DE102012216041A1

DE102012216041A1 - Thermoelectric generator attached to exhaust gas passage of internal combustion engine of motor car, has seal formed on cold side of thermoelectric module facing cooling channel and/or on hot side facing exhaust gas channel

Info

Publication number: DE102012216041A1
Application number: DE201210216041
Authority: DE
Inventors: Roland Gauss; Karl Stockinger
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-13

Abstract

The thermoelectric generator has thermoelectric module (19) which contacts heat source hot side and heat sink cold side. An exhaust gas channel (11) and cooling passage (25) are in heat-conducting connection with hot side and cold side of thermoelectric module respectively. The cooling channel is provided with opening facing the cold side of the thermoelectric module. A seal made of elastic material or silicone, is formed on cold side of thermoelectric module facing cooling channel and/or on hot side of thermoelectric module facing exhaust gas channel. The exhaust gas channel is provided with opening facing the hot side of the thermoelectric module.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, mit zumindest einem thermoelektrischen Modul, das eine für einen Kontakt mit einer Wärmequelle vorgesehene Warmseite und eine für einen Kontakt mit einer Wärmesenke vorgesehene Kaltseite aufweist, einem Heizkanal, der von einem heißen Fluid durchströmbar ist und der mit der Warmseite des thermoelektrischen Moduls in wärmeleitender Verbindung steht, und einem Kühlkanal, der von einem Kühlfluid durchströmbar ist und der mit der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls in wärmeleitender Verbindung steht, wobei der Kühlkanal mindestens eine zu der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls weisende Öffnung aufweist und/oder der Heizkanal mindestens eine zu der Warmseite des thermoelektrischen Moduls weisende Öffnung aufweist. The present invention relates to a device for converting thermal energy into electrical energy, comprising at least one thermoelectric module having a hot side provided for contact with a heat source and a cold side provided for contact with a heat sink, a heating channel formed by a hot fluid can flow through and is in thermally conductive connection with the hot side of the thermoelectric module, and a cooling channel, which is flowed through by a cooling fluid and which is in thermally conductive connection with the cold side of the thermoelectric module, wherein the cooling channel facing at least one of the cold side of the thermoelectric module Has opening and / or the heating channel has at least one pointing to the hot side of the thermoelectric module opening.

Derartige Vorrichtungen werden auch als thermoelektrische Generatoren (TEG) bezeichnet und finden bei verschiedenen Arten der Nutzung von Abwärme Verwendung. Beispielsweise können thermoelektrische Generatoren zur Abgaswärmenutzung bei Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, indem ein Teil der thermischen Energie des heißen Abgasstroms in elektrische Energie gewandelt und dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführt wird, um so letztlich Kraftstoff zu sparen. Entscheidend für eine möglichst große Ausbeute an elektrischer Energie ist neben dem Wirkungsgrad des thermoelektrischen Moduls vor allem ein möglichst großer Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke. Such devices are also referred to as thermoelectric generators (TEG) and find in different ways of using waste heat use. For example, thermoelectric generators can be used for exhaust heat utilization in internal combustion engines by a part of the thermal energy of the hot exhaust gas stream is converted into electrical energy and supplied to the electrical system of the motor vehicle, so as ultimately to save fuel. In addition to the efficiency of the thermoelectric module, it is above all the greatest possible temperature difference between the heat source and the heat sink that is decisive for the greatest possible yield of electrical energy.

Mit einer oder mehreren Öffnungen versehene Heizkanäle und/oder Kühlkanäle verbessern den Wärmeübergang zwischen dem thermoelektrischen Modul und dem entsprechenden Wärmeträgerfluid, da die normalerweise vorliegende Kanalwand zumindest im Bereich der jeweiligen Öffnung als zusätzlicher Wärmeübergangswiderstand wegfällt. Solche Öffnungen ermöglichen daher bei einem thermoelektrischen Generator einen höheren Gesamtwirkungsgrad. Ein thermoelektrischer Generator mit einem zur Kaltseite der thermoelektrischen Module hin geöffneten Kühlkanal ist in der WO 2012/079662 offenbart. With one or more openings provided heating channels and / or cooling channels improve the heat transfer between the thermoelectric module and the corresponding heat transfer fluid, since the normally present channel wall is omitted, at least in the region of the respective opening as additional heat transfer resistance. Such openings therefore allow a higher overall efficiency in a thermoelectric generator. A thermoelectric generator with a cooling channel open to the cold side of the thermoelectric modules is in the WO 2012/079662 disclosed.

