DE102008021697B4

DE102008021697B4 - Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und Verwendung einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008021697B4
Application number: DE102008021697A
Authority: DE
Inventors: Axel 81543 Schubert; Fritz Volkert; Alexander 79106 Gavrikov; Joachim Dr. 79395 Nurnus
Original assignee: Micropelt 79110 GmbH; Micropelt GmbH
Current assignee: Micropatent Bv Nl
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2028-04-29
Also published as: DE102008021697A1

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie, mit
– mindestens einem Thermogenerator (3);
– einer Halterungseinrichtung (4) für den Thermogenerator (3), die ausgebildet ist, an einer ersten Leitung (1), die ein Medium mit einer ersten Temperatur führt, und einer zweiten Leitung (2), die ein Medium mit einer zweiten Temperatur führt, angeordnet zu werden, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur, und wobei der Thermogenerator (3) an einem Träger (41) der Halterungsvorrichtung (4) angeordnet ist und über die Halterungseinrichtung (4) relativ zu der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) so angeordnet werden kann, dass er unter Einwirkung des Temperaturgradienten zwischen der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) elektrische Energie erzeugt; und
– einer Koppelvorrichtung (5), über die die Kaltseite des Thermogenerators (3) thermisch mit der zweiten Leitung (2) koppelbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koppelvorrichtung (5) einen plattenförmigen Abschnitt (51) aufweist, in dem...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie nach Anspruch 1 sowie die Verwendung einer derartigen Vorrichtung nach Anspruch 8.
Es ist bekannt, dass ein thermoelektrisches Element bei Anlegen einer elektrischen Spannung ein Temperaturgefälle erzeugt. Wird ein derartiges thermoelektrisches Element umgekehrt einem Temperaturgefälle ausgesetzt, arbeitet es als Thermogenerator, d. h. es kann eine elektrische Spannung an ihm abgegriffen werden.
Beispielsweise offenbart die gattungsbildende DE 1 539 323 eine Thermogeneratorvorrichtung mit einem Thermogenerator, der in Wärmekontakt mit einem in einem Strömungskanal fließenden Wärmeaustauschmedium steht.
Des Weiteren offenbart die US 3,671,326 eine thermoelektrische Anordnung zur Verwendung in thermoelektrischen Wärmepumpen.
Darüber hinaus ist in der US 4,520,305 ein thermoelektrisches System beschrieben, das über Platten hoher Wärmeleitfähigkeit mit einer Wärmequelle und einer Wärmesenke gekoppelt werden kann.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, einen Thermogenerator möglichst flexibel zur effizienten Gewinnung elektrischer Energie nutzen zu können.
Dieses Problem wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Verwendung einer derartigen Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach wird eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie bereitgestellt, mit

– mindestens einem Thermogenerator;
– einer Halterungseinrichtung für den Thermogenerator, die ausgebildet ist, an einer ersten Leitung, die ein Medium mit einer ersten Temperatur führt, und einer zweiten Leitung, die ein Medium mit einer zweiten Temperatur führt, angeordnet zu werden, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur, und wobei der Thermogenerator an einem Träger der Halterungsvorrichtung angeordnet ist und über die Halterungseinrichtung relativ zu der ersten und der zweiten Leitung so angeordnet werden kann, dass er unter Einwirkung des Temperaturgradienten zwischen der ersten und der zweiten Leitung elektrische Energie erzeugt; und
– einer Koppelvorrichtung, über die die Kaltseite des Thermogenerators thermisch mit der zweiten Leitung koppelbar ist, wobei
– die Koppelvorrichtung einen plattenförmigen Abschnitt aufweist, in dem sich Langlöcher befinden, über die er mit dem Träger verschraubbar ist und die ein Verschieben der Koppelvorrichtung gegenüber der Halterungseinrichtung ermöglichen, um die Vorrichtung vor ihrer Montage an den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Leitung anpassen zu können.

