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Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Stand der Technik
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Ein thermoelektrisches Element ist ein Bauteil aus zwei unterschiedlichen thermoelektrischen Materialien, einmal vom p-Typ und einmal vom n-Typ, die alternierend angeordnet und jeweils an einem Ende elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Weisen die Verbindungsstelle und die freien Enden der beiden thermoelektrischen Materialien eine Temperaturdifferenz entlang der Materialien auf, wird aufgrund des Seebeck-Effekts eine elektrische Spannung erzeugt. Um eine möglichst effektive Umwandlung eines Temperaturgradienten in elektrische Leistung zu bewirken, können mehrere thermoelektrischen Elemente zusammen in einem Modul elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet angeordnet werden. Für die direkte Umwandlung von Wärme in elektrische Energie werden üblicherweise Halbleitermaterialien eingesetzt.
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Die Erzeugung von elektrischer Leistung aus der Restwärme von Abgasen von Verbrennungsmotoren, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, ist derzeit von großem wirtschaftlichen Interesse, da noch immer lediglich etwa ein Drittel der im Kraftstoff enthaltenen Energie für den Antrieb eines Fahrzeugs und zur Versorgung der Nebenverbraucher genutzt wird und rund zwei Drittel der Energie ungenutzt als Abwärme an die Umgebung abgegeben werden. Wünschenswert wären thermoelektrische Generatoren, die beispielsweise die Lichtmaschine ersetzen können und somit nicht unerheblich zur Kraftstoffersparnis und Verminderung des Kohlendioxid-Ausstoßes beitragen könnten. Der Einsatz von thermoelektrischen Generatoren zur Nutzung der Abwärme des Abgases stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da hier anspruchsvolle und ungünstige Bedingungen vorherrschen.
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Aus der
DE 10 2006 057 662 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der einen Teil der über das Abgas eines Verbrennungsmotors abgegebenen Wärmeleistung mittels eines thermoelektrischen Generators, der als Wärmequelle das Abgas und als Wärmesenke die Umgebungsluft nutzt, in elektrische Leistung umwandelt. Dieser Wärmetauscher weist ein Wärmetauschergehäuse auf, in dem eine Vielzahl von abgasführenden Rohren und in Querrichtung dazu verlaufende luftführende Rohre angeordnet sind. Die Rohre sind dabei bevorzugt als Flachrohre ausgestaltet. Die Kühlluftströmung erfolgt im Kreuzstrom zu den abgasführenden Kanälen. Die abgasführenden Rohre des Wärmetauschers sind thermisch mit einzelnen Wärme aufnehmenden Elementen der thermoelektrischen Generatorelemente verbunden. Die luftführenden Rohre hingegen sind mit den Wärme abgebenden Elementen der einzelnen in den Wärmetauscher integrierten thermoelektrischen Generatorelemente verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Thermoelektrischer Generator umfassend mindestens ein Wärmetauscherelement und mindestens ein thermoelektrisches Modul vorgeschlagen, wobei das thermoelektrische Modul eine Kapselung aufweist und das thermoelektrische Modul mit dem Wärmetauscherelement derart verbunden ist, dass es mit der Kapselung in eine Aufnahme des Wärmetauscherelements eingefügt ist.
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Unter der Kapselung des thermoelektrischen Moduls wird erfindungsgemäß ein Gehäuse verstanden, in dessen Innenraum ein thermoelektrisches Modul angeordnet ist. Zweckmäßigerweise können Anschlusselemente des thermoelektrischen Moduls, an denen die erzeugte elektrische Leistung abgegriffen werden kann, elektrisch isoliert aus der Kapselung herausgeführt sein. Die Kapselung kann beispielsweise aus zwei wannenartig geformten Bauteilen umlaufend dicht zusammengesetzt sein. Diese wannenartigen Bauteile der Kapselung können jeweils einen umlaufenden planaren Bereich als Fügefläche aufweisen, die vorzugsweise bündig aufeinander gesetzt werden können. Damit kann eine verbesserte dichte Verbindung der wannenartigen Bauteile ermöglicht werden. Die Bauteile der Kapselung können, beispielsweise stoffschlüssig durch Löten, Schweißen oder Kleben oder formschlüssig lösbar oder nicht lösbar dicht miteinander verbunden sein. Durch die Kapselung können die -thermoelektrischen Module vor ungünstigen Bedingungen, wie zum Beispiel mechanischen Belastungen, wie Vibrationen oder Verunreinigungen durch Partikel geschützt werden. Vorteilhafterweise können die eingekapselten thermoelektrischen Module in Standard-Wärmetauscher mit nur geringfügigen Anpassungen eingebaut und integriert werden.