In der Praxis ist es jedoch schwierig, thermoelektrische Generatoren mit Kanalöffnungen effizient zu betreiben. Ein besonderes Problem besteht darin, dass die Oberfläche gängiger thermoelektrischer Module herstellungsbedingt stets gewisse Unebenheiten aufweist. Dadurch kann es zu problematischen Undichtigkeiten und Leckage-Strömungen kommen. Um diese Probleme zu verhindern, kann das thermoelektrische Modul in einem Gehäuse untergebracht werden, welches eine ebene Außenfläche aufweist. Dies erhöht jedoch wiederum den Wärmeübergangswiderstand. In practice, however, it is difficult to efficiently operate thermoelectric generators with channel openings. A particular problem is that the surface of common thermoelectric modules production always has certain unevenness. This can lead to problematic leaks and leakage currents. To prevent these problems, the thermoelectric module can be housed in a housing having a flat outer surface. However, this in turn increases the heat transfer resistance.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, thermoelektrische Generatoren mit Heizkanal-Öffnungen und/oder Kühlkanal-Öffnungen zu verbessern. It is an object of the invention to improve thermoelectric generators having heating channel openings and / or cooling channel openings.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. The object is achieved by a device having the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist eine die Öffnung umschließende Dichtung aus einem elastischen Material auf eine der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls zugewandte Seite des Kühlkanals und/oder auf eine der Warmseite des thermoelektrischen Moduls zugewandte Seite des Heizkanals aufgebracht. Eine derartige elastische Dichtung ist in der Lage, Unebenheiten an der Oberfläche des thermoelektrischen Moduls sowie Toleranzen der Kanalwand auszugleichen und sorgt so für eine sichere Abdichtung des betreffenden Kanals im Bereich der Öffnung. Durch die Dichtung kann insbesondere ein Übersprechen zwischen unterschiedlichen Kanalabschnitten des jeweiligen Kanals verhindert werden. According to the invention, a seal enclosing the opening made of an elastic material is applied to a side of the cooling channel facing the cold side of the thermoelectric module and / or to a side of the heating channel facing the hot side of the thermoelectric module. Such a resilient seal is able to compensate for unevenness on the surface of the thermoelectric module and tolerances of the channel wall, thus ensuring a secure seal of the respective channel in the region of the opening. In particular, crosstalk between different channel sections of the respective channel can be prevented by the seal.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Vorzugsweise umfasst die Dichtung einen Umrandungsabschnitt, welcher vollständig um einen äußeren Randbereich der Seite des Kühlkanals und/oder des Heizkanals umläuft. Ein solcher Umrandungsabschnitt dichtet den betreffenden Kanal gegenüber der Umgebung ab und verhindert zuverlässig einen unerwünschten Fluidaustritt. Preferably, the seal comprises a skirt portion which completely revolves around an outer edge portion of the side of the cooling passage and / or the heating passage. Such a border section seals the respective channel from the environment and reliably prevents unwanted fluid leakage.

Weiterhin kann die Dichtung wenigstens einen Kanaltrennabschnitt aufweisen, welcher sich zwischen zwei parallel verlaufenden Kanalabschnitten des Kühlkanals und/oder des Heizkanals erstreckt. Ein derartiger Kanaltrennabschnitt kann ein unerwünschtes Übersprechen zwischen den parallel verlaufenden Kanalabschnitten verhindern und somit den Wärmeübergang zwischen Fluid und thermoelektrisch aktiver Oberfläche weiter verbessern. Furthermore, the seal may have at least one channel separation section, which extends between two parallel channel sections of the cooling channel and / or the heating channel. Such a channel separation section can prevent undesirable crosstalk between the parallel channel sections and thus further improve the heat transfer between the fluid and the thermoelectrically active surface.

