DE102016112752A1

DE102016112752A1 - Thermoelektrische Generatorvorrichtung mit einer Wärmerohreinrichtung, Verfahren zum Betreiben einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung

Info

Publication number: DE102016112752A1
Application number: DE102016112752.3A
Authority: DE
Inventors: Kerstin Oetringer; Mirko Klein Altstedde; Martin Kober
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Es wird eine thermoelektrische Generatorvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine thermoelektrische Moduleinrichtung (32), eine Heißwärmeübertragungseinrichtung (34) und eine Kaltwärmeübertragungseinrichtung (36), welche in thermischem Kontakt mit der thermoelektrischen Moduleinrichtung (32) stehen, wobei die Heißwärmeübertragungseinrichtung (34) und/oder die Kaltwärmeübertragungseinrichtung (36) eine Wärmerohreinrichtung (178) mit mindestens einem Wärmerohr umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Generatorvorrichtung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung.
Aus der DE 10 2010 042 603 A1 ist eine thermoelektrische Generatorvorrichtung bekannt. Die thermoelektrische Generatorvorrichtung umfasst 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. Das mindestens eine thermoelektrische Modul steht mit einer ersten Seite in thermischem Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und steht mit einer zweiten Seite in thermischem Kontakt mit dem dritten Gehäuse.
Aus der DE 10 2013 112 911 A1 ist eine thermoelektrische Generatorvorrichtung bekannt, umfassend ein Gehäuse und mindestens eine Kombination mit den Komponenten erster Kaltwärmeübertrager, zweiter Kaltwärmeübertrager, erste thermoelektrische Lage, zweite thermoelektrische Lage und Heißwärmeübertrager, 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. Bei der thermoelektrischen Generatorvorrichtung ist vorgesehen, dass 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 dem Gehäuse einspannt.
Aus der DE 10 2008 005 334 A1 ist ein thermoelektrischer Generator für einen Abgasstrom bekannt, der an einem Abgaskanal angeschlossen ist. Bei dem thermoelektrischen Generator ist vorgesehen, dass zumindest ein thermoelektrisches Wandlerelement angeordnet ist, welches thermische Energie in elektrische Energie umwandelt und ein Wärmeaustauscherelement, welches zumindest teilweise an einer Oberfläche des thermoelektrischen Wandlerelements und zumindest teilweise im Abgaskanal angeordnet ist. Im Abgaskanal ist zumindest ein Heat-Pipe angeordnet, welches die thermische Energie des Abgasstroms zur Oberfläche des thermischen Wandlerelements leitet.
Aus der DE 10 2006 040 853 B3 ist eine thermoelektrische Einrichtung bekannt. Die thermoelektrische Einrichtung enthält einen thermoelektrischen Generator, welcher auf einer ersten Seite mit einer Wärmequelle und auf einer zweiten Seite mit einer Wärmesenke thermisch verbunden ist. Die thermoelektrische Einrichtung weist ferner Mittel zur Temperaturbegrenzung an dem thermoelektrischen Generator auf. Diese Mittel umfassen eine mit einem schmelzbaren ersten Arbeitsmedium gefüllte erste Kammer, die großflächig mit der Wärmequelle bzw. einer mit einem verdampfbaren zweiten Arbeitsmedium ausgefüllten zweiten Kammer verbunden ist. Diese zweite Kammer ist auf ihrer der ersten Kammer abgewandten Seite mit dem thermoelektrischen Generator verbunden. Die Arbeitsmedien weisen eine vorbestimmte Schmelztemperatur bzw. Siedetemperatur auf, um einen dauerhaften Schaden des thermoelektrischen Generators zu verhindern. Die thermoelektrische Einrichtung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmaschine geeignet.
