DE102014212637B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit- einer Befestigungseinheit (4) zur Befestigung eines Druckfluid-Behälters (5), und- einer Turbine-Generator-Einheit (3) zum Erzeugen elektrischer Energie aus einem aus dem Druckfluid-Behälter (5) strömenden Druckfluids (6), gekennzeichnet durch mindestens einen thermoelektrischen Generator (16) zum Erzeugen elektrischer Energie aus einer Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen einer Temperatur (T2) des sich beim Ausströmen aus dem Druckfluid-Behälter (5) abkühlenden Druckfluids (6) und einer Umgebungstemperatur (T0).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie.
  • Aus der DE 100 07 865 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie bekannt, bei der Druckgas aus einer Druckgaspatrone über eine Turbine geleitet wird. Die mechanische Energie der Turbine wird mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt. Um einen verbesserten Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erzielen, wird der Druck in der Druckgaspatrone durch deren Erwärmung erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die auf einfache, effiziente, zuverlässige und flexible Weise die Erzeugung elektrischer Energie mittels eines Druckfluids ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass sich das Druckfluid beim Ausströmen aus dem Druckfluid-Behälter abkühlt, entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Druckfluids und der Umgebungstemperatur. Mittels des mindestens eines thermoelektrischen Generators wird aus dieser Temperaturdifferenz elektrische Energie erzeugt, die zusätzlich zu der mittels der Turbine-Generator-Einheit erzeugten elektrischen Energie bereitgestellt wird. Aufgrund der zusätzlichen elektrischen Energieerzeugung mittels des mindestens einen thermoelektrischen Generators wird auf einfache Weise der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik erhöht.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet eine einfache und effiziente Erzeugung elektrischer Energie. Der Druckfluid-Behälter nimmt im Wesentlichen die Temperatur des ausströmenden und sich abkühlenden Druckfluids an. Durch die Halteeinheit ist der mindestens eine thermoelektrische Generator so positionierbar, dass im befestigten Zustand eines Druckfluid-Behälters der thermoelektrische Generator in thermischem Kontakt mit diesem ist und insbesondere an diesem anliegt, so dass an einer Kaltseite des mindestens einen thermoelektrischen Generators eine Temperatur anliegt, die niedriger als die Umgebungstemperatur ist. Die Halteeinheit ist insbesondere derart ausgebildet, dass ein Druckfluid-Behälter auswechselbar ist. Hierzu bildet die Halteeinheit beispielsweise eine Schwenkachse aus, so dass der mindestens eine thermoelektrische Generator zum Auswechseln eines leeren Druckfluid-Behälters von diesem entfernbar ist und im befestigten Zustand eines mit Druckfluid gefüllten Druckfluid-Behälters der mindestens eine thermoelektrische Generator gegen diesen anlegbar ist. Vorzugsweise weist die Halteeinheit mindestens ein Halteelement derart auf, dass der mindestens eine thermoelektrische Generator gegen den Druckfluid-Behälter anpressbar ist.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 3 gewährleistet eine effiziente Erzeugung elektrischer Energie. Durch das Thermoleitelement wird ein geringer thermischer Widerstand zwischen dem Druckfluid-Behälter und der Kaltseite des mindestens einen thermoelektrischen Generators erzielt. Dadurch, dass das Thermoleitelement insbesondere verformbar ist, wird eine große Anlagefläche an der gekrümmten Außenseite des Druckfluid-Behälters und somit ein geringer thermischer Widerstand erzielt. Das Thermoleitelement ist beispielsweise als Thermoleitpad ausgebildet.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet eine effiziente Erzeugung elektrischer Energie. Durch das mindestens eine Thermoleitelement wird ein geringer thermischer Widerstand zwischen der Warmseite des mindestens einen thermoelektrischen Generators und der Umgebung erzielt, so dass an der Warmseite die Umgebungstemperatur anliegt. Es sind als Thermoleitelemente insbesondere Rippen vorgesehen, die eine große Oberfläche und damit einen geringen thermischen Widerstand gewährleisten. Vorzugsweise ist das mindestens eine Thermoleitelement ein Teil der Halteeinheit. Das mindestens eine Thermoleitelement ist vorzugsweise aus einem thermisch leitfähigen Metall ausgebildet, das eine Wärmeleitfähigkeit bei 0°C von mindestens 40 W/m·K, und insbesondere von mindestens 100 W/m·K, und insbesondere von mindestens 200 W/m·K hat.