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Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Generatorvorrichtung, umfassend mindestens ein thermoelektrisches Modul, welches eine Wärmequellenseite und eine Wärmesenkenseite aufweist, und eine Wärmeleiteinrichtung mit mindestens einem Wärmeleitelement, welche der Wärmequellenseite des mindestens einen thermoelektrischen Moduls zugeordnet ist, und welche eine Schalteinrichtung mit mindestens einem mechanischen Schalter aufweist, welcher dem mindestens einen Wärmeleitelement zugeordnet ist, durch die an dem mindestens einen Wärmeleitelement ein Wärmekontaktpfad durch den mindestens einen Schalter herstellbar oder unterbrechbar ist und durch welche eine Wärmeleitung an die Wärmequellenseite variabel ist, wobei der mindestens eine Schalter derart ausgebildet ist, dass ein Wärmekontaktpfad unterbrochen wird, wenn die Temperatur an dem mindestens einen Wärmeleitelement eine obere Grenztemperatur überschreitet.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Restwärmenutzungsvorrichtung zur Energiegewinnung aus Abgasen einer Brennkraftmaschine.
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Bei einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung liegt im Betrieb zwischen der Wärmequellenseite und der Wärmesenkenseite des mindestens einen thermoelektrischen Moduls ein Temperaturgradient. Dieser Temperaturgradient führt aufgrund des Seebeck-Effekts zur Erzeugung eines nutzbaren elektrischen Stroms.
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Die Wärmequellenseite wird beispielsweise über das Abgas einer Brennkraftmaschine wie beispielsweise eines Kraftfahrzeugs "beheizt". Grundsätzlich wird eine Brennkraftmaschine und insbesondere ein Kraftfahrzeug mit relativ stark schwankenden Leistungen betrieben und entsprechend schwankt auch die Temperatur des Abgases. Weiterhin werden thermoelektrische Generatorvorrichtungen bei einem Arbeitspunkt oder in einem Arbeitspunkt effektiv betrieben und eine maximale Einsatztemperatur sollte nicht überschritten werden, um insbesondere Halbleiterbauelemente des mindestens einen thermoelektrischen Moduls nicht zu beschädigen.
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Aus der
DE 10 2010 042 603 A1 ist eine 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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Aus der
DE 10 2010 042 674 A1 ist eine Wärmeübertragungsvorrichtung bekannt, umfassend eine thermische Kontakteinrichtung und eine Fluidführungseinrichtung, über welche ein Wärmeübertragungsfluid an der thermischen Kontakteinrichtung vorbeiströmbar ist, wobei die Fluidführungseinrichtung eine Mehrzahl von getrennten Kanälen aufweist und einen Verteilungsraum aufweist, in welchen die Kanäle eingangsseitig münden und wobei den Kanälen mindestens ein Drehelement zugeordnet ist, durch welches je nach Drehstellung ein oder mehrere Kanäle bezüglich Durchströmung freigebbar oder sperrbar sind.
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Aus der
JP 2000-035824 A ist ein Leistungsgenerator für ein Fahrzeug bekannt, welcher ein Bi-Metall-Deformationselement aufweist, welches sich verformt und seinen Kurvenradius verkleinert, wenn die Temperatur eines wärmeerzeugenden Elements steigt und eine obere Grenztemperatur für ein thermoelektrisches Konversionselement erreicht. Aufgrund dieser Verformung werden ein Wärmeverbindungselement und das Wärmerzeugungselement getrennt.
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Aus der
DE 10 2012 211 466 A1 ist ein thermoelektrischer Generator für ein Fahrzeug bekannt mit einem Generatorgehäuse, welches in einem Abgasstrang eines Fahrzeugs und/oder in einem Bypass zu dem Abgasstrang so anordenbar ist, dass mindestens eine erste Abgas-Kontaktfläche des thermoelektrischen Generators für eine Kontaktierung durch mindestens ein Abgas freiliegt, mit mindestens einem der mindestens einen ersten Abgas-Kontaktfläche zugeordneten thermoelektrische Modul, wobei Wärmeenergie von der mindestens einen ersten Abgas-Kontaktfläche über zumindest einen Wärmeleitpfad auf das mindestens eine thermoelektrische Modul übertragbar ist, und mit mindestens einer mit dem mindestens einen Wärmespeichermaterial gefüllten Wärmespeicherkammer. Der mindestens einen Wärmespeicherkammer ist mindestens eine zweite Abgas-Kontaktfläche des thermoelektrischen Generators zugeordnet, welche für eine Kontaktierung durch das mindestens eine Abgas freiliegt, wobei Wärmeenergie von der mindestens einen zweiten Abgas-Kontaktfläche auf die mindestens eine Wärmespeicherkammer übertragbar ist, und wobei die mindestens eine Wärmespeicherkammer außerhalb des mindestens einen Wärmeleitpfads von der mindestens einen ersten Abgas-Kontaktfläche zu dem mindestens einen thermoelektrischen Modul angeordnet ist.
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Aus der
US 2008/0245352 A1 ist eine Kombination aus einem Ofen und einem thermoelektrischen Generator bekannt.
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Aus der
US 5,813,454 ist ein tragbares Heiz-/Kühlgerät bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermoelektrische Generatorvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche sich auf effektive Weise betreiben lässt.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten thermoelektrischen Generatorvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Wärmeleitelement zwischen einer ersten Wärmeübertragungsseite und einer zweiten Wärmeübertragungsseite angeordnet ist, wobei die zweite Wärmeübertragungsseite beabstandet zu der ersten Wärmeübertragungsseite ist und die erste Wärmeübertragungsseite in ständigem Wärmekontakt mit der Wärmequellenseite steht oder die Wärmequellenseite ist, dass das mindestens eine Wärmeleitelement ein bewegliches Teil ist und dass das mindestens eine Wärmeleitelement ein Bi-Metall-Element ist, welches temperaturabhängig den Wärmekontaktpfad unterbricht oder herstellt und dass das Bi-Metall-Element der mindestens eine Schalter ist, wobei über das Bi-Metall-Element zwischen der ersten Wärmeübertragungsseite und der zweiten Wärmeübertragungsseite der Wärmeleiteinrichtung der Wärmekontaktpfad herstellbar oder unterbrechbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Wärmeleitung an der Wärmeleiteinrichtung durch diese hindurch variabel, je nach Schalterstellung des mindestens einen Schalters der Schalteinrichtung. Wenn der mindestens eine Schalter offen ist, dann ist ein entsprechender Wärmekontaktpfad unterbrochen und der Wärmequellenseite des mindestens einen thermoelektrischen Moduls wird "weniger" Wärme bereitgestellt.
