DE102009013535A1 - Thermoelectric generator for generating electrical energy for heat energy from e.g. internal combustion engine of motor vehicle, has circular or oval pipe transmitting hot or cold medium along heat transmission path - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermoelektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 1.The The present invention relates to a thermoelectric device according to claim 1.
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.Under a thermoelectric generator (TEG) is a heat exchanger understood that equipped with thermoelectrically active material is. If this material is exposed to a temperature difference, The TEG generates electrical energy. The temperature difference arises in the TEG by that hot (eg exhaust in a vehicle) and cold media (eg, coolant in a vehicle) to each other be passed.
Die
Druckschriften
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.It the object of the present invention is an improved thermoelectric Device to create a generation of electrical energy from heat energy allows. Advantageous embodiments The thermoelectric device are characterized by the subclaims Are defined.
Diese Aufgabe wird durch eine thermoelektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a thermoelectric device according to claim 1 solved.
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.
- A thermoelectric module having a first major surface and a second major surface opposite the first major surface, the thermoelectric module comprising a plurality of thermoelectric active material elements extending substantially perpendicularly between the first and second major surfaces of the thermoelectric module and further configured to provide electrical energy upon thermal contact with different temperature media; and
- A support structure adapted to guide a hot and a cold medium and to support the thermoelectric module, wherein the support structure is further configured to guide the cold medium to make thermal contact with the first major surface and the warm one To guide medium such that it comes into thermal contact with the second major surface.
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.Of the The present invention is based on the finding that the thermoelectric Materials in the thermoelectric module optimally in the heat flow are aligned between the warm and the cold medium, though they are essentially perpendicular to the main surfaces of the thermoelectric module are positioned. As main surfaces of the thermoelectric module while the Oberflächenseitendes considered thermoelectric module, compared to others Surface sides of the thermoelectric module with distance at biggest ones are. In addition, by the Holding structure ensures that a thermal contact of the thermoelectric module over the main surfaces takes place, leaving a very large heat exchange surface to transfer the heat to the elements with the thermoelectric material, with an optimal orientation consists of these elements for energy production.
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.The present invention has the advantage that by the contact via the main surfaces of the thermoelectric module a over the prior art significantly better thermal contact and thus a much better utilization of the thermoelectric Effect on the available heat becomes possible. At the same time, the invention can be technically simple be set, because essentially only a cheap Arrangement of thermoelectric materials and a simple support structure to guide the media with different temperature to be provided.
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.In a favorable embodiment of the invention the thermoelectric module can be an enveloping body include, which is adapted to the elements of the thermoelectric Material against influences or contamination from outside to protect the thermoelectric element, the first and second major surface through surfaces of the enveloping body be formed. Such an embodiment of the invention offers the advantage that the thermoelectric module optimally against Environmental influences, in particular fluid environmental influences, is protected and also the positioning of each thermoelectric Materials is secured.
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.Also the thermoelectric module can at least one connection element that is from a surface of the thermoelectric Module protrudes and which is adapted to a mechanical connection between the thermoelectric module and the support structure to improve. Such a configured thermoelectric module has a very good Attachment to the support structure on, which a high life of the thermoelectric device at very good constant efficiency is possible.
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.Further can also be the first and / or second main surface one Have profiling. This allows turbulence formation for example, when overflowing the corresponding Main surfaces of the thermoelectric module by one of Media, allowing optimal heat or cold transmission from the corresponding medium to the thermoelectric module possible becomes.
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.Also the support structure may comprise at least one tube, the to guide one of the media, especially the warm medium is formed, wherein the first or second main surface thermoelectric module with the medium in the tube thermally is contactable. In this way can be advantageous as possible large area for heat or cold transmission from the warm or cold medium to the thermoelectric module be used.
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.Around a further improvement of heat transfer can allow in the pipe or around the pipe be disposed a turbulence insert and / or the tube at a Outside and / or on an inside of the wall of the pipe a Have profiling.
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.Cheap it is also, if the tube has at least one opening, and wherein a thermoelectric module is arranged such that the opening through the thermoelectric module substantially closed or at least covered. This makes it possible that the warm or cold medium directly touches the first or second main surface, whereby the heat has a significantly lower heat transfer resistance needs, as if the heat over another Medium like a pipe wall would have to be routed.
