Vorrichtung 1 dazu verwendet
werden, um die im Abgas (beispielsweise eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeugs) in Form von Wärme gespeicherte Energie
besser zu nutzen, die bisher oftmals ungenutzt an die Umgebung abgeführt
wird. Um den Wirkungsgrad der Anlage (beispielsweise des Fahrzeugs)
zu erhöhen, und folglich den CO2-Ausstoss
im Betrieb zu senken, wird ein TEG 1 implementiert, der einen
Teil der Wärme in elektrische Energie umwandelt und diese
an die Anlage zurückführt. Der TEG kann mit unterschiedlichem
Nutzen an beliebiger Stelle im Abgasstrang oder in der Abgasrückführung untergebracht
sein.
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Zum
allgemeinen Funktionsprinzip eines thermoelektrischen Generators
kann folgendes ausgeführt werden. Im TEG 1 werden
beispielsweise im Gleich- oder Gegenstrom zwei Medien mit unterschiedlicher
Temperatur entlang einer Wärmeübertragungsstrecke 11 aneinander
vorbeigeführt, sodass es zu einem Wärmetransport
vom warmen zum kalten Medium kommt. Die beiden Medien sind getrennt,
sodass es zu keiner Durchmischung kommt. Beim heißen Medium
handelt es sich beispielsweise um Abgas, beim kalten Medium beispielsweise
um ein Wasser-Glysantin-Gemisch (Kühlmittel). Das Abgas
entstammt beispielsweise einem Verbrennungsmotor, das Wasser-Glysantin-Gemisch
einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung verschiedener
und Motor-, Klimaanlagen-, oder Batteriekomponenten.
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Die
Erzeugung von elektrischer Energie im TEG kann wir folgt beschrieben
werden. In der Trennebene/-fläche zwischen heißem
und kaltem Medium im TEG 1 werden thermoelektrische Module 3 (TEM)
eingebracht. Das bedeutet, dass eine Seite 12 bzw. 13 des
TEM 3 in direktem oder indirektem Kontakt zum heißen
Medium steht, und die andere 13 bzw. 12 in direktem
oder indirektem Kontakt zum kalten Medium. Die hierdurch anstehende
Temperaturdifferenz zwischen der einen und anderen Seite 12, 13 des
TEM 3 ruft Thermodiffusionsströme innerhalb der
thermoelektrisch aktiven Materialien 14 (z. B. Halbleiter-Materialien)
in dem TEM 3 hervor, wodurch eine elektrische Spannung
entsteht (dies ist auch Seebeck-Effekt bekannt). Die elektrische
Spannung kann in Form von elektrischem Strom abgegriffen werden.
Hierzu wird der elektrische Strom über Elektro-Kabel 15,
die in das Innere des TEM 16 führen und dort angeschlossen
sind einem elektrischen Verbraucher oder einem elektrischen Speicher
außerhalb des TEG 1 zugeführt.
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Zum
innenseiteigen Aufbau 16 eines TEM 3 (beispielsweise
gemäß 2) lässt sich folgendes ausführen:
Im TEM 3 wird abwechselnd eine Vielzahl thermoelektrisch
aktiver Materialien 14 (z. B. n- und p-dotierte Halbleiter) über
elektrische Leiter miteinander verschaltet. Die geometrische Ausrichtung
der thermoelektrisch aktiven Materialien 14 weist im Wesentlichen
in Richtung des Wärmestroms von der Warm- 12 bzw. 13 zur
Kaltseite 13 bzw. 12. Als Werkstoff der thermoelektrisch
(TE)-aktiven Materialien kommt beispielsweise PbTe oder BiTe in
Frage.
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Um
die gewünschten elektrischen Spannungen und Stromflüsse
einzustellen, können die TEM-internen Halbleiter-Leitermaterialen
gleich- oder parallelverschaltet werden. Dies gilt auch für
die elektrische Verschaltung der TEM 3 untereinander.
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Zu
einem möglichen Hüllkörper 17 des
TEM 3 (beispielsweise gemäß 3)
lässt sich folgendes ausführen: Die thermoelektrisch
aktiven Materialien 14 und die Leitermaterialien sollten
nach außen hin 9, 10 elektrisch isoliert
werden. Dazu wird das TEM 3 günstigerweise nach
allen Seiten 9, 10 von einer elektrisch isolierenden
Hüllschicht 17 umgeben. Dieser Hüllkörper 17 ist
Teil der TEM 3 und schützt die elektrischen, inneren
Komponenten 16 außerdem vor eindringendem Schmutz
und vor Feuchtigkeit und ggf. Flüssigkeiten.