Bevorzugt weist der Umrandungsabschnitt eine größere Dicke auf als der Kanaltrennabschnitt. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass für die Hauptdichtfunktion gegenüber der Umgebung eine stärkere Dichtung erforderlich ist als für den Schutz gegen Übersprechen. The bordering section preferably has a greater thickness than the channel separation section. This takes into account the fact that for the main sealing function to the environment a stronger seal is required than for the protection against crosstalk.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls zugewandte Seite des Kühlkanals und/oder die der Warmseite des thermoelektrischen Moduls zugewandte Seite des Heizkanals wenigstens eine Vertiefung aufweist, welche die Dichtung zumindest teilweise aufnimmt. Eine derartige Aufnahme für die Dichtung gewährleistet stets eine korrekte Positionierung und einen sicheren Sitz der Dichtung. An embodiment of the invention provides that the side of the cooling channel facing the cold side of the thermoelectric module and / or the side of the heating channel facing the hot side of the thermoelectric module has at least one depression which at least forms the seal partially absorbs. Such a receptacle for the seal always ensures a correct positioning and a secure fit of the seal.

Die Dichtung ist vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material gefertigt, wobei das wärmebeständige Material bevorzugt bis zu einer Temperatur von wenigsten 80°C und besonders bevorzugt bis zu einer Temperatur von wenigstens 120°C beständig ist. Dies ermöglicht bei vielen Anwendungen im Bereich der Abgastechnik eine sichere Verwendung an der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls, an welcher die Temperatur des strömenden Kühlfluids üblicherweise etwa 100°C beträgt. Für einen Einsatz an der Warmseite des thermoelektrischen Moduls sollte eine der jeweiligen Medientemperatur entsprechend höhere Wärmebeständigkeit, bevorzugt bis zu einer Temperatur von wenigstens 300°C, gewählt werden. The seal is preferably made of a heat-resistant material, the heat-resistant material being preferably stable up to a temperature of at least 80 ° C and more preferably up to a temperature of at least 120 ° C. This allows safe use on the cold side of the thermoelectric module, in which the temperature of the flowing cooling fluid is usually about 100 ° C in many applications in the field of exhaust technology. For use on the hot side of the thermoelectric module, a heat resistance corresponding to the respective medium temperature, preferably up to a temperature of at least 300 ° C., should be selected.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtung aus einem Silikon gefertigt. Silikondichtungen haben sich in dem betreffenden Anwendungsgebiet als besonders vorteilhaft erwiesen. According to one embodiment of the invention, the seal is made of a silicone. Silicone gaskets have proven to be particularly advantageous in the relevant field of application.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Einfassung für das thermoelektrische Modul vorgesehen, wobei die Dichtung zumindest bereichsweise zwischen der Einfassung und der Seite des Kühlkanals und/oder des Heizkanals angeordnet ist. Eine solche Einfassung bewirkt eine korrekte Positionierung der thermoelektrischen Module sowie eine elektrische Isolierung zwischen einzelnen von mehreren thermoelektrischen Modulen. Die Dichtung kann auch ausschließlich zwischen der Einfassung und der Seite des Kühlkanals und/oder des Heizkanals angeordnet sein. According to a further embodiment of the invention, a surround for the thermoelectric module is provided, wherein the seal is arranged at least partially between the enclosure and the side of the cooling channel and / or the heating channel. Such a collar effects correct positioning of the thermoelectric modules as well as electrical isolation between individual ones of a plurality of thermoelectric modules. The seal may also be arranged exclusively between the enclosure and the side of the cooling channel and / or the heating channel.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtung durch einen der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls zugewandten Abschnitt des wenigstens bereichsweise aus einem elastischen Kunststoff gefertigten Kühlkanals selbst gebildet. Ein Kühlkanal aus elastischem Kunststoff kann eine separate elastische Dichtung überflüssig machen. Gemäß einer speziellen Ausgestaltung ist der gesamte Kühlkanal aus einem elastischen Kunststoff gefertigt. Aufgrund der elastischen Ausbildung kann ein derartiger Kühlkanal direkt auf die Oberfläche eines thermoelektrischen Moduls bzw. einer Einfassung für ein thermoelektrisches Modul aufgesetzt werden, da an der Oberfläche des thermoelektrischen Moduls vorhandene Unebenheiten sowie Toleranzen der Einfassung durch die Elastizität des Kanalmaterials ausgeglichen werden. Darüber hinaus ermöglicht die Ausbildung des Kühlkanals aus Kunststoff eine besonders kostengünstige und einfache Herstellung. Ferner ist eine bedeutende Gewichtsersparnis gegenüber einer Ausführung aus Metall vorteilhaft. According to a further embodiment of the invention, the seal is formed by a cold side of the thermoelectric module facing portion of at least partially made of an elastic plastic cooling channel itself. A cooling channel of elastic plastic can make a separate elastic seal superfluous. According to a special embodiment, the entire cooling channel is made of an elastic plastic. Due to the elastic design, such a cooling channel can be placed directly on the surface of a thermoelectric module or a mount for a thermoelectric module, since existing on the surface of the thermoelectric module existing bumps and tolerances of the enclosure by the elasticity of the channel material. In addition, the formation of the cooling channel made of plastic allows a particularly cost-effective and simple production. Furthermore, a significant weight saving over a metal embodiment is advantageous.