Aus der DE 10 2013 105 294 A1 ist ein Wärmeübertrager mit mindestens einem Wärmeübertragungselement bekannt. Das mindestens eine Wärmeübertragungselement ist aus einem metallischen Material hergestellt und durch das mindestens eine Wärmeübertragungselement ist Wärme übertragbar. An dem mindestens einen Wärmeübertragungselement ist stoffschlüssig eine elektrische Isolierschicht angeordnet, durch welche ein Wärmestrom durchleitbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung bei einer verbesserten Wärmeübertragung zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die thermoelektrische Generatorvorrichtung eine thermoelektrische Moduleinrichtung umfasst, eine Heißwärmeübertragungseinrichtung und eine Kaltwärmeübertragungseinrichtung umfasst, welche in thermischem Kontakt mit der thermoelektrischen Moduleinrichtung stehen, wobei die Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder die Kaltwärmeübertragungseinrichtung eine Wärmerohreinrichtung mit mindestens einem Wärmerohr umfasst.
Im Betrieb der thermoelektrischen Generatorvorrichtung wird die Heißwärmeübertragungseinrichtung von einem Heißmediumstrom, wie beispielsweise dem Abgas einer Verbrennungsanlage, durchströmt. Die Kaltwärmeübertragungseinrichtung wird von einem Kaltmediumstrom durchströmt. Als Kaltmediumstrom kann beispielsweise Kühlwasser verwendet werden. Hierdurch wird ein Temperaturgradient über die thermoelektrische Moduleinrichtung erzeugt, woraus über den Seebeck-Effekt ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugt wird.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder die Kaltwärmeübertragungseinrichtung umfasst eine Wärmerohreinrichtung mit mindestens einem Wärmerohr. Durch die Wärmerohreinrichtung kann Wärme effektiv von der Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder der Kaltwärmeübertragungseinrichtung auf die thermoelektrische Moduleinrichtung übertragen und/oder von der thermoelektrischen Moduleinrichtung abgeführt werden. Es wird eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen der thermoelektrischen Moduleinrichtung und/oder der Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder der Kaltwärmeübertragungseinrichtung ermöglicht.
Die Wärmerohreinrichtung ermöglicht es, Wärme mit einer höheren Wärmestromdichte zwischen der thermoelektrischen Moduleinrichtung und/oder der Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder der Kaltwärmeübertragungseinrichtung zu übertragen. Hierdurch kann die thermoelektrische Generatorvorrichtung kompakt ausgeführt werden. Es wird der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung erhöht.
Durch die Wärmerohreinrichtung wird ferner ein Wärmestrom an der thermoelektrischen Moduleinrichtung begrenzt, da durch die Wärmerohre baulich bedingt nur ein definierter maximaler Wärmestrom übertragen werden kann. Dadurch kann beispielsweise für den Fall einer zu hohen Wärmeabgabe durch die Heißwärmeübertragungseinrichtung eine Beschädigung der thermoelektrischen Moduleinrichtung aufgrund eines zu hohen Wärmestroms verhindert werden.
Insbesondere ist das mindestens eine Wärmerohr eine Heat-Pipe. Das mindestens eine Wärmerohr kann dadurch auf einfache Weise realisiert werden. Hierdurch kann die thermoelektrische Generatorvorrichtung einfach hergestellt werden.
Insbesondere ist das mindestens eine Wärmerohr eine flache Heat-Pipe, welches insbesondere eine rechteckige Querschnittsfläche aufweist. Dadurch kann die Wärmerohreinrichtung kompakt ausgeführt werden. Es wird eine einfache Bauweise der thermoelektrischen Generatorvorrichtung ermöglicht.
Günstig ist es, wenn eine Längsachse des mindestens einen Wärmerohrs längs zu einer Hauptströmungsrichtung eines durch die Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder durch die Kaltwärmeübertragungseinrichtung geführten Mediumstroms liegt. Hierdurch wird die Wärmeleitung in einer Richtung parallel zur Hauptströmungsrichtung des Mediumstroms verbessert. Temperaturschwankungen in der Richtung parallel zur Hauptströmungsrichtung des Mediumstroms werden vermieden oder zumindest verringert.