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Als
Hüllkörper-Material 17 kommt beispielsweise
ein keramischer Werkstoff zum Einsatz. Der Hüllkörper 17 kann
beispielsweise zweiteilig 17a, b aufgebaut werden. Die
beiden Teile 17a, b sollten dann zueinander seitlich 27 durch
eine Dichtung 18 abgedichtet werden. Dies kann beispielsweise
in Form einer Klebung oder Lötung erfolgen. Einer der beiden
Hüllkörper-Teile 17a oder b kann auch
die Form einer Schale haben (wie es in 3 gezeigt ist),
wobei dann das andere Teil 17a oder b in diese eingelegt
wird, sodass man das Abdichten 18 des Hüllkörpers 17 auf
die Ober- oder Unterseite 12, 13 verlegen kann.
Dies kann bei der weiteren Anbindung des TEM 3 an den Wärmetauscher
bzw. den thermoelektrischen Generator 1 vorteilhaft sein.
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Denkbar
wäre auch eine Hülle aus einem Edelstahl, wobei
dann zwischen dem thermoelektrischen Halbleiter-Leitermaterial und
dem Edelstahl zusätzliche eine elektrisch isolierende Schicht
eingebracht werden sollte. Diese Schicht könnte beispielsweise
eine Kunststoff- oder Natursteinfolie dreidimensional verformbar
sein. Auch könnte der Edelstahl-Hüllkörper
auf der Innenseite 16 beschichtet sein (z. B. mit einer
Keramik-Beschichtung).
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Es
können verschiedene Ausführungsvarianten der TEM 3 verwendet
werden, insbesondere bei einem keramischen bzw. nicht-metallischen
Hüllkörper 17:
Im Nachfolgenden
wird nicht mehr zwischen ein 17- oder mehrteiligem 17a,
b Hüllkörper unterschieden. Die beschriebenen
Ausführungen beziehen sich allgemein auf den Hüllkörper 17,
und betreffen somit einen ein- oder mehrteiligem Hüllkörper 17a,
b gleichermaßen.
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Das Äußere 17 des
TEM 3, insbesondere also dessen Hüllkörper 17,
ist hauptsächlich flächig gestaltet und ähnelt
einem Blech oder einer Scheibe. 4 zeigt
ein Beispiel für ein derartiges TEM 3. Die Breite 20 und
Länge 19 des TEM 3 übersteigt
somit im Allgemeinen dessen Höhe 21. Das TEM 3 kann
in flächiger Ansicht L × B rund kreisförmig
oder oval oder vieleckig Viereck, Sechseck gestaltet sein. In bevorzugter
Bauweise entspricht das TEM 3 einem flachen Würfel
(siehe 4), wobei die Ecken auch teilweise stark abgerundet
oder angefast sein können.
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Es
können unterschiedliche ausgestaltete TEM 3 verwendet
werden:
- 1. Das TEM 3 ist ohne weitere
Merkmale ausgeführt.
- 2. Das TEM 3 kann im Randbereich ein oder beidseitig 12, 13 (beispielweise
gemäß 5) erhöht sein 22,
um die wirksamen Verbindungsflächen mit dem Rohr 2,
bzw. dessen Durchzüge 23 und/oder mit den Fügeblechen 4 zu
erhöhen.
- 3. Das TEM 3 kann im äußeren Bereich
einen ein- oder beidseitigen 12, 13 Absatz 24 aufweisen (beispielsweise
entsprechend 6).
- 4. Die nach außen führenden Elektro-Kabel 15 des
TEM 3 können Ober- oder unterseitig 12, 13 oder
seitlich 27 angeordnet sein.
- 5. Um den Wärmübergang zu erhöhen,
kann es vorteilhaft sein, das TEM 3 ober- und/oder unterseitig 12, 13 zu
profilieren 25 (z. B. durch eine Berippung gemäß 7).
Die Profilierung 25 kann am Hüllkörper 17 durchgeführt
oder nachträglich aufgebracht werden.
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Der
Sonderfall eines metallischen Hüllkörpers 17 eines
TEM 3, sowie dessen konstruktive Gestaltung und Einbindung
in den TEG 1, wird nachfolgend noch näher beschrieben.
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Als
nächstes folgen einige Ausführungen zu den Rohren 2.
Die Rohre 2 trennen die beiden Stoffströme (d.
h. Medien) entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11,
sprich in radialer Richtung 10.
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Die
Rohre 2 sind in bevorzugter Weise Flachrohre bzw. Flachkanäle
aus einem hochtemperaturbeständigen Edelstahl-Werkstoff.