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet eine einfache und effiziente Erzeugung elektrischer Energie. Dadurch, dass eine Vielzahl thermoelektrischer Generatoren entlang einer Außenseite eines Druckfluid-Behälters angeordnet werden können, kann aus der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Druckfluid-Behälters und der Umgebungstemperatur äußerst effizient elektrische Energie erzeugt werden. Die thermoelektrischen Generatoren sind parallel und/oder in Reihe geschaltet. Durch die Anordnung der thermoelektrischen Generatoren entlang eines Teilkreisbogens liegen die thermoelektrischen Generatoren optimal gegen die Außenseite des im Querschnitt kreisförmigen Druckfluid-Behälters an.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 6 gewährleistet eine einfache Erzeugung elektrischer Energie. Dadurch, dass die Turbine-Generator-Einheit und der mindestens eine thermoelektrische Generator den mindestens einen Energiespeicher speisen, wird auf einfache und zuverlässige Weise eine im Wesentlichen konstante Ausgangsspannung bereitgestellt. Der mindestens eine Energiespeicher ermöglicht die Bereitstellung einer geglätteten Ausgangsspannung mit einem vordefinierten Spannungswert. Darüber hinaus gewährleistet der mindestens eine Energiespeicher auch eine zuverlässige Energieversorgung bei einem Wechsel des Druckfluid-Behälters. Der mindestens eine elektrische Energiespeicher ist beispielsweise als Langzeitspeicher-Kondensator ausgebildet. Als Langzeitspeicher-Kondensatoren können beispielsweise als Supercaps bekannte Lithium-Ionen-Kondensatoren dienen. Weiterhin können als Energiespeicher beispielsweise Speicherspulen eingesetzt werden, die eine Glättung der Ausgangsspannung bewirken.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gewährleistet auf einfache Weise die Erzeugung elektrischer Energie. Die Vorrichtung kann bei einem Bedarf an elektrischer Energie in einfacher Weise manuell und/oder automatisch durch ein Öffnen des Ventils in Betrieb genommen werden. Wird keine elektrische Energie benötigt, so kann die Energieerzeugung in einfacher Weise durch Schließen des Ventils gestoppt werden. Elektrische Energie, die noch aufgrund der bestehenden Temperaturdifferenz mittels des mindestens einen thermoelektrischen Generators erzeugt wird, kann vorzugsweise mittels des mindestens einen Energiespeichers zwischengespeichert werden.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gewährleistet auf einfache Weise eine bedarfsgerechte Erzeugung elektrischer Energie. Durch das mittels der Steuereinheit einstellbare Ventil kann die Erzeugung elektrischer Energie auf einfache Weise automatisch gestartet und gestoppt werden. Hierzu wertet die Steuereinheit beispielsweise ein von einem Benutzer erzeugtes Signal und/oder ein Messsignal aus. Beispielsweise weist die Vorrichtung einen Messsensor auf, der einen Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers misst und das entsprechende Messsignal der Steuereinheit zuführt. In Abhängigkeit des Messsignals wird das Ventil mittels eines Aktuators betätigt. Das Ventil wird mittels der Steuereinheit insbesondere geschlossen, wenn ein Druckfluid-Durchfluss gestoppt werden soll, und geöffnet, wenn ein Druckfluid-Durchfluss eingestellt werden soll. Der Druckfluid-Durchfluss ist insbesondere mittels des Ventils im Wesentlichen stufenlos einstellbar.
  • Eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gewährleistet eine einfache und flexible Erzeugung und Bereitstellung elektrischer Energie. Dadurch, dass mittels der Steuereinheit an Ausgangskontakten vordefinierte Ausgangsspannungen einstellbar sind, ist die Vorrichtung flexibel einsetzbar. Die jeweilige Ausgangsspannung kann entweder in der Steuereinheit ausgewählt und/oder unterschiedliche Ausgangsspannungen an unterschiedlichen Ausgangskontakten mittels der Steuereinheit bereitgestellt werden. Als Ausgangsspannungen sind beispielsweise 3,3 V, 5 V und/oder 12 V Gleichspannung vordefiniert.
  • Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 gewährleistet eine einfache, effiziente, zuverlässige und flexible Energieversorgung. Der jeweilige Druckfluid-Behälter ist auswechselbar an der Befestigungseinheit angeordnet, wobei der mindestens eine thermoelektrische Generator in thermischem Kontakt mit dem Druckfluid-Behälter ist, und insbesondere gegen die Außenseite bzw. Außenwand des Druckfluid-Behälters anliegt. Der mindestens eine thermoelektrische Generator liegt insbesondere mit einem Anpressdruck gegen die Außenseite des Druckfluid-Behälters an, so dass der thermische Widerstand gering ist. Der Druckfluid-Behälter besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit λ, wobei für die Wärmeleitfähigkeit λ bei 0°C gilt: λ ≥ 10 W/m·K, insbesondere λ ≥ 40 W/m·K, und insbesondere λ ≥ 100 W/m·K. Der Druckfluid-Behälter ist beispielsweise aus Aluminium. Das Druckfluid in dem Druckfluid-Behälter weist insbesondere einen Druck von mindestens 30 bar, insbesondere von mindestens 40 bar, und insbesondere von mindestens 50 bar auf. Das in dem Druckfluid-Behälter befindliche Druckfluid ist flüssig und/oder gasförmig. Als Druckfluid dient beispielsweise Luft oder N2CO2. Bei dem Druckfluid-Behälter handelt es sich insbesondere um standardisierte Patronen und/oder Kartuschen. Derartige Patronen und/oder Kartuschen sind handelsüblich.
  • Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das auf einfache, effiziente, zuverlässige und flexible Weise die Erzeugung elektrischer Energie mittels eines Druckfluids ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auch mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 10 weitergebildet werden.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit einer Turbine-Generator-Einheit und mit thermoelektrischen Generatoren,
    • 2 eine schematische Schnittdarstellung durch die Vorrichtung entlang der Schnittlinie II-II in 1, und
    • 3 ein elektrischer Schaltplan zur Erzeugung einer Ausgangsspannung mittels der Turbine-Generator-Einheit und der thermoelektrischen Generatoren.
  • Eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung elektrischer Energie weist einen Grundkörper 2 auf, an dem eine Turbine-Generator-Einheit 3 und eine Befestigungseinheit 4 zur Befestigung eines Druckfluid-Behälters 5 angeordnet sind. An der Befestigungseinheit 4 ist auswechselbar ein mit einem Druckfluid 6 gefüllter Druckfluid-Behälter 5 befestigt. Hierzu ist die Befestigungseinheit 4 beispielsweise mit einem Innengewinde 7 versehen, in das der Druckfluid-Behälter 5 mit einem zugehörigen Außengewinde 8 einschraubbar ist.
  • Als Druckfluid 6 eignet sich beispielsweise flüssige Luft oder N2CO2. Vorzugsweise werden Druckfluid-Behälter 5 aus Aluminium eingesetzt. Die Druckfluid-Behälter 5 sind beispielsweise als standardisierte Patronen und/oder Kartuschen ausgebildet. Die mit dem Druckfluid 6 gefüllten Druckfluid-Behälter 5 weisen insbesondere einen Überdruck von mindestens 30 bar, insbesondere mindestens 40 bar, und insbesondere mindestens 50 bar auf.