Der Kühlkanal kann als einstückiges Spritzgussbauteil ausgeführt sein, wodurch sich eine besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit ergibt. In einem entsprechenden Spritzgusswerkzeug lassen sich insbesondere leicht Verstärkungsrippen und/oder Querversteifungsrippen einbringen. Allgemein ermöglicht die Ausführung des Kühlkanals als Spritzgussbauteil eine besonders hohe Gestaltungsflexibilität. The cooling channel can be designed as a one-piece injection-molded component, resulting in a particularly simple and cost-effective manufacturability. In a corresponding injection molding tool, reinforcing ribs and / or transverse reinforcing ribs can be easily introduced in particular. In general, the design of the cooling channel as an injection-molded component allows a particularly high degree of design flexibility.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlkanal aus wenigstens zwei verschiedenen, ineinander gespritzten Kunststoffen gefertigt. Dies erhöht die Flexibilität hinsichtlich der Eigenschaften des Kühlkanals sogar noch weiter. According to a further embodiment of the invention, the cooling channel is made of at least two different, molded plastics. This increases the flexibility in terms of the properties of the cooling channel even further.

Insbesondere kann der Kühlkanal aus einem 2K-Material gefertigt sein. 2K-Materialien umfassen zwei formschlüssig ineinandergreifende Komponenten unterschiedlicher Art und ermöglichen die Ausnutzung zweier unterschiedlicher Materialeigenschaften in einem einstückigen Bauteil. In particular, the cooling channel can be made of a 2K material. Two-component materials comprise two form-fitting interlocking components of different types and allow the utilization of two different material properties in a one-piece component.

Beispielsweise umfasst der Kühlkanal wenigstens einen Abschnitt aus einem Hartkunststoff und wenigstens einen die Dichtung bildenden Abschnitt aus einem Elastomer. Der Abschnitt aus Hartkunststoff dient als Stützelement oder Träger des Kühlkanals, während der Abschnitt aus dem Elastomer eine Kompensation von Unebenheiten an der Oberfläche des thermoelektrischen Moduls ermöglicht und eine Abdichtung des geöffneten Kühlkanals bereitstellt. For example, the cooling channel comprises at least one section made of a hard plastic and at least one section forming the seal made of an elastomer. The hard plastic portion serves as a support member or support of the cooling channel, while the elastomeric portion allows compensation for unevenness in the surface of the thermoelectric module and provides sealing of the opened cooling channel.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkanal einen Grundkörper aus einem ersten Kunststoff umfasst, wobei Versteifungselemente aus einem relativ zu dem ersten Kunststoff härteren zweiten Kunststoff in Ausnehmungen des Grundkörpers eingesetzt sind. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion eines mehrkomponentigen Kunststoffkanals. An embodiment of the invention provides that the cooling channel comprises a base body made of a first plastic, wherein stiffening elements are used from a second plastic harder relative to the first plastic in recesses of the base body. This allows a particularly simple construction of a multi-component plastic channel.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Einfassung für das thermoelektrische Modul vorgesehen, wobei der Kühlkanal und/oder der Heizkanal mittels wenigstens eines Spannelements an der Einfassung befestigt ist/sind, vorzugsweise lösbar. Dies erleichtert die Herstellung, Montage und gegebenenfalls die Wartung der Vorrichtung. According to a further embodiment of the invention, an enclosure for the thermoelectric module is provided, wherein the cooling channel and / or the heating channel is fastened by means of at least one clamping element to the enclosure / are, preferably detachably. This facilitates the manufacture, assembly and, if necessary, the maintenance of the device.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist der Kühlkanal und/oder der Heizkanal mit der Einfassung verrastet, insbesondere mittels einer Federklemmverbindung. Hierdurch kann die Montage und ein bedarfsweiser Austausch des betreffenden Kanals weiter vereinfacht werden. According to a special embodiment, the cooling channel and / or the heating channel is latched to the enclosure, in particular by means of a spring-clamped connection. As a result, the assembly and an on-demand replacement of the relevant channel can be further simplified.

