-
Die
Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator (Thermogenerator),
der eine elektrische Leistung aufgrund des Seebeckeftekts erzeugt, wobei
eine Temperaturdifferenz an ein thermoelektrisches Element gelegt
wird.
-
Die
JP-10-136672-A offenbart einen üblichen
thermoelektrischen Generator mit einer Vielzahl von Wärmeaustauschern,
die abwechselnd gestapelte Thermoelektrik erzeugende Module, die
zwischen den Wärmeaustauschern
angeordnet sind, erwärmen
und kühlen.
Die Wärmeaustauscher
stehen in Verbindung miteinander bzw. kommunizieren miteinander über eine
Abgaslieferleitung an der einen Stirnseite hiervon und über eine
Abgasabführungsleitung an
einem anderen Stirnende, so dass Abgas und Austragsgas durch sämtliche
Wärmeaustauscher durchströmen. Insbesondere
verfügt
jede der Abgaslieferleitungen und der Abgasaustragsleitungen über eine
Vielzahl von Zweigleitungen gegen die Vielzahl der Wärmeaustauscher
für den
Erwärmungsvorgang.
Ein Verzweigungsrohr des Abgaslieferrohrs und das des Abgasaustragsrohrs
sind verbunden mit und einstückig
ausgebildet mit jedem der Wärmeaustauscher
für Erwärmung.
-
Der
Wärmeaustauscher
zum Kühlen
hat einen Aufbau ähnlich
dem der obigen Beschreibung. Die Wärmeaustauscher stehen in Verbindung
miteinander über
Zweigrohre eines Kühlwasserspeiserohres
und durch Verzweigungsrohre eines Kühlwasseraustragsrohres, so
dass das Kühlwasser
durch sämtliche
der Wärmeaustauscher
strömt.
-
Um
einen Wärmeübergangswiderstand,
hervorgerufen durch die Oberflächenunebenheiten (Oberflächenrauhigkeit)
der Wärmeaustauscher
in Kontakt mit den thermoelektrischen Generatormodulen zu reduzieren,
wird Heliumgas zwischen die thermoelektrischen Erzeuger oder Generatormodule
und die Wärmeaustauscher
gefüllt.
Um weiter einen gleichförmigen
Druck auf die Wärmeaustauscher
für Erwärmung, die
thermoelektrischen Generatormodule und die Wärmeaustauscher für Kühlung in
einem Stapel aufzubringen, ist ein Beaufschlagungsmittel (ein Balgen) vorgesehen,
um ein fluides Medium (Luft, Stickstoff, Silikonöl, etc.) unter Druck zu setzen.
-
Beim
oben genannten bekannten Stand der Technik jedoch hat der thermoelektrische
Generator (Thermogenerator) eine extrem komplizierte Konfiguration
als Ganzes, da Heliumgas eingefüllt
und Druckmittel (der Balgen) eingestellt werden muss. Insbesondere
ist jeder der Wärmeaustauscher
integral über
eine Vielzahl von Zweigleitungen der Speiserohre und der Austragsrohre
verbunden, was die Freiräume
zwischen den Wärmeaustauschern
variieren lässt
und was dazu führt,
dass die Druckbeaufschlagungsmittel von komplizierter Konfiguration sind,
wenn die Wärmeaustauscher
und die thermoelektrischen Generatormodule in sicherem Kontakt miteinander
montiert werden, was unweigerlich dazu führt, dass sie verformt werden.
-
Ziel
der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die obigen Gegebenheiten
ist es, einen Mehrschichtthermogenerator zur Verfügung zu
stellen, der in der Lage ist, thermoelektrische Elemente, wärmeseitige
Wärmequellenteile
und kühlseitige
Wärmequellenteile
in guten Kontakt miteinander ohne schwere bauliche Gestaltungen
zu bringen.
-
Um
das genannte Ziel zu erreichen, umfasst ein Thermogenerator gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vielzahl von wärmeseitigen
Wärmequellenteilen,
eine Vielzahl von kühlseitigen
Wärmequellenteilen,
ein thermoelektrisches Element, einen wärmeseitigen Verbinder und einen
kühlseitigen
Verbinder (a hot-side communicator and a cold-side communicator).
Heißes
Fluid strömt
in der Vielzahl von wärmeseitigen
Wärmequellenteilen
und Kühlfluid, kälter als
das heiße
Fluid, strömt
in der Vielzahl von kälteseitigen
Wärmequellenteilen.
