DE102007063173A1

DE102007063173A1 - Thermoelektrischer Generator

Info

Publication number: DE102007063173A1
Application number: DE102007063173A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Treffinger; Cornelius Ferrari; Christian Häfele; Wolf Eckhard Dr. Müller; Christian Stiewe; Rainer Dr. Richter
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Um einen thermoelektrischen Generator, mit mindestens einer Wärmesenke, mit mindestens einer Wärmequelle, wobei die Summe der Anzahl von Wärmesenken und der Anzahl von Wärmequellen wenigstens drei beträgt, wobei die mindestens eine Wärmequelle mindestens einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Fluid aufweist, und mit mindestens zwei thermoelektrischen Modulen, wobei jeweils zwischen einer Wärmesenke und einer Wärmequelle mindestens ein thermoelektrisches Modul angeordnet ist, so zu verbessern, dass der Generator einen guten Wirkungsgrad aufweist und sich einfach in ein Abwärmesystem integrieren lässt, wird vorgeschlagen, dass der Generator einen mit dem mindestens einen Strömungskanal in Fluidverbindung stehenden Fluidverteiler umfasst, welcher sich in einer Fluid-Durchströmungsrichtung von einem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt zu einem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt erweitert, und/oder dass der Generator einen mit dem mindestens einen Strömungskanal in Fluidverbindung stehenden Fluidsammler umfasst, welcher sich in Fluid-Durchströmungsrichtung von einem Fluidsammler-Eingangsquerschnitt zu einem Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt verjüngt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator, mit mindestens einer Wärmesenke, mit mindestens einer Wärmequelle, wobei die Summe der Anzahl von Wärmesenken und der Anzahl von Wärmequellen wenigstens drei beträgt, wobei die mindestens eine Wärmequelle mindestens einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Fluid aufweist, und mit mindestens zwei thermoelektrischen Modulen, wobei jeweils zwischen einer Wärmesenke und einer Wärmequelle mindestens ein thermoelektrisches Modul angeordnet ist.
Bei einem solchen thermoelektrischen Generator sind beispielsweise mindestens zwei Wärmesenken und mindestens eine Wärmequelle einander abwechselnd in Schichten angeordnet oder es sind beispielsweise mindestens zwei Wärmequellen und mindestens eine Wärmequelle einander abwechselnd in Schichten angeordnet.
Ein thermoelektrischer Generator mit einander abwechselnd in Schichten angeordneten Wärmequellen und Wärmesenken ist aus der DE 35 27 673 A1 bekannt.
Mit einem thermoelektrischen Generator kann eine elektrische Leistung erzeugt werden, indem Wärme aus einer Wärmequelle über ein thermoelektrisches Modul einer Wärmesenke zugeführt wird.
Thermoelektrische Generatoren haben den Vorteil, dass sie verschleißfrei arbeiten, da sie keine bewegten Bauteile aufweisen. Nachteilig ist jedoch, dass thermoelektrische Generatoren einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad aufweisen und relativ viel Bauraum beanspruchen. Dies erschwert die Integration eines thermoelektrischen Generators in ein übergeordnetes technisches System, dessen Abwärme nutzbar gemacht werden soll.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einen guten Wirkungsgrad aufweist und sich einfach in ein Abwärmesystem integrieren lässt.
Diese Aufgabe wird bei einem thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Generator einen mit dem mindestens einen Strömungskanal in Fluidverbindung stehenden Fluidverteiler umfasst, welcher sich in einer Fluid-Durchströmungsrichtung von einem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt zu einem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt erweitert, und/oder dass der Generator einen mit dem mindestens einen Strömungskanal in Fluidverbindung stehenden Fluidsammler umfasst, welcher sich in Fluid-Durchströmungsrichtung von einem Fluidsammler-Eingangsquerschnitt zu einem Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt verjüngt.
Der erfindungsgemäße thermoelektrische Generator kennzeichnet sich durch eine besonders verlustarme Fluidströmung. Mit Hilfe eines sich in Fluid-Durchströmungsrichtung erweiternden Fluidverteilers kann ein anströmendes Fluid ohne oder nur mit geringen Strömungsverlusten in einen Strömungskanal ein gespeist werden. Mit Hilfe des Fluidsammlers kann ein aus dem Strömungskanal abströmendes Fluid ohne oder mit nur geringen Strömungsverlusten abgeführt werden.
Die Verbesserung der Durchströmung des mindestens einen Strömungskanals hat den Vorteil, dass an das Fluid gebundene Wärme in effektiver Weise an eine Wärmequelle abgegeben werden kann, so dass sich der Wirkungsgrad des Generators erhöht.
Mit Hilfe des Fluidverteilers und/oder mit Hilfe des Fluidsammlers vereinfacht sich auch die Integration des Generators in eine Fluidleitung eines Abwärmesystems. Durch den stapelförmigen Aufbau des Generators mit einander abwechselnden Wärmequellen und Wärmesenken kann ein besonders kompakter Generator geschaffen werden, der auch für beengte Einbauverhältnisse gut geeignet ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Generator in ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung integriert ist, insbesondere in ein Abgassystem des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Dies hat den Vorteil, dass die sonst ungenutzte Abwärme eines Kraftfahrzeugs genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen und in ein Bordnetz einzuspeisen. Somit kann der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht werden.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Generator in ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung integriert ist, beispielsweise in ein Abgassystem einer Brennkammer oder eines Heizkessels insbesondere ei nes Kraftwerks. Hierdurch kann der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks erhöht werden.
Mit Hilfe des Fluidverteilers und/oder mit Hilfe des Fluidsammlers ist es möglich, einen durch die Durchströmung der mindestens einen Wärmequelle des thermoelektrischen Generators bedingten Druckverlust zu minimieren. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Generator keinen störenden Einfluss auf ein Abwärmesystem und/oder auf einen dem Abwärmesystem gegebenenfalls vorgeschalteten Verbrennungsmotor hat.