Diese Rohre 2 werden üblicherweise aus einem dünnwandigen Blech
hergestellt, wobei das Blech zuerst geschnitten, dann gebogen und
abschließend geschweißt werden kann. Prinzipiell
sind jedoch auch andere Formen, z. B. die eines Rundrohres oder
eines ovalen Rohres denkbar.
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In
den Rohren 2 wird das heiße oder das kalte Medium
entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11 geführt.
Bevorzugt wird dem Inneren 12 des Rohres 2 die
Stoffführung des heißen Mediums zugeordnet, wobei
dann das Äußere 13 des Rohres 2 mit dem
kalten Medium in thermischem Kontakt steht.
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Wie
die TEM 3 können auch die Rohre 2 teilweise
oder ganz profiliert oder berippt sein (z. B. durch eine Winglet-Struktur).
Hierzu weisen die Rohre 2 eine entsprechende innere und/oder äußere
Prägestruktur auf. Diese Strukturierung kann sich in dreierlei
Hinsicht auf die strömenden Medien auswirken:
- A. Aufbrechen der laminaren Grenzschicht
Die Berippung
wird im turbulenten Bereich angeströmt, wodurch sich der
Wärmeübergang vom Medium zur Wandung verbessert.
- B. Verwirbeln der Strömung
Die Moleküle
des Mediums strömen nicht mehr nur primär eindimensional
entlang der Wärmeübertragungsstrecke, sondern
dreidimensional bei einer beispielsweise spiral-förmigen
Strömungsform. Die Dicke der laminaren Grenzschicht wird partiell
verkleinert. Die Bereiche der Strömung mit max./min. Temperatur
werden näher an die Rohrwandung herangeführt.
Letztlich verbessert sich auch hierdurch der Wärmeübergang.
- C. Vergrößerung der wärmeübertragenden
Fläche der Wandung
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Die
Länge der Rohre 2 entspricht der Wärmeübertragungsstrecke 11 im
TEG 1. Der Anfang und das Ende der Rohre 2 stellt
den Ein- und Austritt eines Mediums bevorzugt das warme Medium in
die Wärmeübertragungsstrecke 11 innerhalb 12 des Rohres 2 dar.
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Die
Rohre 2 können in beliebiger Anzahl übereinander
geschichtet sein. Die Rohre können ebenfalls in beliebiger
Anzahl nebeneinander angeordnet sein. Außerhalb 13 der
Rohre 2, also zwischen den einzelnen Rohrlagen- und Kolumnen, strömt
das andere Medium bevorzugt das kalte Medium, weshalb sich die Rohre 2 gegenseitig
nicht berühre brauchen.
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Auf
der Rohroberfläche können noppenartige, hervorstehende
Gebilde eingeprägt sein, die eine gegenseitige Abstützung
der Rohre 2 untereinander gewährleisten. An diesen
Stellen besteht somit Kontakt zwischen den Rohren 2.
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Zum
Fügen des Rohres 2 mit der TEM 3 lässt sich
folgendes ausführen. Die Wandung der Rohre 2 weist
oben und/oder unten, bzw. seitlich liegende Öffnungen/Durchbrüche 26 auf,
wie dies beispielhaft in 8 dargestellt ist. Die oben
und unten liegenden Öffnungen 26 werden bevorzugt.
In einem Montageschritt werden die Rohre 2 und die TEM 3 zusammengebracht.
Die TEM 3 werden hierbei in die Öffnungen 26 ein
oder aufgesetzt/eingelegt. Folglich ist die Form der Öffnungen 26 auf
die Form der TEM 3 konstruktiv und funktionell abgestimmt.
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Je
Rohr 2 sind beispielsweise ein oder mehrere Öffnungen
vorgesehen. Die Öffnungen können hintereinander
und/oder nebeneinander angeordnet sein. In jede der Öffnungen
wird ein TEM eingebracht. Das heißt die Anzahl und Anordnung
der Öffnungen entspricht derjenigen der TEM. In bevorzugter
Ausführung sind die Öffnungen entlang des Rohr-Verlaufs
hintereinander angeordnet, wobei der Abstand von Öffnung
zu Öffnung möglichst klein gehalten wird, und
die Breite der Öffnung näherungsweise der Breite
des Rohres entspricht, also möglichst breit ist. Beispielsweise
befinden sich die Öffnungen auf der Ober- und Unterseite
des Rohres gleichermaßen.
