DE102015115054A1 - Thermoelectric generator device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine thermoelektrische Generatorvorrichtung vorgeschlagen, welche eine thermoelektrische Einrichtung (17), und eine Wärmeübertragereinrichtung mit mindestens einem Heißwärmeübertrager (20) und mit mindestens einem Kaltwärmeübertrager (16; 24), welche in thermischem Kontakt mit der thermoelektrischen Einrichtung (17) stehen, umfasst, wobei zumindest der mindestens eine Heißwärmeübertrager (20) zur Durchströmung mit einem Gas als Wärmeübertragungsfluid vorgesehen ist, und wobei der mindestens eine Heißwärmeübertrager (20) und/oder der mindestens eine Kaltwärmeübertrager (16; 24) eine Rippenstruktur (52) mit Strömungskanälen (70) aufweist, und Strömungskanäle (70) zwischen Rippen (72) der Rippenstruktur (52) gebildet sind, wobei Strömungskanäle (70) eine Breite (B) in einer Breitenrichtung (74) von höchstens 0,75 mm aufweisen, wobei die Breitenrichtung (74) eine Abstandsrichtung zwischen beabstandeten Rippen (72) ist.The invention relates to a thermoelectric generator device comprising a thermoelectric device (17), and a heat transfer device having at least one heat exchanger (20) and at least one cold heat exchanger (16; 24) in thermal contact with the thermoelectric device (17) in which at least the at least one hot heat exchanger (20) is provided for flowing through with a gas as heat transfer fluid, and wherein the at least one hot heat exchanger (20) and / or the at least one cold heat exchanger (16; 24) has a rib structure (52) with flow channels (70 ), and flow channels (70) between ribs (72) of the rib structure (52) are formed, wherein flow channels (70) have a width (B) in a width direction (74) of at most 0.75 mm, wherein the width direction (74 ) is a spacing direction between spaced ribs (72).
Description
Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Generatorvorrichtung, umfassend eine thermoelektrische Einrichtung, und eine Wärmeübertragereinrichtung mit mindestens einem Heißwärmeübertrager und mit mindestens einem Kaltwärmeübertrager, welche in thermischem Kontakt mit der thermoelektrischen Einrichtung stehen, wobei zumindest der mindestens eine Heißwärmeübertrager zur Durchströmung mit einem Gas als Wärmeübertragungsfluid vorgesehen ist, und wobei der mindestens eine Heißwärmeübertrager und/oder der mindestens eine Kaltwärmeübertrager eine Rippenstruktur mit Strömungskanälen aufweist, und Strömungskanäle zwischen Rippen der Rippenstruktur gebildet sind.The invention relates to a thermoelectric generator apparatus, comprising a thermoelectric device, and a heat transfer device with at least one hot heat exchanger and at least one cold heat exchanger, which are in thermal contact with the thermoelectric device, wherein at least the at least one hot heat exchanger is provided for flow with a gas as the heat transfer fluid , and wherein the at least one hot heat exchanger and / or the at least one cold heat exchanger has a rib structure with flow channels, and flow channels are formed between ribs of the rib structure.
In der nichtvorveröffentlichten
Aus der
Aus der
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Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermoelektrische Generatorvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher eine Vergleichmäßigung eines Wärmestroms zwischen dem Heißwärmeübertrager und dem Kaltwärmeübertrager in einer Längsrichtung erfolgt und ein erhöhter Wirkungsgrad erreicht wird.The invention has for its object to provide a thermoelectric generator device of the type mentioned, in which a homogenization of a heat flow between the hot heat exchanger and the cold heat exchanger takes place in a longitudinal direction and an increased efficiency is achieved.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten thermoelektrischen Generatorvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Strömungskanäle eine Breite in einer Breitenrichtung von höchstens 0,75 mm aufweisen, wobei die Breitenrichtung eine Abstandsrichtung zwischen beabstandeten Rippen ist.This object is achieved in the above-mentioned thermoelectric generator device according to the invention in that flow channels have a width in a width direction of at most 0.75 mm, wherein the width direction is a distance direction between spaced ribs.
Es hat sich gezeigt, dass, um bei einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung eine hohe Leistungsdichte zu erreichen, es günstig ist, wenn enge Strömungskanäle vorliegen, das heißt enge Rippenabstände von höchstens 0,75 mm und insbesondere kleiner als 0,5 mm vorliegen.It has been found that, in order to achieve a high power density in a thermoelectric generator device, it is favorable when there are narrow flow channels, that is to say narrow rib spacings of at most 0.75 mm and in particular less than 0.5 mm.