Vorzugsweise umfasst der thermoelektrische Generator eine Mehrzahl von Wärmequellen, welche jeweils mindestens einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem Fluid aufweisen. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Wärmequellen kann einem vorgegebenen Fluidstrom eine größere Wärmemenge entzogen werden. Außerdem kann die Anzahl der in dem Generator anordenbaren thermoelektrischen Module und somit die elektrische Leistung des Generators erhöht werden.
Vorzugsweise umfasst der thermoelektrische Generator eine Mehrzahl von Wärmesenken. Bei Verwendung einer Mehrzahl von Wärmesenken erhöht sich auch die Anzahl der in dem Generator anordenbaren thermoelektrischen Module. Hierdurch kann die elektrische Leistung des Generators erhöht werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind auf zwei einander gegenüberliegenden Außenseiten des Generators Wärmesenken angeordnet. Im einfachsten Fall umfasst ein solcher Generator genau eine zwischen den außen angeordneten Wärmesenken angeordnete Wärmequelle, wobei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Wärmequelle jeweils mindestens ein thermoelektrisches Modul angeordnet ist. Ein solcher Generator weist also eine Wärmequelle, zwei Wärmesenken und zwei Schichten mit jeweils mindestens einem thermoelektrischen Modul auf. Bei Erhöhung der Anzahl der Wärmequellen und Wärmesenken kann deren Anzahl bei einem Generator, welcher eine Anzahl n von Schichten mit jeweils mindestens einem thermoelektrischen Modul aufweist, wie folgt angegeben werden: Die Anzahl der Wärmequellen ist gleich n/2 und die Anzahl der Wärmesenken ist gleich n/2 plus 1.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind auf zwei einander gegenüberliegenden Außenseiten des Generators Wärmequellen angeordnet. Im einfachsten Fall umfasst ein solcher Generator genau eine zwischen den außen angeordneten Wärmequellen angeordnete Wärmesenke, wobei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Wärmesenke jeweils mindestens ein thermoelektrisches Modul angeordnet ist. Ein solcher Generator weist also eine Wärmesenke, zwei Wärmequellen und zwei Schichten mit jeweils mindestens einem thermoelektrischen Modul auf. Bei Erhöhung der Anzahl der Wärmequellen und Wärmesenken kann deren Anzahl bei einem Generator, welcher eine Anzahl n von Schichten mit jeweils mindestens einem thermoelektrischen Modul aufweist, wie folgt angegeben werden: Die Anzahl der Wärmesenken ist gleich n/2 und die Anzahl der Wärmequellen ist gleich n/2 plus 1.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Fluidverteiler mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen unterschiedlicher Wärmequellen in Fluidverbindung steht. Auf diese Weise kann ein Fluidstrom einer Mehrzahl von Wärmequellen zugeführt werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Integration des ther moelektrischen Generators in eine Fluidleitung, insbesondere in eine Fluidleitung eines Abgassystems eines Kraftfahrzeugs.
In vorteilhafter Weise ist der Fluidverteiler in Form eines Diffusors ausgebildet. Ein solcher Diffusor weist einen sich in Fluid-Durchströmungsrichtung gesehen kontinuierlich erweiternden Querschnitt auf, so dass Strömungsverluste zumindest weitestgehend vermieden werden können.
In vorteilhafter Weise ist der Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt mindestens so groß wie eine Strömungseingangsfläche des mindestens einen Strömungskanals. Auf diese Weise kann der Fluidstrom dem gesamten Querschnitt mindestens eines Strömungskanals zugeführt werden, so dass eine verlustarme Durchströmung des mindestens einen Strömungskanals und somit ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Fluid und einer Strömungskanalbegrenzung gewährleistet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt mindestens so groß ist wie die Summe einer Mehrzahl von Strömungseingangsflächen der Strömungskanäle unterschiedlicher Wärmequellen. Auf diese Weise sind eine optimale Einleitung des Fluids in eine Mehrzahl von Wärmequellen und ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Fluid und der Mehrzahl von Wärmequellen gewährleistet.
Vorzugsweise sind eine Fluidverteiler-Anströmrichtung des Fluidverteilers und eine Durchströmungsrichtung des mindestens einen Strömungskanals parallel oder im Wesentlichen parallel. Auf diese Weise kann eine gegebenenfalls mit einem Druckverlust einhergehende Umlenkung des Fluids vermieden werden.
Die Fluidverteiler-Anströmrichtung ist bestimmt durch die Strömungsrichtung des Fluids auf Höhe des Fluidverteiler-Eingangsquerschnitts.
Alternativ hierzu können die Fluidverteiler-Anströmrichtung und die Durchströmungsrichtung des mindestens einen Strömungskanals auch einen Winkel von maximal 60°, insbesondere von maximal 30° miteinander einschließen. Dies ermöglicht auch unter beengten Bauraumverhältnissen eine einfache Integration des Generators in ein Abwärmesystem, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs.
Günstig ist es, wenn der Fluidverteiler eine Verteilerachse aufweist, die sich parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Durchströmungsrichtung des mindestens einen Strömungskanals erstreckt. Auf diese Weise kann eine gegebenenfalls mit einem Druckverlust einhergehende Umlenkung des Fluids vermieden werden.
Vorzugsweise ist der Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt kreisförmig oder einer Kreisform angenähert. Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Anschluss des Fluidverteilers an eine im Querschnitt kreisförmige oder einer Kreisform angenäherten Fluidleitung möglich.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt rechteckförmig oder einer Rechteckform angenähert, insbesondere quadratisch oder einer Quadratform angenähert. Dies ermöglicht eine effektive, d. h. verlustarme, Einleitung eines Fluids in eine rechteckförmige bzw. quadratische Strömungseingangsfläche, welche von mindestens einem Strömungskanal oder gemeinsam von einer Mehrzahl zueinander paralleler Strömungskanäle gebildet wird.