Die wärmeseitigen Wärmequellenteile
und die kühlseitigen
Wärmequellenteile
werden abwechselnd derart ineinander gestapelt, dass das thermoelektrische
Element zwischen den wärmeseitigen
Wärmequellenteil
und den kühlseitigen
Wärmequelltenteil
zwischengeschaltet bzw. zwischengelegt wird. Der wärmeseitige
Verbinder bzw. sog. Kommunikator setzt die Vielzahl der wärmeseitigen
Wärmequellenteile
in Verbindung und der kühlseitige
Verbinder bzw. sog. Kommunikator setzt die Vielzahl der kühlseitigen
Wärmequellenteile in
Verbindung. Jeder der wärmeseitigen
Verbinder und der kühlseitigen
Verbinder verfügt über einen
Abstandseinsteller, um die Entfernungen zwischen den wärmeseitigen
Wärmequellenteilen
und den kühlseitigen
Wärmequellenteilen
einzu stellen, so dass sie in Kontakt mit den thermoelektrischen
Elementen in deren Stapelrichtung gebracht werden.
-
Beispielsweise
Ausführungsformen
der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert werden.
Diese zeigen in:
-
1 schematisch
dargestellt einen Gesamtaufbau mit einem Motor nach einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 eine
Frontdarstellung des Thermogenerators der 1 von außen gesehen;
-
3 eine
Draufsicht der Außenansicht
des Thermogenerators der 1;
-
4A eine
Draufsicht eines hochtemperaturseitigen Wärmequellenteils (für eine oberste Schicht);
-
4B eine
Frontdarstellung eines hochtemperaturseitigen Wärmequellenteils (für eine oberste
Schicht);
-
5A eine
Draufsicht eines hochtemperaturseitigen Wärmequellenteils (für eine beliebige Schicht);
-
5B eine
Frontdarstellung eines hochtemperaturseitigen Wärmequellenteils (für eine beliebige
Schicht);
-
6A eine
Draufsicht eines niedrigtemperaturseitigen Wärmequellenteils (für eine oberste Schicht);
-
6B eine
Frontdarstellung eines niedrigtemperaturseitigen Wärmequellenteils
(für eine oberste
Schicht);
-
7A eine
Draufsicht eines niedrigtemperaturseitigen Wärmequellenteils (für eine beliebige Schicht);
-
7B eine
Frontdarstellung eines niedrigtemperaturseitigen Wärmequellenteils
(für eine
beliebige Schicht);
-
8 eine
auseinandergezogene Darstellung des Montagevorgangs der hochtemperaturseitigen
Wärmequellenteile,
niedrigtemperaturseitigen Wärmequellenteile
und thermoelektrischen Elemente;
-
9 eine
Frontdarstellung im Vertikalschnitt eines thermoelektrischen Generators
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
von außen
gesehen;
-
10 ein
auseinandergezogener Vertikalschnitt eines Montagevorgangs der hochtemperaturseitigen
Wärmequellenteile
und der niedrigtemperaturseitigen Wärmequellenteile in 9;
-
11 eine
Frontdarstellung einer Außenansicht
eines Thermogenerators gemäß einer
dritten Ausführungsform;
-
12 ein
schematisches Diagramm, bei dem ein Gesamtaufbau einschließlich eines
Motors gemäß einer
ersten anderen Ausführungsform
gezeigt wird;
-
13 eine
schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einschließlich eines
Motors gemäß einer
zweiten anderen Ausführungsform;
und
-
14 eine
schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus mit Motor gemäß einer
dritten anderen Ausführungsform.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Ein
thermoelektrischer Generator 100 (im Folgenden Thermogenerator
genannt) gemäß der vorliegenden
Erfindung wird bei einem Fahrzeug mit einem wassergekühlten Motor 10 verwendet,
bei dem eine elektrische Energie aus der abgegebenen Wärmeenergie,
zugeordnet zur Kühlung
des Motors 10, gewonnen wird. Zunächst wird der Grundaufbau hiervon
mit Bezug auf die 1 bis 8 erläutert. Hier
ist 1 eine schematische Darstellung eines Gesamtaufbaus
mit Motor 10. Die 2 und 3 zeigen
eine Stirnansicht und eine Draufsicht des thermoelektrischen Generators 100 von
außen
gesehen. Die 4A, 4B, 5A und 5B sind
Draufsichten und Stirnansichten und lassen einen hochtemperaturseitigen
Wärmequellenteil 110 erkennen. Die 6A, 6B, 7A und 7B sind
Draufsichten und Stirnansichten von niedertemperaturseitigen Wärmequellenteilen 120. 8 ist
eine auseinander gezogene Darstellung eines Montagevorgangs der
hochtemperaturseitigen Wärmequellenteile 110, der
niedertemperaturseitigen Wärmequellenteile 120 sowie
der thermoelektrischen Elemente 130.