Insbesondere liegt eine Längsachse des mindestens einen Wärmerohrs quer und insbesondere senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung eines durch die Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder durch die Kaltwärmeübertragungseinrichtung geführten Mediumstroms. Dadurch wird die Wärmeleitung quer zu der Hauptströmungsrichtung des Mediumstroms verbessert. Es werden Temperaturschwankungen in einer Richtung quer zur Hauptströmungsrichtung des Mediumstroms vermieden oder zumindest verringert.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Wärmerohreinrichtung ein Wärmeleitmedium, welches das mindestens eine Wärmerohr umgibt. Dadurch kann auf einfache Weise ein thermischer Kontakt zwischen dem mindestens einen Wärmerohr und Komponenten der Heißwärmeübertragungseinrichtung und/oder der Kaltwärmeübertragungseinrichtung hergestellt werden.
Das Wärmeleitmedium ist beispielsweise ein metallisches Material.
Günstig ist es, wenn das Wärmeleitmedium ein Phasenwechselmedium ist. Das Phasenwechselmedium kann in Zeiten hoher Wärmeabgabe durch den Heißmediumstrom, welcher durch die Heißwärmeübertragungseinrichtung geführt ist, Wärme speichern und die gespeicherte Wärme in Zeiten geringer Wärmeabgabe durch den Heißmediumstrom wieder abgeben. Hierdurch werden Schwankungen eines Wärmestroms an der thermoelektrischen Moduleinrichtung verringert. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung erhöht.
Insbesondere ist die Wärmerohreinrichtung zwischen einer Wärmeaufnahmefläche und einer Wärmeabgabefläche der Heißwärmeübertragungseinrichtung angeordnet. Auf diese Weise kann die Wärmerohreinrichtung einfach in die Heißwärmeübertragungseinrichtung integriert werden. Dies ermöglicht einen Einsatz der Wärmerohreinrichtung als Wärmestromkonzentratoreinrichtung, bei welcher eine Wärmestromdichte eines über die Wärmeabgabefläche ausgehenden Wärmestroms gegenüber einer Wärmestromdichte eines über die Wärmeaufnahmefläche eingehenden Wärmestroms erhöht wird. Die thermoelektrische Generatorvorrichtung kann dann kompakt ausgeführt werden. Der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung wird erhöht.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung bereitgestellt, bei dem ein thermischer Kontakt zwischen einer thermoelektrischen Moduleinrichtung, einer Heißwärmeübertragungseinrichtung und einer Kaltwärmeübertragungseinrichtung hergestellt wird, wobei der Heißwärmeübertragungseinrichtung Wärme über eine Wärmeaufnahmefläche zugeführt wird, eine Wärmestromdichte der Wärme über eine Wärmerohreinrichtung erhöht wird und die Wärme über eine Wärmeabgabefläche an die thermoelektrische Moduleinrichtung abgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatorvorrichtung erläuterten Vorteile auf.
Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatorvorrichtung durchführen.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Wärmestromkonzentratoreinrichtung;
2 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung;
3 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung;
4 eine schematische Schnittansicht des Teilbereichs A der thermoelektrischen Generatorvorrichtung gemäß 3;
5 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung;
6 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts eines Ausführungsbeispiels einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung mit einer Wärmerohreinrichtung;
7 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Wärmerohreinrichtung gemäß 6;
8 eine Schnittansicht der Wärmerohreinrichtung gemäß 7 längs der Linie 2-2;
9 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Wärmerohreinrichtung gemäß 6;
10 eine Schnittansicht der Wärmerohreinrichtung gemäß 9 längs der Linie 4-4;
11 eine schematische Schnittansicht eines noch anderen Ausführungsbeispiels der Wärmerohreinrichtung gemäß 6;
12 eine Schnittansicht der Wärmerohreinrichtung gemäß 11 längs der Linie 6-6; und
13 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines thermoelektrischen Moduls.
Ein Ausführungsbeispiel einer idealisierten Wärmestromkonzentratoreinrichtung, welche in 1 schematisch gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 10 belegt ist, umfasst eine Wärmeaufnahmeeinrichtung 12 und eine Wärmeabgabeeinrichtung 14. Die Wärmeaufnahmeeinrichtung 12 und die Wärmeabgabeeinrichtung 14 stehen in thermischem Kontakt mit einer Wärmeleiteinrichtung 16. Die Wärmeaufnahmeeinrichtung 12 weist eine Wärmeaufnahmefläche 18 auf, über welche der Wärmestromkonzentratoreinrichtung 10 Wärme mit einem eingehenden Wärmestrom 20 zugeführt wird. Die Wärmeabgabeeinrichtung 14 weist eine Wärmeabgabefläche 22 auf, über welche die aufgenommene Wärme mit einem ausgehenden Wärmestrom 24 von der Wärmestromkonzentratoreinrichtung 10 abgegeben wird.