Bevorzugt ist es ferner, wenn der Fluidverteiler mindestens eine sich zwischen dem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt und dem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt erstreckende Fluidverteiler-Begrenzungswand umfasst.
Besonders bevorzugt ist es, wenn einander gegenüberliegende Wandabschnitte der mindestens einen Fluidverteiler-Begrenzungswand in einem spitzen Winkel relativ zueinander angeordnet sind.
Eine besonders verlustarme Strömung ergibt sich, wenn der Winkel zwischen 10° und 40° beträgt. Bei Wahl eines kleineren Winkels, insbesondere eines Winkels zwischen 10° und 20°, können Strömungsabrisse im Bereich des Fluidverteilers besonders gut verhindert werden. Bei Wahl eines größeren Winkels, insbesondere eines Winkels zwischen 16° und 40°, verkürzt sich die Baulänge des thermoelektrischen Generators, so dass ein Einbau auch bei beengten Raumverhältnissen möglich ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel zwischen 16° und 20°, insbesondere zwischen 17° und 19°, beträgt. Mit diesen Winkeln kann ein guter Kompromiss zwischen einer möglichst verlustfreien Strömung und einer noch ausreichend kurzen Baulänge des Generators geschaffen werden.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Strömungskanal einen Strömungseingang aufweist, welcher sich in Durchströmungsrichtung des Strömungskanals gesehen verjüngt. Auf diese Weise kann die Fluidströmung ausgehend von dem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt des Fluidverteilers in einen im Querschnitt kleineren Strömungskanal eingespeist werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Strömungseingang verrundet ist, so dass Strömungsabrisse im Bereich des Strömungseingangs verringert werden können.
Günstig ist es ferner, wenn der mindestens eine Strömungskanal im Querschnitt rechteckförmig oder einer Rechteckform angenähert ist. Der Querschnitt kann in den Eckbereichen verrundet sein und beispielsweise eine Langlochform aufweisen. Dies ermöglicht eine Platz sparende Anordnung von einander abwechselnd angeordneten, insbesondere plattenförmig ausgebildeten Wärmequellen und Wärmesenken.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Fluidverteiler mindestens ein Strömungsleitelement aufweist, mittels welchem ein Fluidteilstrom einer Teilmenge von Strömungskanälen unterschiedlicher Wärmequellen zuführbar ist. Ein solches Strömungsleitelement ermöglicht die Aufteilung eines Fluidstroms in Fluidteilströme, die jeweils mindestens einem Strömungskanal zugeführt werden können.
Bevorzugt ist es ferner, wenn der mindestens eine Strömungskanal durch mindestens ein Plattenelement begrenzt ist und wenn der Fluidverteiler mit dem mindestens einen Plattenelement thermisch in Verbindung steht. Auf diese Weise kann ein Fluidverteiler dem durchströmenden Fluid Wärme entziehen und an das mindestens eine Plattenelement abgeben. Von diesem Plattenelement ausgehend kann die Wärme dann durch ein thermoelektrisches Modul in Richtung auf eine Wärmesenke geleitet werden, um eine an dem Modul abgreifbare Spannung zu erzeugen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Fluidverteiler an dem mindestens einen Plattenelement fixiert ist. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer insbesondere fluiddichten Baugruppe, welche einfach handhabbar und in einem Abwärmesystem montierbar ist. Der Fluidverteiler und das mindestens eine Plattenelement können auch in einer Weise miteinander verbunden sein, dass zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen eine Relativbewegung dieser Bauteile zugelassen ist.
Günstig ist es ferner, wenn der Fluidverteiler und die mindestens eine Wärmesenke relativ zueinander thermisch isoliert sind. Auf diese Weise kann die Ableitung eines Wärmestroms aus dem Fluidverteiler hin zu einer Wärmesenke vermieden werden. Die thermische Isolation kann im einfachsten Fall dadurch erreicht werden, dass der Fluidverteiler und die mindestens eine Wärmesenke zueinander beabstandet angeordnet sind und zwischen diesen Bauteilen vorhandene Umgebungsluft als thermischer Isolator wirkt. Alternativ oder ergänzend hierzu können der Fluidverteiler und die mindestens eine Wärmesenke auch mit Hilfe fester Isoliermaterialien relativ zueinander thermisch isoliert werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Fluidsammler mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen unterschiedlicher Wärmequellen in Fluidverbindung steht. Auf diese Weise kann ein Fluidstrom aus einer Mehrzahl von Wärmequellen abgeführt werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Integration des thermoelektrischen Generators in eine Fluidleitung, insbesondere in eine Fluidleitung eines Abgassystems eines Kraftfahrzeugs.
In vorteilhafter Weise ist der Fluidsammler in Form einer Düse ausgebildet. Eine solche Düse weist einen sich in Fluid-Durchströmungsrichtung gesehen kontinuierlich verjüngenden Querschnitt auf, so dass Strömungsverluste zumindest weitestgehend vermieden werden können.
In vorteilhafter Weise ist der Fluidsammler-Eingangsquerschnitt mindestens so groß wie eine Strömungsausgangsfläche des mindestens einen Strömungskanals. Auf diese Weise kann der Fluidstrom aus dem gesamten Querschnitt des mindestens einen Strömungskanals abgeführt werden, so dass eine verlustarme Durchströmung des mindestens einen Strömungskanals und somit ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Fluid und einer Strömungskanalbegrenzung gewährleistet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Fluidsammler-Eingangsquerschnitt mindestens so groß ist wie die Summe einer Mehrzahl von Strömungsausgangsflächen der Strömungskanäle unterschiedlicher Wärmequellen. Auf diese Weise sind eine optimale Abführung des Fluids aus einer Mehrzahl von Wärmequellen und ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Fluid und der Mehrzahl von Wärmequellen gewährleistet.