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Die
Rohre 2 sind mit den TEM 3 im Bereich der Öffnungen 26 verbunden
wie dies beispielhaft in 9 dargestellt ist. Die Verbindung
wird beispielsweise über eine Klebung oder stoffschlüssig über eine
Lötung (z. B. mittels Glasloten) herbeigeführt. Dies
gilt insbesondere für die Verwendung von einem nichtmetallischen
Werkstoff der TEM-Hülle 17 wie beispielsweise
einer Keramik. Bei der Verwendung eines Metalls, sodass sowohl Rohr 2 und
TEM-Hülle 17 metallisch sind, kann auch eine Schweißung
(z. B. Laser-Schweißung) als Verbindungstechnik vorteilhaft
sein.
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Um
die Effektivität des TEG 1 zu steigern, kann es
außerdem vorteilhaft sein, wenn die oberflächigen
Bereiche des Rohres 2 auf der einen 12 oder anderen
Seite 13, welche nicht mit einem TEM 3 belegt
sind, mit einem Wärmedurchgangswiderstand erhöhenden
Beschichtung versehen sind oder in geeigneter Weise überdeckt
(z. B. zwei-schaliger, miteinander geklippter Kunststoff-Mantel
oder überzogen sind.
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Im
Folgenden werden einige Ausführungsvarianten der Öffnungen 26 der
Rohre 2 mit einem Verbindungsmechanismus Rohr 2-TEM 3 erläutert.
- 1. Die Öffnung 26 kann gemäß der
Darstellung aus 10 mit einem Durchzug 23 ausgeführt werden.
Der Durchzug 23 kann nach oben 13 und/oder unten 12 weisen.
Das TEM 3 wird am Durchzug 23 mit dem Rohr 2 verbunden.
Somit ist primär der außenliegende seitliche Bereich 27 des
TEM 3 mit dem Rohr-Durchzug 23 verbunden, während
die Ober 13- und Unterseite 12 nicht angebunden
ist, bzw. größtenteils nicht angebunden ist.
In
der günstigen Ausführungsform wird das Innere 12 des
Rohres 2 mit heißem Abgas durchströmt. Dann
weisen die Durchzüge 23 beispielsweise nach außen 13.
Die Verbindung liegt dann näher dem kalten Medium als dem
warmen, weshalb die Verbindung thermisch und thermomechanisch weniger
belastet wird.
- 2. Die Durchzüge 23 aus dem unmittelbar vorausgehenden
Absatz 1. können an deren Ende mit einem gebogen
Kragen 28 gemäß 11 versehen sein,
um eine zusätzliche Verbindungs- und/oder Haltefläche
auf der Ober 13- oder Unterseite 12 des TEM 3 zu
erhalten, und um ggf. die Montage zu erleichtern.
- 3. Die Durchzüge 23 aus dem unmittelbar vorausgehenden
Absatz 1. können an deren Anfang geknickt sein
(beispielsweise mit einer Sicke 29 versehen sein). Der
Abstand vom heißen Medium zur Verbindung Durchzug 23-TEM 3 wird
vergrößert. Außerdem wird eine thermische
Trennung dadurch geschaffen, dass die Verbindungsstelle vom kalten
Medium in der Sicke 29 unterspült wird. Im Übrigen
wird ggf. die Montage erleichtert. Die Sicke 29 kann zudem
als Kompensationselement betrachtet werden um die durch Temperaturunterschiede
hervorgerufenen Längenänderungen zu kompensieren
oder eine Schwingungsübertragung auf die TEM zu vermeiden.
- 4. Die Öffnung 26 ist ohne besondere zusätzliche Merkmale
ausgeführt. Das TEM 3 wird dann nicht in die Öffnung 26 eingesetzt,
sondern (beispielsweise entsprechend der Darstellung aus 13) auf
der Innen 12- oder Außenseite 13 des
Rohres 2 im Bereich der Öffnung 26 zentrisch
aufgesetzt, wobei dann das TEM 3 breiter 20 und
länger 19 sein kann als die Öffnung 26.
Das TEM 3 wird an dessen Auflagefläche auf dem
Rohr 2 mit diesem verbunden.
- 5. Das TEM 3 ist im äußeren Bereich
umlaufend mit einem Fügeblech 4 verbunden wie
es beispielhaft in 14 dargestellt ist. Die Verbindung
kann auf der Ober 13- oder Unterseite 12 und/oder
an den Stirnseiten 27 bestehen. Das Fügeblech 4 überragt
das TEM 3 nach allen Seiten. Das Fügeblech 4 kann
mehrfach gebogen/geknickt sein. Die TEM-Fügeblech-Baugruppe 3, 4 wird
in die Öffnung 26 des Rohres 2 eingesetzt.
Der das TEM 3 seitlich überragende Bereich des
Fügeblechs 4 wird mit dem Rohr 2 verbunden
(z. B. durch Laser-Schweißen). Sollte der Rand der TEM 3 erhöht 22 sein,
umschließt der verbindende Bereich des Fügeblechs 4 diesen 22.