Vorzugsweise ist zwischen der Kaltseite des thermoelektrischen Moduls und der Öffnung eine elektrische Isolierschicht vorgesehen, welche die thermoelektrisch aktive Oberfläche elektrisch vom zugehörigen Kanal trennt. Preferably, an electrical insulating layer is provided between the cold side of the thermoelectric module and the opening, which electrically separates the thermoelectrically active surface from the associated channel.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.

1 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, welche an einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angebracht ist. 1 is a perspective view of an inventive device for converting heat energy into electrical energy, which is mounted on an exhaust passage of an internal combustion engine.

2 ist eine aufgeschnittene Teildarstellung der Vorrichtung gemäß 1. 2 is a cut-sectional view of the device according to 1 ,

3a ist eine Ansicht eines Kühlkanals der Vorrichtung gemäß 1 von unten. 3a is a view of a cooling channel of the device according to 1 from underneath.

3b zeigt die Lage einer Dichtung in der Ansicht gemäß 3a. 3b shows the position of a seal in the view according to 3a ,

Gemäß 1 dient ein Abgaskanal 11 dem Führen eines heißen Abgases von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor entlang einer Strömungsrichtung S in die Atmosphäre. Der Abgaskanal 11 weist einen rechteckigen, abgeflachten Querschnitt auf und ist in mehrere Unterkanäle 12 aufgeteilt. An einer stromeintrittsseitigen Stirnseite des Abgaskanals 11 ist ein Flansch 13 vorgesehen, welcher der Anbindung des Abgaskanals 11 an eine vorhergehende Komponente des zugehörigen Abgasstrangs dient. Ebenso ist an der stromaustrittsseitigen Stirnseite des Abgaskanals 11 ein Flansch 13 vorgesehen. According to 1 serves an exhaust duct 11 passing a hot exhaust gas from an unillustrated internal combustion engine along a flow direction S into the atmosphere. The exhaust duct 11 has a rectangular, flattened cross section and is in several subchannels 12 divided up. At a flow inlet-side end face of the exhaust passage 11 is a flange 13 provided, which is the connection of the exhaust duct 11 to a previous component of the associated exhaust line is used. Likewise, on the downstream side of the exhaust gas duct 11 a flange 13 intended.

Wie aus der Schnittansicht von 2 hervorgeht, sind an der Oberseite 15 und an der Unterseite 17 des Abgaskanals 11 jeweilige Anordnungen von thermoelektrischen Modulen 19 vorgesehen, um die thermische Energie des strömenden Abgases in elektrische Energie zu wandeln. Jedes thermoelektrische Modul 19 ist derart ausgerichtet, dass die für einen Kontakt mit einer Wärmequelle vorgesehene Warmseite 20 zum Abgaskanal 11 weist. An der entgegengesetzten Kaltseite 22 eines jeden thermoelektrischen Moduls 19 ist ein Kühlkanal 25 vorgesehen, der von einem Kühlfluid, insbesondere Wasser, durchströmbar ist. Jeder Kühlkanal 25 ist als einseitig offene Halbschale ausgebildet, d.h. die einzelnen Kanalabschnitte 52 weisen Öffnungen 55 auf, die zur Kaltseite 22 des betreffenden thermoelektrischen Moduls 19 hin weisen. Jeder Kühlkanal 25 bedeckt die Kaltseite 22 des zugehörigen thermoelektrischen Moduls 19 im Wesentlichen vollständig. Somit ist jeder Kühlkanal 25 in Richtung der Kaltseite 22 des thermoelektrischen Moduls 19 gesehen im Wesentlichen vollständig offen. As seen from the sectional view of 2 shows are at the top 15 and at the bottom 17 the exhaust duct 11 respective arrangements of thermoelectric modules 19 provided to convert the thermal energy of the flowing exhaust gas into electrical energy. Each thermoelectric module 19 is oriented such that the intended for contact with a heat source hot side 20 to the exhaust duct 11 has. At the opposite cold side 22 of each thermoelectric module 19 is a cooling channel 25 provided, which is flowed through by a cooling fluid, in particular water. Each cooling channel 25 is designed as a half shell open on one side, ie the individual channel sections 52 have openings 55 on that to the cold side 22 of the relevant thermoelectric module 19 clues. Each cooling channel 25 covers the cold side 22 the associated thermoelectric module 19 essentially complete. Thus, every cooling channel 25 in the direction of the cold side 22 of the thermoelectric module 19 essentially completely open.