Vorzugsweise sind eine Fluidsammler-Abströmrichtung des Fluidsammlers und eine Durchströmungsrichtung des mindestens einen Strömungskanals parallel oder im Wesentlichen parallel. Auf diese Weise kann eine gegebenenfalls mit einem Druckverlust einhergehende Umlenkung des Fluids vermieden werden.
Die Fluidsammler-Abströmrichtung ist bestimmt durch die Strömungsrichtung des Fluids auf Höhe des Fluidsammler-Ausgangsquerschnitts.
Alternativ hierzu können die Fluidsammler-Abströmrichtung und die Durchströmungsrichtung des mindestens einen Strömungskanals auch einen Winkel von maximal 60°, insbesondere von maximal 30° miteinander einschließen. Dies ermöglicht auch unter beengten Bauraumverhältnissen eine einfache Integration des Generators in ein Abwärmesystem, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs.
Günstig ist es, wenn der Fluidsammler eine Sammlerachse aufweist, die sich parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Durchströmungsrichtung des mindestens einen Strömungskanals erstreckt. Auf diese Weise kann eine gegebenenfalls mit einem Druckverlust einhergehende Umlenkung des Fluids vermieden werden.
Vorzugsweise ist der Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt kreisförmig oder einer Kreisform angenähert. Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Anschluss des Fluidsammlers an eine im Querschnitt kreisförmige oder einer Kreisform angenäherten Fluidleitung möglich.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Fluidsammler-Eingangsquerschnitt rechteckförmig oder einer Rechteckform angenähert, insbesondere quadratisch oder einer Quadratform angenähert. Dies ermöglicht eine effektive, d. h. verlustarme, Abführung eines Fluids aus einer rechteckförmigen bzw. quadratischen Strömungsausgangsfläche, welche von mindes tens einem Strömungskanal oder gemeinsam von einer Mehrzahl zueinander paralleler Strömungskanäle gebildet wird.
Bevorzugt ist es ferner, wenn der Fluidsammler mindestens eine sich zwischen dem Fluidsammler-Eingangsquerschnitt und dem Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt erstreckende Fluidsammler-Begrenzungswand umfasst.
Besonders bevorzugt ist es, wenn einander gegenüberliegende Wandabschnitte der mindestens einen Fluidsammler-Begrenzungswand in einem spitzen Winkel relativ zueinander angeordnet sind.
Eine besonders verlustarme Strömung ergibt sich, wenn der Winkel zwischen 10° und 40° beträgt. Bei Wahl eines kleineren Winkels, insbesondere eines Winkels zwischen 10° und 20°, können Strömungsabrisse im Bereich des Fluidsammlers besonders gut verhindert werden. Bei Wahl eines größeren Winkels, insbesondere eines Winkels zwischen 16° und 40°, verkürzt sich die Baulänge des thermoelektrischen Generators, so dass ein Einbau auch bei beengten Raumverhältnissen möglich ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel zwischen 16° und 20°, insbesondere zwischen 17° und 19°, beträgt. Mit diesen Winkeln kann ein guter Kompromiss zwischen einer möglichst verlustfreien Strömung und einer noch ausreichend kurzen Baulänge des Generators geschaffen werden.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Strömungskanal einen Strömungsausgang aufweist, welcher sich in Durchströmungsrichtung des Strömungskanals gesehen erweitert. Auf diese Weise kann die Fluidströmung ausgehend von einem im Querschnitt kleineren Strömungskanal in den Fluidsammler-Eingangsquerschnitt des Fluidsammlers eingespeist werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Strömungsausgang verrundet ist, so dass Strömungsabrisse im Bereich des Strömungsausgangs vermieden werden können.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Fluidsammler mindestens ein Strömungsleitelement aufweist, mittels welchem ein Fluidteilstrom einer Teilmenge von Strömungskanälen unterschiedlicher Wärmequellen abführbar ist. Ein solches Strömungsleitelement ermöglicht die Zusammenführung mehrerer Fluidteilströme in einen Fluidstrom, der über den Fluidsammler abgeführt werden kann.
Bevorzugt ist es ferner, wenn der mindestens eine Strömungskanal durch mindestens ein Plattenelement begrenzt ist und wenn der Fluidsammler mit dem mindestens einen Plattenelement thermisch in Verbindung steht. Auf diese Weise kann ein Fluidsammler dem durchströmenden Fluid Wärme entziehen und an das mindestens eine Plattenelement abgeben. Von diesem Plattenelement ausgehend kann die Wärme dann durch ein thermoelektrisches Modul in Richtung auf eine Wärmesenke geleitet werden, um eine an dem Modul abgreifbare Spannung zu erzeugen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Fluidsammler an dem mindestens einen Plattenelement fixiert ist. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer insbesondere fluiddichten Baugruppe, welche einfach handhabbar und in einem Abwärmesystem montierbar ist. Der Fluidsammler und das mindestens eine Platten element können auch in einer Weise miteinander verbunden sein, dass zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen eine Relativbewegung dieser Bauteile zugelassen ist.
