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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, umfassend mindestens ein Wärmeübertragungselement, welches aus einem metallischen Material hergestellt ist und durch welches Wärme übertragbar ist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine thermoelektrische Generatorvorrichtung.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers.
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Aus der
DE 100 22 161 C1 ist ein Verfahren zum Bilden einer Oberflächenschicht mit einer dendritenähnlichen Struktur auf einem Trägermaterial bekannt, die aus pulver- oder partikelförmigen Ausgangsmaterialien aufgebaut ist, bei dem das Ausgangsmaterial thermisch auf dem Trägermaterial beschichtet wird und die einzelnen Partikel in einer Flamme auf eine solche Temperatur gebracht werden, dass sie oberflächlich angeschmolzen sind, so dass die Partikel der einzelnen Schichten auf dem Trägermaterial unter Aufrechterhaltung der Partikelform aneinander anschmelzen, und wobei während des Beschichtungsvorgangs eine Relativbewegung zwischen Trägermaterial und Flamme erzeugt wird mit einer Relativgeschwindigkeit oberhalb 30 mm/s, so dass sich dendritenähnliche Strukturen durch übereinander gestapelte Partikel aufbauen, wobei der Säulendurchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der abgeschiedenen und aneinander geschmolzenen Partikel entspricht.
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Aus der
DE 10 2010 042 603 A1 ist thermoelektrische Generatorvorrichtung bekannt, umfassend ein fluiddichtes erstes Gehäuse, mindestens ein fluiddichtes zweites Gehäuse, welches in dem ersten Gehäuse angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Gehäuse und dem mindestens einen zweiten Gehäuse ein erster Mediumstrom geführt ist, ein fluiddichtes drittes Gehäuse, welches in dem mindestens einen zweiten Gehäuse angeordnet ist, wobei in dem dritten Gehäuse ein zweiter Mediumstrom geführt ist, und mindestens ein thermoelektrisches Modul, welches zwischen dem mindestens einen zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse angeordnet ist und mit einer ersten Seite in thermischem Kontakt mit dem zweiten Gehäuse steht und mit einer zweiten Seite in thermischem Kontakt mit dem dritten Gehäuse steht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei einfacher Herstellbarkeit optimierte Wärmeübertragungseigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Wärmeübertrager erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Wärmeübertragungselement stoffschlüssig eine elektrische Isolierschicht angeordnet ist, durch welche ein Wärmestrom durchleitbar ist.
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Der Wärmeübertrager dient dazu, Wärme von einer Wärmequelle (oder Kälte als negative Wärme von einer Wärmesenke) an eine Anwendung wie beispielsweise an ein thermoelektrisches Element zu übertragen. Das mindestens eine Wärmeübertragungselement stellt einen Wärmestrom bereit.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist an dem Wärmeübertragungselement stoffschlüssig eine elektrische Isolierschicht angeordnet. Dadurch lässt sich das mindestens eine Wärmeübertragungselement elektrisch von einer Anwendung trennen. Durch die stoffschlüssige Anordnung der elektrischen Isolierschicht an dem mindestens einen Wärmeübertragungselement ergibt sich eine optimierte Wärmeausleitung und durch die elektrische Isolierschicht wird der Wärmestrom minimal beeinflusst.
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Es ergibt sich ein optimierter thermischer Kontakt zwischen der elektrischen Isolierschicht und dem mindestens einen Wärmeübertragungselement.
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Die stoffschlüssige Verbindung der Isolierschicht mit dem metallischen Wärmeübertragungselement ist mechanisch sehr beständig auch bei hohen Temperaturen.
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Der Wärmeübertrager kann dabei einen Heißstrom oder Kältestrom bereitstellen; hier wird unter Wärmestrom allgemein ein positiver Wärmestrom und ein negativer Wärmestrom (Kältestrom) verstanden. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich sowohl für eine Heißseite als auch für eine Kaltseite verwenden.
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Es ist insbesondere günstig, wenn die elektrische Isolierschicht auf das mindestens eine Wärmeübertragungselement aufgetragen ist. Dadurch ergibt sich ein optimierter thermischer Kontakt.
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Insbesondere ist das elektrische Isolierelement durch ein thermisches Spritzverfahren und insbesondere durch Plasmaspritzen auf das mindestens eine Wärmeübertragungselement aufgetragen. Es lassen sich so komplizierte Geometrien und auch dreidimensionale Geometrien erzeugen, wenn beispielsweise entsprechende Bauraumanforderungen oder andere geometrische Anforderungen an den Wärmeübertrager bestehen. Durch ein thermisches Spritzverfahren lassen sich auch gezielt Eigenspannungen für eine vorteilhafte Ausbildung einstellen. Es lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine stoffschlüssige Verbindung mit optimierten Wärmeübergangseigenschaften herstellen.