- 6. Bei einer Ausführungsvariante gemäß dem
unmittelbar vorstehenden Abschnitt 5. braucht das TEM 3 allerdings
nicht in die Öffnung 26 des Rohres 2 eingesetzt
werden, sondern kann wie im vorausgehenden Abschnitt 4.
auf die etwas kleinere Öffnung aufgesetzt werden (siehe 15).
- 7. Bei einer Ausführungsvariante gemäß dem
unmittelbar vorstehenden Abschnitt 5. kann das TEM 3 jedoch
beidseitig 12, 13 mit Fügeblechen 4a,
b verbunden werden, wie dies beispielhaft in 16 dargestellt
ist. Die Fügebleche 4a, b können miteinander
verbunden sein (z. B. durch Schweißen). Eines oder beide
Fügebleche 4a, b werden mit dem Rohr 2 verbunden
(z. B. durch Schweißen). Das der heißen Seite
zugewandte Fügeblech 4a oder b kann lose bzw.
kraftschlüssig auf der TEM 3 aufliegen, sodass
zumindest eine thermische Isolationsschicht (”Totwassergebiet”)
zur Verbindung der TEM 3 mit dem anderen Fügeblech 4a oder
b geschaffen wird. Der Zwischenraum der beiden Fügebleche 4a,
b stellt dabei die Isolationsschicht dar.
- 8. In den Fügeblechen 4 und/oder in Bereichen
im Rohr 2 neben den Öffnungen 26 können
Prägungen, Faltungen, Biegungen oder Sicken 30 entsprechend
den Darstellungen aus 17 vorgesehen werden, welche
die Funktion eines Wellbalgs haben thermisches, thermo-mechanisches und
mechanisches Kompensationselement.
-
Die
vorangegangen beschriebenen Ausführungen beziehen sich
primär, aber nicht ausschließlich, auf das Fügen
eines TEM 3 mit einem TEM-Hüllkörper 17 der
aus einem ein- oder zweiteiligen keramischen Werkstoff besteht,
und der nicht mit einem Metall-Blech verschweißt werden
kann.
-
Nachstehend
ist eine weitere Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung
beschrieben, die in erster Linie auf eine Verschweißung
zwischen Rohr 2 und TEM 3 abzielt:
- 9. Der Hüllkörper 17 des TEM 3 (z.
B. Edelstahl) kann ein- oder zweiteilig ausgeführt werden,
wie dies in 18 exemplarisch dargestellt
ist. Bei einer zweiteiligen Ausführung kann einer der beiden Hüllkörper-Teile 17a,
b die Form einer Schale (entsprechend 18) haben,
wobei dann das andere Teil 17a oder b hierauf aufgesetzt
wird. Das Abdichten an der Fügestelle 18 zwischen
den beiden TEM-Hüllteilen 17a, b kann beispielsweise über
eine Schweißung im Seitenbereich 27 herbeigeführt
werden. Eines der beiden TEM-Hüllteile 17a oder
b wird nachdem das TEM 3 in die Öffnung 26 des
Rohres 2 ein- oder aufgesetzt wurde, mit dem Rohr 2 Ober-
oder unterseitig oder seitlich verschweißt.
-
Die
vorstehend genannten aufgeführten Ausführungsvarianten
1.–9. können sich bezüglich ihrer genannten
Merkmale überlagern bzw. sind kombinierbar, sodass es noch
zu weiteren Zwischenvarianten kommen kann.
-
Es
können unterschiedliche Einstecktiefe der TEM 3 in
die Öffnung 26 gewählt werden. Das TEM 3 kann
in der Form in die Öffnungen 26 des Rohres 2 eingesetzt
werden, so dass der äußere 13 oder der innere 12 Strömungsquerschnitt
des jeweiligen Mediums penetriert wird (TEM 3 steht hervor).
Das bedeutet, dass die Unter- oder Oberseite 12, 13 des
TEM 3 die Rohrwandung 2 überragt, denn
die Höhe 21 der TEM 3 übersteigt
im Allgemeinen die Dicke der Wandung des Rohrs 2.
-
Auch
ist es möglich, dass die TEM 3 in der Form in
die Öffnungen 26 des Rohres 2 eingesetzt werden,
dass der äußere 13 oder der innere 12 Strömungsquerschnitt
des jeweiligen Mediums in diesem Bereich vergrößert
wird. Das ist dann der Fall, wenn die TEM 3 an dieser Stelle
bezogen zur Rohrwandung 2 inwärts 12 oder
auswärts 13 zurücksteht.