-
Gemäß 1 verfügt der Motor 10 über einen
Motorkühlkreis 20 und
einen Radiator/Kühler 21. Eine
Wasserpumpe 11 führt
Kühlmittel
in die Maschine 10 über
den Motorkühlkreis 20 und
den Radiator 21. Hier handelt es sich bei der Wasserpumpe 11 um eine
vom Motor angetriebene Pumpe, beaufschlagt durch die Antriebskraft
des Motors 10. Die Wärmestrahlung
des Radiators 21 kühlt
das Kühlmittel,
so dass die Betriebstemperatur des Motors 10 zweckmäßig geregelt
wird. Jedoch verfügt
der Motorkühlmittelkreis 20 über einen
Beipass 22, um das Kühlmittel
um den Radiator 21 zu leiten sowie einen Thermostat (ein
Strömungsmengenregelventil) 23,
um die Strömungsmenge
des durch den Beipass 22 strömenden Kühlmittels einzustellen. Liegt
die Temperatur des Kühlmittels
nicht über
einem vorbestimmten Wert (bei spielsweise 90°C), so schließt der Thermostat 23 eine
Strömung
des Kühlmittels über den
Radiator/Kühler 21,
so dass das Kühlmittel
durch den Beipass 22 strömt und verhindert wird, dass
Kühlmittel übermäßig gekühlt wird.
-
Der
Motorkühlmittelkreis 20 verfügt über ein warmes
Kühlmitteleinlassrohr 31,
das sich in einem Knoten zwischen einem Punkt vor dem Radiator 20 und
dem Beipass 22 verzweigt und über ein warmes Kühlmittelauslassrohr 32,
das sich in einem Knotenpunkt zwischen einem Punkt hinter dem Kühler 31 und
dem Thermostat 23 verzweigt. Das Einlassrohr 31 für warmes
Kühlmittel
und das Auslassrohr 32 für warmes Kühlmittel sind mit dem wärmeseitigen
Heizquellenteil 110 des Thermogenerators 100 verbunden,
was weiter unten beschrieben werden wird. Das heißt, während der
Thermostat 23 sich gegen eine Seite des Kühlers 21 öffnet, wird
ein Teil des heißen Kühlmittels
(ein Kühlmittel
mit einer Temperatur zwischen 90°C
und 100°C
entsprechend dem „heißen Fluid" der vorliegenden
Erfindung), der den Kühler 21 durchströmt, über die
warme Kühlmitteleinlassleitung 31 und
die warme Kühlmittelauslassleitung 32 gegen den
wärmeseitigen
Wärmequellenteil 110 geführt.
-
Der
thermoelektrische Generator 100 verfügt über einen kühlseitigen Radiator 43 unabhängig vom Radiator 21,
und ein kaltes Kühlmitteleinlassrohr 41 und
kaltes Kühlmittelauslassrohr 42 sind
mit dem kühlseitigen
Radiator 43 und einem kühlseitigen Wärmequellenteil 120 des
Thermogenerators 100 verbunden, was jetzt beschrieben werden
soll. Eine Wasserpumpe 44 liegt im Weg des kalten Kühlmittelauslassrohres 42.
Die Wasserpumpe 44 arbeitet so, dass kühles Kühlmittel in den kühlseitigen
Radiator 43 durch den kühlseitigen
Wärmequellenteil 120 strömt (ein
Kühlmittel
mit einer Temperatur zwischen 30°C
und 40°C
entsprechen dem „kalten
Fluid" der vorliegenden
Erfindung).