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Durch thermisches Spritzen lässt sich die elektrische Isolierschicht dünn ausbilden, so dass bei hoher mechanischer Stabilität ein optimierter Wärmeübergang vorliegt.
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Günstig ist es, wenn die elektrische Isolierschicht an einer ersten Seite des mindestens einen Wärmeübertragungselements angeordnet ist, welche einer zweiten Seite gegenüberliegt, an welcher ein Wärmeeintrag erfolgt. Der Wärmeeintrag erfolgt über eine Wärmequelle beziehungsweise Wärmesenke (für einen Kühlstrom). Es kann sich ein optimierter Wärmestrom für eine Anwendung ausbilden, wenn die elektrische Isolierschicht an einer Wärmeaustragungsseite des mindestens einen Wärmeübertragungselements angeordnet ist, welches einer Wärmeeintragungsseite gegenüberliegt.
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Günstigerweise hat die elektrische Isolierschicht eine Dicke im Bereich zwischen 10 μm und 100 μm. Sie ist entsprechend dünn ausgebildet, so dass sich optimierte Wärmeübertragungseigenschaften ergeben.
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Günstig ist es, wenn das Material der elektrischen Isolierschicht eine metallische Wärmeleitfähigkeit aufweist, um keinen beziehungsweise keinen zu großen thermischen Widerstand für den Wärmestrom bereitzustellen.
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Beispielsweise ist das Material der elektrischen Isolierschicht Manganoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid oder eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Materialien. Es hat sich gezeigt, dass sich so eine stabile elektrische Isolierschicht realisieren lässt, welche gute Wärmeübergangseigenschaften aufweist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Material der elektrischen Isolierschicht Al-Mg-Spinell.
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Günstig ist es, wenn die elektrische Isolierschicht eine Wärmeübertragungsfläche des mindestens einen Wärmeübertragungselements bedeckt. Dadurch lässt sich über einen großen Flächenbereich Wärme übertragen und in eine Anwendung einleiten.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist an der elektrischen Isolierschicht mindestens eine Brücke aus einem elektrisch leitenden Material angeordnet, wobei bei einer Mehrzahl von Brücken diese beabstandet sind. Es lässt sich dadurch eine elektrische Ankopplung an eine Anwendung erreichen, wobei die Brücken über die elektrische Isolierschicht von dem Wärmeübertragungselement elektrisch getrennt sind. Beispielsweise lässt sich so auf einfache Weise ein thermoelektrischer Generator realisieren.
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Günstig ist es, wenn die mindestens eine Brücke stoffschlüssig an der elektrischen Isolierschicht sitzt. Es lässt sich dadurch bei einfacher Herstellbarkeit ein optimierter Wärmeübergang erreichen, um so einer Anwendung einen entsprechenden Wärmestrom bereitzustellen.
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Es ist dann ebenfalls günstig, wenn die mindestens eine Brücke auf die elektrische Isolierschicht durch Beschichtung aufgetragen ist und insbesondere durch ein thermisches Spritzverfahren und insbesondere durch Plasmaspritzen aufgetragen sind. Es lässt sich so auf einfache Weise eine stoffschlüssige Verbindung erreichen mit minimiertem Wärmeübergangswiderstand und hoher mechanischer Stabilität. Die Brücken lassen sich mit relativ geringer Dicke ausbilden, um den Wärmestrom so wenig wie möglich zu beeinflussen.
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Insbesondere weist eine Brücke eine Dicke im Bereich zwischen 10 μm und 100 μm auf. Es lässt sich dadurch einerseits eine optimierte elektrische Ankopplung an eine Anwendung erreichen und andererseits lässt sich der Wärmeübergangswiderstand gering halten.
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Bei einer Ausführungsform ist der Wärmeübertrager als Rohr ausgebildet, welcher von einem Fluid durchströmbar ist. Insbesondere ist dann das mindestens eine Wärmeübertragungselement eine Rohrwandung oder Teil einer Rohrwandung. Das durchströmende Fluid wie beispielsweise ein Abgas kann dann Wärme (oder Kälte) an das Wärmeübertragungselement eintragen und von dort kann sie an eine Anwendung übertragen werden.