Günstig ist es ferner, wenn der Fluidsammler und die mindestens eine Wärmesenke relativ zueinander thermisch isoliert sind. Auf diese Weise kann die Ableitung eines Wärmestroms aus dem Fluidsammler hin zu einer Wärmesenke vermieden werden. Die thermische Isolation kann im einfachsten Fall dadurch erreicht werden, dass der Fluidsammler und die mindestens eine Wärmesenke zueinander beabstandet angeordnet sind und zwischen diesen Bauteilen vorhandene Umgebungsluft als Isolator wirkt. Alternativ oder ergänzend hierzu können der Fluidsammler und die mindestens eine Wärmesenke auch mit Hilfe fester Isoliermaterialien relativ zueinander thermisch isoliert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators;
2: eine geschnittene Ansicht des thermoelektrischen Generators aus 1 gemäß einer vertikalen Schnittebene; und
3: eine geschnittene Ansicht des thermoelektrischen Generators aus 1 gemäß einer horizontalen Schnittebene.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine Ausführungsform eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten thermoelektrischen Generators ist in den 1 bis 3 dargestellt. Der Generator 10 weist eine gerade Anzahl, insbesondere vier Wärmesenken 12, 14, 16, und 18 auf. Der Generator 10 weist ferner eine ungerade Zahl von Wärmequellen, insbesondere drei Wärmequellen 20, 22, 24 auf.
Die Wärmesenken 12 bis 18 und die Wärmequellen 20 bis 24 erstrecken sich in zueinander parallelen Ebenen. Die Wärmesenken 12 bis 18 und die Wärmequellen 20 bis 24 sind einander abwechselnd angeordnet. Die Wärmesenken 12 und 18 sind auf einander gegenüberliegenden Außenseiten (ohne Bezugszeichen) des Generators 10 angeordnet.
Die Wärmesenken 12 bis 18 weisen jeweils ein insbesondere flaches Plattenelement 26 auf. Die Plattenelemente 26 begrenzen jeweils einen im Querschnitt rechteckförmigen Hohlraum 28, durch welchen ein Kühlfluid durchgeleitet wird.
Die Wärmequellen 20 bis 24 weisen jeweils ein Paar von Plattenelementen 30, 32 auf, welche gemeinsam jeweils einen Strömungskanal 34 begrenzen.
Zwischen jeweils einer der Wärmesenken 12 bis 18 und jeweils einer der Wärmequellen 20 bis 24 ist jeweils mindestens ein thermoelektrisches Modul 36 angeordnet. Jedes der thermoelektrischen Module 36 liegt mit einer Seite an einer der Wärmequellen 20 bis 24 und mit einer gegenüberliegenden Seite an einer der Wärmesenken 12 bis 18 an. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier thermoelektrische Module 36 für jede zwischen einer der Wärmesenken 12 bis 18 und einer der Wärmequellen 20 bis 24 angeordnete Schicht thermoelektrischer Module vorgesehen.
Jeder der Strömungskanäle 34 erstreckt sich von einem Strömungseingang 38 bis hin zu einem Strömungsausgang 40.
Auf Höhe des Strömungseingangs 38 weisen die Strömungskanäle 34 eine Strömungseingangsfläche 42 auf. Auf Höhe des Strömungsausgangs 40 weisen die Strömungskanäle 34 eine Strömungsausgangsfläche 44 auf.
Die Strömungskanäle 34 weisen jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt 46 auf.
Der Übergang des Strömungseingangs 38 von der Strömungseingangsfläche 42 hin zu dem Querschnitt 46 ist verrundet. Der Übergang des Strömungsausgangs 40 von dem Querschnitt 46 hin zu der Strömungsausgangsfläche 44 ist verrundet.
Die Strömungskanäle 34 werden während des Betriebs des Generators 10 mit einem Wärme abgebenden Fluid durchströmt, welches in einer in 2 und in 3 mit 48 bezeichneten Durchströmungsrichtung durch die Strömungskanäle 34 durchgeleitet wird.
Die Strömungskanäle 34 weisen eine Vielzahl von sich jeweils parallel zu der Durchströmungsrichtung 48 erstreckenden Rippen 51, 52 auf. Die Rippen 51, 52 erstrecken sich vorzugsweise in vertikaler Richtung. Die Rippen 51, 52 sind relativ zueinander versetzt. Mit Hilfe der Rippen 51, 52 kann die Wärme aufnehmende Oberfläche eines Strömungskanals 34 vergrößert werden.
Außerdem können die Plattenelemente 30, 32 der Wärmequellen 20 bis 24 mit Hilfe der Rippen 51, 52 versteift werden. Auch in den Hohlräumen 28 der Plattenelemente 26 der Wärmesenken 12 bis 18 können Rippen angeordnet sein, um einen Wärmeabtransport zu verbessern und/oder um die Wärmesenken 12 bis 18 zu versteifen.
Die Plattenelemente 26 der Wärmesenken 12 bis 18 sowie die Plattenelemente 30, 32 der Wärmequellen 20 bis 24 sind mit Hilfe von insgesamt vier entlang der Länge des Generators 10 verteilten Verbindungseinrichtungen 50 gegeneinander fixiert. Die Verbindungseinrichtungen 50 umfassen jeweils ein oberes u-förmiges erstes Verbindungselement 53 und ein unteres u-förmiges zweites Verbindungselement 54. Die Verbindungselemente 53 und 54 sind jeweils über zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des Generators 10 angeordnete Zugankereinrichtungen 56 miteinander verbunden. Mit Hilfe dieser Zugankereinrichtungen kann eine Kraft, mit der die Wärmesenken 12 bis 18, die Wärmequellen 20 bis 24 und die thermoelektrischen Module aufeinander gedrückt werden, eingestellt werden.
Zwischen jeweils einem äußeren Plattenelement 26 und einem der Verbindungselemente 53, 54 ist jeweils ein Kraftverteilungselement 58, 60 angeordnet, das sich über die Breite des Generators 10 erstreckt.