Der eingehende Wärmestrom 20 liegt senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche 18. Der ausgehende Wärmestrom 24 liegt senkrecht zur Wärmeabgabefläche 22.
Die Wärmeaufnahmefläche 18 liegt ferner senkrecht zur Wärmeabgabefläche 22.
Die Wärmeleiteinrichtung 16 stellt einen thermischen Kontakt zwischen der Wärmeaufnahmeeinrichtung 12 und der Wärmeabgabeeinrichtung 14 her.
Hierzu umfasst die Wärmeleiteinrichtung 16 ein Wärmeleitmedium 26. Das Wärmeleitmedium 26 weist eine hohe thermische Leitfähigkeit auf.
Der Wärmestromkonzentratoreinrichtung 10 wird über die Wärmeaufnahmefläche 18 mit dem eingehenden Wärmestrom 20 Wärme zugeführt. Die Wärmeaufnahmefläche 18 weist einen Flächeninhalt A1 auf. Die über die Wärmeaufnahmefläche 18 aufgenommene Wärme wird über die Wärmeleiteinrichtung 16 an die Wärmeabgabefläche 22 geleitet und dort mit einem ausgehenden Wärmestrom 24 abgegeben. Die Wärmeabgabefläche 22 weist einen Flächeninhalt A2 auf, welcher kleiner als der Flächeninhalt A1 ist.
Die eingehende Wärmestromdichte Q1 des eingehenden Wärmestroms 20 ist der Quotient aus dem eingehenden Wärmestrom 20 und dem Flächeninhalt A1 der Wärmeaufnahmefläche 18. Die ausgehende Wärmestromdichte Q2 des ausgehenden Wärmestroms 24 ist der Quotient aus dem ausgehenden Wärmestrom 24 und dem Flächeninhalt A2 der Wärmeabgabefläche 22.
Bei einer idealen Wärmestromkonzentratoreinrichtung 10 entspricht der eingehende Wärmestrom 20 dem ausgehenden Wärmestrom 24. Da der Flächeninhalt der Wärmeabgabefläche 22 kleiner ist als der Flächeninhalt der Wärmeaufnahmefläche 18, wirkt die Wärmestromkonzentratoreinrichtung 10 als "Konzentrator" für den eingehenden Wärmestrom 20. Die ausgehende Wärmestromdichte Q2 wird gegenüber der eingehenden Wärmestromdichte Q1 erhöht.
Ein Ausführungsbeispiel einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung ist in 2 schematisch in einer Schnittdarstellung gezeigt und dort mit 30 bezeichnet. Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 30 umfasst eine thermoelektrische Moduleinrichtung 32, eine Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 sowie eine Kaltwärmeübertragungseinrichtung 36.
Die thermoelektrische Moduleinrichtung 32 umfasst eine erste thermoelektrische Modullage 38 und eine zweite thermoelektrische Modullage 40.
Die Kaltwärmeübertragungseinrichtung 36 umfasst einen ersten Kaltwärmeübertrager 42 und einen zweiten Kaltwärmeübertrager 44.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 liegt zwischen der ersten thermoelektrischen Lage 38 und der zweiten thermoelektrischen Lage 40, wobei die erste thermoelektrische Lage 38 den Heißwärmeübertrager 34 thermisch kontaktiert, und die zweite thermoelektrische Lage 40 den Heißwärmeübertrager 34 thermisch kontaktiert. Die Komponentenkombination aus erster thermoelektrischer Lage 38, Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 und zweiter thermoelektrischer Lager 40 liegt wiederum zwischen dem ersten Kaltwärmeübertrager 42 und dem zweiten Kaltwärmeübertrager 44. Der erste Kaltwärmeübertrager 42 kontaktiert thermisch die erste thermoelektrische Lage 38 und der zweite Kaltwärmeübertrager 44 kontaktiert thermisch die zweite thermoelektrische Lage 40.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 weist eine Wärmestromkonzentratoreinrichtung 46 auf, welche folgende Komponenten der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 umfasst: Eine Wärmeaufnahmeeinrichtung 48, eine Wärmeabgabeeinrichtung 50 sowie eine Wärmeleiteinrichtung 52.