Weiterhin ist es günstig, um eine hohe Leistungsdichte zu erzielen, wenn die Strömungskanäle eine große Höhe aufweisen. Erfindungsgemäß ist es insbesondere vorgesehen, dass Strömungskanäle eine Höhe in einer Höhenrichtung von mindestens 11 mm und vorzugsweise mindestens 13 mm aufweisen, wobei die Höhenrichtung quer zu der Breitenrichtung und quer zu einer Hauptströmungsrichtung von Wärmeübertragungsfluid orientiert ist.Furthermore, it is favorable to achieve a high power density when the flow channels have a high height. According to the invention, it is provided, in particular, that flow channels have a height in a height direction of at least 11 mm and preferably at least 13 mm, wherein the height direction is oriented transversely to the width direction and transverse to a main flow direction of heat transfer fluid.
Insbesondere weist die thermoelektrische Einrichtung mindestens eine thermoelektrische Lage mit einem ersten Ende und einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende auf, wobei das erste Ende einem Eingang für Wärmeübertragungsfluid des mindestens einen Heißwärmeübertragers und/oder des mindestens einen Kaltwärmeübertragers zugewandt ist, und das zweite Ende einem Ausgang für Wärmeübertragungsfluid des mindestens einen Heißwärmeübertragers und/oder des mindestens einen Kaltwärmeübertragers zugewandt ist. Es lässt sich dadurch eine effektive Durchströmung erreichen.In particular, the thermoelectric device has at least one thermoelectric layer with a first end and a second end opposite the first end, the first end facing an input for heat transfer fluid of the at least one hot heat exchanger and / or the at least one cold heat exchanger, and the second end a Output for heat transfer fluid of at least one hot heat exchanger and / or the at least one cold heat exchanger is facing. It can thereby achieve an effective flow.
Insbesondere ist eine Abstandsrichtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage parallel zu einer Hauptströmungsrichtung für Wärmeübertragungsfluid in dem mindestens einen Heißwärmeübertrager und/oder dem mindestens einen Kaltwärmeübertrager. Dadurch lässt sich eine hohe Leistungsdichte erzielen.In particular, a spacing direction between the first end and the second end of the at least one thermoelectric layer is parallel to a main flow direction for heat transfer fluid in the at least one hot heat exchanger and / or the at least one cold heat exchanger. This makes it possible to achieve a high power density.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die thermoelektrische Generatorvorrichtung bezüglich ihrer hauptsächlichen Wirkkomponenten "kurz" ausgebildet ist. Insbesondere liegt ein Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage im Bereich zwischen 30 mm und 70 mm. Dadurch lässt sich eine effektive Vergleichmäßigung der Wärmestromdichte der Hauptströmungsrichtung erzielen. Dadurch wiederum lässt sich ein hoher Wirkungsgrad erzielen.It has proven favorable if the thermoelectric generator device is "short" in terms of its main active components. In particular, a distance between the first and the second end of the at least one thermoelectric layer is in the range between 30 mm and 70 mm. As a result, an effective equalization of the heat flow density of the main flow direction can be achieved. This in turn allows a high efficiency can be achieved.
Für eine Vergleichmäßigung der Wärmestromdichte ist es günstig, wenn zumindest bei dem mindestens einen Heißwärmeübertrager ein erstes Ende der Rippenstruktur, welches dem Eingang zugewandt ist, gegenüber dem ersten Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage in einer Hauptströmungsrichtung beabstandet ist, wobei in der Hauptströmungsrichtung das erste Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage vor dem ersten Ende der Rippenstruktur liegt. Dadurch wird gewissermaßen etwas "verspätet" Wärme an die mindestens eine thermoelektrische Lage übertragen. Dies führt zu einer Vergleichmäßigung. Eine Vergleichmäßigung der Wärmestromdichte ist insbesondere bezüglich der "Quelle", nämlich dem mindestens einen Heißwärmeübertrager sinnvoll, da dort der stärkste Temperaturabfall entsteht. Die gleichen Maßnahmen können auch für den mindestens einen Kaltwärmeübertrager durchgeführt werden, wobei üblicherweise der Temperaturabfall in Längsrichtung an dem Kaltwärmeübertrager (als Senke für den Wärmestrom) vernachlässigbar ist.For equalization of the heat flow density, it is favorable if, at least in the at least one hot heat exchanger, a first end of the rib structure, which faces the input, is spaced from the first end of the at least one thermoelectric layer in a main flow direction, wherein in the main flow direction the first end the at least one thermoelectric layer is located in front of the first end of the rib structure. As a result, a certain amount of "delayed" heat is transferred to the at least one thermoelectric layer. This leads to a homogenization. A homogenization of the heat flux density is particularly useful with respect to the "source", namely the at least one hot heat exchanger, since there the strongest temperature drop arises. The same measures can also be performed for the at least one cold heat exchanger, wherein usually the temperature drop in the longitudinal direction of the cold heat exchanger (as a sink for the heat flow) is negligible.
Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn ein Abstand zwischen dem ersten Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage und dem ersten Ende der Rippenstruktur im Bereich zwischen 1 mm und 3 mm liegt.It has been shown that it is favorable if a distance between the first end of the at least one thermoelectric layer and the first end of the rib structure lies in the range between 1 mm and 3 mm.
Es hat sich ferner für eine Vergleichmäßigung der Wärmestromdichte in Längsrichtung als günstig erwiesen, wenn ein zweites Ende der Rippenstruktur, welches dem Ausgang zugewandt ist, zumindest bei dem mindestens einen Heißwärmeübertrager gegenüber dem zweiten Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage beabstandet ist, wobei das zweite Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung von Wärmeübertragungsfluid vor dem zweiten Ende der Rippenstruktur liegt. Es wird dadurch auf einer größeren Strecke noch im Betrieb Wärme an die mindestens eine thermoelektrische Lage im Bereich des Ausgangs übertragen.It has also been found favorable for equalization of the heat flux density in the longitudinal direction, when a second end of the rib structure, which faces the exit, at least at the at least one hot heat exchanger relative to the second end of the at least one thermoelectric layer is spaced, wherein the second end the at least one thermoelectric layer is located in front of the second end of the fin structure with respect to a main flow direction of heat transfer fluid. It gets on it still transfer a heat during operation to the at least one thermoelectric layer in the region of the output.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn ein Abstand zwischen dem zweiten Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage und dem zweiten Ende der Rippenstruktur im Bereich zwischen 2 mm und 10 mm liegt.It has proved favorable if a distance between the second end of the at least one thermoelectric layer and the second end of the rib structure is in the range between 2 mm and 10 mm.
Es ist günstig, wenn in einer Richtung quer zu einer Richtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende die thermoelektrische Einrichtung schmaler ist als die Rippenstruktur, wobei insbesondere die Rippenstruktur mit einem Überstand im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm über die thermoelektrische Einrichtung hinausragt. Insbesondere ragt die Rippenstruktur mit einem Überstand sowohl in Längsrichtung (in einer Richtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der mindestens einen thermoelektrischen Lage) als auch in Querrichtung zu dieser Längsrichtung mit einem Überstand über die Rippenstruktur hinaus.It is favorable if, in a direction transverse to a direction between the first end and the second end, the thermoelectric device is narrower than the rib structure, wherein in particular the rib structure with a projection in the range between 1 mm and 5 mm protrudes beyond the thermoelectric device. In particular, the rib structure protrudes with a projection both in the longitudinal direction (in a direction between the first end and the second end of the at least one thermoelectric layer) and in the transverse direction to this longitudinal direction with a projection over the rib structure.
Für die Vergleichmäßigung der Wärmestromdichte in Längsrichtung (parallel zu einer Hauptströmungsrichtung von Wärmeübertragungsfluid) ist es insbesondere für den mindestens einen Heißwärmeübertrager günstig, wenn die Rippenstruktur einem Eingang für Wärmeübertragungsfluid zugewandt einen Bereich aufweist, welcher rippenfrei ist. Durch den rippenfreien Bereich wird ein "Nichtkontaktbereich" für die Wärmeübertragung in der Nähe des Eingangs bereitgestellt. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher rippenfreier Bereich zu einer Vergleichmäßigung in Längsrichtung und damit zu einem erhöhten Wirkungsgrad führt.For equalization of the heat flow density in the longitudinal direction (parallel to a main flow direction of heat transfer fluid), it is favorable, in particular for the at least one hot heat exchanger, if the rib structure facing an input for heat transfer fluid has a region which is free of ribs. The rib-free area provides a "non-contact area" for heat transfer near the entrance. It has been found that such a rib-free area leads to a homogenization in the longitudinal direction and thus to an increased efficiency.