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Es lässt sich dadurch eine Steuerung des Wärmeeintrags in das mindestens eine thermoelektrische Modul erreichen. Dadurch lassen sich beispielsweise zu hohe Wärmeeinträge in das mindestens eine thermoelektrische Modul abfangen.
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Es ist auf einfache Weise möglich, die Schalteinrichtung so auszubilden, dass diese automatisch gesteuert ist und insbesondere über die an der Schalteinrichtung herrschenden Temperaturen steuerbar ist. Wenn dann beispielsweise eine zu hohe Temperatur erreicht wird, dann werden ein oder mehrere Wärmekontaktpfade unterbrochen und dadurch wird ein Wärmeeintrag an die Wärmequellenseite vermindert. Es lässt sich dadurch ein selbstregelndes System realisieren.
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Durch die Schalteinrichtung lässt sich auf einfache Weise eine Auswirkung einer Schwankungsbreite in der Wärmebereitstellung einer (primären) Wärmequelle (beispielsweise durch das Abgas einer Brennkraftmaschine) verringern. Eine Schwankungsbreite an der Wärmequellenseite ist dann vorzugsweise kleiner als die Schwankungsbreite an der primären Wärmequelle. Durch die Schalteinrichtung und insbesondere durch automatisches Schalten des mindestens einen Schalters lassen sich Temperaturschwankungen im gewissen Maße ausgleichen.
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Insbesondere schaltet dann die Schalteinrichtung den Wärmekontakt automatisch. Es werden dann ohne Zugriff von außen Wärmekontaktpfade geschlossen bzw. unterbrochen.
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Der mindestens eine Schalter ist derart ausgebildet, dass ein Wärmekontaktpfad unterbrochen wird, wenn die Temperatur an dem mindestens einen Wärmeleitelement eine obere Grenztemperatur überschreitet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine automatische Selbstregelung realisieren.
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Das mindestens eine Wärmeleitelement ist ein Bi-Metall-Element oder umfasst ein solches, welches temperaturabhängig den Wärmekontaktpfad unterbricht oder herstellt. Es lässt sich dadurch auf einfache Weise ein bewegliches Teil des mindestens einen Wärmeleitelements realisieren. Es lässt sich auf einfache Weise eine Selbstregelung erreichen, ohne dass eine übergeordnete Steuerung für diese Selbstregelung vorgesehen werden muss. Das Bi-Metall-Element setzt sich zusammen als Schichtenabfolge eines ersten Metalls und eines zweiten Metalls mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften. Wenn eine entsprechende Grenztemperatur erreicht wird, dann biegt sich das Bi-Metall-Element durch. Diese Bewegung kann dazu benutzt werden, ein bewegliches Teil von einem Anlageelement abzuheben und dadurch einen Wärmekontaktpfad zu unterbrechen.
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Der mindestens eine Schalter ist das Bi-Metall-Element. Durch das Vorsehen eines Bi-Metall-Elements kann auf einfache Weise ein Schalter in ein Wärmeleitelement integriert werden. Im Prinzip ist dann das Wärmeleitelement selber ein Schalter.
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Über das Bi-Metall-Element ist zwischen einer ersten Wärmeübertragungsseite und einer zweiten Wärmeübertragungsseite der Wärmeleiteinrichtung ein Wärmeleitpfad herstellbar oder unterbrechbar.
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Es ist auch möglich, dass über das Bi-Metall-Element eine Wärmekontaktverbindung zwischen Teilbereichen einer Wärmeaufnahmefläche schaltbar ist.
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Günstig ist es, wenn ein bewegliches Teil des mindestens einen Wärmeleitelements bei einer Temperatur unterhalb der Grenztemperatur an einem Anlageelement anliegt, um einen Wärmekontakt herzustellen und das bewegliche Teil bei einer Temperatur oberhalb der Grenztemperatur von dem Anlageelement abgehoben ist, und der Wärmekontakt unterbrochen ist. Es ist dadurch auf einfache Weise ein Schalter mit zwei Schaltstellungen realisiert, nämlich mit einer ersten Schaltstellung, in der das bewegliche Teil an dem Anlageelement anliegt, und einer zweiten Schaltstellung, bei der das bewegliche Teil abgehoben ist. Bei einer Anlage ist ein Wärmekontaktpfad bereitgestellt und bei einer abgehobenen Stellung ist dieser Wärmekontaktpfad unterbrochen. Ein entsprechendes bewegliches Teil lässt sich auf einfache Weise über ein Bi-Metall-Element realisieren.
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Insbesondere ist die Grenztemperatur der Wärmeleiteinrichtung einer maximalen Einsatztemperatur des thermoelektrischen Moduls angepasst. Es lässt sich so beispielsweise das mindestens eine thermoelektrische Modul auf einfache Weise gegenüber Überhitzung schützen.
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Bei einer Ausführungsform ist das mindestens eine Wärmeleitelement zwischen einer ersten Wärmeübertragungsseite und einer zweiten Wärmeübertragungsseite angeordnet, wobei die zweite Wärmeübertragungsseite beabstandet zu der ersten Wärmeübertragungsseite ist und die erste Wärmeübertragungsseite in ständigem Wärmekontakt mit der Wärmequellenseite steht oder die Wärmequellenseite ist. Die Wärmeleiteinrichtung sorgt dann für die "Wärmeüberbrückung" von der ersten Wärmeübertragungsseite zu der zweiten Wärmeübertragungsseite. Durch Unterbrechung von einem oder mehreren Wärmekontaktpfaden lässt sich entsprechend die Gesamt-Wärmeleitung von der zweiten Wärmeübertragungsseite zu der ersten Wärmeübertragungsseite beeinflussen.
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Insbesondere ist dabei die zweite Wärmeübertragungsseite Teil eines Heißwärmeübertragers. Der Heißwärmeübertrager ist insbesondere durch ein primäres Wärmequellenfluid wie ein Abgas durchströmt. Der Heißwärmeübertrager bildet dann eine sekundäre Wärmequelle für das mindestens eine thermoelektrische Modul.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist das mindestens eine Wärmeleitelement einen ständigen Wärmekontakt zu der ersten Wärmeübertragungsseite und einen schaltbaren Wärmekontakt zu der zweiten Wärmeübertragungsseite der Wärmeleiteinrichtung auf. Insbesondere ist ein bewegliches Teil des mindestens einen Wärmeleitelements fest bezüglich der ersten Wärmeübertragungsseite gelagert und gegenüber der zweiten Wärmeübertragungsseite beweglich. Es lässt sich dadurch auf einfache Weise ein System mit einer Selbstregelungsfunktion realisieren. Beispielsweise bildet dann die Wärmeleiteinrichtung an der thermoelektrischen Generatorvorrichtung eine zusätzliche Schicht.