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Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Wärmeübertrager als Rohr oder Gehäuse ausgebildet, welches von einem Fluid umströmbar ist. Beispielsweise umströmt ein Kältemittel das Rohr oder das Gehäuse. Es kann dann von außen ein Wärmeeintrag beziehungsweise Kälteeintrag erfolgen.
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Ein oder mehrere erfindungsgemäße Wärmeübertrager lassen sich auf vorteilhafte Weise in einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung verwenden, wobei mindestens ein thermoelektrisches Element thermisch an mindestens einen Wärmeübertrager gekoppelt ist. Ein thermoelektrisches Element umfasst beispielsweise einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aus jeweils einem thermoelektrischen Material. Wenn an dem thermoelektrischen Element ein Temperaturgradient vorliegt, dann kann aufgrund Thermoelektrizität eine nutzbare elektrische Spannung erzeugt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist ein erster Wärmeübertrager vorgesehen, welcher thermisch an eine Heißseite des mindestens einen thermoelektrischen Elements gekoppelt ist, und es ist ein zweiter Wärmeübertrager vorgesehen, welcher thermisch an eine Kaltseite des mindestens einen thermoelektrischen Elements gekoppelt ist. Es lässt sich dadurch ein Wärmestrom erzeugen, so dass sich wiederum ein elektrischer Strom erzeugen lässt.
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Beispielsweise ist ein Stapelaufbau vorgesehen, welcher umfasst: einen ersten Wärmeübertrager mit einem ersten Wärmeübertragungselement, einer ersten Isolierschicht und ersten Brücken, mindestens ein thermoelektrisches Element, einen zweiten Wärmeübertrager mit einem zweiten Wärmeübertragungselement, einer zweiten Isolierschicht und zweiten Brücken, wobei das mindestens eine thermoelektrische Element zwischen elektrisch leitenden ersten Brücken und elektrisch leitenden zweiten Brücken angeordnet ist.
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Es lässt sich dadurch eine Temperaturdifferenz über das mindestens eine thermoelektrische Element erzeugen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Die Temperaturdifferenz wird mittels des ersten Wärmeübertragungselements und des zweiten Wärmeübertragungselements erzeugt, welche in thermischem Kontakt mit einer Wärmesenke und Wärmequelle sind.
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Beispielsweise umfasst der Stapelaufbau ein zylindrisches Gehäuse. Der Stapelaufbau kann dann auf einfache Weise umspült werden. Ein Spülstrom bildet beispielsweise eine Wärmesenke.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sitzt der Stapelaufbau in einem durchströmbaren Gehäuse, wobei der zweite Wärmeübertrager in dem Gehäuse umströmbar ist. Dadurch muss beispielsweise kein Separator für den zweiten Wärmeübertrager vorgesehen werden. Es ergibt sich ein einfacher Aufbau.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches sich ein Wärmeübertrager mit optimierten Wärmeübertragungseigenschaften realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf ein Wärmeübertragungselement aus einem metallischen Material eine elektrische Isolierschicht durch thermisches Spritzen stoffschlüssig aufgetragen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager erläuterten Vorteile auf.
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Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren mit der Verfahrensdurchführung wie in der
DE 100 22 161 C1 beschrieben durchgeführt. Auf dieses Dokument wird vollinhaltlich Bezug genommen.
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Es kann vorgesehen sein, dass auf die Isolierschicht beabstandete elektrische Brücken durch thermisches Spritzen aufgetragen werden. Es ergibt sich dadurch ein optimierter Wärmeübergang an eine Anwendung, welche an den elektrisch leitenden Brücken sitzt.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers; und
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2 eine Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers, welcher in 1 schematisch in einer Teilschnittansicht gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Wärmeübertragungselement 12. Das Wärmeübertragungselement 12 ist insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt. Das Wärmeübertragungselement 12 ist beispielsweise die Wandung oder Teil einer Wandung eines Rohrs oder eines Gehäuses. Das Wärmeübertragungselement 12 weist eine Wärmeeintragungsseite 14 und eine Wärmeaustragungsseite 16 auf. An der Wärmeeintragungsseite 14 wird durch thermische Beaufschlagung Wärme eingekoppelt. Beispielsweise fließt ein Fluidstrom 18 wie beispielsweise ein Abgasstrom an der Wärmeeintragungsseite 14 des Wärmeübertragungselements 12 entlang. Durch das Wärmeübertragungselement 12 fließt dann ein Wärmestrom 20. Über die Wärmeaustragungsseite 16 ist der Wärmestrom 20 an eine Anwendung einkoppelbar.