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.Also The tube may be a flat tube and the width of the opening approximately equal to the width of the flat tube, in particular at least eighty percent of the width of the flat tube correspond. This ensures that the largest possible Part of the inside of the tube through one of the main surfaces The thermoelectric module is lined so that the medium in the tube as large a contact surface to the thermal module "sees". This favors a high heat transfer rate.
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.Around a compact design of the thermoelectric To achieve device, the flat tube on two opposite larger (broad) sides of the flat tube at least each having an opening, each through a thermoelectric module are substantially closed or at least covered. hereby can in a small space as many as possible built of thermoelectric modules in combination with the pipe become.
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.Further can better turbulence and thus a higher heat exchange opportunity a flowing medium in the region of the thermoelectric Module be ensured if the attached to the pipe thermoelectric Module a flow cross section for a in the Pipe or a medium flowing around the pipe increases or reduced.
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.Around a very good and therefore stable attachment of the thermoelectric To ensure element on the tube, the tube can at least one Pull through, a collar, a bead or a joining sheet to Attaching the thermoelectric module have it.
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.One Tolerance compensation by thermally induced material movements during the operation of the thermoelectric device can thereby made possible be that the pipe or a Fügeblech at least one Embossing, a folding, a bend or a bead has.
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.Around to ensure the best possible heat transfer For example, the support structure may comprise a housing, wherein in the Housing the at least one tube is arranged such that in the tube the first (especially the warm) medium feasible is and between an outer wall of the at least one tube and an inner wall of the housing a second (in particular the cold) medium is feasible. This makes possible, for example, the cold medium will flow freely around the tubes can, so that in the housing as large as possible Temperature difference around the thermoelectric module (s) around, whereby a high electrical energy yield through this can be provided.
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.In another embodiment of the present invention the support structure may further comprise a diffuser attached to the Housing is attached and which is adapted to the in to collect the tube feasible medium and in the at least one Initiate or discharge pipe from the pipe. this makes possible a good distribution of the media that can be guided through the pipe, so that the tubes arranged in the housing as possible flows through the medium evenly become. This favors the best possible Utilization of the available heat difference between the two media.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred Embodiments of the present invention will be with reference to the accompanying drawings explained. Show it:
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.In the following description of the preferred embodiments of the present invention are for those in the various Drawings shown and similar acting elements the same or similar reference numerals used, wherein a repeated description of these elements is omitted. Further Various embodiments are described, wherein It is clear to a person skilled in the art that these too Embodiments can be combined even if such a combination is not explicitly described here is.
Der
in
Prinzipiell
kann die thermoelektrische Vorrichtung
Zum
allgemeinen Funktionsprinzip eines thermoelektrischen Generators
kann folgendes ausgeführt werden. Im TEG
Die
Erzeugung von elektrischer Energie im TEG kann wir folgt beschrieben
werden. In der Trennebene/-fläche zwischen heißem
und kaltem Medium im TEG
Zum
innenseiteigen Aufbau
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
Zu
einem möglichen Hüllkörper
Als
Hüllkörper-Material
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
Es
können verschiedene Ausführungsvarianten der TEM
Im Nachfolgenden
wird nicht mehr zwischen ein
The following is no longer between
Das Äußere
Es
können unterschiedliche ausgestaltete TEM
- 1. Das TEM
3 ist ohne weitere Merkmale ausgeführt. - 2. Das TEM
3 kann im Randbereich ein oder beidseitig12 ,13 (beispielweise gemäß5 ) erhöht sein22 , um die wirksamen Verbindungsflächen mit dem Rohr2 , bzw. dessen Durchzüge23 und/oder mit den Fügeblechen4 zu erhöhen. - 3. Das TEM
3 kann im äußeren Bereich einen ein- oder beidseitigen12 ,13 Absatz24 aufweisen (beispielsweise entsprechend6 ). - 4. Die nach außen führenden Elektro-Kabel
15 des TEM3 können Ober- oder unterseitig12 ,13 oder seitlich27 angeordnet sein. - 5. Um den Wärmübergang zu erhöhen,
kann es vorteilhaft sein, das TEM
3 ober- und/oder unterseitig12 ,13 zu profilieren25 (z. B. durch eine Berippung gemäß7 ). Die Profilierung25 kann am Hüllkörper17 durchgeführt oder nachträglich aufgebracht werden.