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Das thermoelektrische Modul mit dem Wärmetauscherelement kann vorzugsweise passgenau in eine Aufnahme des Wärmetauscherelements eingefügt sein. Mit anderen Worten können die jeweilige Aufnahme des Wärmetauschers und die Kapselung des thermoelektrischen Moduls in ihrer Form genau aufeinander angepasst sein. In diesem Fall kann bereits nach der Einfügung des thermoelektrischen Moduls in die Aufnahme die Kapselung vorteilhafterweise kein Verrutschen des thermoelektrischen Moduls auftreten. Zur Verbesserung der sicheren Verbindung zwischen dem thermoelektrischen Modul und dem Wärmetauscherelement kann die Kapselung ein oder mehrere Halterungselemente, zum Beispiel einen umlaufenden planaren Kragen aufweisen, der über die Aufnahme hinausragt und mit einer Aufsatzfläche in einem Überlappungsbereich um die Aufnahme des Wärmetauscherelements herum verbunden werden kann. Die Aufnahme des Wärmetauschers kann alternativ auch etwas größer ausgestaltet sein, so dass nach der Einfügung die Kapselung innerhalb der Aufnahme noch verschiebbar ist. Die Kapselung kann in diesem Fall durch die ein oder mehreren Halterungselemente gegen ein Verrutschen oder gegebenenfalls ein Hindurchfallen gesichert werden.
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In einer Ausgestaltung kann das thermoelektrische Modul eine Kapselung aus einem metallischen Material aufweisen. Die Kapselung kann beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, Kupfer oder Messing bestehen. Diese Materialien sind besonders geeignet, um eine optimale Schutzfunktion für das thermoelektrische Modul auch bei besonders anspruchsvollen Umgebungen, wie beispielsweise in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, bereit zu stellen. Vorteilhafterweise kann hierdurch auch die Herstellung und die Verbindung des oder der thermoelektrischen Module insbesondere mit Wärmetauschern aus Edelstahl auf einfache Weise, zum Beispiel mittels Löt-, Schweiß- oder Klebetechnik realisiert werden. Dies erlaubt eine einfache, -schnelle und kostengünstige Fertigung von thermoelektrischen Generatoren, die auch für den industriellen Großserieneinsatz geeignet ist.
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Die Aufnahme des Wärmetauscherelements kann bevorzugt ein Durchbruch, dass heißt ein Loch, oder eine Verprägung sein. Das Wärmetauscherelement kann beispielsweise eine Lochplatte sein, wobei die thermoelektrischen Module mit ihrer Kapselung in die Löcher eingesetzt werden können, so dass die Kapselung des thermoelektrischen Moduls den Durchbruch vollständig abdeckt und umlaufend mit dem Wärmetauscherelement verbunden werden kann. Gleichermaßen kann das Wärmetauscherelement auch eine Platte mit eingebrachten Verprägungen sein, die in ihrer Form jeweils auf die äußere Form und Ausgestaltung der thermoelektrischen Module abgestimmt sind. Die thermoelektrischen Module werden dann, bevorzugt passgenau, auf die Verprägung in einer solche Platte aufgesetzt. Durch diese erfindungsgemäße Verbindung von eingekapseltem thermoelektrischen Modul und Wärmetauscherelement kann der thermoelektrische Generator mit deutlich vereinfachtem Aufbau und gegenüber bisher bekannten Generatoren besonders gewichtsreduziert und leicht hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise kann das Wärmetauscherelement und das thermoelektrische Modul des erfindungsgemäßen thermoelektrischer Generators stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Hierdurch kann eine dichte Verbindung zwischen Wärmetauscherelement und thermoelektrischem Modul, beispielsweise durch Schweiß-, Löt- oder mit Klebetechnik haltbar und sicher realisiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung ist es möglich, dass das Wärmetauscherelement und das thermoelektrische Modul formschlüssig miteinander verbunden sind. Eine formschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels Verstiften, Nieten oder Durchsetzfügen hergestellt werden. Eine rein formschlüssige Verbindung kann beispielsweise ausreichend sein, wenn es unproblematisch ist, dass die Medien, die durch das Wärmetauscherelement getrennt werden sollen, sich in geringem Umfang mischen könnten. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn als heißes Fluid auf einer Seite des Wärmetauscherelements mit eingefügten thermoelektrischen Modulen ein Abgasstrom eines Verbrennungsmotors und auf der anderen Seite Umgebungsluft als kaltes Fluid eingesetzt wird.