-
Wie
die 2 und 3 erkennen lassen, ist der thermoelektrische
Generator 100 derart aufgebaut, dass die thermoelektrischen
Elemente 130, bei denen es sich um übliche elektrischen Strom erzeugende
Elemente aufgrund des Seebeckeffekts handelt, zwischen den wärmeseitigen
Heizquellenteilen 110 und den kühlseitigen Wärmequellenteilen 120 angeordnet
sind, die abwechselnd bezüglich
einander gestapelt sind. Nach dieser Ausführung verfügt der Thermogenerator 100 über einen
Neunlagenaufbau einschließlich
zweier kühlseitiger
Wärmequellenteile 110,
drei kühlseitige
Wärmequellenteile 120 und vier
thermoelektrische Elemente 130. Ein wärmeleitender Fettüberzug oder
eine Wärmeübertragungsfolie
sind zwischen dem wärmeseiti gen
Heizquellenteil 110 und dem thermoelektrischen Element 130 sowie zwischen
dem kühlseitigen
Wärmequellenteil 120 und
dem thermoelektrischen Element 130 zwischengeschaltet.
-
Ein
wärmeseitiger
Verbinder bzw. sog. „communicator" 140 stellt
die Verbindung einer Vielzahl wärmeseitiger
Wärmequellenteile 110 in
einer Stapelrichtung hiervon her. Ein kühlseitiger Verbinder (communicator) 150 steht
in Verbindung mit einer Vielzahl kühlseitiger Wärmequellenteile 120 in
einer Stapelrichtung hiervon. Das kalte Kühlmittel strömt aus dem
kühlseitigen
Radiator 43 und strömt
dann durch die Vielzahl kühlseitiger
Wärmequellenteile 120.
Im Folgenden wird die Stapelungsrichtung der Wärmequellenteile 110, 120 als
eine Aufwärts-Abwärtsrichtung,
wie in 2 gezeigt, bezeichnet werden.
-
Wie
in den 4A, 4B, 5A und 5B gezeigt,
handelt es sich bei dem wärmeseitigen
Heizquellenteil 110 um einen Behälter von flacher rechtwinkeliger
Gestalt, der mit einem Paar von Plattenelementen, die einander gegenüberstehen, ausgebildet
ist. Der wärmeseitige
Wärmequellenteil 110 verfügt über zwei
Vorsprünge 111 an
einem Paar von ihm gegenüberliegenden
Ecken (an oberen rechten und unteren linken Teilen gemäß 4A)
sowie ein Bolzenloch 122 zur Einführung eines Bolzens 181 an
einem Mittelteil hiervon. Innenrippen 113 sind an einem
wärmeseitigen
Wärmequellenteil 110 angeordnet
und übertragen
so die Wärme
des heißen Kühlmittels
auf die thermoelektrischen Elemente 130 in effektiver Weise.
-
Wie
in den 5A und 5B gezeigt,
sind ein Rohr von großem
Durchmesser (entsprechend einem „Rohr der einen Seite" in der vorliegenden
Erfindung) 141 und ein Rohr mit kleinem Durchmesser (entsprechend
dem „Rohr
der anderen Seite" der
vorliegenden Erfindung) 142 mit den vorstehenden Teilen 111 derart
verbunden, dass eine Verbindung mit einem Inneren des wärmeseitigen
Heizquellenteils 110 hergestellt wird. Das Rohr 142 kleinen
Durchmessers verfügt über eine
Nut um einen Außenumfang
eines oberen Endteils hiervon. Ein O-Ring (entsprechend einem Dichtungselement
der vorliegenden Erfindung) 143 ist auf der Nut befestigt.
-
Ein
oberster der wärmeseitigen
Heizquellenteile 110 verfügt über ein heißes Kühlmitteleinlassrohr 144 und
ein heißes
Kühlmittelauslassrohr 145 (siehe 4A und 4B)
anstelle des Rohrs 142 kleinen Durchmessers. Ein unterster
der wärmeseiti gen
Heizquellenteile 110 verfügt über kein Rohr 141 großen Durchmessers
(nicht gezeigt).
-
Wie
die 6A, 6B, 7A und 7B erkennen
lassen, ist der kühlseitige
Wärmequellenteil 120 unterschiedlich
zum oben genannten wärmeseitigen
Heizquellenteil 110 in der Hinsicht, dass er über zwei
Vorsprünge 121 an
einem anderen Paar sich gegenüberstehender
Ecken (an den unteren rechten und oberen linken Teilen in den 6A und 7A)
verfügt.
Der kühlseitige
Wärmequellenteil 120 ist
im Wesentlichen von dem gleichen Aufbau wie der des wärmeseitigen
Heizquellenteils 110 bis auf den oben genannten Punkt.