- 1. The TEM
3 is executed without further features. - 2. The TEM
3 can be on the edge of one or both sides12 .13 (for example, according to5 ) be increased22 to the effective connection surfaces with the pipe2 or its passages23 and / or with the joining sheets4 to increase. - 3. The TEM
3 can in the outer area a one- or two-sided12 .13 paragraph24 have (for example, accordingly6 ). - 4. The leading electrical cables
15 of the TEM3 can be upper or lower side12 .13 or laterally27 be arranged. - 5. To increase the heat transfer, it may be beneficial to use the TEM
3 above and / or below12 .13 to profile25 (eg by a ribbing according to7 ). The profiling25 can on the envelope body17 carried out or subsequently applied.
Der
Sonderfall eines metallischen Hüllkörpers
Als
nächstes folgen einige Ausführungen zu den Rohren
Die
Rohre
In
den Rohren
Wie
die TEM
- 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
- A. Breaking up of the laminar boundary layer The turbulence is impinged in the turbulent area, which improves the heat transfer from the medium to the wall.
- B. Swirling the Flow The molecules of the medium no longer flow primarily one-dimensionally along the heat transfer path, but three-dimensionally in a, for example, spiral-shaped flow form. The thickness of the laminar boundary layer is partially reduced. The areas of the flow with max./min. Temperature are brought closer to the pipe wall. Ultimately, this also improves the heat transfer.
- C. Enlargement of the heat-transferring surface of the wall
Die
Länge der Rohre
Die
Rohre
Auf
der Rohroberfläche können noppenartige, hervorstehende
Gebilde eingeprägt sein, die eine gegenseitige Abstützung
der Rohre
Zum
Fügen des Rohres
Je
Rohr
Die
Rohre
Um
die Effektivität des TEG
Im
Folgenden werden einige Ausführungsvarianten der Öffnungen
- 1. Die Öffnung
26 kann gemäß der Darstellung aus10 mit einem Durchzug23 ausgeführt werden. Der Durchzug23 kann nach oben13 und/oder unten12 weisen. Das TEM3 wird am Durchzug23 mit dem Rohr2 verbunden. Somit ist primär der außenliegende seitliche Bereich27 des TEM3 mit dem Rohr-Durchzug23 verbunden, während die Ober13 - und Unterseite12 nicht angebunden ist, bzw. größtenteils nicht angebunden ist. In der günstigen Ausführungsform wird das Innere12 des Rohres2 mit heißem Abgas durchströmt. Dann weisen die Durchzüge23 beispielsweise nach außen13 . 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 Absatz1 . können an deren Ende mit einem gebogen Kragen28 gemäß11 versehen sein, um eine zusätzliche Verbindungs- und/oder Haltefläche auf der Ober13 - oder Unterseite12 des TEM3 zu erhalten, und um ggf. die Montage zu erleichtern. - 3. Die Durchzüge
23 aus dem unmittelbar vorausgehenden Absatz1 . können an deren Anfang geknickt sein (beispielsweise mit einer Sicke29 versehen sein). Der Abstand vom heißen Medium zur Verbindung Durchzug23 -TEM3 wird vergrößert. Außerdem wird eine thermische Trennung dadurch geschaffen, dass die Verbindungsstelle vom kalten Medium in der Sicke29 unterspült wird. Im Übrigen wird ggf. die Montage erleichtert. Die Sicke29 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 TEM3 wird dann nicht in die Öffnung26 eingesetzt, sondern (beispielsweise entsprechend der Darstellung aus13 ) auf der Innen12 - oder Außenseite13 des Rohres2 im Bereich der Öffnung26 zentrisch aufgesetzt, wobei dann das TEM3 breiter20 und länger19 sein kann als die Öffnung26 . Das TEM3 wird an dessen Auflagefläche auf dem Rohr2 mit diesem verbunden. - 5. Das TEM