Mit Hilfe der Verbindungseinrichtungen 50 und mit Hilfe der Kraftverteilungselemente 58, 60 können die Plattenelemente 26, 30, 32 des Generators 10 über die Breite des Generators 10 gesehen gleichmäßig miteinander verspannt, d. h. gegeneinander gedrückt werden. Auf diese Weise stehen die zwischen jeweils einer Wärmequelle 20 bis 24 und jeweils einer Wärmesenke 12 bis 18 angeordneten thermoelektrischen Module 36 in gutem Wärmekontakt mit jeweils einer der Wärmequellen 20 bis 24 und mit jeweils einer der Wärmesenken 12 bis 18.
Die Kraftverteilungselemente 58, 60 bewirken eine über die Breite des Generators 10 gesehen zentrale Krafteinleitung in die thermoelektrischen Module 36. Hierdurch kann eine Verformung oder ein Verbiegen insbesondere der Plattenelemente der außen angeordneten Wärmequellen 12 und 18 vermieden und eine Spaltbildung zwischen den Wärmequellen und den thermoelektrischen Modulen 36 verhindert werden.
Vorzugsweise sind die Verbindungseinrichtungen 50 in Durchströmungsrichtung 48 der Strömungskanäle 34 gesehen auf gleicher Höhe wie die thermoelektrischen Module 36 angeordnet.
Der Generator 10 weist einen den Strömungskanälen 34 in Durchströmungsrichtung 48 vorgeschalteten Fluidverteiler 62 in Form eines Diffusors 64 auf. Ferner weist der Generator 10 einen den Strömungskanal 34 in Durch strömungsrichtung 48 gesehen nachgeschalteten Fluidsammler 66 in Form eines Düse 68 auf.
Der Fluidverteiler 62 weist eine zentrale Verteilerachse 70 auf, welche parallel zu der Durchströmungsrichtung 48 der Strömungskanäle 34 verläuft. Der Fluidverteiler 62 weist einen insbesondere kreisförmigen Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt 72 und einen insbesondere quadratischen oder rechteckförmigen Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt 74 auf.
Dem Fluidverteiler 62 wird in einer Fluidverteiler-Anströmrichtung 75 angeströmt und von dem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt 72 hin zu dem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt 74 in einer Fluid-Durchströmungsrichtung 76 durchströmt. Die Fluidverteiler-Anströmrichtung 75 verläuft parallel zu der Verteilerachse 70 und insbesondere parallel zu der Durchströmungsrichtung 48 der Strömungskanäle 34.
Der Fluidverteiler 62 weist eine sich zwischen dem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt 72 und dem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt 74 erstreckende Fluidverteiler-Begrenzungswand 78 auf. Diese umfasst insgesamt vier Wandabschnitte, nämlich einen ersten Wandabschnitt 80 und einen hierzu gegenüberliegend angeordneten zweiten Wandabschnitt 82 sowie einen dritten Wandabschnitt 84 und einen hierzu gegenüberliegend angeordneten vierten Wandabschnitt 86 auf. Die Wandabschnitte 80 und 82 schließen miteinander einen spitzen Winkel 88 von insbesondere 16° bis 20° ein. Die Wandabschnitte 84 und 86 schließen miteinander einen Winkel 90 von insbesondere 16° bis 20° ein.
Der Generator 10 weist einen Anschlussrahmen 94 auf. Der Anschlussrahmen 94 ist insbesondere über eine Schweißverbindung fest mit dem Fluidverteiler 62 verbunden. Der Anschlussrahmen 94 ist ferner über insbesondere schraubenförmige Verbindungselemente 96 mit Aufnahmen 98 verbunden, welche den Wärmequellen 20 bis 24 zugeordneten sind. Über die Teile 94, 96, 98 sind der Fluidverteiler 62 und die Wärmequellen 20 bis 24 thermisch miteinander verbunden. Um eine Relativbewegung zwischen dem Anschlussrahmen 94 und den Wärmequellen 20 und 24 in einer zu der Durchströmungsrichtung 48 senkrechten Richtung zu ermöglichen, kann der Anschlussrahmen 94 sich in dieser Richtung erstreckende Langlöcher aufweisen. Bei einer alternativen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform sind der Fluidverteiler 62 und die Wärmequellen 20 bis 24 thermisch voneinander isoliert, beispielsweise, indem zwischen diesen Bauteilen eine Dichtmasse angeordnet ist.
Der Fluidsammler 66 weist eine zentrale Sammlerachse 100 auf, welche parallel zu der Durchströmungsrichtung 48 der Strömungskanäle 34 verläuft. Der Fluidsammler 66 weist einen insbesondere quadratischen oder rechteckförmigen Fluidsammler-Eingangsquerschnitt 102 und einen insbesondere kreisförmigen Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt 104 auf. Der Fluidsammler 66 wird von dem Fluidsammler-Eingangsquerschnitt 102 hin zu dem Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt 104 in einer Fluid-Durchströmungsrichtung 106 durchströmt. Das Fluid strömt in einer Fluidsammler-Abströmrichtung 107 aus dem Fluidsammler 66. Die Fluidsammler-Abströmrichtung 107 verläuft parallel zu der Sammlerachse 100 und insbesondere parallel zu der Durchströmungsrichtung 48 der Strömungskanäle 34.
Der Fluidsammler 66 weist eine sich zwischen dem Fluidsammler-Eingangsquerschnitt 102 und dem Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt 104 erstreckende Fluidsammler-Begrenzungswand 108 auf. Diese umfasst insgesamt vier Wandabschnitte, nämlich einen ersten Wandabschnitt 110 und einen hierzu gegenüberliegend angeordneten zweiten Wandabschnitt 112 sowie einen dritten Wandabschnitt 114 und einen hierzu gegenüberliegend angeordneten vierten Wandabschnitt 116 auf. Die Wandabschnitte 110 und 112 schließen miteinander einen spitzen Winkel 118 von insbesondere 16° bis 20° ein. Die Wandabschnitte 84 und 86 schließen miteinander einen Winkel 120 von insbesondere 16° bis 20° ein.