Der kühlseitige
Wärmequellenteil 120 hat
ein Bolzenloch 122 an einem Mittelteil hiervon und verfügt über Innenrippen 113 innen,
um die Wärme
des kühlen
Kühlmittels
auf die thermoelektrischen Elemente 130 effektiv zu übertragen.
-
Wie
die 7A und 7B erkennen
lassen, sind ein Rohr großen
Durchmessers 141 und ein Rohr kleinen Durchmessers 142,
auf dem ein O-Ring 143 befestigt ist, mit den vorspringenden
Teilen 121 verbunden. Ein oberster der kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 verfügt über ein
kaltes Kühlmitteleinlassrohr 151 und
ein kaltes Kühlmittelauslassrohr 152 (man
nehme auf die 6A und 6B Bezug) anstatt
des Rohrs 142 kleinen Durchmessers. Ein unterster der kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 verfügt über kein
Rohr großen
Durchmessers 141 (nicht gezeigt).
-
Der
thermoelektrische Generator 100 wird wie folgt zusammengebaut.
Wie 8 erkennen lässt,
werden der kühlseitige
Wärmequellenteil 120, das
thermoelektrische Element 130, der wärmeseitige Wärmequellenteil 110 und
das thermoelektrische Element 130 wiederholt aufeinanderfolgend
gestapelt. Das Rohr 142 kleine Durchmessers des untersten
der kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 wird
in das Rohr großen
Durchmessers 141 eines anderen der kühlseitigen Wärmequellenteile 120 kurz
oberhalb des untersten eingeführt,
wobei der O-Ring 143 zwischen den Innenumfang des Rohrs 141 großen Durchmessers
und den Außenumfang
des Rohrs 142 kleinen Durchmessers zwischengelegt wird.
Das Rohr 141 großen
Durchmessers, das Rohr 142 kleinen Durchmessers und der
O-Ring 143 bilden den kühlseitigen
Verbinder bzw. Kommunikator (engl.: communicator) 150.
Die kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 stehen
miteinander in Verbindung bzw. kommunizieren miteinander und das
kalte Kühlmitteleinlassrohr 151 und
das kalte Kühlmittelauslassrohr 152 sind
auf dem obersten der kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 offen.
-
In ähnlicher
Weise wird das Rohr 142 kleinen Durchmessers des untersten
der wärmeseitigen Heizquellenteile 110 in
das Rohr 141 großen
Durchmessers des anderen der kühlseitigen
Wärmequellenteile 110 kurz
oberhalb des untersten eingeführt, wobei
der O-Ring 143 hierzwischen gelegt wird. Das Rohr 141 großen Durchmessers,
das Rohr 142 kleinen Durchmessers sowie der O-Ring 143 bilden
den wärmeseitigen
Verbinder 140. Die wärmeseitigen Heizquellenteile 110 stehen
miteinander in Verbindung und das heiße Kühlmitteleinlassrohr 144 und heiße Kühlmittelauslassrohr 145 sind
offen gegen den obersten der wärmeseitigen
Heizquellenteile 110.
-
Hier
sind die wärmeseitigen
Verbinder 140 und die kühlseitigen
Verbinder 150 jeweils an dem einen Paar und dem anderen
Paar von diagonal sich gegenüber
stehenden Vorsprüngen 111, 121 der
jeweiligen Wärmequellenteile 110, 120 angeordnet. Somit
stehen die wärmeseitigen
Verbinder 120 nicht in Kontakt mit den kühlseitigen
Wärmequellenteilen 120 und
die kühlseitigen
Verbinder 150 stehen nicht in Kontakt mit den wärmeseitigen
Heizquellenteilen 110.
-
Eine
Stapelung der oben genannten wärmeseitigen
Heizquellenteile 110 und der kühlseitigen Heizquellenteile 120 sowie
der thermoelektrischen Elemente 130 ist sandwichartig zwischen
und getragen von einer unteren Platte 160 und einer oberen Platte 170 (die
jeweils über
Rohrlöcher
an Positionen entsprechend den Rohren 144, 145, 151 und 152 verfügen) abgestützt. Eine
Vielzahl von Bolzen 181 und Muttern 182 sorgt
für die
Befestigung des Stapels und der unteren und oberen Platten 160, 170,
indem sie einen vorbestimmten Druck in Aufwärts-Abwärtsrichtung ausüben und
so den thermoelektrischen Generator 100 bilden.