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Bei einer alternativen oder kombinatorischen Ausführungsform weist die Wärmeleiteinrichtung eine Wärmeaufnahmefläche auf, welche in Wärmekontakt mit der Wärmequellenseite steht, wobei durch die Schalteinrichtung schaltbar ist, welche Größe die Wärmeaufnahmefläche (welche in Wärmekontakt mit der Wärmequellenseite steht) aufweist. Es wird dadurch derjenige Flächenbereich, welcher Wärme aus einem Wärmequellenfluid aufnimmt, durch die Schalteinrichtung beeinflusst. Eine solche Wärmeleiteinrichtung lässt sich beispielsweise auch in einem Heißwärmeübertrager anordnen. Es muss dann beispielsweise keine zusätzliche Wärmeleiteinrichtungs-Schicht vorgesehen werden, um so einen kompakten Aufbau zu erreichen.
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Es ist dann insbesondere vorgesehen, dass ein oder mehrere Wärmeleitelemente schaltbare Wärmekontaktpfade zwischen Teilbereichen der Wärmeaufnahmefläche bilden. Je nach Schaltzustand ist dann die Wärmeaufnahmefläche, welche thermisch mit der Wärmequellenseite verbunden ist, größer oder kleiner.
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Günstigerweise ist das mindestens eine Wärmeleitelement mindestens in einem Teilbereich beweglich ausgebildet und/oder angeordnet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Wärmekontaktpfad herstellen bzw. unterbrechen.
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Es ist ferner günstig, wenn eine Mehrzahl von Wärmeleitelementen vorgesehen ist, die insbesondere in einer Reihe hintereinander angeordnet sind und insbesondere parallel angeordnet sind. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Mehrzahl von Wärmekontaktpfaden herstellen bzw. unterbrechen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind Wärmeleitelemente nebeneinander angeordnet. Dadurch ergibt sich eine Mehrzahl von Kontaktpfaden.
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Beispielsweise ist eine Mehrzahl von Wärmeleitelementen vorgesehen, die paarweise jeweils gegeneinander angeordnet sind, wobei temperaturbedingte Bewegungen der beweglichen Teile von Wärmeleitelementen eines Paars einander entgegengerichtet sind. Dadurch lässt sich eine optimierte Kraftverteilung erreichen und es lassen sich Kräftekompensationen erreichen.
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Insbesondere weist die Wärmeleiteinrichtung einen Raum zwischen der ersten Wärmeübertragungsseite und der zweiten Wärmeübertragungsseite auf, welcher mit einem Gas gefüllt ist oder welcher evakuiert ist bzw. die Wärmeleiteinrichtung ist in einem solchen Raum angeordnet. Es ist dann an einer entsprechenden thermoelektrischen Generatorvorrichtung eine Wärmeleiteinrichtungs-Schicht vorgesehen. Durch die Befüllung mit einem Gas mit schlechter Wärmeleitfähigkeit bzw. durch die Evakuierung erfolgt der überwiegende Anteil der Wärmeeinkopplung in die Wärmequellenseite des mindestens einen thermoelektrischen Moduls über die Wärmeleiteinrichtung.
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Insbesondere ist an der zweiten Wärmeübertragungsseite der Wärmeleiteinrichtung eine Wärmequelle angeordnet. Diese Wärmequelle ist insbesondere ein Heißwärmeübertrager, welcher von einem Wärmequellenfluid wie einem Abgas einer Brennkraftmaschine durchströmt ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel bildet die Wärmeleiteinrichtung eine wärmeleitende Schicht zwischen einer Wärmequelle und dem mindestens einen thermoelektrischen Modul, wobei die Wärmeleitung durch die Schalteinrichtung schaltbar ist. Es wird dann im Wesentlichen die Wärmeleitung zwischen der Wärmequelle und der Wärmequellenseite beeinflusst.
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Bei einer alternativen Ausführungsform, welche auch kombinatorisch einsetzbar ist, ist die Wärmeleiteinrichtung in einer Wärmequelle und insbesondere in einer Fluidführung für ein Wärmequellenfluid angeordnet. Bei dieser Ausführungsform bestimmt die Wärmeleiteinrichtung die Größe der Wärme, welche von der Wärmequelle abgegeben wird.
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Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass eine Wärmeaufnahmefläche der Wärmeleiteinrichtung eine Führungsfläche für das Wärmequellenfluid bildet. Wenn Wärmequellenfluid an den Führungsflächen vorbeigeführt ist, dann können die Führungsflächen Wärme aufnehmen. Die aufgenommene Wärme kann über Wärmeleitung wiederum an die Wärmequellenseite abgegeben werden. Dadurch wiederum ergibt sich eine Schaltbarkeit des Wärmeeintrags in die Wärmequellenseite.
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Insbesondere ist dann durch die Schalteinrichtung ein Wärmekontakt zwischen Führungsflächen herstellbar oder unterbrechbar. Es lässt sich dadurch einstellen, wie viel Wärme überhaupt abgegeben wird.
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Beispielsweise ist eine erste Führungsfläche und mindestens eine beabstandete zweite Führungsfläche für Wärmequellenfluid vorgesehen, wobei das mindestens eine Wärmeleitelement zwischen der ersten Führungsfläche und der zweiten Führungsfläche angeordnet ist, und es ist schaltbar, ob ein Wärmekontaktpfad zwischen der ersten Führungsfläche und der zweiten Führungsfläche besteht. Es lässt sich dann einstellen, von welchen Führungsflächen Wärme an die Wärmequellenseite eingeleitet wird. Es wird also quantitativ die Wärmeabgabe beeinflusst.
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Bei einem Ausführungsbeispiel steht die erste Führungsfläche in ständigem Wärmekontakt mit der Wärmequellenseite des thermoelektrischen Moduls und der Wärmekontakt der zweiten Führungsfläche mit der Wärmequellenseite ist schaltbar. Es ist dabei auch grundsätzlich möglich, dass zwischen der ersten Führungsfläche und der Wärmequellenseite eine Wärmeleiteinrichtung angeordnet ist, durch welche die Wärmeleitung von der ersten Führungsfläche zu der Wärmequellenseite schaltbar ist.