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Grundsätzlich ist der Wärmestrom 20 durch einen Temperaturgradienten getrieben. Der Temperaturgradient kann dabei positiv oder negativ sein. An der Wärmeeintragungsseite 14 kann eine Erhitzung oder eine Abkühlung erfolgen. Im letzteren Fall wird der entstehende Kühlstrom ebenfalls als Wärmestrom (mit "negativer Wärme") verstanden.
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Die Wärmeaustragungsseite 16 liegt der Wärmeeintragungsseite 14 gegenüber.
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Bei einem Ausführungsbeispiel liegt die Wärmeeintragungsseite 14 parallel zur Wärmeaustragungsseite 16.
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Die Wärmeeintragungsseite 14 und/oder die Wärmeaustragungsseite 16 können dabei eben sein oder können auch gekrümmt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Wärmeübertragungselement 12 ein zylindrisches Rohr.
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An der Wärmeaustragungsseite 16 des Wärmeübertragungselements 12 sitzt eine elektrische Isolierschicht 22. Die elektrische Isolierschicht 22 ist auf das Wärmeübertragungselement 12 aufgetragen und sitzt stoffschlüssig an dem Wärmeübertragungselement 12.
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Insbesondere ist die elektrische Isolierschicht 22 auf das Wärmeübertragungselement 12 durch ein thermisches Spritzverfahren und insbesondere durch Plasmaspritzen aufgetragen.
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Eine Dicke D1 der elektrischen Isolierschicht 22 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 μm und 100 μm. Insbesondere ist die Dicke D1 der elektrischen Isolierschicht 22 mindestens näherungsweise einheitlich, das heißt die elektrische Isolierschicht 22 weist eine konstante Dicke D1 auf.
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Der Wärmestrom 20 wird durch die elektrische Isolierschicht 22 durchgeleitet. Die elektrische Isolierschicht 22 weist eine entsprechende Wärmeleitfähigkeit und insbesondere metallische Wärmeleitfähigkeit auf.
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Die elektrische Isolierschicht 22 ist beispielsweise aus Manganoxid, Zirkonoxid oder Aluminiumoxid oder einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Materialien hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Isolierschicht aus Al-Mg-Spinell hergestellt. Es ist beispielsweise auch möglich, dass die elektrische Isolierschicht 22 aus CaO-stabilisiertem Zirkonoxid hergestellt ist.
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Durch die stoffschlüssige Verbindung der elektrischen Isolierschicht 22 mit dem Wärmeübertragungselement 12 erhält man einen optimierten Wärmeübergang für den Wärmestrom 20 von dem Wärmeübertragungselement 12 auf die elektrische Isolierschicht 22.
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Es ist auch möglich, durch entsprechende Temperaturführung bei dem Beschichtungsvorgang zur Herstellung der elektrischen Isolierschicht 22 auf dem Wärmeübertragungselement 12 vorteilhafte Eigenspannungszustände zu erzeugen.
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Auf der elektrischen Isolierschicht 22 sitzt eine Mehrzahl von beabstandeten Brücken 24. Eine Brücke 24 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt.
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Eine Brücke 24 ist beispielsweise aus Titan, Nickel, Aluminium, Stahl oder einer Mischung von einer oder mehrerer dieser Materialien hergestellt.
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Eine Dicke D2 einer Brücke 24 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10 μm und 100 μm.
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Die Brücken 24 sitzen stoffschlüssig an der elektrischen Isolierschicht 22. Die Brücken 24 sind insbesondere durch ein thermisches Spritzverfahren und insbesondere Plasmaspritzen auf die elektrische Isolierschicht 22 aufgetragen.
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Es wird dadurch eine optimierte Einkopplung des Wärmestroms 20 ermöglicht. Über die Brücken 24 lässt sich der Wärmestrom 20 in eine Anwendung einkoppeln.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Anwendung mindestens ein thermoelektrisches Element 26. Ein solches thermoelektrisches Element 26 umfasst beispielsweise einen ersten Schenkel 28 und einen zweiten Schenkel 30 jeweils aus einem thermoelektrischen Material. Beispielsweise sitzt der erste Schenkel 28 thermisch und elektrisch verbunden an einer Brücke 24a. Der zweite Schenkel 30 sitzt elektrisch und thermisch verbunden an einer Brücke 24b. Die beiden Brücken 24a und 24b und damit der erste Schenkel 28 und der zweite Schenkel 30 sind beabstandet zueinander.