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In einer Ausgestaltung des thermoelektrischen Generators gemäß der Erfindung kann das Wärmetauscherelement kanalartig ausgestaltet oder in einen Wärmetauscherkanal eingefügt sein. Erfindungsgemäß kann hierdurch ein neues Konzept zur Integration von thermoelektrischen Modulen in Wärmeströmungskanäle bereitgestellt werden. Die Querschnittsform des entstehenden oder bereitgestellten Wärmetauscherkanals kann dabei variabel ausgestaltet und gegebenenfalls an eine bestimmte Anwendung oder bestimmte Umgebungsanforderungen angepasst sein. Zum Beispiel kann der resultierende Wärmetauscherkanal eine im Wesentlichen rechteckige, dreieckige, trapezförmige oder andere regelmäßige oder unregelmäßige geometrische Form aufweisen.
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Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators sieht vor, dass das Wärmetauscherelement mit einer oder mehreren Verprägungen versehen ist, und das Wärmetauscherelement einen Teil der Kapselung eines oder mehrerer thermoelektrischen Module bildet. Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß auch ein einseitig gekapseltes thermoelektrisches Modul in eine Verprägung eingesetzt werden, wobei gleichzeitig die Einhäusung, also die Kapselung des thermoelektrischen Moduls vervollständigt wird. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine weitere Materialersparnis und eine Gewichtsreduktion erzielt werden.
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Erfindungsgemäß kann das oder die mit dem Wärmetauscherelement verbundenen thermoelektrischen Module des thermoelektrischen Generators direkt zwischen zwei Fluiden, insbesondere zwischen einem relativ warmes und einem relativ kalten Fluid, positioniert sein. Die eingekapselten thermoelektrischen Module sind dabei vorteilhafterweise gleichzeitig vor diesen Fluiden, die unterschiedliche Temperaturen aufweisen, geschützt. Dies ist besonders vorteilhaft bei einer Anwendung in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeugs. Der Wirkungsgrad des thermoelektrischen Moduls kann erfindungsgemäß gegenüber den bisher bekannten thermoelektrischen Modulen gesteigert werden. Ein warmes Fluid kann beispielsweise der Abgasstrom eines Verbrennungsmotors als Wärmequelle sein. Das zweite Fluid kann ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, oder auch die Umgebungsluft als Wärmesenke sein. Durch die Kapselung kann das thermoelektrische Modul, dabei wirkungsvoll vor einem zu hohen Abgasgegendruck oder Partikeln aus dem Abgas geschützt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators welches die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eines oder mehrerer teilweise- oder vollständig eingekapselter thermoelektrischen Module,
- b) Bereitstellen eines Wärmetauscherelements mit einer oder mehreren Aufnahmen und
- c) Einfügen des oder der thermoelektrischen Module in die Aufnahmen des Wärmetauscherelements, gegebenenfalls unter Vervollständigung der Kapselung.
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In Schritt a) kann ein thermoelektrisches Modul in eine Kapselung, beispielsweise aus zwei wannenförmigen Bauteilen, eingebracht werden. Die wannenförmigen Bauteile können dann dicht miteinander unter Ausbildung eines Innenraums, der das thermoelektrische Modul enthält, miteinander verbunden werden. Die Bauteile können beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, Kupfer oder Messing bestehen. Verbindung kann erfindungsgemäß beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben hergestellt werden. Das thermoelektrische Modul kann zweckmäßigerweise an seinen zu seiner Einhäusung, also der Kapselung, gerichteten Oberflächen elektrisch isoliert ausgestaltet sein. Die elektrische Isolierung kann zum Beispiel durch keramische Beschichtungen oder Auflagen realisiert werden.
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In Schritt b) kann das Wärmetauscherelement beispielsweise eine Platte aus metallischem Material, insbesondere Edelstahl, Kupfer oder Aluminium, sein und zum Beispiel durch Stanzen oder Schneiden von Durchbrüchen oder durch einen Prägeprozeß mit Aufnahmen für das thermoelektrische Modul versehen werden.