3 ist im äußeren Bereich umlaufend mit einem Fügeblech4 verbunden wie es beispielhaft in14 dargestellt ist. Die Verbindung kann auf der Ober13 - oder Unterseite12 und/oder an den Stirnseiten27 bestehen. Das Fügeblech4 überragt das TEM3 nach allen Seiten. Das Fügeblech4 kann mehrfach gebogen/geknickt sein. Die TEM-Fügeblech-Baugruppe3 ,4 wird in die Öffnung26 des Rohres2 eingesetzt. Der das TEM3 seitlich überragende Bereich des Fügeblechs4 wird mit dem Rohr2 verbunden (z. B. durch Laser-Schweißen). Sollte der Rand der TEM3 erhöht22 sein, umschließt der verbindende Bereich des Fügeblechs4 diesen22 . - 6. Bei einer Ausführungsvariante gemäß dem
unmittelbar vorstehenden Abschnitt
5 . braucht das TEM3 allerdings nicht in die Öffnung26 des Rohres2 eingesetzt werden, sondern kann wie im vorausgehenden Abschnitt4 . auf die etwas kleinere Öffnung aufgesetzt werden (siehe15 ). - 7. Bei einer Ausführungsvariante gemäß dem
unmittelbar vorstehenden Abschnitt
5 . kann das TEM3 jedoch beidseitig12 ,13 mit Fügeblechen4a , b verbunden werden, wie dies beispielhaft in16 dargestellt ist. Die Fügebleche4a , b können miteinander verbunden sein (z. B. durch Schweißen). Eines oder beide Fügebleche4a , b werden mit dem Rohr2 verbunden (z. B. durch Schweißen). Das der heißen Seite zugewandte Fügeblech4a oder b kann lose bzw. kraftschlüssig auf der TEM3 aufliegen, sodass zumindest eine thermische Isolationsschicht (”Totwassergebiet”) zur Verbindung der TEM3 mit dem anderen Fügeblech4a oder b geschaffen wird. Der Zwischenraum der beiden Fügebleche4a , b stellt dabei die Isolationsschicht dar. - 8. In den Fügeblechen
4 und/oder in Bereichen im Rohr2 neben den Öffnungen26 können Prägungen, Faltungen, Biegungen oder Sicken30 entsprechend den Darstellungen aus17 vorgesehen werden, welche die Funktion eines Wellbalgs haben thermisches, thermo-mechanisches und mechanisches Kompensationselement.
- 1. The opening
26 can as shown10 with a draft23 be executed. The passage23 can go upstairs13 and / or below12 point. The TEM3 is at the passage23 with the pipe2 connected. Thus, primarily the external lateral area27 of the TEM3 with the tube passage23 connected while the upper13 and bottom12 is not connected, or for the most part is not connected. In the favorable embodiment, the interior becomes12 of the pipe2 flows through with hot exhaust gas. Then show the passages23 for example, to the outside13 , The compound is then closer to the cold medium than the warm, which is why the connection is less thermally and thermo-mechanically stressed. - 2. The passages
23 from the immediately preceding paragraph1 , can be at the end with a bent collar28 according to11 be provided to an additional connecting and / or holding surface on the upper13 - or bottom12 of the TEM3 and, if necessary, to facilitate assembly. - 3. The passages
23 from the immediately preceding paragraph1 , may be kinked at the beginning (for example, with a bead29 be provided). The distance from the hot medium to the connection draft23 -TEM3 is enlarged. In addition, a thermal separation is created by the junction of the cold medium in the bead29 is washed under. Incidentally, if necessary, the assembly is facilitated. The bead29 can also be considered as a compensation element to compensate for caused by temperature differences length changes or to avoid vibration transmission to the TEM. - 4. The opening
26 is designed without any special additional features. The TEM3 will not be in the opening then26 used, but (for example, as shown13 ) on the inside12 - or outside13 of the pipe2 in the area of the opening26 placed centrally, in which case the TEM3 wider20 and longer19 can be as the opening26 , The TEM3 is at its bearing surface on the pipe2 associated with this. - 5. The TEM