Gegenüber den Warmseiten 20 der thermoelektrischen Module 19 sind die Kühlkanäle 25 trotz der Öffnungen 55 abgedichtet, da an der der Kaltseite 22 des thermoelektrischen Moduls 19 zugewandten Seite jedes Kühlkanals 25 eine Dichtung 40 aus einem hochtemperaturbeständigen Silikon vorgesehen ist. Opposite the warm sides 20 the thermoelectric modules 19 are the cooling channels 25 despite the openings 55 sealed, because of the cold side 22 of the thermoelectric module 19 facing side of each cooling channel 25 a seal 40 is made of a high temperature resistant silicone.

Wie dargestellt ist der Kühlkanal 25 mittels Rastelementen 47 an einer rasterartigen, hier dünnwandigen, Einfassung 49 für die thermoelektrischen Module 19 befestigt. Die elastische Dichtung 40 sorgt hierbei für eine in Sperr-Richtung der Rastelemente 47 gerichtete Federkraft. As shown, the cooling channel 25 by means of locking elements 47 on a grid-like, here thin-walled, enclosure 49 for the thermoelectric modules 19 attached. The elastic seal 40 ensures a locking direction of the locking elements 47 directed spring force.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst eine Anordnung thermoelektrischer Module 19 in eine die Einfassung 49 bildende Rahmenstruktur aus Metall einzementiert. Gegebenenfalls wird eine elektrisch isolierende Deckschicht auf die Kaltseiten 22 der thermoelektrischen Module 19 aufgespritzt. Die halbschalenartigen Kühlkanäle 25 werden dann von außen auf die Einfassung 49 aufgesetzt und gegen die federnde Kraft der elastischen Dichtung 40 in die Rastelemente 47 eingeklinkt. Grundsätzlich könnten die Kühlkanäle 25 auch auf die Einfassung 49 aufgeklebt sein. To produce a device according to the invention, initially an arrangement of thermoelectric modules 19 in one the mount 49 forming frame structure of metal cemented. Optionally, an electrically insulating cover layer on the cold sides 22 the thermoelectric modules 19 sprayed. The half-shell-like cooling channels 25 then be on the outside of the enclosure 49 put on and against the resilient force of the elastic seal 40 in the locking elements 47 latched. Basically, the cooling channels could 25 also on the mount 49 be glued on.

Wie aus 3a und 3b hervorgeht, ist die Dichtung 40 in einen Umrandungsabschnitt 41, welcher vollständig um einen äußeren Randbereich des Kühlkanals 25 umläuft, und in mehrere parallel zueinander verlaufende Kanaltrennabschnitte 42, welche sich jeweils zwischen den nebeneinander angeordneten Kanalabschnitten 52 des Kühlkanals 25 erstrecken, aufgeteilt. Da der Umrandungsabschnitt 41 die wichtige Hauptdichtfunktion gegenüber der Umgebung bereitstellt, weist er eine größere Dicke auf als die Kanaltrennabschnitte 42. Der Umrandungsabschnitt 41 ist durch einen hochgestellten Rand 43 der Einfassung 49 positioniert. In ähnlicher Weise sind die Kanaltrennabschnitte 42 durch Mulden 45 positioniert, welche an der der Kaltseite 22 des thermoelektrischen Moduls 19 zugewandten Seite des Kühlkanals 25 vorgesehen sind. Die Mulden 45 nehmen die Kanaltrennabschnitte 42 der Dichtung 40 teilweise auf und sorgen so für deren korrekte Positionierung. How out 3a and 3b is apparent, is the seal 40 into a border section 41 , which completely around an outer edge region of the cooling channel 25 rotates, and in a plurality of mutually parallel channel separation sections 42 , which in each case between the adjacent channel sections 52 of the cooling channel 25 extend, split. As the border section 41 provides the important Hauptdichtfunktion to the environment, it has a greater thickness than the channel separation sections 42 , The border section 41 is by a superscript edge 43 of the mount 49 positioned. Similarly, the channel separation sections 42 through hollows 45 positioned, which at the cold side 22 of the thermoelectric module 19 facing side of the cooling channel 25 are provided. The hollows 45 take the channel separation sections 42 the seal 40 partially on and thus ensure their correct positioning.