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In Schritt c) kann beispielsweise ein thermoelektrisches Modul mit seiner Kapselung in die Durchbrüche des Wärmetauscherelements eingesetzt werden, so dass vorzugsweise die Kapselung den Durchbruch vollständig abdeckt und umlaufend mit dem Wärmetauscherelement verbunden werden kann. Gleichermaßen kann das Wärmetauscherelement mit eingebrachten Verprägungen, die in ihrer Form jeweils auf die äußere Form und Ausgestaltung der thermoelektrischen Module abgestimmt sein. Die thermoelektrischen Module können dann, passgenau, auf die Verprägung in einer solchen Platte aufgesetzt werden. Durch diese erfindungsgemäße Verbindung von eingekapseltem thermoelektrischen Modul und Wärmetauscherelement kann der thermoelektrische Generator mit deutlich vereinfachtem Aufbau und gegenüber bisher bekannten Generatoren besonders gewichtsreduziert und leicht hergestellt werden.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine dichte Verbindung der eingefügten thermoelektrischen Module mit dem Wärmetauscherelement durch eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden. Die Verbindung kann erfindungsgemäß beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben hergestellt werden. Durch diese erfindungsgemäß möglichen Verbindungstechniken kann eine Fertigung der thermoelektrischen Generatoren gegenüber bisher bekannten Herstellungsprozessen, die beispielsweise mit Klemmtechniken arbeiten, deutlich einfacher und kostengünstiger erfolgen. Zusätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise für einen industriellen Großserieneinsatz geeignet.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer stoffschlüssigen Verbindung von Wärmetauscherelement und thermoelektrischem Modul kann eine formschlüssige Verbindung des thermoelektrischen Moduls mit dem Wärmetauscherelements hergestellt werden. Insbesondere kann ein Formschluss durch Nieten, Durchsetzfügen oder Verstiften erzielt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren näher erläutert, ohne auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Gleiche Komponenten sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Es zeigt:
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1 eine Schnittdarstellung eines eingekapselten thermoelektrischen Moduls eingesetzt in eine Lochplatte;
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2 eine perspektivische teilexplodierte Ansicht der Unterseite eines Wärmetauscherelements mit eingesetzten thermoelektrischen Modulen;
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3 eine Schnittdarstellung eines teilweise, einseitig gekapselten thermoelektrischen Moduls,
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4 eine Schnittdarstellung eines einseitig eingekapselten thermoelektrischen Moduls aus 3 eingefügt in die Verprägung in einer Platte;
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5 eine perspektivische Ansicht der Unterseite eines Wärmetauscherelements mit Verprägungen und eines einseitig gekapselten thermoelektrischen Moduls;
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6 eine seitliche Ansicht eines Flachrohrs als Wärmetauscherelement mit integriertem thermoelektrischen Modul;
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7 eine perspektivische Draufsicht auf ein Flachrohr mit beidseitig integrierten thermoelektrischen Modulen;
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8 eine mehrfach gewinkelte Wärmetauscherplatte mit integrierten thermoelektrischen Modulen,
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9 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers aus zwei gewinkelten Wärmetauscherelementen mit integrierten thermoelektrischen Modulen und
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10 einen Wärmetauscher mit zwei eingeschobenen Wärmetauscherplatten mit integrierten thermoelektrischen Modulen.