-
Das
warme Kühlmitteleinlassrohr 144 des thermoelektrischen
Generators 100 wird mit dem warmen Kühlmitteleinlassrohr 31 und
dem warmen Kühlmittelauslassrohr 145 mit
dem warmen Kühlmittelauslassrohr 32 verbunden.
Während
das kalte Kühlmitteleinlassrohr 151 mit
dem kalten Kühlmitteleinströmrohr 41 verbunden
ist, ist das kühle
Kühlmittelauslassrohr 152 mit
dem kalten Kühlmittelausströmrohr 42 verbunden.
-
Als
Nächstes
wird der Betrieb des thermoelektrischen Generators 100 der
oben genannten Konfiguration beschrieben. Wenn der Thermostat 23 gegen
den Radiator 21 aufgrund eines Temperaturanstiegs des Kühlmittels öffnet (über 90°C, so dass
es sich um das heiße
Kühlmittel
handelt), strömt
ein Teil des heißen
Kühlmittels,
das durch den Motorkühlmittelkreis 20 fließt, durch
das heiße
Kühlmitteleinströmrohr 31,
das heiße
Kühlmitteleinlassrohr 144 des thermoelektrischen
Generators 100, die Vielzahl von wärmeseitigen Heizquellenteilen 110 und
das heiße Kühlmittelauslassrohr 145 sowie
das heiße
Kühlmittelausströmrohr 42 und
kehrt dann zu einem Ort in Strömungsrichtung
hinter dem Radiator 21 zurück.
-
Durch
Betätigen
der Wasserpumpe 44 strömt
kaltes Kühlmittel
durch den kühlseitigen
Radiator oder Kühler 43,
das kalte Kühlmitteleinströmrohr 41,
das kalte Kühlmittelaufnahmerohr 151,
die Vielzahl von kühlseitigen
Wärmequellenteilen 120,
das kalte Kühlmittelauslassrohr 152,
das kalte Kühlmitteleinströmrohr 42 und
fließt
dann zum kühlseitigen
Radiator oder Kühler 43 zurück.
-
Dann
werden die thermoelektrischen Elemente 130 einer Temperaturdifferenz
durch das heiße
durch den wärmeseitigen
Heizquellenteil 110 strömende
Kühlmittel
und das kalte Kühlmittel,
das durch den kühlseitigen
Wärmequellenteil 120 strömt, ausgesetzt,
so dass elektrischer Strom erzeugt und dazu benutzt wird, eine Batterie
(nicht dargestellt) zu laden und um jeweilige Zusatzgeräte zu betreiben.
-
Erzeugen
die thermoelektrischen Elemente 130 Strom, so ist es notwendig,
dass jeder der wärmeseitigen
Heizquellenteile 110 und der kühlseitigen Wärmequellenteile 120 sich
in Kontakt mit dem thermoelektrischen Element 130 bei einem
gegebenen Flächendruck
befindet, so dass der Wärmeübertragungskontaktwiderstand
reduziert wird. Erfindungsgemäß dienen,
indem die oben beschriebenen jeweiligen Verbinder 140, 150 zur
Verbindung der jeweiligen Wärmequellenteile 110, 120 verwendet
werden, die Verbinder 140, 150 als Distanzeinsteller 140A, welche
die Abmessungsveränderung
der wärmeseitigen
Heizquellenteile 110 und der kühlseitigen Wärmequellenteile 120 sowie
die thermoelektrischen Einrichtungen 130 in oben-unten-Richtung
einstellen (glätten).
So kommen im Stapel der wärmeseitigen Wärmequellenteile 110 und
der kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 und
der thermoelektrischen Elemente 130 die thermoelektrischen
Elemente 130 gut in Kontakt mit jedem der wärmeseitigen
Wärmequellenteile 110 und
der kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 ohne übermäßige Verformung.
Dies dient dazu, eine extra Konstruktion des Druckaufbringungsmittels,
offenbart im Stand der Technik, zu reduzieren, zu minimieren oder
wegfallen zu lassen.
-
Weiterhin
ist es möglich,
die Montagefähigkeit
des thermoelektrischen Generators 100 zu verbessern, indem
die kühlseitigen
Wärmequellenteile 120,
das thermoelektrische Element 130 und die wärmeseitigen
Wärmequellenteile 120 sowie
das thermoelektrische Element 130 wiederholt abwechselnd gestapelt
werden.