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Es ist eine Brücke 32 vorgesehen, welche den ersten Schenkel 28 und den zweiten Schenkel 30 elektrisch miteinander verbindet und auch mit dem ersten Schenkel 28 und dem zweiten Schenkel 30 thermisch verbunden ist. Die Brücke 32 ist abgewandt zu den Brücken 24a und 24b, wobei die Brücken 24a und 24b elektrisch voneinander getrennt sind. Das thermoelektrische Element 26 mit dem ersten Schenkel 28 und dem zweiten Schenkel 30 ist zwischen der Brücke 32 und den Brücken 24a und 24b positioniert.
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Das thermoelektrische Element 26 ist mit den Brücken 24a, 24b und 32 insbesondere stoffschlüssig verbunden. Beispielsweise ist die stoffschlüssige Verbindung eine Lotverbindung.
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Die Brücke 32 wiederum ist insbesondere stoffschlüssig an einer weiteren elektrischen Isolierschicht 34 angeordnet und sitzt insbesondere stoffschlüssig an dieser. Die elektrische Isolierschicht 34 wiederum ist stoffschlüssig auf einem weiteren Wärmeübertragungselement 36 eines Wärmeübertragers stoffschlüssig aufgetragen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wärmeübertrager 10 eine Wärmequelle und der Wärmeübertrager für das Wärmeübertragungselement 36 ist eine Wärmesenke. Der Wärmeübertrager 10 ist an eine Heißseite des thermoelektrischen Elements 26 gekoppelt und das Wärmeübertragungselement 36 ist an eine Kaltseite des thermoelektrischen Elements 26 gekoppelt.
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Durch den Wärmestrom 20 zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke entsteht ein Temperaturgradient. An dem thermoelektrischen Element 26 wird aufgrund Thermoelektrizität Wärme in elektrische Energie gewandelt; die Temperaturdifferenz erzeugt durch den Wärmefluss 20 eine elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung ist an den Brücken 24a und 24b abgreifbar.
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Bei einem Ausführungsbeispiel einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung, welche in 2 schematisch gezeigt und dort mit 40 bezeichnet ist, ist in einem Gehäuse 42 ein Stapelaufbau 44 angeordnet. Der Stapelaufbau 44 umfasst einen ersten Wärmeübertrager 46 entsprechend dem Wärmeübertrager 10. Der erste Wärmeübertrager 46 weist ein erstes Wärmeübertragungselement 48 auf. Der erste Wärmeübertrager 46 ist als Rohr ausgebildet, welches von einem Fluid in einem Innenraum 50 durchströmbar ist. Das erste Wärmeübertragungselement 48 ist eine Rohrwandung.
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Das erste Wärmeübertragungselement 48 ist insbesondere zylindrisch ausgebildet mit einer zylindrischen Wärmeeintragungsseite 14 und einer zylindrischen Wärmeaustragungsseite 16.
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An der Außenseite des ersten Wärmeübertragungselements 48 (an der Wärmeaustragungsseite 16) ist eine erste elektrische Isolierschicht 52 wie oben im Zusammenhang mit der elektrischen Isolierschicht 22 beschrieben stoffschlüssig aufgetragen. Es ist dann eine weitere Lage 54 vorgesehen, in welcher Brücken 24 entsprechend den Brücken 24a, 24b angeordnet sind. Die Brücken 24 sind insbesondere stoffschlüssig auf der ersten elektrischen Isolierschicht 52 aufgetragen.
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Es ist eine thermoelektrische Lage 56 vorgesehen, welche thermoelektrische Elemente entsprechend den thermoelektrischen Elementen 26 aufweist, die an den entsprechenden Brücken 24 sitzt.
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Auf die thermoelektrische Lage 56 folgt eine weitere Lage 58 mit Brücken 24 und insbesondere Brücken entsprechend den Brücken 30. Die Brücken der Lage 58 sitzen an einer zweiten elektrischen Isolierschicht 60. Sie sitzen insbesondere stoffschlüssig an dieser.
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Die zweite elektrische Isolierschicht 60 wiederum sitzt an einem zweiten Wärmeübertragungselement 62 eines zweiten Wärmeübertragers und sitzt insbesondere stoffschlüssig an diesem. Das zweite Wärmeübertragungselement 62 ist insbesondere ein Außenrohr, in dem die Elemente 48, 52, 54, 56, 58, 60 angeordnet sind. Dieser Stapelaufbau 44 ist in einem Innenraum 64 des Gehäuses 42 positioniert und von einem Fluid 66 umströmbar.