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines vollständig eingekapselten thermoelektrischen Moduls 1 eingefügt ein Wärmetauscherelement 2 mit einer Aufnahme 3. Das Wärmetauscherelement 2 ist in der gezeigten Ausführungsform als Lochplatte mit einem Durchbruch als Aufnahme 3 ausgestaltet. Das thermoelektrische Modul 1 kann beispielsweise in eine Kapselung 4 aus zwei wannenförmigen Bauteilen 4a, 4b eingebracht sein. Die wannenförmigen Bauteile 4 können dabei unter Ausbildung eines Innenraums, der das thermoelektrische Modul 1 enthält, dicht miteinander verbunden sein. Die Bauteile 4a, 4b sowie auch das oder die Wärmetauscherelemente 2 können beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, Kupfer oder Messing bestehen. Die Verbindung der Bauteile 4a, 4b zur Kapselung 4 kann erfindungsgemäß beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben hergestellt sein. Die Kapselung 4 kann derart passgenau in den Durchbruch 3 des Wärmetauscherelements eingefügt sein, so dass sie nach der Einfügung vorteilhafterweise nicht verrutschen kann. Im Innenraum der Kapselung 4 können elektrisch isolierende Halte- und Stützelemente 5 das thermoelektrische Modul 1 vor einem Verrutschen und äußeren mechanischen Einwirkungen, wie zum Beispiel Vibrationen sichern. Zusätzlich kann die Kapselung 4 einen planaren Randbereich 6 aufweisen, der den Durchbruch 3 umlaufend überragt. Die Kapselung 4 kann mit ihrem Randbereich mit dem Wärmetauscherelement 2 stoffschlüssig und/oder formschlüssig haltbar und dicht verbunden sein. Das thermoelektrische Modul 1 beispielsweise durch keramische Isolier- und Wärmeaustauschelemente 7, wie Beschichtungen oder plattenförmige Auflagen elektrisch isoliert sein. Gleichzeitig können die Isolierelemente 7 auch als Träger und/oder Stützelemente für das thermoelektrische Modul 1 funktionieren, so dass dieses vorteilhafterweise auch vor mechanischen Einwirkungen, wie Stoß oder Vibrationsbelastungen geschützt werden kann. Zweckmäßigerweise können Anschlusselemente 8 des thermoelektrischen Moduls 1, an denen eine erzeugte elektrische Leistung abgegriffen werden kann, elektrisch isoliert aus der Kapselung 4 herausgeführt sein. Erfindungsgemäß kann das Wärmeleitelement 2 mit den solchermaßen darin integrierten gekapselten thermoelektrischen Modulen 1 als thermoelektrischer Generator funktionieren und eingesetzt werden.
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2 zeigt eine perspektivische teilexplodierte Ansicht der Unterseite eines Wärmetauscherelements 2 mit einer Reihe von fünf Durchbrüchen als Aufnahmen 3 mit vollständig eingekapselten thermoelektrischen Modulen 1. Vier der gezeigten thermoelektrischen Module 1 sind bereits in die Lochplatte 2 eingefügt gezeigt. Ein thermoelektrisches Modul 1 ist separat, noch nicht in einen Durchbruch 3 eingefügt, gezeigt. Die thermoelektrischen Module 1 können jeweils mit dem Wärmetauscherelement 2 stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Nur zum Zwecke der Übersichtlichkeit sind lediglich fünf eingekapselte thermoelektrische Module 1 und Aufnahmen 3 in einer Reihe gezeigt. Erfindungsgemäß ist die Anzahl der thermoelektrischen Module 1 nicht beschränkt, sondern kann an die jeweiligen Erfordernisse einer Anwendung angepasst werden. Das Gleiche gilt auch für deren Anordnung in Reihen. Die thermoelektrischen Module 1 können erfindungsgemäß auch in mehreren Reihen, aber auch in anderen regelmäßigen oder unregelmäßigen Anordnungen, in die entsprechend vorgesehenen Aufnahmen 3 eines Wärmetauscherelements 2 eingefügt sein.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines teilweise gekapselten thermoelektrischen Moduls 1. Das thermoelektrische Modul 1 ist dabei von einer Seite in ein wannenförmiges Gehäusebauteil 4a eingefasst. Die thermoelektrischen Elemente vom p-Typ 9a und vom n-Typ 9b können im thermoelektrischen Modul 1 alternierend angeordnet und über Leiterbrücken 10 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet angeordnet sein. Thermisch werden die thermoelektrischen Elemente 9a und 9b parallel geschaltet angeordnet. Das aus thermoelektrischen Elementen 9a und 9b zusammengesetzte Modul 1 kann beispielsweise durch Stütz- und Trägerelemente 5 sowie keramische Isolierelemente 7 gehalten und vor äußeren Einwirkungen, wie Stoß oder Vibrationen geschützt werden.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung des einseitig in ein wannenförmiges Gehäusebauteil 4a eingekapselten thermoelektrischen Moduls 1 aus 3 eingefügt in eine Verprägung 3 eines plattenförmigen Wärmetauscherelements 2. Das Wärmetauscherelement 2 kann mit seiner Verprägung 3 einen Teil der Kapselung 4 eines thermoelektrischen Moduls 1 bilden. Gleichzeitig mit dem Einfügen des thermoelektrischen Moduls 1 in die Verprägung 3 kann dann die Einhäusung, also die Kapselung 4 des thermoelektrischen Moduls 1 vervollständigt werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise erfindungsgemäß eine Materialersparnis und eine Gewichtsreduktion erzielt werden.