  • Zwischen der Befestigungseinheit 4 und der Turbine-Generator-Einheit 3 ist ein Druckfluid-Kanal 9 mit einem Ventil 10 angeordnet, so dass das Druckfluid 6 aus dem Druckfluid-Behälter 5 zu der Turbine-Generator-Einheit 3 strömen kann. Das Ventil 10 ist mittels eines Betätigungselements 11 betätigbar. Das Betätigungselement 11 kann manuell und/oder automatisch, insbesondere mittels eines Aktuators 12, betätigt werden. Der Turbine-Generator-Einheit 3 ist zum Ausströmen des Druckfluids 6 in die Umgebung ein Diffusor 40 nachgeordnet. Die Turbine-Generator-Einheit 3 weist in üblicher Weise eine Turbine 13 auf, die über eine Welle 14 mit einem Generator 15 mechanisch gekoppelt ist. Der Generator 15 dient zur Erzeugung elektrischer Energie und wird vorzugsweise mit Dauermagneten betrieben.
  • Darüber hinaus weist die Vorrichtung 1 zur Erzeugung elektrischer Energie eine Vielzahl von thermoelektrischen Generatoren 16 auf, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Zur Befestigung und Positionierung der thermoelektrischen Generatoren 16 weist die Vorrichtung 1 eine Halteeinheit 17 auf. Die Halteeinheit 17 weist zwei im Querschnitt halbkreisförmige Halteelemente 18, 19 auf, die einen Innenraum 20 zur Aufnahme des Druckfluid-Behälters 5 begrenzen. Die Halteelemente 18, 19 sind mittels einer Schwenkverbindung 21, beispielsweise einem Scharnier, miteinander verbunden und können mittels eines Verschlusselements 22 an einer zu der Schwenkverbindung 21 gegenüberliegenden Seite geöffnet oder unter Ausbildung eines Anpressdrucks geschlossen werden. Die Halteeinheit 17 ist derart zu der Befestigungseinheit 4 positionierbar, dass die thermoelektrischen Generatoren 16 zur Erzeugung elektrischer Energie gegen eine Außenseite des Druckfluid-Behälters 5 unmittelbar oder mittelbar über erste Thermoleitelemente 25, 26 anliegen. Die ersten Thermoleitelemente 25, 26 sind beispielsweise als verformbare Thermoleitpads ausgebildet. Die thermoelektrischen Generatoren 16 sind insbesondere entlang des gesamten Umfangs des Druckfluid-Behälters 5 angeordnet. Die thermoelektrischen Generatoren 16 haben vorzugsweise eine Abmessung von 1,0 bis 2,0 cm2 und sind vorzugsweise mittels der verformbaren Thermoleitelemente 25, 26 an die Außenseite bzw. die Oberfläche des Druckfluid-Behälters 5 gepresst.
  • Die thermoelektrischen Generatoren 16 weisen zur Erzeugung elektrischer Energie eine Kaltseite 23 und eine gegenüberliegende Warmseite 24 auf. Die thermoelektrischen Generatoren 16 sind mit den Warmseiten 24 an dem jeweiligen Halteelement 18, 19 befestigt, so dass die Kaltseiten 23 dem Innenraum 20 und dem darin angeordneten Druckfluid-Behälter 5 zugewandt sind. Die Warmseite 24 der thermoelektrischen Generatoren 16 ist vorzugsweise mittels einer Thermoleitpaste an dem jeweils zugehörigen Halteelement 18, 19 kontaktiert. Jedem Halteelement 18, 19 ist ein erstes Thermoleitelement 25, 26 zugeordnet, das an den Kaltseiten 23 der thermoelektrischen Generatoren 16 angeordnet ist. Die ersten Thermoelemente 25, 26 sind verformbar, so dass sich diese gegen die Kaltseiten 23 und die Außenseite des Druckfluid-Behälters 5 großflächig anlegen und die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Druckfluid-Behälter 5 und den Kaltseiten 23 verbessern. Die thermoelektrischen Generatoren 16 sind entlang eines Kreisbogens angeordnet, der in seiner Form der Außenseite des Druckfluid-Behälters 5 entspricht, so dass die thermoelektrischen Generatoren 16 einen thermischen Kontakt mit dem Druckfluid-Behälter 5 ausbilden können.
  • An den Warmseiten 24 der thermoelektrischen Generatoren 16 sind zweite Thermoleitelemente 27 angeordnet, die die thermische Leitfähigkeit zwischen der Umgebung und den Warmseiten 24 verbessern. Die zweiten Thermoleitelemente 27 sind als Rippen in den Halteelementen 17, 18 ausgebildet und vergrößern dementsprechend die Oberfläche zu der Umgebung hin. Die Halteelemente 18, 19 sowie die zweiten Thermoleitelemente 27 sind beispielsweise aus Aluminium ausgebildet.