3 is in the outer area encircling with a Fügeblech4 connected as exemplified in14 is shown. The connection can be on the upper13 - or bottom12 and / or on the front sides27 consist. The joining plate4 surpasses the TEM3 in all directions. The joining plate4 can be bent / kinked several times. The TEM joining plate assembly3 .4 gets into the opening26 of the pipe2 used. The TEM3 laterally projecting area of the joining plate4 is with the pipe2 connected (eg by laser welding). Should be the edge of the TEM3 elevated22 be encloses the connecting area of the joining sheet4 this22 , - 6. In a variant according to the immediately preceding section
5 , needs the TEM3 but not in the opening26 of the pipe2 can be used, but as in the previous section4 , be placed on the slightly smaller opening (see15 ). - 7. In a variant according to the immediately preceding section
5 , can the TEM3 but on both sides12 .13 with adhesive sheets4a , b, as exemplified in16 is shown. The joining sheets4a , b can be connected to each other (eg by welding). One or both plates4a , b be with the pipe2 connected (eg by welding). The hot side facing Fügeblech4a or b can be loose or force fit on the TEM3 lie so that at least one thermal insulation layer ("Totwassergebiet") for connecting the TEM3 with the other joining plate4a or b is created. The space between the two joining sheets4a , b represents the insulation layer. - 8. In the joining sheets
4 and / or in areas in the pipe2 next to the openings26 can imprints, folds, bends or beads30 according to the illustrations17 be provided, which have the function of a bellows thermal, thermo-mechanical and mechanical compensation element.
Die
vorangegangen beschriebenen Ausführungen beziehen sich
primär, aber nicht ausschließlich, auf das Fügen
eines TEM
Nachstehend
ist eine weitere Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung
beschrieben, die in erster Linie auf eine Verschweißung
zwischen Rohr
- 9. Der Hüllkörper
17 des TEM3 (z. B. Edelstahl) kann ein- oder zweiteilig ausgeführt werden, wie dies in18 exemplarisch dargestellt ist. Bei einer zweiteiligen Ausführung kann einer der beiden Hüllkörper-Teile17a , b die Form einer Schale (entsprechend18 ) haben, wobei dann das andere Teil17a oder b hierauf aufgesetzt wird. Das Abdichten an der Fügestelle18 zwischen den beiden TEM-Hüllteilen17a , b kann beispielsweise über eine Schweißung im Seitenbereich27 herbeigeführt werden. Eines der beiden TEM-Hüllteile17a oder b wird nachdem das TEM3 in die Öffnung26 des Rohres2 ein- oder aufgesetzt wurde, mit dem Rohr2 Ober- oder unterseitig oder seitlich verschweißt.
- 9. The enveloping body
17 of the TEM3 (eg stainless steel) can be made in one or two parts, as shown in18 is shown as an example. In a two-part design, one of the two enveloping body parts17a , b the shape of a shell (corresponding18 ), in which case the other part17a or b is placed on top. The sealing at the joint18 between the two TEM sheath parts17a , b can, for example, a weld in the side area27 be brought about. One of the two TEM sheath parts17a or b becomes after the TEM3 in the opening26 of the pipe2 was put on or with the pipe2 Upper or lower side or laterally welded.
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.The aforementioned listed embodiments 1st-9th can refer to their named Overlay features or can be combined so that it still works can come to other intermediate variants.
Es
können unterschiedliche Einstecktiefe der TEM
Auch
ist es möglich, dass die TEM
Das
Vor- oder Zurückstehen der TEM
Auch
kann die Unter- oder Oberseite
Zusammenfassend
kann festgehalten werden, dass die TEM
Bezüglich
des Bodens
Der
Boden
Dazu
werden die Rohre
Bezüglich
des Gehäuses
In
radiale Richtung
Bezüglich
des Diffusors
Bezüglich
einer Turbulenzeinlage
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.
A first alternative may be distinguished by the fact that this is not a shell-and-tube heat exchanger. The media are run in cocurrent or parallel current.