-
Das
Vor- oder Zurückstehen der TEM 3 bezogen zur Rohrwandung 2 kann
vorteilhaft sein, als dadurch Verwirbelungen in die Strömung
indiziert werden, weil diese hierdurch in ihrem Verlauf beeinträchtigt
wird.
-
Auch
kann die Unter- oder Oberseite 12, 13 des TEM 3 mit
der Rohrwandung 2 bündig sein.
-
Zusammenfassend
kann festgehalten werden, dass die TEM 3 beispielsweise über
deren seitliche Außenkontur (seitlicher Umfang 27)
und/oder über deren peripheren Bereiche der Ober- und Unterseite 12, 13 mit
dem Rohr 2 oder einem Fügeblech 4 verbunden
ist, während der komplette oder zumindest überwiegend
mittlere Bereich der Ober- und Unterseite 12, 13 dem
direkten Kontakt der strömenden Medien ausgesetzt wird.
Desweiteren können die TEM 3 im Rohr 2 vor-
oder zurückstehen oder mit der Wandung 2 unter-
oder oberseitig 12, 13 bündig sein.
-
Bezüglich
des Bodens 5 lässt sich folgendes anmerken: Der
Boden 5 trennt die beiden Stoffströme Medien an
der Stirnseite der Wärmeübertragungsstrecke 11,
also an dessen Ein- und Austritt, und somit in axialer Richtung 9.
-
Der
Boden 5 besteht beispielsweise aus einem umgeformten Blech
(z. B. aus Edelstahl), beispielsweise entsprechend der Darstellung
aus 19. Er ist günstigerweise mit einer Vielzahl
an Aussparungen 31 ausgestattet, die in ihrer Anzahl, Anordnung
und Form den Rohren 2 entsprechen, welche mit den Aussparungen 31 des
Bodens 5 verbunden werden (z. B. durch Laser-Schweißen).
-
Dazu
werden die Rohre 2 zuvor in die Aussparungen 31 des
Bodens 5 gesteckt. Es wird beispielsweise jeweils ein Boden 5 am
Rohr-Ein- und Austritt 2 angefügt. Die Aussparungen 31 und
die umfängliche Außenkontur 32 des Bodens 5 können mit
Durchzügen 33 versehen werden. Die umfängliche
Kontur 32 wird mit dem Gehäuse 6 und/oder
dem Diffusor 7 verbunden z. B. Laser-Schweißen.
-
Bezüglich
des Gehäuses 6 lässt sich folgendes anmerken:
Das Gehäuse 6 ist bezüglich seiner Form
beispielsweise ein rundes oder vieleckiges Rohr mit entsprechend
großem Durchmesser (siehe 20). Das
Gehäuse 6 kann in axialer Richtung 9 mehrfach
abgesetzt sein. Zwischen der Außenseite der Rohre 13, 2 und
der Innenseite des Gehäuses 13, 6 wird
eines der Medien entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11 geführt,
bevorzugt das kalte. Das Gehäuse 6 trennt somit
diesen Stoffstrom radial 10 entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11 von
der umgebenden Atmosphäre. Eine dem Gehäuse 6 vor- und
nachgeschaltete Sammlung dieses Stoffstromes ist folglich nicht
notwendig. Das Gehäuse 6 ist radial 10 und
in der Nähe der axialen 9 Enden jeweils mit einer Öffnung 34 ausgestattet.
Diese Öffnung 34 kann mit einem Durchzug versehen
werden. Die Öffnungen 34 sind mit Anschlussleitungen
verbunden. Über die Öffnungen 34 wird
bevorzugt das kalte Medium in das Gehäuse 6 hinein-
bzw. hinausgeleitet. Die Enden in axiale Richtung 9 des
Gehäuses 6 werden über dessen Innen-
oder Außendurchmesser mit den Böden 5 oder
mit den Diffusoren 7 verbunden (z. B. durch Laser-Schweißen).
-
In
radiale Richtung 10 wird eine weitere kleine Öffnung 35 im
Gehäuse 6 vorgesehen, durch die das oder die Elektrokabel 15 der
TEM 3 geführt werden kann. Die Öffnung 35 sollte
entsprechend abgedichtet sein (z. B. mittels Kleber).
-
Bezüglich
des Diffusors 7 lässt sich folgendes ausführen.
Der Diffusor 7 besteht beispielsweise aus einem umgeformten
und/oder geschweißten Blech. Er hat beispielsweise zwei Öffnungen.
Auf der einen Seite (erste Öffnung) ist der Dif fusor mit
einer Anschlussleitung verbunden, auf der anderen Seite (zweite Öffnung)
mit dem Boden 5 und/oder mit dem Gehäuse 6.