Die Wärmeleiteinrichtung 52 stellt einen thermischen Kontakt zwischen der Wärmeaufnahmeeinrichtung 48 und der Wärmeabgabeeinrichtung 50 her.
Die Wärmeaufnahmeeinrichtung 48 weist ein Wärmeaufnahmegehäuse 54 auf. Das Wärmeaufnahmegehäuse 54 hat eine erste Wand 56 und eine der ersten Wand 56 gegenüberliegende zweite Wand 58. Die erste Wand 56 und die zweite Wand 58 sind über eine erste Querwand 60 und eine von der ersten Querwand 60 beabstandete zweite Querwand 62 miteinander verbunden. Zwischen der ersten Wand 56, der zweiten Wand 58, der ersten Querwand 60 und der zweiten Querwand 62 ist in dem Wärmeaufnahmegehäuse 54 ein Aufnahmeraum 64 gebildet.
Die erste Wand 56 und die zweite Wand 58 liegen parallel zueinander. Die erste Querwand 60 und die zweite Querwand 62 liegen ebenfalls parallel zueinander.
Die erste Wand 56 und die zweite Wand 58 stehen jeweils in thermischem Kontakt mit der ersten Querwand 60 und der zweiten Querwand 62.
In dem Aufnahmeraum 64 ist eine Oberflächenvergrößerungs-Struktur 66 angeordnet, welche durchströmbar ist. Die Oberflächenvergrößerungs-Struktur 66 weist Durchströmungsräume und insbesondere Durchströmungskanäle 68 auf, welche von einem Heißmediumstrom 74 durchströmt sind.
Die Oberflächenvergrößerungs-Struktur 66 steht in thermischem Kontakt mit der ersten Wand 56 und der zweiten Wand 58. Die Oberflächenvergrößerungs-Struktur 66 ist aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und insbesondere metallischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Sie ist insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt.
Die Oberflächenvergrößerungs-Struktur 66 umfasst eine Rippenstruktur 70, welche zueinander beabstandete Rippen 72 aufweist. Zwischen den Rippen 72 sind die Durchströmungskanäle 68 gebildet. Die Rippen 72 liegen parallel zu der ersten Querwand 60 und der zweiten Querwand 62.
Durch das Wärmeaufnahmegehäuse 54 wird der Heißmediumstrom 74 geführt. Über diesen Heißmediumstrom 74 kann das Wärmeaufnahmegehäuse 54 Wärme aufnehmen.
Die erste Wand 56, die zweite Wand 58, die erste Querwand 60 und die zweite Querwand 62 weist jeweils eine Innenseite 76a, 76b, 76c, 76d auf. Die Oberflächen der Innenseiten 76a, 76b, 76c, 76d bilden zusammen mit der Oberfläche der Oberflächenvergrößerungs-Struktur 66 eine Wärmeaufnahmefläche 78. Über die Wärmeaufnahmefläche 78 kann der Heißmediumstrom 74 Wärme an das Wärmeaufnahmegehäuse 54 abgeben.
Die erste Wand 56, die zweite Wand 58, die erste Querwand 60 und die zweite Querwand 62 weist jeweils eine Außenseite 80a, 80b, 80c, 80d auf, welche in thermischem Kontakt mit der Wärmeleiteinrichtung 52 steht. Über die Oberflächen der Außenseiten 80a, 80b, 80c, 80d kann das Wärmeaufnahmegehäuse 54 Wärme an die Wärmeleiteinrichtung 52 abgeben.
Die Wärmeabgabeeinrichtung 50 der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 weist ein Wärmeabgabegehäuse 82 auf. Das Wärmeaufnahmegehäuse 54 ist innerhalb des Wärmeabgabegehäuses 82 angeordnet. Zwischen dem Wärmeabgabegehäuse 82 und dem Wärmeaufnahmegehäuse 54 befindet sich ein Aufnahmeraum 84, in welchem die Wärmeleiteinrichtung 52 angeordnet ist.