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5 zeigt eine perspektivische, Ansicht der Unterseite eines plattenförmigen Wärmetauscherelements 2 mit fünf Verprägungen 3 in einer Reihe sowie ein separat dargestelltes teilweise gekapseltes thermoelektrisches Modul 1, wie es zum Beispiel in 3 gezeigt ist, welches in die bereitgestellten Aufnahmen 3 eingesetzt werden kann. Auch hier gilt, wie bei der Darstellung in 2, dass nur zum Zwecke der Übersichtlichkeit lediglich fünf Verprägungen 3 gezeigt sind und erfindungsgemäß die Anzahl und Anordnung der thermoelektrischen Module 1 grundsätzlich nicht beschränkt ist und vorteilhafterweise auf spezifische Anwendungen angepasst werden kann.
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6 zeigt eine seitliche Ansicht Wärmetauscherelements 2 mit einem darin integrierten thermoelektrischen Modul 1 in einer Kapselung 4. Das Wärmetauscherelement 2 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung als Flachrohr ausgestaltet, wobei das thermoelektrische Modul 1 in eine als Verprägung ausgestaltete Aufnahme 3 eingefügt ist. In diesem Fall kann die Verprägung 3 auch vorteilhafterweise einen Teil der Kapselung 4 bilden, wodurch eine Gewichtsersparnis erzielt werden kann.
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7 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein Flachrohr als Wärmetauscherelement 2 mit integrierten thermoelektrischen Modulen 1 jeweils eingehäust in eine Kapselung 4. Die thermoelektrischen Module 1 sind dabei in Aufnahmen 3 zweiseitig, dass heißt auf beiden flachen Seiten 11a und 11b des Flachrohrs 2 integriert.
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8 zeigt eine mehrfach gewinkelte Wärmetauscherplatte 2 mit integrierten eingekapselten thermoelektrischen Modulen 1. Durch die Winkelung des Wärmetauscherelements 2 werden in der gezeigten Ausführungsform drei Ebenen 12a, 12b, 12c gebildet, in die jeweils eingekapselte thermoelektrische Module 1 integriert sind.
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers der kanalartig mit annähernd rechteckigem Querschnitt ausgestaltet ist. Dieser Wärmetauscher kann aus zwei gewinkelten ausgestalteten Wärmetauscherelementen 2a und 2b mit integrierten thermoelektrischen Modulen 1 gebildet werden. Die beiden Wärmetauscherelemente 2a und 2b können beispielsweise gewinkelt, ausgestaltet sein, wobei hierbei durch Schweißen, Kleben oder Löten jeweils unter Ausbildung eines Flachkanals 13a und 13b eine Bindenaht 14a und 14b gebildet werden kann. Nachfolgend können diese Wärmeleitelemente 2a und 2b unter Ausbildung eines weiteren Flachkanals 13c miteinander durch gelötete geschweißte oder geklebte Bindenähte 15 verbunden werden. Die Flachkanäle 13a, 13b und 13c können zweckmäßigerweise zur Aufnahme und Führung von zueinander unterschiedlich temperierten Fluiden geeignet sein. So kann beispielsweise der Flachkanal 13c ein relativ heißes Fluid, beispielsweise das Abgas eines Verbrennungsmotors und die angrenzenden Flachkanäle 13a und 13b ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser oder einen Luftstrom, führen. Erfindungsgemäß kann hiermit ein deutlich vereinfachtes Konzept für den Aufbau von thermoelektrischen Generatoren bereitgestellt werden.
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10 zeigt einen Wärmetauscher 16 der kanalartig mit rechteckigem Querschnitt ausgestaltet ist. Der Wärmetauscher 16 weist auf zwei Ebenen Einschubleisten 17 auf; die zur Einbringung von Wärmetauscherplatten 2 mit integrierten thermoelektrischen Modulen 1, wie sie beispielsweise in 2 und 5 gezeigt sind geeignet sind. Durch die eingeschobenen Wärmetauscherplatten 2 kann der Wärmetauscher wiederum in insgesamt in drei Flachkanäle 13a, 13b und 13c geteilt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057662 A1 [0004]