  • Zum Schutz des Druckfluid-Behälters 5 ist der Innenraum 20 mittels eines Verschlussteils 28 verschließbar, das an dem Grundkörper 2 lösbar befestigt werden kann.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine Steuereinheit 29 auf, die mit dem Generator 15 und den thermoelektrischen Generatoren 16 elektrisch verbunden ist. Der Generator 15 stellt eine erste Eingangsspannung U1 und die thermoelektrischen Generatoren 16 eine zweite Eingangsspannung U2 bereit. Die Generatoren 15, 16 sind über die Steuereinheit 29 mit einem ersten elektrischen Energiespeicher 30 und einem zweiten elektrischen Energiespeicher 31 leitend verbunden. Der erste Energiespeicher 30 dient zur Eigenversorgung der Steuereinheit 29. Der erste Energiespeicher 30 ist insbesondere als Kondensator-Schaltung ausgebildet. Der zweite Energiespeicher 31 dient zur Langzeit-Speicherung von elektrischer Energie. Hierzu weist der zweite Energiespeicher 31 mehrere Kondensatoren 32 auf. Bei den Kondensatoren 32 handelt es sich insbesondere um Lithium-Ionen-Kondensatoren, die auch als Supercaps bzw. Lithium-Ionen-Caps bezeichnet werden. Die Steuereinheit 29 ist weiterhin in Signalverbindung mit dem Aktuator 12 zur automatischen Betätigung des Ventils 10. Dies ist in den 1 und 3 durch die gestrichelte Linie veranschaulicht.
  • Zur Erzeugung einer Ausgangsspannung U3 ist die Steuereinheit 29 mit einem dritten Energiespeicher 33 leitend verbunden, der durch zwei Speicherspulen 34, 35 gebildet ist. Die Speicherspulen 34, 35 können mittels der Steuereinheit 29 aus dem Energiespeicher 31 abwechselnd geladen werden und dienen zur Bereitstellung der Ausgangsspannung U3 . Zur Bereitstellung einer möglichst konstanten Ausgangsspannung U3 ist ein vierter Energiespeicher 36 mit Stützkondensatoren 37 sowie einem Glättungskondensator 38 vorgesehen. Die Ausgangsspannung U3 ist an Ausgangskontakten 39 abgreifbar. Hierzu sind die Ausgangskontakte 39 beispielsweise als USB-Buchse ausgebildet. Die Steuereinheit 29 sowie die Energiespeicher 30, 31, 33 und 36 sind an dem Grundkörper 2 befestigt.
  • Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 ist wie folgt:
    • Zur Erzeugung elektrischer Energie wird zunächst mittels des Betätigungselements 11 das Ventil 10 geöffnet. Dies kann entweder manuell oder mittels des Aktuators 12 aufgrund eines Steuerbefehls der Steuereinheit 29 erfolgen. Das Druckfluid 6 strömt aus dem Druckfluid-Behälter 5 durch den Druckfluid-Kanal 9 in die Turbine-Generator-Einheit 3 und treibt dort die Turbine 13 an. Die Turbine 13 treibt wiederum über die Welle 14 den Generator 15 an, der aus der Strömungsenergie des Druckfluids 6 elektrische Energie erzeugt und die Eingangsspannung U1 bereitstellt. Die erzeugte Energie ist abhängig von einem Druckfluid-Durchfluss, der mittels des Ventils 10 und der Steuereinheit 29 einstellbar ist. Der Druckfluid-Durchfluss kann beispielsweise in zwei Stufen „offen“ und „zu“ des Ventils 10 und/oder stufenlos mittels des Aktuators 12 eingestellt werden. Das Ventil 10 wird von der Steuereinheit 29 überwacht, um festzustellen, ob noch Druckfluid 6 aus dem Druckfluid-Behälter 5 ausströmt oder ein Wechsel des Druckfluid-Behälters 5 erforderlich ist.