Die Dichtung 40 aus hochtemperaturbeständigem Silikon wird in pastösem Zustand mittels einer Dosiereinheit automatisiert auf den Kühlkanal 25 aufgetragen. Die Dicke der Dichtung 40 wird dabei beispielsweise durch die Verfahrgeschwindigkeit der Dosiereinheit festgelegt. Bei der Herstellung wird also für die Aufbringung des Umrandungsabschnitts 41 eine geringere Verfahrgeschwindigkeit gewählt als für die Aufbringung der Kanaltrennabschnitte 42. The seal 40 made of high-temperature-resistant silicone is automated in pasty state by means of a dosing unit on the cooling channel 25 applied. The thickness of the seal 40 is determined, for example, by the traversing speed of the dosing unit. In the production is thus for the application of the Umrandungsabschnitts 41 chosen a lower speed than for the application of the channel separation sections 42 ,

Während des Betriebs der Vorrichtung gelangt das strömende Kühlfluid, insbesondere Wasser, in den einzelnen Kanalabschnitten 52 der Kühlkanäle 25 in direkten Kontakt mit den thermoelektrischen Modulen 19, wobei sich aufgrund der Öffnungen 55 keine Kanalwand zwischen dem Kühlfluid und der thermoelektrisch aktiven Oberfläche befindet. Ein unerwünschtes Entweichen von Kühlfluid wird durch die Dichtung 40 vermieden. During operation of the device, the flowing cooling fluid, in particular water, reaches the individual channel sections 52 the cooling channels 25 in direct contact with the thermoelectric modules 19 , being due to the openings 55 no channel wall between the cooling fluid and the thermoelectrically active surface is located. An undesirable escape of cooling fluid is through the seal 40 avoided.

Abweichend von einer separat auf den Kühlkanal 25 aufgebrachten Dichtung 40 kann auch ein elastischer Abschnitt des Kühlkanals selbst eine Dichtung bilden. Insbesondere kann der Kühlkanal teilweise oder vollständig aus einem elastischen Kunststoff gefertigt sein. Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, den Kühlkanal aus einem 2K-Material zu fertigen. Dabei werden zwei unterschiedliche Kunststoffmaterialien derart ineinander gespritzt, dass sich ein einstückiges Bauteil ergibt. Durch Verwendung eines Hartkunststoffs als Stützmaterial und eines Elastomers als Dichtmaterial lässt sich auf einfache Weise ein Kühlkanal mit integrierter Dichtung herstellen. Bei einem 2K-Material besteht eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Komponenten, welche einer stoffschlüssigen Verbindung nahekommt, sodass eine hohe Stabilität zu erzielen ist. Deviating from a separately on the cooling channel 25 applied seal 40 can also be an elastic portion of the cooling channel itself form a seal. In particular, the cooling channel may be partially or completely made of an elastic plastic. To be particularly favorable, it has been found to manufacture the cooling channel of a 2K material. In this case, two different plastic materials are injected into one another in such a way that results in a one-piece component. By using a hard plastic as a support material and an elastomer as a sealing material can be easily produce a cooling channel with integrated seal. In a 2K material there is a positive connection between the two components, which comes close to a cohesive connection, so that a high stability can be achieved.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Dichtungen 40 ausschließlich an den Kaltseiten 22 der thermoelektrischen Module 19 vorgesehen. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass der Abgaskanal 11 Öffnungen zu den Warmseiten 20 der thermoelektrischen Module 19 aufweist und wenigstens eine zu den Dichtungen 40 analoge Dichtung an der Warmseite 20 jedes thermoelektrischen Moduls 19 vorgesehen ist. In the illustrated embodiment, the seals 40 exclusively on the cold sides 22 the thermoelectric modules 19 intended. In principle, however, it is also possible that the exhaust duct 11 Openings to the warm sides 20 the thermoelectric modules 19 and at least one of the seals 40 analogue gasket on the warm side 20 every thermoelectric module 19 is provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11 11: Abgaskanal exhaust duct
12 12: Unterkanal subchannel
13 13: Flansch flange
15 15: Oberseite top
17 17: Unterseite bottom
19 19: thermoelektrisches Modul thermoelectric module
20 20: Warmseite warm side
22 22: Kaltseite cold side
25 25: Kühlkanal cooling channel
40 40: Dichtung poetry
41 41: Umrandungsabschnitt border section
42 42: Kanaltrennabschnitt Channel separating section
43 43: hochgestellter Rand raised edge
45 45: Mulde trough
47 47: Rastelement locking element
49 49: Einfassung mount
52 52: Kanalabschnitt channel section
55 55: Öffnung opening
S S: Strömungsrichtung flow direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2012/079662 [0003]