Das Medium mit der ersten Temperatur und/oder das Medium mit der zweiten Temperatur kann in Form einer Flüssigkeit oder eines Gases ausgebildet sein. Die erste Leitung ist z. B. ein Zulauf zu einer Einrichtung und die zweite Leitung ein Ablauf, der von der Einrichtung wegführt. Bei dem Medium, das die zweite Temperatur aufweist, kann es sich z. B. um das Medium handeln, das ursprünglich die erste Temperatur besaß und das sich beim Durchlaufen der Einrichtung abgekühlt oder erwärmt hat. Die Medien können jedoch auch stofflich unterschiedlich sein.
Insbesondere kann die erste Leitung ein Zulauf zu einer Heizvorrichtung sein, über den der Heizvorrichtung ein erwärmtes Arbeitsmittel (z. B. Wasser) zugeführt wird. Die zweite Leitung kann ein Ablauf sein, über den das abgekühlte Arbeitsmedium von der Heizvorrichtung weggeführt wird. Beispielsweise ist die Heizvorrichtung ein Heizkörper, der in einem Raum (z. B. einer Wohnung) oder einem Gebäude montiert ist.
Die erste und die zweite Leitung können jedoch z. B. auch Zu- bzw. Ablauf einer Anlage (z. B. einer Produktionsanlage) sein, wobei der Anlage über den Zulauf z. B. ein Kühlmedium zu- und über den Ablauf etwa Abfallprodukte (z. B. Abwasser) von der Anlage weggeführt werden. Die erste und/oder die zweite Leitung ist beispielsweise rohrförmig ausgebildet.
Die Koppelvorrichtung sorgt dafür, dass das zwischen erster und zweiter Leitung vorhandene Temperaturgefälle möglichst effizient durch den Thermogenerator genutzt wird.
Beispielsweise kann die Koppelvorrichtung ein gut wärmeleitendes Teil (z. B. aus Metall) umfassen, das einerseits mit der „Kaltseite” des Thermogenerators, d. h. mit der Seite des Thermogenerators, die in montierten Zustand der ersten Leitung abgewandt ist, thermisch verbunden ist und andererseits mit der zweiten Leitung gekoppelt werden kann. Die der Kaltseite abgewandte Seite (die „Heißseite”) des Thermogenerators ist in montiertem Zustand der Vorrichtung umgekehrt der wärmeren ersten Leitung zugewandt und mit dieser thermisch gekoppelt. Zur Wärmeankopplung insbesondere der Heißseite des Thermogenerators an die erste Leitung kann z. B. eine Heatpipe verwendet werden.
Insbesondere kann der Thermogenerator ein Peltierelement aufweisen, das zum Beispiel mikrotechnologisch (d. h. per Dünnschichttechnologie) hergestellt ist.
Die Halterungseinrichtung und die Koppelvorrichtung sind vor ihrer Montage an die Heizeinrichtung relativ zueinander verschiebbar ausgebildet, so dass die Vorrichtung vor der Montage an unterschiedliche Abstände zwischen Arbeitsmittelzulauf und -ablauf angepasst werden kann.
Des Weiteren kann die Vorrichtung einen Sensor aufweisen, der zum Ermitteln der Temperatur des Mediums in der ersten und/oder des Mediums in der zweiten Leitung ausgebildet ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Thermogenerators zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei der Thermogenerator in Bezug zu einer ersten Leitung, die ein Medium mit einer ersten Temperatur führt, und einer zweiten Leitung, die ein Medium mit einer zweiten Temperatur führt, so angeordnet wird, dass das Temperaturgefälle zwischen der ersten und der zweiten Leitung auf ihn einwirkt, und die erzeugte Energie zur Versorgung eines Reglers einer Einrichtung, die mit der ersten und der zweiten Leitung verbunden ist, z. B. eines Regelventils, wenn diese Einrichtung eine Heizvorrichtung ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert. Die Figur zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Genauer ist in der Figur eine erste Leitung und eine zweite Leitung gezeigt, wobei die erste Leitung ein Heißwasserrohr 1, über das einer Heizung (nicht dargestellt) heißes Wasser zugeführt wird, und die zweite Leitung ein Kaltwasserrohr 2, über das nach Durchfließen der Heizung abgekühltes Wasser von der Heizung weggeführt wird, ist.
Ein Thermogenerator 3 ist mittels einer Halterungseinrichtung 4 an dem Heißwasserrohr 1 befestigt. Der Thermogenerator 3 weist zwei mikrotechnologisch erzeugte Peltierelemente 31 auf, die auf einem Träger 41 der Halterungseinrichtung 4 angeordnet sind. Die Peltierelemente 31 sind so angeordnet, dass ihre jeweilige Heißseite (die auch die Heißseite des Thermogenerators ist) dem Heißwasserrohr 1 zugewandt ist. Der Träger 41 weist insbesondere ein gut wärmeleitendes Material, zum Beispiel ein Metall wie Aluminium, auf, um eine gute Wärmeankopplung zum Heißwasserrohr 1 zu gewährleisten. Die Wärmeankopplung kann alternativ oder zusätzlich auch über eine Heatpipe erfolgen. Zur Montage des Thermogenerators 3 an dem Heißwasserrohr 1 wird der Träger 41 mit einem Gegenstück 42 der Halterungseinrichtung 4 verschraubt.
Die Kaltseite der Peltierelemente 31 (die auch die Kaltseite des Thermogenerators 3 ist), d. h. die Seite der Peltierelemente 31, die dem Heißwasserrohr 1 abgewandt ist, ist über eine Koppelvorrichtung 5 thermisch mit dem Kaltwasserrohr 2 verbunden. Die Koppelvorrichtung 5 weist einen plattenförmigen, gut wärmeleitenden Abschnitt 51 auf, der über ein ebenfalls gut wärmeleitendes Zwischenstück 52 in Kontakt mit der Kaltseite der Peltierelemente 31 steht.
Die Koppelvorrichtung 5 weist zudem ein Befestigungsteil 53 auf, das einstückig mit dem plattenförmigen Abschnitt 51 verbunden ist und über den die Koppeleinrichtung 5 an dem Kaltwasserrohr 2 befestigt werden kann. Hierzu wird das Teil 53 mit einem Gegenstück 54 verschraubt. Des Weiteren wird der plattenförmige Abschnitt 51 über das Zwischenstück 52 mit dem Träger 41 der Halterungseinrichtung 4 verschraubt.
In dem plattenförmigen Abschnitt 51 befinden sich Langlöcher 55, die ein Verschieben der Koppelvorrichtung 5 gegenüber der Halterungseinrichtung 4 vor der Montage der Halterungseinrichtung bzw. der Koppelvorrichtung an den Rohren 1, 2 ermöglichen. Dadurch kann die Vorrichtung an den Abstand zwischen dem Heißwasser- und dem Kaltwasserrohr angepasst werden.
Der Träger 41 kann zusätzlich mindestens einen Sensor (zum Beispiel in Form eines Thermoelementes) enthalten, der zum Ermitteln der Temperatur des Heißwasserrohres 1 bzw. des Kaltwasserrohres 2 dient.
Selbstverständlich kann auch nur ein einzelnes Peltierelement oder mehr als zwei (zum Beispiel in Reihe geschaltete) Peltierelemente vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Heißwasserrohr
2: Kaltwasserrohr
3: Thermogenerator
4: Halterungseinrichtung
5: Koppelvorrichtung
31: Peltierelement
41: Träger
42: Gegenstück
51: plattenförmiger Abschnitt
52: Zwischenstück
53: Abschnitt
54: Gegenstück