Der Generator 10 umfasst einen weiteren Anschlussrahmen 124, mit dessen Hilfe der Fluidsammler 66 über insbesondere als Schrauben ausgebildete Verbindungselemente 126 mit den Wärmequellen 20 bis 24 zugeordneten Aufnahmen 128 verbunden ist. Um eine Relativbewegung zwischen dem Anschlussrahmen 124 und den Wärmequellen 20 und 24 in einer zu der Durchströmungsrichtung 48 senkrechten Richtung zu ermöglichen, kann der Anschlussrahmen 124 sich in dieser Richtung erstreckende Langlöcher aufweisen. Über die Teile 124, 126, 128 sind der Fluidsammler 66 und die Wärmequellen 20 bis 24 thermisch miteinander verbunden.
Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwingend, dass der Fluidverteiler 62 zusätzliche Strömungsleitelemente 131 und/oder 132 aufweist, mit denen ein durch den Fluidverteiler 62 geleiteter Fluidstrom in Teilströme aufgeteilt werden kann. Die Strömungsleitbleche 131 erstrecken sich ausgehend von dem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt 72 in Fluid-Durchströmungsrichtung 76 gesehen in Richtung auf den Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt 74. Die Strömungsleit bleche 132 sind in Fluid-Durchströmungsrichtung 76 vor dem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt 74 angeordnet.
Mit Hilfe der Strömungsleitbleche 131 und/oder 132 kann ein Fluidstrom in mehrere Teilfluidströme unterteilt werden, die verschiedenen Strömungskanäle 34 zugeleitet werden. Die Strömungsleitbleche 131 und/oder 132 können derart angeordnet sein, dass die Teilfluidströme gleich groß sind.
Die Strömungsleitbleche 131 können sich auch von dem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt 72 in Fluid-Durchströmungsrichtung 76 gesehen bis hin zu dem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt 74 erstrecken. Auf diese Weise werden voneinander getrennte Fluidkammern gebildet, die vorzugsweise jeweils einem Strömungskanal 34 zugeordnet sind.
Es ist ferner vorteilhaft, jedoch nicht zwingend, dass der Fluidsammler 66 zusätzliche Strömungsleitelemente 134 aufweist, mit denen aus den Strömungskanälen 34 abströmende Teilfluidströme zu einem gemeinsamen Fluidstrom zusammengeführt werden können.
Während des Betriebs des Generators 10 werden dessen Wärmequellen 20 bis 24 von einem heißen Fluid, beispielsweise dem Abgas eines Verbrennungsmotors, durchströmt. Das Fluid gelangt über den Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt 72 in den Fluidverteiler 62 und von dort in die Mehrzahl der Strömungskanäle 34. In den Strömungskanälen 34 wird die in dem Fluid enthaltene Wärme mit Hilfe der Wandungen der Plattenelemente 30, 32 und mit Hilfe der Rippen 51, 52 entzogen und durch auf jeweils gegenüberliegenden Seiten einer Wärmequelle 20 bis 24 angeordnete thermoelektrische Module 36 geleitet. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen den Wärmequellen 20 bis 24 und den Wärmesenken 12 bis 18 erzeugen die thermoelektrischen Module 36 eine elektrische Spannung, welche an elektrischen Anschlüssen 136, 138 (siehe 2) abgreifbar ist. Vorzugsweise weist der Generator 10 mehrere Module 36 auf, die insbesondere zueinander parallel und/oder miteinander in Reihe geschaltet sind.
Der Generator 10 zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise und einen guten Wirkungsgrad aus. Mit Hilfe des Fluidverteilers 62 und mit Hilfe des Fluidsammlers 66 kann in den Strömungskanälen 34 eine verlustarme Strömung gewährleistet werden. Hierdurch wird der Wärmeübergang von dem die Strömungskanäle 34 durchströmenden Fluid hin zu den thermoelektrischen Elementen 36 verbessert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3527673 A1 [0003]

Claims

Thermoelektrischer Generator (10), mit mindestens einer Wärmesenke (12, 14, 16, 18), mit mindestens einer Wärmequelle (20, 22, 24), wobei die Summe der Anzahl von Wärmesenken (12, 14, 16, 18) und der Anzahl von Wärmequellen (20, 22, 24) wenigstens drei beträgt, wobei die mindestens eine Wärmequelle (20, 22, 24) mindestens einen Strömungskanal (34) zur Durchströmung mit einem Fluid aufweist, und mit mindestens zwei thermoelektrischen Modulen (36), wobei jeweils zwischen einer Wärmesenke (12, 14, 16, 18) und einer Wärmequelle (20, 22, 24) mindestens ein thermoelektrisches Modul (36) angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen mit dem mindestens einen Strömungskanal (34) in Fluidverbindung stehenden Fluidverteiler (62), welcher sich in einer Fluid-Durchströmungsrichtung (76) von einem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt (72) zu einem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt (74) erweitert, und/oder gekennzeichnet durch einen mit dem mindestens einen Strömungskanal (34) in Fluidverbindung stehenden Fluidsammler (66), welcher sich in Fluid-Durchströmungsrichtung (106) von einem Fluidsammler-Eingangsquerschnitt (102) zu einem Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt (106) verjüngt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Wärmequellen (20, 22, 24), welche jeweils mindestens einen Strömungskanal (34) zur Durchströmung mit einem Fluid aufweisen.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Wärmesenken (12, 14, 16, 18).
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei auf einander gegenüberliegenden Außenseiten des Generators (10) angeordnete Wärmesenken (12, 18).
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei auf einander gegenüberliegenden Außenseiten des Generators (10) angeordnete Wärmequellen (20, 24).