Die Öffnungen unterscheiden sich naturgemäß und
im Allgemeinen in ihrem Durchmesser. Der Diffusor ist strömungstechnisch
in vorteilhafter Weise gestaltet. Der Raum zwischen Diffusor-Innenwand 7 und
Boden 5 bildet eine Kammer, welcher das Medium, dass mit
den Rohren 2 kommuniziert, vor Ein- und nach Austritt sammelt.
Demgemäß werden zwei Diffusoren 7 je
TEG 1 vorgesehen.
-
Bezüglich
einer Turbulenzeinlage 8 lässt sich folgendes
anmerken: Um den Wärmeübergang im TEG 1 Rohr-innen 2, 12 – und/oder
Rohr-außenseitig 2, 13 zu erhöhen,
und dadurch die wirksamen Wandtemperatur-Differenzen zwischen Medium
1 und Medium 2 zu steigern, kann es vorteilhaft sein, in die Strömungen
zusätzlich turbulenzsteigernde Einlagen 8 einzubringen,
wie sie beispielhaft in 21 dargestellt
sind. Diese Einlagen 8 können beispielsweise gestanzte
Bleche sein, die Rippen-artig oder Winglet-artig beschnitten, geformt
oder strukturiert sind. Diese Rippen können in vorteilhafter
Weise verdreht, also nach oben gebogen sein. Auch ein vielfach gebogener
oder spiralförmiger Draht oder ein in sich verdrehtes Blech
kann zu diesem Zwecke herangezogen werden. Die Turbulenzeinlage 8 wird
in die Rohre 2 und/oder zwischen die Rohre 2 eingesteckt. Sie
kann mit beliebiger Komponente im TEG 1 stoff-, form-,
oder kraftschlüssig verbunden sein, oder auch nur lose
eingebracht sein.
-
Auch
können alternative Ausführungen der Erfindung
vorgesehen sein:
Eine erste Alternative kann sich dadurch auszeichnen,
dass es sich hierbei nicht um einen Rohrbündel-Wärmeübertrager
handelt. Die Medien werden im Gleich- oder Parallelstrom geführt. 22 zeigt
eine Querschnittansicht der ersten alternativen Ausführungsform
der Erfindung.
-
Das
erste Medium wird in einem oder mehreren Rohren geführt,
die nebeneinander angeordnet sind. Das zweite Medium wird in einem
oder mehreren Roh ren geführt, die nebeneinander angeordnet sind,
welche beispielsweise eine Vielzahl an Kanälen aufweisen
können. Der Rohr-Verbund für das erste Medium
und der Rohr-Verbund für das zweite Medium werden übereinandergelegt,
wobei dazwischen noch eine Lage mit TEM eingebracht wird. Zwischen den
TEM und den Rohren kann noch ein Blech eingebracht werden. TEM und
Rohre, bzw. TEM und Bleche können miteinander geklebt oder
stoffschlüssig verbunden sein.
-
Dieser
Aufbau kann beliebig häufig geschichtet werden, sodass
sowohl das erste als auch das zweite Medium auf mehrere Lagen verteilt
wird.
-
Die
den Medien zugeordneten Rohre werden im Ein- und Austritt jeweils
an Leitungen angeschlossen. Diese Leitungen werden jeweils in Hauptleitungen
zusammengeführt.
-
Eine
zweite alternative Ausführungsform der Erfindung ist in 23 in
isometrischer Schnittdarstelllung wiedergegeben. Hierbei handelt
es sich nicht um einen Rohrbündel-Wärmeübertrager.
Die Medien werden im Kreuzstrom geführt.
-
Die
Rohre für das erste Medium entsprechen den vorstehenden
Beschreibungen für das erste Ausführungsbeispiel
bezüglich der 8–18. Das
zweite Medium wird ebenfalls in Rohren geführt, welche
auch den Beschreibungen zu den 8–18 entsprechen
können. Die TEM sind auf einer Seite in die Öffnungen
der Rohre für das erste Medium eingelassen bzw. ein/aufgesetzt,
und auf der anderen Seite in die Öffnungen der Rohre für das
zweite Medium. Die Fügemechanismen und Verbindungsformen
von TEM-Rohr entsprechen in beiden Fällen beispielsweise
den bezüglich den 8 bis 18 beschriebenen
Verbindungsmechanismen. Somit sind die TEM beidseitig oben und unten an
zwei unterschiedliche Rohre gebunden, und nicht wie vorstehend nur
an eines auf einer Seite.
-
Dieser
Aufbau kann beliebig häufig geschichtet werden, sodass
sowohl das erste als auch das zweite Medium auf mehrere Lagen verteilt
wird.