Die Wärmeleiteinrichtung 52 kontaktiert thermisch das Wärmeabgabegehäuse 82 und das Wärmeaufnahmegehäuse 54. Die Wärmeleiteinrichtung 52 umfasst ein Wärmeleitmedium 86. Das Wärmeleitmedium 86 ist ein Material mit hoher und insbesondere metallischer thermischer Leitfähigkeit. Es ist insbesondere ein Phasenwechselmedium. Durch das Wärmeleitmedium 86 wird ein thermischer Kontakt zwischen dem Wärmeabgabegehäuse 82 und dem Wärmeaufnahmegehäuse 54 hergestellt.
Das Wärmeabgabegehäuse 82 hat eine erste Wand 88 und eine der ersten Wand 88 gegenüberliegende zweite Wand 90. Die erste Wand 88 und die zweite Wand 90 sind über eine erste Querwand 92 und eine zu der ersten Querwand 92 beabstandete zweite Querwand 94 miteinander verbunden.
Die erste Wand 88 und die zweite Wand 90 liegen parallel zueinander. Die erste Querwand 92 und die zweite Querwand 94 liegen ebenfalls parallel zueinander. Ferner liegen die erste Wand 88 und die zweite Wand 90 des Wärmeabgabegehäuses 82 parallel zu der ersten Wand 56 und der zweiten Wand 58 des Wärmeaufnahmegehäuses 54. Die erste Querwand 92 und die zweite Querwand 94 des Wärmeabgabegehäuses 82 liegen ebenfalls parallel zu der ersten Querwand 60 und der zweiten Querwand 62 des Wärmeaufnahmegehäuses 54.
Die erste Wand 88, die zweite Wand 90, die erste Querwand 92 und die zweite Querwand 94 des Wärmeabgabegehäuses 82 bilden eine äußere Begrenzung des Aufnahmeraums 84. Die erste Wand 56, die zweite Wand 58, die erste Querwand 60 und die zweite Querwand 62 des Wärmeaufnahmegehäuses 54 bilden eine innere Begrenzung des Aufnahmeraums 84.
Die erste Querwand 92 und die zweite Querwand 96 sind aus einem Material mit hoher und insbesondere metallischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt.
Die erste Querwand 92 stellt einen thermischen Kontakt zwischen der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 und der ersten thermoelektrischen Modullage 38 her. Die zweite Querwand 94 stellt einen thermischen Kontakt zwischen der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 und der zweiten thermoelektrischen Modullage 40 her.
Die erste Querwand 92 und die zweite Querwand 94 weist jeweils eine Außenseite 96a, 96b auf. An diesen Außenseiten 96a, 96b ist die thermoelektrische Moduleinrichtung 32 angeordnet. Die Oberflächen der Außenseiten 96a, 96b bilden eine Wärmeabgabefläche 98 der Wärmeaufnahmeeinreichung 48.
Über die Wärmeabgabefläche 98 kann Wärme von der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 an die thermoelektrische Moduleinrichtung 32 abgegeben werden.
Der erste Kaltwärmeübertrager 42 der Kaltwärmeübertragungseinrichtung 36 weist ein Kaltwärmeübertragergehäuse 100 auf, wobei im Inneren des Kaltwärmeübertragergehäuses 100 ein Aufnahmeraum 102 gebildet ist. Durch diesen Aufnahmeraum 102 ist ein Kaltmediumstrom 104 geführt.
Das Kaltwärmeübertragergehäuse 100 weist eine Wand 106 auf, welche einen thermischen Kontakt zwischen dem ersten Kaltwärmeübertrager 42 und der ersten thermoelektrischen Modullage 38 herstellt. Die erste Wand 106 ist aus einem Material mit hoher und insbesondere metallischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt.