Insbesondere ist der rippenfreie Bereich spiegelsymmetrisch zu einer Achse ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine effektive Vergleichmäßigung.In particular, the rib-free region is mirror-symmetrical to an axis. This results in an effective homogenization.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der rippenfreie Bereich eine Länge aufweist, welche zwischen 20 % und 50 % einer Gesamtlänge der Rippenstruktur zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Rippenstruktur liegt, und insbesondere zwischen 30 % und 50 % und vorzugsweise zwischen 30 % und 45 % der Gesamtlänge liegt. Dadurch ergibt sich eine effektive Vergleichmäßigung mit entsprechendem positivem Einfluss auf den Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung.In one embodiment, it is contemplated that the rib-free region has a length that is between 20% and 50% of a total length of the rib structure between a first end and a second end of the rib structure, and more preferably between 30% and 50% and preferably between 30 % and 45% of the total length. This results in an effective homogenization with a corresponding positive influence on the efficiency of the thermoelectric generator device.
Es hat sich ferner als günstig erwiesen, wenn der rippenfreie Bereich eine Breite aufweist, welche von einem ersten Ende der Rippenstruktur zu einem zweiten Ende der Rippenstruktur hin abnimmt. Der rippenfreie Bereich verkleinert sich damit von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende hin.It has also been found to be advantageous if the rib-free region has a width which decreases from a first end of the rib structure to a second end of the rib structure. The rib-free area thus decreases in size from the first end to the second end.
Insbesondere nimmt die Breite monoton ab.In particular, the width decreases monotonously.
Es hat sich ferner als günstig erwiesen, dass der rippenfreie Bereich eine gekrümmte Begrenzungslinie aufweist. Es lässt sich dadurch eine effektive Vergleichmäßigung erreichen.It has also proven to be favorable that the rib-free region has a curved boundary line. It can thereby achieve an effective homogenization.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der rippenfreie Bereich eine Begrenzungslinie gemäß einer logarithmischen Funktion aufweist.In an advantageous embodiment, it is provided that the fin-free region has a boundary line according to a logarithmic function.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass in dem rippenfreien Bereich mindestens eine Stützstrebe an der Rippenstruktur angeordnet ist. Die Stützstrebe hat vor allem eine mechanische Stützfunktion zur Erhöhung der Steifigkeit der Rippenstruktur in diesem Bereich. Sie hat keine besondere thermische Funktion.It can be provided that at least one support strut is arranged on the rib structure in the rib-free region. Above all, the support strut has a mechanical support function for increasing the rigidity of the rib structure in this area. It has no special thermal function.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist mindestens eine Stützstrebe quer zu einer Längserstreckungsrichtung von Strömungskanälen orientiert. Dadurch lässt sich die Steifigkeit erhöhen.In one embodiment, at least one support strut is oriented transversely to a longitudinal direction of flow channels. This can increase the rigidity.
Es ist ferner zur Vergleichmäßigung der Wärmestromdichte in einer Längsrichtung vorteilhaft, wenn die Rippenstruktur einen ersten Bereich aufweist, in welchem Strömungskanäle parallel zu einer Hauptströmungsrichtung angeordnet sind, und einen zweiten Bereich aufweist, welcher sich an den ersten Bereich anschließt, und in welchem die Rippenstruktur im Vergleich zu dem ersten Bereich eine erhöhte Wärmeaufnahmefähigkeit aus dem Wärmeübertragungsfluid aufweist. Es wird dadurch zu dem Ausgang hin die Wärmeabgabefähigkeit erhöht, das heißt es wird die Wärmestromdichte erhöht. Es wird in demjenigen Bereich, in dem die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids abfällt, für eine effektivere Wärmeankopplung gesorgt, um die Wärmestromdichte in dem zweiten Bereich zu erhöhen.It is also advantageous for equalizing the heat flux density in a longitudinal direction when the fin structure has a first region in which flow channels are arranged parallel to a main flow direction, and has a second region which adjoins the first region, and in which the rib structure in Compared to the first region has an increased heat absorption capacity of the heat transfer fluid. It is thereby increased toward the output, the heat-emitting ability, that is, the heat flow density is increased. There is provided in the region where the temperature of the heat transfer fluid drops, for a more effective heat coupling in order to increase the heat flux density in the second region.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Strömungskanäle in dem zweiten Bereich parallel zueinander angeordnet sind. Solche Strömungskanäle lassen sich dann auf einfache Weise herstellen.It can be provided that the flow channels are arranged in the second region parallel to each other. Such flow channels can then be produced in a simple manner.