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie, mit – mindestens einem Thermogenerator (3); – einer Halterungseinrichtung (4) für den Thermogenerator (3), die ausgebildet ist, an einer ersten Leitung (1), die ein Medium mit einer ersten Temperatur führt, und einer zweiten Leitung (2), die ein Medium mit einer zweiten Temperatur führt, angeordnet zu werden, wobei die erste Temperatur höher ist als die zweite Temperatur, und wobei der Thermogenerator (3) an einem Träger (41) der Halterungsvorrichtung (4) angeordnet ist und über die Halterungseinrichtung (4) relativ zu der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) so angeordnet werden kann, dass er unter Einwirkung des Temperaturgradienten zwischen der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) elektrische Energie erzeugt; und – einer Koppelvorrichtung (5), über die die Kaltseite des Thermogenerators (3) thermisch mit der zweiten Leitung (2) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelvorrichtung (5) einen plattenförmigen Abschnitt (51) aufweist, in dem sich Langlöcher (55) befinden, über die er mit dem Träger (41) verschraubbar ist und die ein Verschieben der Koppelvorrichtung (5) gegenüber der Halterungseinrichtung (4) ermöglichen, um die Vorrichtung vor ihrer Montage an den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) anpassen zu können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungseinrichtung (4) und/oder die Koppelvorrichtung (5) eine Heatpipe zum thermischen Ankoppeln des Thermogenerators an die erste und/oder die zweite Leitung (1, 2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie an der ersten Leitung (1) in Form eines Zulaufs einer Heizvorrichtung und an der zweiten Leitung (2) in Form eines Ablaufs der Heizvorrichtung angeordnet werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (3) mindestens ein Peltierelement (31) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltierelement (31) mikrotechnologisch hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor zum Ermitteln der Temperatur des Mediums in der ersten und/oder in der zweiten Leitung (1, 2).
Heizvorrichtung mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Thermogenerator (3) der Vorrichtung in Bezug zu einer ersten Leitung (1), die ein Medium mit einer ersten Temperatur führt, und einer zweiten Leitung (2), die ein Medium mit einer zweiten Temperatur führt, so angeordnet wird, dass das Temperaturgefälle zwischen der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) auf ihn einwirkt, und mit der vom Thermogenerator (3) erzeugten Energie ein Regler einer mit der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) verbundenen Einrichtung versorgt wird.
Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mit der ersten und der zweiten Leitung (1, 2) verbundenen Einrichtung um eine Heizvorrichtung handelt.