-
Auch
ist es möglich,
den Wärmeübergang zwischen
dem wärmeseitigen
Heizquellenteil 110 und dem kühlseitigen Wärmequellenteil 120 zu
verhindern, indem die jeweiligen Verbindungen 140, 150 an
Vorsprüngen 121, 111 an
den einen und anderen Paaren diagonal sich gegenüberstehender Ecken angeordnet
werden, um nicht die wärmeseitigen Heizquellenteile 110 und
die kühlseitigen
Verbinder 150 (in Kontakt) miteinander zu bringen und die kühlseitigen
Wärmequellenteile
und die wärmeseitigen
Verbinder 140 (in Kontakt) miteinander zu bringen. Das
heißt,
die Größe der Erzeugung
elektrischer Leistung durch die Thermoelemente 130 wird
sichergestellt, indem die Temperaturdifferenz zwischen beiden Wärmequellenteilen 110, 120 aufrecht
erhalten wird.
-
Durch
Verwendung des Kühlmittels
(warmes Kühlmittel)
des Motors 10 als Wärmequelle
der wärmeseitigen
Heizquellenteile 110 kann der thermoelektrische Generator 100 die
Abwärme
des Motors 10 wirksam ausnutzen.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
In
den 9 und 10 ist eine zweite Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Die zweite Ausführungsform ist von einer Konfiguration
unterschiedlich zu der der ersten Ausführungsform in den jeweiligen
Verbindern oder sog. Kommunikatoren 140, 150.
Die zweite Ausführungsform
benutzt Rohre 141a (entsprechend zu „Rohr" erfindungsgemäß) mit Balgen 142a,
die sich zwischen beiden Enden des Rohres 141a dehnen und
zusammenziehen. Die Balgen 142a dienen als Entfernungseinsteller 140A.
-
Wie
in 10 gezeigt, wird ein Stapel der Wärmequellenteile 110, 120 gebildet,
indem abwechselnd die kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 und
die wärmeseitigen
Wärmequellenteile 110 gestapelt
werden, die Rohre 141a zwischen die jeweiligen Wärmequellenteile 110, 120 angeordnet
und zu einem Ganzen verlötet
bzw. angelascht werden. Im Stapel werden die Abstände zwischen
sowohl den Wärmequel lenteilen 110, 120 größer als
eine Dicke der thermoelektrischen Einrichtung 130 eingestellt.
-
Hier
führen
die wärmeseitigen
Wärmequellenteile 140 (links
in 10) das heiße
Kühlmittel über die
kühlseitigen
Wärmequellenteile 120,
die zwischen den wärmeseitigen
Wärmequellenteilen 110 angeordnet
sind. In der gleichen Weise führen
die kühlseitigen
Wärmequellenteile 150 (rechts
in 10) das kalte Kühlmittel über die wärmeseitigen Wärmequellenteile 110,
die zwischen den kühlseitigen
Wärmequellenteilen 120 angeordnet
sind.
-
Dann
werden die thermoelektrischen Elemente 130 in Zwischenräume im verlaschten
bzw. verlöteten
Stapel eingeführt.
Der Stapel der Wärmequellenteile 110, 120 sowie
die thermoelektrischen Elemente 130 sind sandwichartig
angeordnet zwischen und sind getragen von einer unteren Platte 160 und
einer oberen Platte 170; dann werden der Stapel und die
oberen und die unteren Platten 160, 170 über eine
Vielzahl von Bolzen 181 gegeneinander befestigt.
-
Bei
dieser Ausführungsform
werden durch Verwendung des Rohres 141a mit den Balgen 142a zur
Bildung der jeweiligen Verbinder 140, 150 Intervalle
zwischen den jeweiligen Wärmequellenteilen 110, 120 eingestellt,
wobei die Balgen 142a (die Abstandshalter 140A)
schrumpfen, wenn der Stapel mit den Bolzen 181 befestigt
wird. Es ist so möglich,
die Thermoelemente 130 in guten Kontakt mit den jeweiligen
Wärmequellenteilen 110, 120 ohne übermäßige Verformung
zu bringen.