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Erfindungsgemäß wird eine Restwärmenutzungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitgestellt, welche mindestens eine erfindungsgemäße thermoelektrische Generatorvorrichtung umfasst. Es ist dabei mindestens ein Heißwärmeübertrager vorgesehen, welcher von Abgas durchströmt ist, und es ist mindestens ein Kaltwärmeübertrager vorgesehen, wobei Wärme von der Wärmeleiteinrichtung von den Heißwärmeübertrager zu dem mindestens einen thermoelektrischen Modul leitbar ist.
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Über den Heißwärmeübertrager und den Kaltwärmeübertrager, zwischen denen das mindestens eine thermoelektrische Modul liegt, lässt sich über das mindestens eine thermoelektrische Modul im Betrieb ein Temperaturgradient aufbauen, um nutzbaren elektrischen Strom zu erzeugen.
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Beispielsweise ist eine Haupt-Strömungsrichtung der Abgase quer zu einer Bewegungsrichtung eines beweglichen Teils eines Wärmeleitelements der Wärmeleiteinrichtung. Dadurch muss sich das bewegliche Teil nicht gegen die Strömungsrichtung bewegen.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung, bei dem von einer Wärmequelle bereitgestellte Wärme an einer Wärmequellenseite eines thermoelektrischen Moduls eingekoppelt wird, wobei Wärme von der Wärmequelle zu der Wärmequellenseite über eine Wärmeleiteinrichtung mit mindestens einem Wärmeleitelement geleitet wird und die Wärmeleiteinrichtung mindestens einen mechanischen Schalter aufweist, dessen Schaltung bestimmt, ob ein Wärmekontaktpfad der Wärmeleiteinrichtung geschlossen oder unterbrochen ist, wobei der mindestens eine Schalter bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur automatisch den ihm zugeordneten Wärmekontaktpfad unterbricht ist das mindestens eine Wärmeleitelement ein Bi-Metall-Element und das Bi-Metall-Element ist der mindestens eine Schalter und das Bi-Metall-Element unterbricht temperaturabhängig den Wärmekontaktpfad oder stellt diesen her.
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Das Verfahren ist an der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatorvorrichtung durchführbar bzw. die erfindungsgemäße thermoelektrische Generatorvorrichtung lässt sich mit dem Verfahren betreiben.
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Es ist dabei vorgesehen, dass der mindestens eine Schalter bei Erreichen einer oberen Grenztemperatur automatisch den ihm zugeordneten Wärmekontaktpfad unterbricht. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein selbstregelndes System realisieren.
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Bei einer Ausführungsform ist die Wärmeleiteinrichtung zwischen der Wärmequelle und der Wärmequellenseite angeordnet. Insbesondere beeinflusst dann der mindestens eine Schalter nur die Wärmeleitung von der Wärmequelle zu der Wärmequellenseite. Die Wärmeleiteinrichtung bildet dann eine Zusatzschicht, welche für die Wärmeleitung von der Wärmequelle (und insbesondere eine sekundären Wärmequelle wie einem Heißwärmeübertrager) zu der Wärmequellenseite sorgt.
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Bei einer alternativen oder kombinatorischen Ausführungsform sind innerhalb der Wärmequelle beabstandete Führungsflächen für eine Fluidführung angeordnet und durch den mindestens einen Schalter ist eine thermische Verbindung zwischen den Führungsflächen hergestellt oder unterbrochen und insbesondere wird durch den mindestens einen Schalter eine von der Wärmequelle zu der Wärmequellenseite übertragene Wärmemenge eingestellt. Es wird dann beeinflusst, welche Wärmemenge die Wärmequelle wie ein Heißwärmeübertrager überhaupt an die Wärmequellenseite abgeben kann. Es lässt sich so eine entsprechend kompakte thermoelektrische Generatorvorrichtung realisieren.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Restwärmenutzungsvorrichtung mit einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung;
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2 eine Schnittdarstellung durch die thermoelektrische Generatorvorrichtung gemäß 1 entlang der Linie A-A;
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3 eine Schnittdarstellung längs der Linie B-B gemäß 2 bei einer ersten Ausführungsform einer Wärmeleiteinrichtung, wobei ein Teilausschnitt dargestellt ist, mit an Anlageelementen angelegten Wärmeleitelementen;
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4 die gleiche Ansicht wie in 3, wobei die Wärmeleitelemente von den Anlageelementen abgehoben sind;
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5 die gleiche Ansicht wie 3, wobei ein Teil der Wärmeleitelemente an Anlageelementen anliegen und ein anderer Teil abgehoben ist;
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6 eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Wärmeleiteinrichtung;
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7 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Wärmeleiteinrichtung;
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8 eine ähnliche Schnittdarstellung wie in 7, wobei Wärmeleitelemente von Anlageelementen abgehoben sind;
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9 eine schematische perspektivische Darstellung einer Anordnung von Wärmeleitelementen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Wärmeleiteinrichtung;
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10 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung; und
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11 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Restwärmenutzungsvorrichtung 10, welches in 1 schematisch gezeigt ist, umfasst einen Einlass 12, durch den ein Fluid wie ein Abgas (angedeutet durch das Bezugszeichen 14) einströmen kann, ein Gehäuse 16, welches von dem Fluid 14 durchströmbar ist, und einen Auslass 17, durch den das Fluid 14 ausströmen kann. In dem Gehäuse 16 ist eine thermoelektrische Generatorvorrichtung 20 angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst diese eine Mehrzahl von Heißwärmeübertragern 18 und Kaltwärmeübertragern 22.
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An den Einlass 12 der Restwärmenutzungsvorrichtung 10 ist beispielsweise ein Abgasauslass 24 einer Brennkraftmaschine 26 angeschlossen, sodass die Abgase 14 der Brennkraftmaschine 26 in die Restwärmenutzungsvorrichtung 10 einströmen können.
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Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 20 umfasst eine Mehrzahl von Untereinheiten 27. Eine entsprechende Untereinheit 27 weist dabei einen Heißwärmeübertrager 22 auf, welcher zwischen thermoelektrischen Funktionsschichten angeordnet ist. Diese Kombination wiederum ist zwischen Kaltwärmeübertragern 22 angeordnet. Eine entsprechende Untereinheit 27 weist einen Stapelaufbau auf.
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Es ergibt sich die Stapelfolge Kaltwärmeübertrager 22, thermoelektrische Funktionsschicht, Heißwärmeübertrager 18, thermoelektrische Funktionsschicht, Kaltwärmeübertrager 22.
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Benachbarte innenliegende Untereinheiten 27 weisen einen gemeinsamen Kaltwärmeübertrager 22 auf.