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (62) mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen (34) unterschiedlicher Wärmequellen (20, 22, 24) in Fluidverbindung steht.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (62) in Form eines Diffusors (64) ausgebildet ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt (74) mindestens so groß ist wie eine Strömungseingangsfläche (42) des mindestens einen Strömungskanals (34).
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt (74) mindestens so groß ist wie die Summe einer Mehrzahl von Strömungseingangsflächen (42) der Strömungskanäle (34) unterschiedlicher Wärmequellen (20, 22, 24).
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidverteiler-Anströmrichtung (75) des Fluidverteilers (62) und eine Durchströmungsrichtung (40) des mindestens einen Strömungskanals (34) parallel oder im Wesentlichen parallel sind.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidverteiler-Anströmrichtung (75) des Fluidverteilers (62) und eine Durchströmungsrichtung (40) des mindestens einen Strömungskanals (34) einen Winkel von maximal 60° miteinander einschließen.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (62) eine Verteilerachse (70) aufweist, die sich parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Durchströmungsrichtung (48) des mindestens einen Strömungskanals (34) erstreckt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt (72) kreisförmig oder einer Kreisform angenähert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt (74) rechteckförmig oder einer Rechteckform angenähert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt (74) quadratisch oder einer Quadratform angenähert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (62) mindestens eine sich zwischen dem Fluidverteiler-Eingangsquerschnitt (72) und dem Fluidverteiler-Ausgangsquerschnitt (74) erstreckende Fluidverteiler-Begrenzungswand (78) umfasst.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberliegende Wandabschnitte (80, 82; 84, 86) der mindestens einen Fluidverteiler-Begrenzungswand (78) in einem spitzen Winkel (80; 90) relativ zueinander angeordnet sind.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (80; 90) zwischen 10° und 40° beträgt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (80; 90) zwischen 16° und 20° beträgt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strömungskanal (34) einen Strömungseingang (38) aufweist, welcher sich in Durchströmungsrichtung (48) des Strömungskanals (34) gesehen verjüngt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungseingang (38) verrundet ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strömungskanal (34) im Querschnitt (46) zumindest rechteckförmig oder einer Rechteckform angenähert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (62) mindestens ein Strömungsleitelement (131, 132) aufweist, mittels welchem ein Fluidteilstrom einer Teilmenge von Strömungskanälen (34) unterschiedlicher Wärmequellen (20, 22, 24) zuführbar ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strömungskanal (34) durch mindestens ein Plattenelement (30, 32) begrenzt ist und dass der Fluidverteiler (62) mit dem mindestens einen Plattenelement (30, 32) thermisch in Verbindung steht.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (62) an dem mindestens einen Plattenelement (30, 32) fixiert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (62) und die mindestens eine Wärmesenke (12, 14, 16, 18) relativ zueinander thermisch isoliert sind.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler (66) mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen (34) unterschiedlicher Wärmequellen (20, 22, 24) in Fluidverbindung steht.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler (66) in Form einer Düse (68) ausgebildet ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler-Eingangsquerschnitt (102) mindestens so groß ist wie eine Strömungsausgangsfläche (44) des mindestens einen Strömungskanals (34).
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler-Eingangsquerschnitt (102) mindestens so groß ist wie die Summe einer Mehrzahl von Strömungsausgangsflächen (44) der Strömungskanäle (34) unterschiedlicher Wärmequellen (20, 22, 24).
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidsammler-Abströmrichtung (107) des Fluidsammlers (66) und eine Durchströmungsrichtung (48) des mindestens einen Strömungskanals (34) parallel oder im Wesentlichen parallel sind.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidsammler-Abströmrichtung (107) des Fluidsammlers (66) und eine Durchströmungsrichtung (48) des mindestens einen Strömungskanals (34) einen Winkel von maximal 60° miteinander einschließen.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler (66) eine Sammlerachse (100) aufweist, die sich parallel oder im Wesentlichen pa rallel zu einer Durchströmungsrichtung (48) des mindestens einen Strömungskanals (34) erstreckt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt (104) kreisförmig oder einer Kreisform angenähert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler-Eingangsquerschnitt (102) rechteckförmig oder einer Rechteckform angenähert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler-Eingangsquerschnitt (102) quadratisch oder einer Quadratform angenähert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler (66) mindestens eine sich zwischen dem Fluidsammler-Eingangsquerschnitt (102) und dem Fluidsammler-Ausgangsquerschnitt (104) erstreckende Fluidsammler-Begrenzungswand (108) umfasst.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberliegende Wandabschnitte (110, 112; 114, 116) der mindestens einen Fluidsammler-Begrenzungswand (108) in einem spitzen Winkel (118; 120) relativ zueinander angeordnet sind.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (118; 120) zwischen 10° und 40° beträgt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (118; 120) zwischen 16° und 20° beträgt.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strömungskanal (34) einen Strömungsausgang (40) aufweist, welcher sich in Durchströmungsrichtung (48) des Strömungskanals (34) gesehen erweitert.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsausgang (40) verrundet ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem Ansprüche 2 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler (66) mindestens ein Strömungsleitelement (134) aufweist, mittels welchem ein Fluidteilstrom einer Teilmenge von Strömungskanälen (34) unterschiedlicher Wärmequellen (20, 22, 24) abführbar ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strömungskanal (34) durch mindestens ein Plattenelement (30, 32) begrenzt ist und dass der Fluidsammler (66) mit dem mindestens einen Plattenelement (30, 32) thermisch in Verbindung steht.
Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler (66) an dem mindestens einen Plattenelement (30, 32) fixiert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammler (66) und die mindestens eine Wärmesenke (12, 14, 16, 18) relativ zueinander thermisch isoliert sind.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator in ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung integriert ist.
Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator in ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung integriert ist.