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.The first medium is carried in one or more tubes, which are arranged side by side. The second medium is in one or a plurality of tubes which are arranged side by side, which have, for example, a plurality of channels can. The tube composite for the first medium and the tube composite for the second medium are superimposed, in between a layer with TEM is still introduced. Between TEM and the tubes can still be a sheet introduced. TEM and Tubes or TEM and sheets can be glued together or be connected cohesively.
Dieser Aufbau kann beliebig häufig geschichtet werden, sodass sowohl das erste als auch das zweite Medium auf mehrere Lagen verteilt wird.This Construction can be layered as often as you like, so that both the first and the second medium distributed over several layers becomes.
Die den Medien zugeordneten Rohre werden im Ein- und Austritt jeweils an Leitungen angeschlossen. Diese Leitungen werden jeweils in Hauptleitungen zusammengeführt.The The media associated pipes are in the inlet and outlet respectively connected to lines. These lines are each in main lines merged.
Eine
zweite alternative Ausführungsform der Erfindung ist in
Die
Rohre für das erste Medium entsprechen den vorstehenden
Beschreibungen für das erste Ausführungsbeispiel
bezüglich der
Dieser Aufbau kann beliebig häufig geschichtet werden, sodass sowohl das erste als auch das zweite Medium auf mehrere Lagen verteilt wird.This Construction can be layered as often as you like, so that both the first and the second medium distributed over several layers becomes.
Die Elektrokabel werden seitlich der TEM in der umgebenden Atmosphäre herausgeführt.The Electric cables become the side of the TEM in the surrounding atmosphere led out.
Da
hier das zweite Medium in Rohren geführt wird, und nicht
wie bezüglich der Beschreibung der
Der
Aufbau eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist in
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.It Two floors and two diffusers are provided to one the media in the entry and exit to collect. The other medium can not be collected in this way. The assigned to this medium Pipes are connected to pipes in the inlet and outlet. These Lines are brought together in one main line.
In
In
den
- 11
- Thermoelektrischer Generator TEGthermoelectric Generator TEG
- 22
- Rohrpipe
- 33
- Thermoelektrisches Modul TEMthermoelectric Module TEM
- 44
- FügeblechAdd sheet
- 55
- Bodenground
- 66
- Gehäusecasing
- 77
- Diffusordiffuser
- 88th
- Turbulenzeinlageturbulence insert
- 99
- Axiale Richtungaxial direction
- 1010
- Radiale Richtungradial direction
- 1111
- WärmeübertragungsstreckeHeat transfer distance
- 1212
- Innenseite: Medium 1Inside: Medium 1
- 1313
- Außenseite: Medium 2Outside: Medium 2
- 1414
- thermoelektrisch (TE) aktive Materialienthermoelectric (TE) active materials
- 1515
- Elektro-KabelElectric cable
- 1616
- Innere des TEMInner of the TEM
- 1717
- Hüllkörper des TEMenveloping body of the TEM
- 1818
- Abdichtung des TEMseal of the TEM
- 1919
- Länge TEMlength TEM
- 2020
- Breite TEMwidth TEM
- 2121
- Höhe TEMheight TEM
- 2222
- Erhöhung im Randbereich des TEMincrease in the edge area of the TEM
- 2323
- Durchzüge des Rohresby trains of the pipe
- 2424
- Absatz im Randbereich des TEMparagraph in the edge area of the TEM
- 2525
- Profilierung des TEMprofiling of the TEM
- 2626
- Öffnungen im Rohropenings in the pipe
- 2727
- seitliche Bereiche des TEMlateral Areas of TEM
- 2828
- Kragen: gebogener DurchzugCollar: curved passage
- 2929
- Sicke im DurchzugBeading in the passage
- 3030
- Faltung im Blechfolding in the tin
- 3131
- Aussparungen im Bodenrecesses in the ground
- 3232
- Außenkontur des Bodensouter contour of the soil
- 3333
- Durchzüge im Bodenby trains in the ground
- 3434
- Öffnung im Gehäuse für Anschlussleitungenopening in the housing for connecting cables
- 3535
- Öffnung im Gehäuse für Elektro-Kabelopening in the housing for electric cables
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP10156678.4A EP2230701A3 (en) | 2009-03-19 | 2010-03-16 | Thermoelectric device |
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