Claims

Device for converting thermal energy into electrical energy, with at least one thermoelectric module ( 19 ), which provides a warm side intended for contact with a heat source ( 20 ) and provided for a contact with a heat sink cold side ( 22 ), a heating channel ( 11 ), which can be traversed by a hot fluid and the hot side ( 20 ) of the thermoelectric module ( 19 ) is in heat-conducting connection, and a cooling channel ( 25 ), which can be traversed by a cooling fluid and with the cold side ( 22 ) of the thermoelectric module ( 19 ) is in heat-conducting connection, wherein the cooling channel ( 25 ) at least one to the cold side ( 22 ) of the thermoelectric module ( 19 ) pointing opening ( 55 ) and / or the heating channel ( 11 ) at least one to the hot side ( 20 ) of the thermoelectric module ( 19 ) having an opening, characterized in that an opening ( 55 ) enclosing seal ( 40 ) of an elastic material on one of the cold side ( 22 ) of the thermoelectric module ( 19 ) facing side of the cooling channel ( 25 ) and / or on one of the warm side ( 20 ) of the thermoelectric module ( 19 ) facing side of the heating channel ( 11 ) is applied.

Device according to claim 1, characterized in that the seal ( 40 ) a bordering section ( 41 ), which completely around an outer edge region of the side of the cooling channel ( 25 ) and / or the heating channel ( 11 ) rotates.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the seal ( 40 ) at least one channel separation section ( 42 ), which extends between two parallel channel sections ( 52 ) of the cooling channel ( 25 ) and / or the heating channel ( 11 ).

Apparatus according to claim 3, characterized in that the bordering portion ( 41 ) has a greater thickness than the channel separation section ( 42 ).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cold side ( 22 ) of the thermoelectric module ( 19 ) facing side of the cooling channel ( 25 ) and / or the heating channel ( 11 ) at least one depression ( 45 ), which the seal ( 40 ) at least partially absorbs.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the seal ( 40 ) is made of a heat-resistant material, wherein the heat-resistant material is preferably stable up to a temperature of at least 80 ° C and more preferably up to a temperature of at least 120 ° C.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the seal ( 40 ) is made of a silicone.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that an enclosure ( 49 ) for the thermoelectric module ( 19 ) is provided, wherein the seal ( 40 ) at least partially between the enclosure ( 49 ) and the side of the cooling channel ( 25 ) and / or the heating channel ( 11 ) is arranged.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the seal ( 40 ) through one of the cold side ( 22 ) of the thermoelectric module ( 19 ) facing portion of at least partially made of an elastic plastic cooling channel ( 25 ) itself is formed.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the cooling channel ( 25 ) is made entirely of plastic.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the cooling channel ( 25 ) is designed as a one-piece injection-molded component.

Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the cooling channel ( 25 ) is made of at least two different, nested plastics.

Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the cooling channel ( 25 ) is made of a 2K material.

Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that the cooling channel ( 25 ) comprises at least a portion of a hard plastic and at least one seal forming portion made of an elastomer.

Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the cooling channel ( 25 ) comprises a base body made of a first plastic, wherein stiffening elements are used from a second plastic harder relative to the first plastic in recesses of the base body.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that an enclosure ( 49 ) for the thermoelectric Module ( 19 ) is provided, wherein the cooling channel ( 25 ) and / or the heating channel ( 11 ) by means of at least one tensioning element ( 47 ) at the mount ( 49 ), preferably releasably.

Apparatus according to claim 16, characterized in that the cooling channel ( 25 ) and / or the heating channel ( 11 ) with the border ( 49 ) is latched, in particular by means of a spring clamp connection.