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Die Heißwärmeübertrager 18 werden von dem (heißen) Abgas 14 durchströmt. Zur Verbesserung der Wärmeaufnahme können die Heißwärmeübertrager 18 zusätzliche oberflächenvergrößernde Elemente wie Rippen 28 aufweisen.
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Die Kaltwärmeübertrager 22 weisen jeweils mindestens einen Kühlkanal 30 auf, durch welchen ein Kühlmedium geleitet wird, um Wärme aus dem Kühler zu transportieren.
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Als Kühlmedium wird beispielsweise Wasser verwendet. Andere flüssige oder gasförmige Kühlmedien wie beispielsweise Luft oder Öl sind ebenfalls möglich.
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Die Untereinheiten 27 weisen jeweils zwei thermoelektrische Funktionsschichten mit einer Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen 32 auf. Einem Heißwärmeübertrager 18 und einer thermoelektrischen Funktionsschicht ist eine Wärmeleiteinrichtung 34 zugeordnet. Die Wärmeleiteinrichtung 34 sorgt für einen Wärmeeintrag in das thermoelektrische Modul 32 mit dem Heißwärmeübertrager 18 als (sekundäre) Wärmequelle.
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Die Wärmeleiteinrichtung 34 ist bei einem Ausführungsbeispiel (3 bis 9) an einer dem Heißwärmeübertrager 18 zugewandten Wärmequellenseite 36 der thermoelektrischen Module 32 angeordnet. Eine Wärmesenkenseite 38 der thermoelektrischen Module 32 ist dem jeweiligen Kaltwärmeübertrager 22 zugeordnet.
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Die Wärmesenkenseite 38 und die Wärmequellenseite 36 der thermoelektrischen Module 32 sind beabstandet zueinander und beispielsweise parallel zueinander. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Wärmequellenseite 36 der thermoelektrischen Module 32 beabstandet zu dem zugeordneten Heißwärmeübertrager 18, wobei die Wärmeleiteinrichtung 34 in dem Raum zwischen der Wärmequellenseite 36 und dem Heißwärmeübertrager 18 angeordnet ist.
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Wärme wird von dem Heißwärmeübertrager 18 als Wärmequelle über die Wärmeleiteinrichtung 34 zu der Wärmequellenseite 36 des thermoelektrischen Moduls 32 geleitet.
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Im Betrieb liegt ein Temperaturgradient zwischen der Wärmequellenseite 36 und der Wärmesenkenseite 38 der thermoelektrischen Module 32, durch welche das thermoelektrische Modul 32 elektrischen Strom erzeugen kann.
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Das thermoelektrische Modul 32 weist eine Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen auf, welche aufgrund des Seebeck-Effekts nutzbaren elektrischen Strom erzeugen.
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Der Wirkungsgrad eines thermoelektrischen Moduls 32 ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequellenseite 36 und Wärmesenkenseite 38. Der Wirkungsgrad ist desto höher, je größer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequellenseite 36 und Wärmesenkenseite 38 ist.
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Thermoelektrische Module 32 weisen üblicherweise Halbleiterbauelemente auf. Deshalb sollte eine maximale Einsatztemperatur eines thermoelektrischen Moduls 32 nicht überschritten werden.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel einer Wärmeleiteinrichtung 34 liegt diese zwischen einer ersten Wärmeübertragungsseite 42 und einer zweiten Wärmeübertragungsseite 44. Die erste Wärmeübertragungsseite 42 steht in ständigem Kontakt mit der Wärmequellenseite 36 der thermoelektrischen Module 32.
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Die zweite Wärmeübertragungsseite 44 ist an dem entsprechenden Heißwärmeübertrager 18 gebildet.
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Zwischen der ersten Wärmeübertragungsseite 42 und der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 liegt ein Raum 43. Dieser Raum 43 ist fluiddicht geschlossen. Er ist beispielsweise evakuiert oder mit einem Gas mit geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt.
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Die Wärmeleiteinrichtung 34 umfasst eine Schalteinrichtung 45. Durch diese ergibt sich eine variable Wärmeleitfähigkeit zwischen der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 und der ersten Wärmeübertragungsseite 42. Dadurch wiederum ist der Wärmeeintrag der Wärmeleiteinrichtung 34 in das thermoelektrische Modul 32 an dessen Wärmequellenseite 36 variabel.
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Zur Wärmeleitung zwischen der ersten Wärmeübertragungsseite 42 und der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 weist die Wärmeleiteinrichtung 34 eine Mehrzahl von Wärmeleitelementen 46 auf. Die Wärmeleitelemente 46 weisen jeweils ein Lagerteil 48 auf, an welchem die Wärmeleitelemente 46 beispielsweise an der ersten Wärmeübertragungsseite 42 gehalten sind. Es liegt dann ein ständiger Wärmekontakt zwischen dem Wärmeleitelement 46 und der ersten Wärmeübertragungsseite 42 vor.
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Ferner weist das Wärmeleitelement 46 ein bewegliches Teil 52 auf, welches an ein Anlageelement 54 der Schalteinrichtung 45, welches an der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 angeordnet ist, anlegbar und abhebbar ist und relativ zu diesem beweglich ist. Ist das Wärmeleitelement 46 mit seinem beweglichen Teil 52 an dem Anlageelement 54 angelegt, besteht ein (unterbrechbarer) Wärmekontaktpfad 56 zwischen dem Anlageelement 54 und dem Wärmeleitelement 46 und damit zwischen der zweiten Wärmeübertragungs seite 44 und der ersten Wärmeübertragungsseite 42. Das Wärmeleitelement 46 bildet dadurch auch einen mechanischen Wärmekontakt-Schalter.
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Die Wärmeleitelemente 46 bilden einen (Haupt-)Wärmeleitungspfad zwischen der ersten Wärmeübertragungsseite 42 und der zweiten Wärmeübertragungsseite 44.
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Die Wärmeleitelemente 46 sind insbesondere aus einem metallischen Material mit metallischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt.
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Bei einer Ausführungsform weist ein Wärmeleitelement 46 als bewegliches Teil 56 ein Bi-Metall-Element auf. Insbesondere ist das bewegliche Teil 56 aus Bi-Metall gefertigt und im Wesentlichen plättchenförmig ausgebildet. Es kann sich bei einer Temperaturänderung durch Biegen relativ zu dem zugeordneten Anlageelement 54 bewegen.
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Durch eine temperaturbedingte Biegung des Bi-Metall-Elements ist das bewegliche Teil 52 von dem Anlageelement 54 bei Temperaturerhöhung weg bewegbar, wenn es in einem Grundzustand (bei tieferen Temperaturen) an dem Anlageelement 54 anliegt.