  • Das in dem Druckfluid-Behälter 5 gespeicherte Druckfluid 6 weist zunächst eine erste Temperatur T1 auf. Beim Ausströmen expandiert das Druckfluid 6 und kühlt sich hierbei auf eine zweite Temperatur T2 ab. Durch das ausströmende Druckfluid 6 kühlt sich auch der Druckfluid-Behälter 5 auf eine dritte Temperatur T3 ab, die ungefähr gleich der Temperatur T2 des ausströmenden Druckfluids 6 ist. Vorzugsweise ist der Druckfluid-Behälter 5 aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, wie beispielsweise aus Aluminium. Die Temperatur T3 wird über die Thermoleitelemente 25, 26 an die Kaltseiten 23 der thermoelektrischen Generatoren 16 übertragen. Die Temperatur T3 ist kleiner als eine Umgebungstemperatur T0 , die wiederum über die zweiten Thermoleitelemente 27 an die Warmseiten 24 der thermoelektrischen Generatoren 16 übertragen wird. An den thermoelektrischen Generatoren 16 liegt somit eine Temperaturdifferenz ΔT = T0 - T3 = T0 - T2 an, die aufgrund des Seebeckeffekts dazu führt, dass die thermoelektrischen Generatoren 16 elektrische Energie erzeugen und die zweite Eingangsspannung U2 bereitstellen.
  • Mittels der Eingangsspannungen U1 und U2 wird zunächst der erste Energiespeicher 30 zur Eigenversorgung der Steuereinheit 29 geladen. Anschließend wird der zweite Energiespeicher 31 geladen, der die erzeugte Energie zur Bereitstellung der Ausgangsspannung U3 speichert. Mittels der Steuereinheit 29 können unterschiedliche vordefinierte Ausgangsspannungen U3 ausgewählt bzw. eingestellt werden. Beispielsweise wird als Ausgangsspannung U3 = 5 V bereitgestellt. Hierzu werden die Speicherspulen 34, 35 aus dem zweiten Energiespeicher 31 abwechselnd geladen und durch Energieentnahme an den Ausgangskontakten 39 wieder entladen. Der vierte Energiespeicher 36 dient hierbei zur Bereitstellung einer möglichst konstanten Ausgangsspannung U3 .
  • Die Ausgangsspannung U3 wird vorzugsweise mittels der Steuereinheit 29 geregelt. Hierzu wird die erzeugte elektrische Energie in dem zweiten Energiespeicher 31 gepuffert und von dort aus in einen geschalteten Regelkreis geleitet, der die Speicherspulen 34, 35 abwechselnd lädt und eine möglichst konstante Ausgangsspannung U3 bereitstellt. Die Eingangsspannungen U1 und liegen insbesondere im Bereich von 0,6 V bis 18 V. Die Ausgangsspannung U3 liegt insbesondere einstellbar bei 3,3 V, 5 V und/oder 12 V. Etwaige Sensoren zur Messung der Ausgangsspannung U3 und/oder zur Messung des Druckfluid-Durchflusses werden durch die Vorrichtung 1 selbst mit elektrischer Energie versorgt.
  • Ist das in dem Druckfluid-Behälter 5 gespeicherte Druckfluid 6 vollständig ausgeströmt, so muss zur weiteren Energieerzeugung der leere Druckfluid-Behälter 5 durch einen neuen und mit Druckfluid 6 gefüllten Druckfluid-Behälter 5 ersetzt werden. Hierzu wird zunächst das Ventil 10 manuell und/oder automatisch geschlossen und das Verschlussteil 28 von dem Grundkörper 2 entfernt. Danach wird das Verschlussteil 28 geöffnet und das Halteelement 19 um die Schwenkverbindung 21 geschwenkt, so dass das erste Thermoleitelement 26 mit den zugehörigen thermoelektrischen Generatoren 16 von dem leeren Druckfluid-Behälter 5 entfernt wird. Anschließend wird die Verschraubung zwischen der Befestigungseinheit 4 und dem leeren Druckfluid-Behälter 5 gelöst und dieser aus dem Innenraum 20 entfernt.