Die erhöhte Wärmeaufnahmefähigkeit und die daraus resultierende erhöhte Wärmeabgabefähigkeit in dem zweiten Bereich kann durch Führung von Strömungskanälen und/oder durch Materialwahl von Rippen hergestellt sein.The increased heat-absorbing capacity and the resulting increased heat-releasability in the second region may be made by guiding flow channels and / or by material selection of ribs.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Rippenstruktur im zweiten Bereich Rippenbereiche mit einer Querorientierung zur Hauptströmungsrichtung auf. Es wird dadurch die Kontaktfläche für Wärmeübertragungsfluid im zweiten Bereich im Vergleich zum ersten Bereich erhöht und dadurch die Wärmeaufnahmefähigkeit (und daraus resultierend die Wärmeabgabefähigkeit) erhöht.In one embodiment, the fin structure in the second region has fin regions with a transverse orientation to the main flow direction. It increases the contact area for heat transfer fluid in the second area compared to the first area and thereby the Heat-absorbing capacity (and consequently the heat-releasing ability) increased.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Rippen im zweiten Bereich eine Wellenstruktur auf. Strömungskanäle im zweiten Bereich sind dann wellenförmig ausgebildet. Wellenberge und Wellentäler bilden Rippenbereiche mit Querorientierung.In one embodiment, the ribs in the second region have a wave structure. Flow channels in the second region are then formed wave-shaped. Wave crests and wave troughs form rib areas with transverse orientation.
Es ist auch alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Rippenstruktur im zweiten Bereich aus dem Material hergestellt ist, welches im Vergleich zu einem Material der Rippenstruktur im ersten Bereich eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch lässt sich auch eine Vergleichmäßigung der Wärmestromdichte in Längsrichtung erreichen.It is alternatively or additionally possible that the rib structure in the second region is made of the material which has a higher thermal conductivity in the first region compared to a material of the rib structure. As a result, a homogenization of the heat flow density in the longitudinal direction can be achieved.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der zweite Bereich bei mindestens 30 % einer Gesamtlänge der Rippenstruktur zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Rippenstruktur beginnt. Dadurch lässt sich eine effektive Vergleichmäßigung erreichen.It has proven to be advantageous if the second region starts at at least 30% of a total length of the rib structure between a first end and a second end of the rib structure. This can achieve an effective homogenization.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass der erste Bereich mindestens teilweise an einem rippenfreien Bereich der Rippenstruktur liegt. Es ist möglich, dass der entsprechende rippenfreie Bereich nur an dem ersten Bereich liegt. Es ist auch möglich, dass der rippenfreie Bereich bis in den zweiten Bereich ragt, wobei jedoch ein Teil des rippenfreien Bereichs dann an dem ersten Bereich liegt.It may be provided that the first region lies at least partially against a rib-free region of the rib structure. It is possible that the corresponding rib-free area lies only at the first area. It is also possible for the rib-free area to protrude into the second area, but a part of the rib-free area then lies on the first area.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rippenstruktur aus einem metallischen Material hergestellt ist. Dadurch ergibt sich eine effektive Wärmeaufnahmefähigkeit und effektive Wärmeabgabefähigkeit. Es lässt sich dadurch eine hohe Wärmestromdichte zwischen dem mindestens einen Heißwärmeübertrager und dem mindestens einen Kaltwärmeübertrager durch die thermoelektrische Einrichtung hindurch erreichen.It is particularly advantageous if the rib structure is made of a metallic material. This results in an effective heat-absorbing capacity and effective heat-releasability. This makes it possible to achieve a high heat flow density between the at least one hot heat exchanger and the at least one cold heat exchanger through the thermoelectric device.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Rippenstruktur aus Nickel und insbesondere reinem Nickel hergestellt ist.It has proved to be advantageous if the rib structure is made of nickel and in particular pure nickel.
Es ist auch möglich, dass die Rippenstruktur aus Edelstahl hergestellt ist.It is also possible that the rib structure is made of stainless steel.
Ein einfacher konstruktiver Aufbau ergibt sich, wenn die Rippenstruktur eine Mehrzahl von Platten aufweist, an welchen Kanäle ausgebildet sind, die Platten parallel zueinander orientiert sind, benachbarte Platten sich aneinander abstützen, und Strömungskanäle über Kanäle in einer Platte und Plattenbereiche einer benachbarten Platte gebildet sind. Die Gesamtrippenstruktur lässt sich dadurch aus den Platten aufbauen, wobei getrennte Strömungskanäle auf einfache Weise herstellbar sind. Die Abstützung von benachbarten Platten aneinander führt zu Ausbildung von entsprechenden Strömungskanälen. Ferner wird dadurch eine hohe mechanische Stabilität erreicht.A simple structural design results when the fin structure has a plurality of plates on which channels are formed, the plates are oriented parallel to each other, adjacent plates abut each other, and flow channels are formed via channels in one plate and plate regions of an adjacent plate. The overall rib structure can thereby be built from the plates, wherein separate flow channels can be produced in a simple manner. The support of adjacent plates together leads to the formation of corresponding flow channels. Furthermore, this achieves a high mechanical stability.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Platten in einem Verbund hergestellt werden, welcher dann zu einem Plattenpaket gefaltet wird. Fertigungstechnisch vorteilhaft ist es, wenn die Platten getrennte Einzelplatten sind. Es ergibt sich dadurch eine einfache Herstellbarkeit.In principle, it is possible for the panels to be made in a composite, which is then folded into a sheet package. From a manufacturing point of view, it is advantageous if the plates are separate individual plates. This results in a simple manufacturability.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Platten als Gleichplatten ausgebildet sind, das heißt eine Mehrzahl von Platten und insbesondere alle Platten gleich ausgebildet sind.It is particularly advantageous if the plates are designed as equal plates, that is, a plurality of plates and in particular all plates are formed the same.