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Das bewegliche Teil 52 des Wärmeleitelements 46 ist so ausgebildet, dass es sich bei Temperaturerhöhung vom Anlageelement 54 weg bewegt und sich bei Temperaturerniedrigung zu dem Anlageelement 54 hin bewegt.
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Unterhalb einer (oberen) Grenztemperatur liegt das bewegliche Teil 52 an dem Anlageelement 54 an (3) und oberhalb der Grenztemperatur ist es von dem Anlageelement 54 abgehoben (4).
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Durch das Abheben des Wärmeleitelements 46 von dem Anlageelement 54 wird der schaltbare Wärmekontaktpfad 56 unterbrochen. Es ist ein mechanischer Schalter für den Wärmeleitungskontakt gebildet.
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Die beweglichen Teile 52 der Wärmeleitelemente 46 sind und bewegen sich unabhängig voneinander. So können bei einer Temperaturvariation in Längsrichtung gleichzeitig Teile 52 an zugeordneten Anlageelementen 54 anliegen und andere Teile 54 von den zugeordneten Anlageelementen 54 abgehoben sein (vergleiche 5).
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Die Anlageelemente 54 sind an der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 angeordnet und weisen einen ständigen Wärmekontakt 56 zu der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 auf. Es liegen geschlossene Wärmekontaktpfade 56 zwischen der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 und der ersten Wärmeübertragungsseite 42 vor, wenn die beweglichen Teile 52 an den Anlageelementen 54 anliegen.
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Die Wärmeleitung zwischen der ersten Wärmeübertragungsseite 42 und der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 ist durch die Anzahl der Teile 52, die an den zugeordneten Anlageelementen 54 anliegen, gegeben.
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Die erfindungsgemäße thermoelektrische Generatorvorrichtung 20 funktioniert wie folgt:
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 26 werden die Abgase 14 der Brennkraftmaschine durch die Restwärmenutzungsvorrichtung 10 geleitet. Die heißen Abgase 14 (als primäre Wärmequelle) geben Wärme über den Heißwärmeübertrager 18 (als sekundäre Wärmequelle) ab und kühlen sich dadurch beim Durchströmen der Restwärmenutzungsvorrichtung 10 in Strömungsrichtung 14 ab.
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Die von dem Abgas 14 abgegebene Wärme wird von dem Heißwärmeübertrager 18 in die Wärmeleiteinrichtung 34 eingekoppelt und durch diese zur Wärmequellenseite 36 der thermoelektrischen Module 32 geleitet. Die Lastpunkte der Brennkraftmaschine 26 können in der Praxis stark variieren, sodass die Temperatur des Abgases ebenfalls variiert.
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Ist die Temperatur an der Wärmeleiteinrichtung 34 kleiner als die Grenztemperatur, dann liegen die Teile 52 an den Anlageelementen 54 an, sodass geschlossene Wärmeleitungspfade 56 zu den thermoelektrischen Modulen 32 vorliegen.
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Steigt die Temperatur über die Grenztemperatur, dann heben die Teile 52 von den Anlageelementen 54 ab, sodass die Wärmeleitung über die Wärmeleitelemente 46 zwischen der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 und der ersten Wärmeübertragungsseite 42 unterbrochen wird.
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Fällt die Temperatur bis unter Grenztemperatur, dann liegen die Teile 52 wieder an die Anlageelemente 54 an und Wärmekontaktpfade 56 zwischen der zweiten Wärmeübertragungsseite 44 und der ersten Wärmeübertragungsseite 42 werden wiederhergestellt.
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Die Wärmeleitfähigkeit über die Wärmeleitelemente 46 wird beispielsweise in diskreten Schritten erhöht oder verringert, je nachdem wie viele Teile 52 an den zugeordneten Anlageelementen 54 anliegen.
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Im zeitlichen Mittel kann sich die Gesamt-Wärmeleitfähigkeit derart einstellen, dass eine Temperatur an den Wärmeleitelementen 46 ungefähr der Grenztemperatur entspricht.
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Es kann dann über einen größeren Temperaturbereich des Abgases 14 eine konstantere Temperatur an der Wärmequellenseite 36 der thermoelektrischen Module 32 erreicht werden. Grundsätzlich wird die Schwankungsbreite der Temperatur an der Wärmequellenseite 36 im Vergleich zu einer Temperaturschwankungsbreite des Abgases 14, welches in den Heißwärmeübertrager 18 strömt, verringert. Weiterhin lässt es sich verhindern, dass eine zu hohe Temperatur an der Wärmequellenseite 36 vorliegt, sodass eine Beschädigung oder Fehlfunktion von Halbleiterelementen der thermoelektrischen Module 32 verhindert wird.
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Die Wärmeleitelemente 46 sind unabhängig voneinander, sodass an einzelnen Wärmeleitelementen 46 unterschiedliche Verhältnisse vorliegen können. Dadurch kann sich auch ortsabhängig eine variable Wärmeleitfähigkeit 40 einstellen.
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Eine in den 7 und 8 dargestellte zweite Ausführungsform einer Wärmeleiteinrichtung unterscheidet sich von der in den 1 bis 6 dargestellten Wärmeleiteinrichtung 34 dadurch, dass Wärmeleitelemente 46 paarweise entgegengesetzt zueinander angeordnet sind.
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Jeweils zwei der beweglichen Teile 52 liegen an demselben Anlageelement 54 an sich einander gegenüberliegenden Seiten an.
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Die Bewegung der Teile 52 eines Paares 60 ist einander entgegengerichtet. Dadurch können sich die Kräfte, welche die Teile 52 auf die Anlageelemente 54 ausüben, kompensieren und im Idealfall aufheben.
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Im Übrigen stimmt die in den 7 und 8 dargestellte zweite Ausführungsform der Wärmeleiteinrichtung 34 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 9 dargestellte dritte Ausführungsform einer Wärmeleiteinrichtung 34 unterscheidet sich von der in den 1 bis 6 dargestellten Wärmeleiteinrichtung 34 dadurch, dass sich die Wärmeleitelemente 46 über die ganze Breite der Wärmeleiteinrichtung 34 erstrecken.
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Auf diese Weise kann die Zahl der benötigten Wärmeleitelemente 46 verringert werden, wodurch sich der Montageaufwand verringert.