-
Nach
dieser zweiten Ausführungsform
befinden sich die jeweiligen Rohre 141a in Kontakt mit
den wärmeseitigen
Wärmequellenteilen 110 und
den kühlseitigen
Wärmequellenteilen 120 im
Gegensatz zur ersten Ausführungsform,
wobei ein kleiner Anteil an Wärmeübertragung
zwischen dem warmen Kühlmittel
und dem kalten Kühlmittel
hervorgerufen wird. Bei der zweiten Ausführungsform ist jedoch der O-Ring 143 nicht
notwendig, genauso wenig wie die zwei Arten von Rohren 141 großen Durchmessers und
Rohren 142 kleinen Durchmessers der ersten Ausführungsform,
da die Vereinheitlichung in einem Typ Rohr 141a stattfindet,
um so die Vielfalt der Komponenten zu reduzieren.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung ist in 11 gezeigt. Nach der dritten
Ausführungsform ist
im Gegensatz zur ersten Ausführungsform
ein Stapel der wärmeseitigen
Heizquellenteile 110, kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 sowie
die thermoelektrischen Elemente, sandwichartig angeordnet zwischen
der unteren Platte 160 und der oberen Platte 170,
durch einen Vakuumbehälter 190 umschlossen,
der seinen Innenraum etwa im Vakuumzustand hält.
-
Wärmeübertragung
wird in einem Vakuum stark vermindert, verglichen mit der in Luft,
so dass die Temperaturdifferenz zwischen beiden, den Wärmequellenteilen 110, 120,
hervorgerufen durch die Wärmeabstrahlung
von den wärmeseitigen
Wärmequellenteilen 110 nach
außen
und durch die thermische Absorption durch die kühlseitigen Wärmequellenteile 120,
reduziert wird.
-
Wird
der Vakuumbehälter 190 nicht
benutzt und sind die kühlseitigen
Wärmequellenteile 120 kühler als
die Außenluft,
so wird der Wasserdampf der Luft auf der Fläche der kühlseitigen Wärmequellenteile 120 kondensiert,
was zu einem Kurzschluss oder einer Korrosion in den thermoelektrischen
Elementen 130 Anlass geben kann. Bei der dritten Ausführungsform
kann dieser Umstand nicht stattfinden.
-
(Andere Ausführungsformen)
-
Im
Gegensatz zu den dritten Ausführungsformen,
gezeigt in 12, kann der thermoelektrische Generator 100 über einen
Heizer 45 verfügen,
der Wärme
zwischen einem Abgas des Motors 10 und dem heißen Kühlmittel
austauscht, um so die Temperaturdifferenz zwischen dem kalten Kühlmittel
und dem heißen
Kühlmittel
zu vergrößern. Indem
also die Wärme
des Abgases effektiv genutzt wird, nimmt die Erzeugung elektrischer
Leistung bei den thermoelektrischen Elementen 130 zu. Außerdem kann
das Abgas 10 des Motors 100 durch die wärmeseitigen
Wärmequellenteile 110 eingeführt werden,
obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt.
-
Als
kaltes Fluid in den kühlseitigen
Wärmequellenteilen 120 kann
in der Fahrzeugkühlanlage 50 zirkulierendes
Kühlmittel
Verwendung finden. Die Kühlzyklusvorrichtung 50,
wie allgemein bekannt, verfügt über einen
geschlossenen Kreis mit Kompressor 51, Kondensator 52,
Expansionsventil 53 und Verdampfer 54, welche
untereinander durch ein Kühlmittelrohr 55 verbunden
sind. Dann wird, gezeigt in 13, der
kühlseitige
Wärmequellenteil 120 versorgt
mit einem Kühlmittel
in der Kühlzy klusvorrichtung 50 (nach
Dekompression durch das Expansionsventil 53) anstatt des
kalten Kühlmittels.
Alternativ, gezeigt in 14, indem ein Kühler 56 zwischen Expansionsventil 53 und
Verdampfer 54 geschaltet wird, kühlt das Kältemittel das kalte Kühlmittel
(das Fluid) weiter. Somit wird der kühlseitige Wärmequellenteil 120 kälter als
das konventionelle Kälte-
oder Kühlmittel
für die
Klimaanlage oder für
den Motor 10.
-
Die
Beschreibung der Erfindung wurde nur anhand weniger Ausführungsformen
gegeben. Alles für
die Erfindung nicht als wesentlich Erachtete wurde fortgelassen. Änderungen
und Modifikationen sind im Rahmen der Erfindung und im Rahmen der Ansprüche liegend
anzusehen.