Es ist ferner günstig, wenn eine Platte mindestens ein Positionierungselement und/oder mindestens ein Abstützungselement für eine oder mehrere weitere Platten umfasst. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Plattenpaket herstellen mit entsprechender Ausrichtung und Abstützung.It is also advantageous if a plate comprises at least one positioning element and / or at least one support element for one or more further plates. This makes it easy to produce a plate package with appropriate orientation and support.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist als Positionierungselement mindestens eine Öffnung vorgesehen. Diese Öffnung ist beispielsweise an oder in der Nähe eines rippenfreien Bereichs angeordnet. Durch diese Öffnung hindurch lassen sich Platten fluchtend ausrichten.In one embodiment, at least one opening is provided as a positioning element. This opening is arranged, for example, on or in the vicinity of a rib-free area. Through this opening plates can be aligned.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Plattenpaket vorgesehen ist, bei dem eine Mehrzahl von Platten in einem Paket verbunden und insbesondere zusammengespannt ist. Die Rippenstruktur für den mindestens einen Heißwärmeübertrager und/oder den mindestens einen Kaltwärmeübertrager lässt sich dadurch auf einfache Weise herstellen.It is particularly advantageous if a plate pack is provided in which a plurality of plates are connected in a package and in particular clamped together. The rib structure for the at least one hot heat exchanger and / or the at least one cold heat exchanger can thereby be produced in a simple manner.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist mindestens ein Halteelement vorgesehen, welches an dem Plattenpaket angeordnet ist, wobei insbesondere mindestens zwei Halteelemente vorgesehen sind, und wobei das Plattenpaket über das mindestens eine Halteelement an einem Gehäuse gehalten ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Rippenstruktur in dem Gehäuse positionieren. Das Gehäuse selber ist vorteilhafterweise als Rohr ausgebildet, welches von Wärmeübertragungsfluid, welches insbesondere ein Gas und insbesondere ein Abgas ist, durchströmbar ist.In one embodiment, at least one holding element is provided, which is arranged on the plate pack, wherein in particular at least two holding elements are provided, and wherein the plate pack is held on a housing via the at least one holding element. This makes it easy to position the rib structure in the housing. The housing itself is advantageously designed as a tube, which is traversed by heat transfer fluid, which is in particular a gas and in particular an exhaust gas.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse eine erste Schale und eine zweite Schale auf, zwischen welchen der mindestens eine Heißwärmeübertrager angeordnet ist. Dadurch lässt sich der mindestens eine Heißwärmeübertrager auf einfache Weise herstellen.In one embodiment, the housing has a first shell and a second shell, between which the at least one hot heat exchanger is arranged. As a result, the at least one hot heat exchanger can be produced in a simple manner.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Gehäuse vorgesehen. Ferner ist mindestens eine Kombination mit den Komponenten erster Kaltwärmeübertrager, zweiter Kaltwärmeübertrager, erste thermoelektrische Lage, zweite thermoelektrische Lage und Heißwärmeübertrager vorgesehen, wobei in der mindestens einen Kombination der Heißwärmeübertrager zwischen der ersten thermoelektrischen Lage und der zweiten thermoelektrischen Lage angeordnet ist, der erste Kaltwärmeübertrager an der ersten thermoelektrischen Lage und der zweite Kaltwärmeübertrager an der zweiten thermoelektrischen Lage angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Kombination in dem Gehäuse positioniert ist. Es ergibt sich dadurch ein kompakter Aufbau mit einer Mehrzahl von thermoelektrischen Lagen und es wird entsprechend nutzbarer elektrischer Strom hergestellt. In one embodiment, a housing is provided. Furthermore, at least one combination with the components of the first cold heat exchanger, second cold heat exchanger, first thermoelectric layer, second thermoelectric layer and hot heat exchanger is provided, is arranged in the at least one combination of the hot heat exchanger between the first thermoelectric layer and the second thermoelectric layer, the first cold heat exchanger the first thermoelectric layer and the second cold heat exchanger is disposed on the second thermoelectric layer, and wherein the at least one combination is positioned in the housing. This results in a compact construction with a plurality of thermoelectric layers and correspondingly usable electric current is produced.