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Günstigerweise werden die Wärmeleitelemente 46 quer und insbesondere senkrecht zu einer Strömungsrichtung der Abgase 14 angeordnet, sodass weiterhin der Temperaturgradient in dem Wärmeaufnehmer 18 durch eine ortsabhängige Wärmeleitfähigkeit 40 der Wärmeleiteinrichtung 34 ausgeglichen werden kann.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 3 bis 9 ist die Wärmeleiteinrichtung 34 zwischen dem Heißwärmeübertrager 18 und den thermoelektrischen Modulen 32 angeordnet.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in 10 gezeigt ist, umfasst eine entsprechende thermoelektrische Generatorvorrichtung einen Heißwärmeübertrager 70. Dieser ist mit Fluid (Wärmequellenfluid) durchströmbar. Der Heißwärmeübertrager 70 weist dabei ein Gehäuse 72 mit einem Innenraum 74 auf. Der Innenraum ist unterteilt in eine erste Kammer 76a und eine zweite Kammer 76b. Die Unterteilung erfolgt durch eine in dem Innenraum 74 angeordnete Wand 78. Die Wand 78 ist insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt. Sie bildet eine Führungsfläche für das in dem Innenraum 74 des Heißwärmeübertragers 70 strömende Fluid. Die Wand 78 kann Wärme aufnehmen. Von der Wand 78 aufgenommene Wärme kann über das Gehäuse 72 an eine Wärmeübertragungsseite 80 des Heißwärmeübertragers 70 geleitet werden.
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Der Heißwärmeübertrager 70 weist dabei gegenüberliegende Wärmeübertragungsseiten 80a, 80b auf. Diese sind beabstandet zueinander und insbesondere parallel beabstandet.
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An den Wärmeübertragungsseiten 80a bzw. 80b sind jeweils thermoelektrische Funktionsschichten 82a, 82b in Wärmekontakt angeordnet. Die thermoelektrischen Funktionsschichten wiederum weisen thermoelektrische Module 32 auf.
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An den thermoelektrischen Funktionsschichten 82a, 82b sitzen jeweils Kaltwärmeübertrager 22, welche in den 10 nicht gezeichnet sind.
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10 ist eine Explosionsdarstellung, bei welcher die thermoelektrischen Funktionsschichten 82a, 82b beabstandet zu dem Heißwärmeübertrager 70 dargestellt sind. Grundsätzlich stehen diese in direktem Wärmekontakt mit dem Heißwärmeübertrager 70 und stehen dabei mit einer Wärmequellenseite 84 in direktem thermischem Kontakt.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Wärmequellenseiten 84 beabstandet zu dem Heißwärmeübertrager 70 sind und beispielsweise in einem zwischenliegenden Raum eine Wärmeleiteinrichtung wie die Wärmeleiteinrichtung 34 angeordnet ist.
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Das Gehäuse 72 weist Wandungen 86a, 86b auf, welche gegenüberliegend sind und an welchen die Wärmeübertragungsseiten 80a bzw. 80b gebildet sind. Die Wandungen 86a, 86b sind Fluidführungsflächen und Wärmeaufnahmeflächen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Wandungen 86a, 86b mindestens näherungsweise eben ausgebildet und parallel zueinander. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Wand 78 zwischen den Wandungen 86a und 86b angeordnet und beispielsweise parallel zu diesen.
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Es ist eine Wärmeleiteinrichtung 88 vorgesehen, welche in dem Innenraum 74 des Heißwärmeübertragers 70 angeordnet ist.
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Beispielsweise sind an den Wandungen 86a, 86b Anlageelemente 90 entsprechend den Anlagenelementen 54 angeordnet.
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In der ersten Kammer 76a und der zweiten Kammer 76b sind an der Wand 78 jeweils den Anlageelementen 90 zugeordnet bewegliche Teile 92 entsprechend den beweglichen Teilen 52 angeordnet. Ein bewegliches Teil 92 ist insbesondere als Bi-Metall-Element ausgebildet.
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Die beweglichen Teile 92 sind fest an der Wand 78 angeordnet und gegenüber dem Anlageelement 90 beweglich.
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Insbesondere sind in jeder Kammer 76a, 76b eine Mehrzahl von beweglichen Teilen 92 angeordnet. Die Anlageelemente 90 und die beweglichen Teile 92 bilden jeweils Wärmeleitelemente entsprechend den Wärmeleitelementen 46.
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Die Wärmeleiteinrichtung 88 mit einem ersten Teil in der ersten Kammer 76a und einem zweiten Teil in der Kammer 76b ist in der (sekundären) Wärmequelle, nämlich dem Heißwärmeübertrager 70, für die thermoelektrischen Funktionsschichten 82a, 82b angeordnet.
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Wenn die beweglichen Teile 92 an den Anlageelementen 90 anliegen, dann ist in dem Innenraum 74 zwischen der Wand 78 und der Wandung 86a bzw. 86b ein zusätzlicher Wärmekontaktpfad gebildet. Die Anzahl der Wärmekontaktpfade zwischen der Wand 78 und der Wandung 86a bzw. 86b entspricht dabei der Anzahl der Wärmeleitelemente, bei welchen das bewegliche Teil 92 an dem Anlageelement 90 anliegt.
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Wenn die Grenztemperatur überschritten wird und das bewegliche Teil 92 von dem Anlageelement 90 abhebt, dann ist dadurch der jeweilige Wärmekontaktpfad in dem Gehäuse 72 unterbrochen und es existiert höchstens noch der Wärmeleitpfad durch das Gehäuse 72 selber.
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Es ist dadurch eine Schalteinrichtung realisiert, durch welche die Gesamt-Wärmeleitung an dem Heißwärmeübertrager 70 auf die Wärmequellenseite 84 beeinflusst wird.
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Es lässt sich dadurch eine Temperaturstabilisierung an der Wärmequellenseite 84 erreichen, insbesondere wenn in dem Innenraum 74 strömendes Fluid Temperaturschwankungen unterliegt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in 11 gezeigt ist, ist ein Heißwärmeübertrager 94 vorgesehen, welcher wiederum wie der Heißwärmeübertrager 70 ein Gehäuse aufweist. Für gleiche Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet. In einem entsprechenden Innenraum 74 des Gehäuses 72 ist wiederum eine Wand 78 angeordnet, welche den Innenraum 74 in eine erste Kammer 76a und eine zweite Kammer 76b unterteilt.
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In der Kammer 76a und der Kammer 76b ist jeweils eine zusätzliche Führungsfläche 96 für Fluid angeordnet. Diese zusätzliche Führungsfläche ist beispielsweise durch eine wellblechartige Struktur gebildet. Die Führungsfläche 96 ist aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit und insbesondere metallischer Leitfähigkeit hergestellt. Sie bildet eine Wärmeaufnahmefläche.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine entsprechende Struktur 98a in der ersten Kammer 76a an der entsprechenden Wandung 86a fixiert. Eine Struktur 98b ist in der zweiten Kammer 76b an der Wandung 86b fixiert. Die Struktur 98a und die Struktur 98b sind dabei jeweils beabstandet zu der Wand 78. Es liegt kein direkter Wärmekontakt zwischen der Struktur 98a bzw. der Struktur 98b und der Wand 78 vor.