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Es ist dabei grundsätzlich auch möglich, dass das Fluid 66 die Wärmequelle bildet und das Fluid, welches den Innenraum 50 durchströmt, die Wärmesenke bildet.
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Es ist auch möglich, dass das Fluid, welches den Innenraum 50 durchströmt, die Wärmequelle bildet, und das Fluid 66 die Wärmesenke bildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist auf einem Wärmeübertragungselement 12 aus einem metallischen Material stoffschlüssig eine elektrische Isolierschicht 22 aufgetragen und insbesondere durch thermisches Spritzen aufgetragen. Insbesondere ist die elektrische Isolierschicht 22 auf dem Wärmeübertragungselement 12 durch Plasmaspritzen hergestellt. Das Trägersubstrat für die elektrische Isolierschicht 22 ist das Wärmeübertragungselement 12.
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Der Wärmeübertrager 10 lässt sich dadurch elektrisch von einer Anwendung, auf welche Wärme übertragen werden soll, entkoppeln. Dadurch ist der Wärmeübertrager 10 insbesondere im Zusammenhang mit thermoelektrischen Elementen 26 verwendbar.
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Durch die Auftragung der elektrischen Isolierschicht 22 durch thermisches Spritzen auf dem Wärmeübertragungselement 12 lassen sich auch komplizierte Geometrien mit einer elektrischen Isolierschicht 22 versehen, welche stoffschlüssig an dem Wärmeübertragungselement sitzt.
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Die elektrische Isolierschicht 22 lässt sich dünn herstellen. Es lässt sich dadurch ein optimierter Wärmeübergang von dem Wärmeübertragungselement 12 auf die Anwendung mit dazwischenliegender elektrischer Isolierschicht 22 erreichen.
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Die thermische Ankopplung der elektrischen Isolierschicht 22 an das Wärmeübertragungselement 12 ist optimiert. Es lassen sich auch gewisse Fertigungstoleranzen für das Wärmeübertragungselement 12 durch die stoffschlüssige Verbindung ausgleichen.
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Es lassen sich vorteilhafte Eigenspannungszustände durch eine entsprechende Temperaturführung bei einem Beschichtungsvorgang erreichen, um so beispielsweise im Betrieb auftretende thermomechanische Spannung mindestens teilweise zu kompensieren.
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An der elektrischen Isolierschicht 22 können Brücken 24 ebenfalls über thermisches Spritzen aufgetragen werden, um auch hier einen optimierten Wärmeübergang zu erreichen.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich sowohl an einer Heißseite als auch einer Kaltseite (mit negativem Wärmestrom) verwenden.
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Bei der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 40 sind die funktionellen Elemente 48, 52, 54, 56, 58, 60 in dem zweiten Wärmeübertragungselement 62 angeordnet. Das zweite Wärmeübertragungselement 62 lässt sich mit dem Fluid 66 umspülen. Dadurch muss für das zweite Wärmeübertragungselement 62 kein Wärmeübertragerseparator vorgesehen werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine elektrische Isolierschicht 22 und gegebenenfalls Brücken 24 an einem Wärmeübertragungselement 12 positionieren mit optimierten Wärmeübergangseigenschaften.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wärmeübertrager
- 12
- Wärmeübertragungselement
- 14
- Wärmeeintragungsseite
- 16
- Wärmeaustragungsseite
- 18
- Fluidstrom
- 20
- Wärmestrom
- 22
- Elektrische Isolierschicht
- 24
- Brücke
- 24a
- Brücke
- 24b
- Brücke
- 26
- Thermoelektrisches Element
- 28
- Erster Schenkel
- 30
- Zweiter Schenkel
- 32
- Brücke
- 34
- Elektrische Isolierschicht
- 36
- Wärmeübertragungselement
- 40
- Thermoelektrische Generatorvorrichtung
- 42
- Gehäuse
- 44
- Stapelaufbau
- 46
- Erster Wärmeübertrager
- 48
- Erstes Wärmeübertragungselement
- 50
- Innenraum
- 52
- Erste elektrische Isolierschicht
- 54
- Lage
- 56
- Thermoelektrische Lage
- 58
- Lage
- 60
- Zweite elektrische Isolierschicht
- 62
- Zweites Wärmeübertragungselement
- 64
- Innenraum
- 66
- Fluid
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10022161 C1 [0004, 0037]
- DE 102010042603 A1 [0005]