Es ist dabei günstig, wenn eine erste Innenseite einer ersten Wand des Gehäuses in direktem flächigen mechanischen Kontakt mit dem ersten Kaltwärmeübertrager der mindestens einen Kombination steht oder die erste Wand eine Wandung des ersten Kaltwärmeübertragers bildet, dass eine der ersten Innenseite gegenüberliegende zweite Innenseite einer zweiten Wand des Gehäuses in direktem flächigen mechanischen Kontakt mit dem zweiten Kaltwärmeübertrager der mindestens einen Kombination oder einer weiteren Kombination steht oder eine Wandung des zweiten Kaltwärmeübertragers ausbildet, und dass das Gehäuse durch Formschluss mindestens bei einem Betriebspunkt oder Betriebspunktbereich der thermoelektrischen Generatorvorrichtung einen Anpressdruck bereitstellt, welcher die Komponenten der mindestens einen Kombination gegeneinander verspannt und in das Gehäuse einspannt. Es sind dadurch parasitäre Wärmeströme minimiert, da kein Durchströmungsraum zwischen dem Gehäuse und dem ersten Kaltwärmeübertrager und dem zweiten Kaltwärmeübertrager vorhanden ist. Eine entsprechende thermoelektrische Generatorvorrichtung dieser Ausbildung ist in der nichtvorveröffentlichten
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for further explanation of the invention.
Es zeigen:Show it:
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatorvorrichtung, welches in den
Die Kombination
Der Heißwärmeübertrager
Die Komponentenkombination aus erster thermoelektrischer Lage
Das Gehäuse
Die erste Wand
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Flachseiten
Bezüglich des weiteren konstruktiven Aufbaus der thermoelektrischen Generatorvorrichtung wird auf die nichtvorveröffentlichte
Das Gehäuse
Der Heißwärmeübertrager
Zwischen dem Eingang
An der ersten Schale
Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse
Es kann ferner vorgesehen sein, dass an dem Gehäuse
In dem Gehäuse
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Rippenstruktur
Grundsätzlich können die Platten
Bei einer Ausführungsform (
Insbesondere sind die Platten
Die Platten
Eine Platte
In dem Plattenpaket
Die Kanäle
Eine Breite B eines Strömungskanals
Die Strömungskanäle
Die Rippen
Bei einem Ausführungsbeispiel, welches schematisch in
Der rippenfreie Bereich
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungslinie
Die Begrenzungslinie
Bei einer Variante eines Ausführungsbeispiels (
Bei einem Ausführungsbeispiel sind Stützstreben
Die Stützstreben
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Bereich
In
Der rippenfreie Bereich
Der erste Bereich
In einer Längsrichtung
Die Variation in der Ausbildung der Wärmeaufnahmeeigenschaften und Wärmeabgabeeigenschaften zwischen dem ersten Bereich
Bei einem Ausführungsbeispiel, welches in
In dem ersten Bereich
In dem zweiten Bereich
Die Rippenstruktur
Die Platten
Eine Länge der Rippenstruktur zwischen dem ersten Ende
Der rippenfreie Bereich
Ein Übergang
Bei einem Ausführungsbeispiel (vgl. die
Die Rippenstruktur
Insbesondere liegt der Abstand D1 im Bereich zwischen 1 mm und 3 mm.In particular, the distance D 1 is in the range between 1 mm and 3 mm.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es ferner vorgesehen, dass das zweite Ende
Der Abstand D2 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 2 mm und 10 mm. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Generatorvorrichtung
Wie bereits erwähnt ist die Rippenstruktur
An dem zweiten Ende
Die Platten
Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen Positionierungselemente
Das Plattenpaket
An gegenüberliegenden Seiten ist an dem Plattenpaket
Beispielsweise weist das Gehäuse
Die Halteelemente
Die Abstützungselemente
Die Rippenstruktur
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rippenstruktur aus reinem Nickel hergestellt ist.It has proven to be advantageous if the rib structure is made of pure nickel.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass die Rippenstruktur
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung
Der Heißwärmeübertrager