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Die Struktur 98a, 98b ist durch Fluid durchströmbar, wobei an der Struktur 98a, 98b Wärme aufnehmbar ist. Diese Wärme ist an die entsprechende Wandung 86a, 86b leitbar.
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In der ersten Kammer 76a und der zweiten Kammer 76b sind an der Wand 78 jeweils bewegliche Teile 100 angeordnet. Diese Teile sind dabei insbesondere als Bi-Metall-Elemente ausgebildet. Sie sind an der Wand 78 fest gelagert. Die Struktur 98a bzw. 98b bildet ein Anlageelement für die jeweiligen Teile 100. Wenn ein Teil 100 an der Struktur 98a bzw. 98b anliegt, dann ist ein Wärmeleitpfad zwischen der Wand 78 und der entsprechenden Struktur 98a bzw. 98b gebildet und Wärme, welche von der Wand 78 aus einem durchgeführten Fluid aufgenommen ist, lässt sich dann über die Teile 100 in die Struktur 98a, 98b ableiten und dabei wiederum an die Wärmeübertragungsseiten 80a bzw. 80b ableiten.
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Wenn eine Grenztemperatur überschritten ist, dann bewegen sich ein oder mehrere Teile 100 weg von der Struktur 98a bzw. 98b und dieser Wärmeleitungspfad ist unterbrochen.
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Wenn der mechanische Kontakt zwischen der Struktur 98a bzw. 98b und dem oder den entsprechenden zugeordneten Teilen 100 unterbrochen ist, dann ist die Gesamt-Wärmeleitung von der Wand 78 (welche eine Wärmeaufnahmefläche für Fluid ist) verschlechtert. Insbesondere wenn eine Grenztemperatur an den entsprechenden Teilen 100 erreicht ist, dann werden durch Wegbewegung der Teile 100 von der Struktur 98a bzw. 98b die zuvor vorliegenden Wärmekontaktpfade unterbrochen.
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Es lässt sich so eine Temperaturstabilisierung zumindest zur Verringerung der Auswirkung von Temperaturschwankungen im Fluid, welches den Innenraum 74 durchströmt, auf die Wärmeübertragungsseiten 80 erreichen.
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Mit der Wärmeleiteinrichtung 34 wird die Gesamt-Wärmeleitung von dem Heißwärmeübertrager 18 zu den thermoelektrischen Modulen 32 beeinflusst. Die Wärmeabgabe des Heißwärmeübertragers 18 ist grundsätzlich nicht beeinflusst.
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Bei den Heißwärmeübertragern 70 und 94 wird die Wärmeabgabe dieser Wärmequelle beeinflusst, je nach dem an welcher Stelle die beweglichen Teile 92 bzw. 100 zu den Anlageelementen 90 bzw. Strukturen 98a, 98b liegen. Wenn bei dem Heißwärmeübertrager 94 die beweglichen Teile 100 an den Strukturen 98a bzw. 98b liegen, dann wird ein größerer Bereich von Führungsflächen 96, welcher auch Wärmeaufnahmeflächen sind, thermisch mit der Wärmeübertragungsseite 80 verbunden. Bei den Heißwärmeübertragern 70, 94 wird die Wärmeabgabe der Wärmequelle entsprechend variabel eingestellt. Bei dem Heißwärmeübertrager 18 mit der Wärmeleiteinrichtung 34 ist die Wärmeweiterleitung von der entsprechenden Wärmequelle geschaltet eingestellt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ist eine Wärmeleiteinrichtung 34 bzw. 88 vorgesehen, durch welche die an die Wärmequellenseite 36 der thermoelektrischen Module 32 übertragene Wärme variabel wird, indem die Wärmeleitung von dem Heißwärmeübertrager 18 zu der Wärmequellenseite 36 bzw. am Heißwärmeübertrager 70 oder 94 beeinflusst wird.
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Eine Temperaturschwankungsbreite von in den Heißwärmeübertragern 18 bzw. 70 bzw. 94 strömendes Fluid lässt sich in seinen Auswirkungen auf die thermoelektrischen Module 32 verringern; bei entsprechender Einstellung der Wärmeleiteinrichtung 34, 88 unterliegt die an den thermoelektrischen Module 32 an der Wärmequellenseite 36 anstehende Wärme geringeren Schwankungen.
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Ferner lässt sich ein gewisser Überhitzungsschutz für die thermoelektrischen Module 32 erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Restwärmenutzungsvorrichtung
- 12
- Einlass
- 14
- Abgase
- 16
- Gehäuse
- 17
- Abgasauslass
- 18
- Heißwärmeübertrager
- 20
- Thermoelektrische Generatorvorrichtung
- 22
- Kaltwärmeübertrager
- 24
- Abgasauslass
- 26
- Brennkraftmaschine
- 27
- Untereinheit
- 28
- Rippen
- 30
- Kühlkanal
- 32
- Thermoelektrisches Modul
- 34
- Wärmeleiteinrichtung
- 36
- Wärmequellenseite
- 38
- Wärmesenkenseite
- 42
- Erste Wärmeübertragungsseite
- 43
- Raum
- 44
- Zweite Wärmeübertragungsseite
- 45
- Schalteinrichtung
- 46
- Wärmeleitelement
- 48
- Lagerteil
- 52
- Bewegliches Teil
- 54
- Anlageelement
- 56
- Wärmekontaktpfad
- 60
- Paar
- 70
- Heißwärmeübertrager
- 72
- Gehäuse
- 74
- Innenraum
- 76a
- Erste Kammer
- 76b
- Zweite Kammer
- 78
- Wand
- 80
- Wärmeübertragungsseite
- 80a
- Wärmeübertragungsseite
- 80b
- Wärmeübertragungsseite
- 82a
- Thermoelektrische Funktionsschicht
- 82b
- Thermoelektrische Funktionsschicht
- 84
- Wärmequellenseite
- 86a
- Wandung
- 86b
- Wandung
- 88
- Wärmeleiteinrichtung
- 90
- Anlageelement
- 92
- Bewegliches Teil
- 94
- Heißwärmeübertrager
- 96
- Führungsfläche
- 98a
- Strukturen
- 98b
- Strukturen
- 100
- Teile