  • Anschließend wird der neue Druckfluid-Behälter 5 in dem Innenraum 20 angeordnet und mit der Befestigungseinheit 4 verschraubt. Das Halteelement 19 wird nun wiederum um die Schwenkverbindung 21 verschwenkt, so dass das erste Thermoleitelement 26 und die zugehörigen thermoelektrischen Generatoren 16 wieder gegen die Außenseite des neuen Druckfluid-Behälters 5 anliegen. Zur Wiederinbetriebnahme wird das Verschlusselement 22 geschlossen und das Verschlussteil 28 an dem Grundkörper 2 befestigt. Die Erzeugung elektrischer Energie kann nun in der bereits beschriebenen Weise erneut erfolgen.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit - einer Befestigungseinheit (4) zur Befestigung eines Druckfluid-Behälters (5), und - einer Turbine-Generator-Einheit (3) zum Erzeugen elektrischer Energie aus einem aus dem Druckfluid-Behälter (5) strömenden Druckfluids (6), gekennzeichnet durch mindestens einen thermoelektrischen Generator (16) zum Erzeugen elektrischer Energie aus einer Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen einer Temperatur (T2) des sich beim Ausströmen aus dem Druckfluid-Behälter (5) abkühlenden Druckfluids (6) und einer Umgebungstemperatur (T0).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine thermoelektrische Generator (16) an einer Halteeinheit (17) angeordnet ist und dass die Halteeinheit (17) derart zu der Befestigungseinheit (4) positionierbar ist, dass der mindestens eine thermoelektrische Generator (16) in thermischem Kontakt mit dem Druckfluid-Behälter (5) ist, insbesondere an dem Druckfluid-Behälter (5) anliegt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Druckfluid-Behälter (5) zugewandten Kaltseite (23) des mindestens eine thermoelektrische Generator (16) ein erstes Thermoleitelement (25, 26) angeordnet ist, das insbesondere zum Anlegen an den Druckfluid-Behälter (5) verformbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Druckfluid-Behälter (5) abgewandten Warmseite (24) des mindestens eine thermoelektrische Generator (16) mindestens ein zweites Thermoleitelement (27) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Halteeinheit (17) mehrere thermoelektrische Generatoren (16) entlang eines einer Außenseite des Druckfluid-Behälters (5) entsprechenden Teilkreisbogens angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine-Generator-Einheit (3) und der mindestens eine thermoelektrische Generator (16) mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (31, 32, 33, 36) leitend verbunden sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Befestigungseinheit (4) und der Turbine-Generator-Einheit (3) ein Druckfluid-Kanal (9) mit einem Ventil (10) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckfluid-Durchfluss durch das Ventil (10) mittels einer Steuereinheit (29) einstellbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinheit (29) an Ausgangskontakten (39) eine vordefinierte Ausgangsspannung (U3) einstellbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckfluid-Behälter (5) an der Befestigungseinheit (4) auswechselbar angeordnet ist und der mindestens eine thermoelektrische Generator (16) in thermischem Kontakt mit einer Außenseite des Druckfluid-Behälters (5) ist, insbesondere gegen eine Außenseite des Druckfluid-Behälters (5) anliegt.
  11. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Druckfluid-Behälter (5) an der Befestigungseinheit (4) auswechselbar angeordnet ist und der mindestens eine thermoelektrische Generator (16) in thermischem Kontakt mit einer Außenseite des Druckfluid-Behälters (5) ist, - Erzeugen elektrischer Energie derart, dass das Druckfluid (6) aus dem Druckfluid-Behälter (5) in die Turbine-Generator-Einheit (3) strömt und die Turbine-Generator-Einheit (3) aus einer Strömungsenergie des Druckfluids (6) elektrische Energie erzeugt, und - Erzeugen elektrischer Energie derart, dass sich das Druckfluid (6) aufgrund des Ausströmens aus dem Druckfluid-Behälter (5) abkühlt und der mindestens eine thermoelektrische Generator (16) aus einer Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen einer Temperatur (T2) des Druckfluids (6) und einer Umgebungstemperatur (T0) elektrische Energie erzeugt.
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