The
Der erste Kaltwärmeübertrager
Zwischen dem Heißwärmeübertrager
Die thermoelektrische Einrichtung
Es kann dabei vorgesehen sein, dass thermoelektrische Module
Die thermoelektrischen Elemente von thermoelektrischen Modulen sind insbesondere Brücken, n-Leiter und p-Leiter.The thermoelectric elements of thermoelectric modules are in particular bridges, n-conductors and p-conductors.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Heißwärmeübertragers
Durch die erfindungsgemäße Rippenstruktur
Durch die rippenfreien Bereiche
Es hat sich gezeigt, dass das Vorsehen von rippenfreien Bereichen
Weiterhin trägt das Vorsehen einer erhöhten Wärmeaufnahmefähigkeit und erhöhten Wärmeabgabefähigkeit in Bereichen, welche näher zu dem Ausgang
In
Man erkennt, dass bei dem Vorsehen des zweiten Bereichs
Durch Rippenbereichen mit Querorientierung
Durch den Abstand D1 zwischen der Rippenstruktur
Durch den Abstand D2, über den die Rippenstruktur
Wie bereits erwähnt, weist eine relativ kurze Länge LH den Vorteil auf, dass eine relativ gleichmäßige Heißseite an dem Heißwärmeübertrager
Für eine thermoelektrische Generatorvorrichtung
Es lässt sich dadurch eine Großzahl von Rippen
Die gegenseitige Abstützung der Platten
Im Bereich des Eingangs
Durch die Herstellung mittels Einzelplatten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Thermoelektrische Generatorvorrichtung Thermoelectric generator device
- 1212
- Gehäuse casing
- 1414
- Kombination combination
- 1616
- Erster Kaltwärmeübertrager First cold heat exchanger
- 1717
- Thermoelektrische Einrichtung Thermoelectric device
- 1818
- Erste thermoelektrische Lage First thermoelectric situation
- 2020
- Heißwärmeübertrager Hot heat exchanger
- 2222
- Zweite thermoelektrische Lage Second thermoelectric situation
- 2424
- Zweiter Kaltwärmeübertrager Second cold heat exchanger
- 2626
-
Gehäuse des Heißwärmeübertragers
20 Housing of theheat exchanger 20 - 28a28a
- Flachseite flat side
- 28b28b
- Flachseite flat side
- 3030
- Erste Wand First wall
- 3232
- Zweite Wand Second wall
- 3434
- Querwand partition
- 3636
- Querwand partition
- 3838
- Erste Schale First shell
- 4040
- Zweite Schale Second shell
- 4242
- Eingang entrance
- 4444
- Ausgang output
- 4646
- Hauptströmungsrichtung Main flow direction
- 4848
- Flansch flange
- 5050
- Flansch flange
- 5252
- Rippenstruktur rib structure
- 5454
- Plattenpaket plate pack
- 5656
- Platte plate
- 56'56 '
- Platte plate
- 56''56 ''
- Platte plate
- 58a58a
- Längsseite long side
- 58b58b
- Längsseite long side
- 6060
- Abstützbereich support area
- 6262
- Bereich Area
- 6464
- Kanal channel
- 6666
- Seite page
- 6868
- Seite page
- 7070
- Strömungskanal flow channel
- 7272
- Rippe rib
- 7474
- Breitenrichtung width direction
- 7676
- Höhenrichtung height direction
- 7878
- Rippenfreier Bereich Rib-free area
- 8080
- Begrenzungslinie boundary line
- 8282
- Spiegelachse mirror axis
- 8484
- Stützstrebe support strut
- 8686
- Erster Bereich First area
- 8888
- Zweiter Bereich Second area
- 9090
- Längsrichtung longitudinal direction
- 9292
- Rippenbereich mit Querorientierung Rib area with transverse orientation
- 9494
- Erstes Ende First end
- 9696
- Zweites Ende Second end
- 9898
- Ende The End
- 100100
- Übergang crossing
- 102102
- Erstes Ende First end
- 104104
- Zweites Ende Second end
- 106106
- Element element
- 108108
- Abstützungselement support member
- 110110
- Positionierungselement positioner
- 112112
- Öffnung opening
- 114a114a
- Halteelement retaining element
- 114b114b
- Halteelement retaining element
- 116116
- Kanäle channels
- 118118
- Thermoelektrisches Modul Thermoelectric module
- 120120
- Kurve Curve
- 122122
- Kurve Curve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102007063196 A1 [0006] DE 102007063196 A1 [0006]
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- DE 102008005334 A1 [0008] DE 102008005334 A1 [0008]
- DE 102010001417 A1 [0009] DE 102010001417 A1 [0009]
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