-
Die
Elektrokabel werden seitlich der TEM in der umgebenden Atmosphäre
herausgeführt.
-
Da
hier das zweite Medium in Rohren geführt wird, und nicht
wie bezüglich der Beschreibung der 8 bis 18 im
Gehäuse strömt, entfällt die Notwendigkeit
eines Gehäuses. Stattdessen sind vier Böden und
vier Diffusoren erforderlich, um die ersten und zweiten Medien jeweils
im Ein- und Austritt zu sammeln.
-
Der
Aufbau eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist in 24 beschrieben. Dieser Aufbau
entspricht dem Aufbau des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels,
wobei die Medien allerdings nicht im Kreuzstrom geführt
werden, sondern im Gleich- oder Parallelstrom geführt werden.
-
Es
sind zwei Böden und zwei Diffusoren vorgesehen, um eines
der Medien im Ein- und Austritt zu sammeln. Das andere Medium kann
nicht auf diese Weise gesammelt werden. Die diesem Medium zugeordneten
Rohre werden im Ein- und Austritt an Leitungen angeschlossen. Diese
Leitungen werden in einer Hauptleitung zusammengeführt.
-
In 25a und 25b sind
zwei Ausführungsformen gemäß einem vierten
alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
In diesen Ausführungsformen sind die Rohre im Wesentlichen entsprechend
den 8 bis 18 aufgebaut, allerdings sind
die Rohre nicht mit Öffnungen ausgestattet. Die TEM werden
auf der Innen- oder Außenseite der Rohre aufgebracht, wodurch
die Ober- oder Unterseite der TEM mit den Rohren verbunden ist.
Das Rohr kann im Bereich der Verbindungsstelle TEM-Rohr nach innen
oder außen verformt/gewölbt sein.
-
In
den 26a bis 26c sind
Ausführungsformen gemäß einem fünften
alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
dargestellt. In diesen Ausführungsformen sind die Rohre wiederum
im Wesentlichen entsprechend der 8 bis 18 ausgestaltet,
jedoch sind die Rohre allerdings nicht mit Öffnungen ausgestattet.
Außerdem umfasst die Wandung der Rohre ein zwei-schaliges Doppelrohr.
Das Rohr besitzt also eine doppelte Wand/Hülle, eine innenliegende
Hülle und eine außenliegende Hülle. Das
thermoelektrisch aktive Material ist in der Wand, und somit zwischen
innenliegende Hülle und eine außenliegende Hülle
eingebracht. Die Rohrwandung bildet dadurch gleichzeitig den Hüllkörper
des TEM. Das Rohr kann keramisch oder metallisch sein. Diese Alternative
stellt eine Kombination eines Rohres und des TEM dar.
-
- 1
- Thermoelektrischer
Generator TEG
- 2
- Rohr
- 3
- Thermoelektrisches
Modul TEM
- 4
- Fügeblech
- 5
- Boden
- 6
- Gehäuse
- 7
- Diffusor
- 8
- Turbulenzeinlage
- 9
- Axiale
Richtung
- 10
- Radiale
Richtung
- 11
- Wärmeübertragungsstrecke
- 12
- Innenseite:
Medium 1
- 13
- Außenseite:
Medium 2
- 14
- thermoelektrisch
(TE) aktive Materialien
- 15
- Elektro-Kabel
- 16
- Innere
des TEM
- 17
- Hüllkörper
des TEM
- 18
- Abdichtung
des TEM
- 19
- Länge
TEM
- 20
- Breite
TEM
- 21
- Höhe
TEM
- 22
- Erhöhung
im Randbereich des TEM
- 23
- Durchzüge
des Rohres
- 24
- Absatz
im Randbereich des TEM
- 25
- Profilierung
des TEM
- 26
- Öffnungen
im Rohr
- 27
- seitliche
Bereiche des TEM
- 28
- Kragen:
gebogener Durchzug
- 29
- Sicke
im Durchzug
- 30
- Faltung
im Blech
- 31
- Aussparungen
im Boden
- 32
- Außenkontur
des Bodens
- 33
- Durchzüge
im Boden
- 34
- Öffnung
im Gehäuse für Anschlussleitungen
- 35
- Öffnung
im Gehäuse für Elektro-Kabel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 000001230475
B1 [0003]
- - EP 000001475532 A2 [0003]
- - WO 2007026432 [0003]
- - JP 000010281015 AA [0003]
- - JP 002000282960 [0003]
- - JP 002004068608 AA [0003]
- - JP 002005083251 AA [0003]
- - JP 002005117836 AA [0003]