Der zweite Kaltwärmeübertrager 44 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie der erste Kaltwärmeübertrager 42. Der zweite Kaltwärmeübertrager 44 weist ein Kaltwärmeübertragergehäuse 108 mit einer Wand 110 auf. Die Wand 110 stellt einen thermischen Kontakt des zweiten Kaltwärmeübertragers 44 mit der zweiten thermoelektrischen Modullage 40 her.
Die erste thermoelektrische Lage 38 kann über die Wand 106 Wärme an den ersten Kaltwärmeübertrager 42 abgeben. Die zweite thermoelektrische Lage 40 kann über die Wand 110 Wärme an den zweiten Kaltwärmeübertrager 44 abgeben.
Die Wände 106 und 110 liegen parallel zueinander. Die Wände 106 und 110 liegen ferner parallel zu der ersten Querwand 92 und der zweiten Querwand 94 des Wärmeabgabegehäuses 82.
Die Wände 106, 110 sowie die erste Querwand 92 und die zweite Querwand 94 weisen ebene Seiten auf.
Die erste thermoelektrische Lage 38, welche zwischen dem ersten Kaltwärmeübertrager 42 und der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 angeordnet ist, weist eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen 112 (vergleiche 13) auf. Ein thermoelektrisches Modul 112 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel ein erstes Gehäuseelement 114 und ein gegenüberliegendes zweites Gehäuseelement 116. Das erste Gehäuseelement 114 kontaktiert flächig die Wand 106 des ersten Kaltwärmeübertragers 42. Das zweite Gehäuseelement 116 kontaktiert flächig die erste Querwand 92 des Wärmeabgabegehäuses 82. Das erste Gehäuseelement 114 und das zweite Gehäuseelement 116 sind aus einem Material mit hoher und insbesondere metallischer Wärmeleitfähigkeit gebildet.
Das erste Gehäuseelement 114 und das zweite Gehäuseelement 116 weisen ebene Seiten auf.
Das erste Gehäuseelement 114 und das zweite Gehäuseelement 116 sind aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt bzw. in einem Innenraum 118 zwischen dem ersten Gehäuseelement 114 und dem zweiten Gehäuseelement 116 ist eine elektrische Isolierung angeordnet.
In dem Innenraum 118 sind beispielsweise alternierend p-Leiter 120 und n-Leiter 122 positioniert, wobei benachbarte p-Leiter 120 und n-Leiter 122 über eine elektrisch leitende Brücke 124 (elektrisch) miteinander verbunden sind. Die Brücke 124 ist beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt.
Zwischen der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 und dem ersten Kaltwärmeübertrager 42 entsteht im Betrieb ein Wärmestrom 126. Dieser Wärmestrom 126 liegt an dem thermoelektrischen Modul 112 der ersten thermoelektrischen Lage 38 an. Der Wärmestrom 126 liegt auch zwischen dem ersten Gehäuseelement 114 und dem zweiten Gehäuseelement 116. Über den Seebeck-Effekt kann daraus ein nutzbarer elektrischer Strom generiert werden.
Die erste thermoelektrische Lage 38 umfasst eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen 112, welche insbesondere seriell geschaltet sind. Die zweite thermoelektrische Lage 40 ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie die erste thermoelektrische Lage 38.
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 30 funktioniert wie folgt: Beim Betrieb der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 wird die Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 von einem Heißmediumstrom 74, wie beispielsweise dem Abgas einer Verbrennungsanlage, durchströmt. Eine Hauptströmungsrichtung 128 des Heißmediumstroms 74 bei der Durchströmung der Wärmeaufnahmeeinrichtung 48 und bei der Durchströmung der Durchströmungskanäle 68 liegt dabei parallel zu den Innenseiten 76a, 76b, 76c, 76d des Wärmeaufnahmegehäuses 54.
Eine Hauptströmungsrichtung 130 des Kaltmediumstroms 104, welcher den ersten Kaltwärmeübertrager 42 und den zweiten Kaltwärmeübertrager 44 durchströmt, liegt beispielsweise antiparallel zu der Hauptströmungsrichtung 128 des Heißmediumstroms.
Durch die Durchströmung der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 mit dem Heißmediumstrom 74 und die Durchströmung der Kaltwärmeübertragungseinrichtung 36 mit dem Kaltmediumstrom 104 wird ein Temperaturgradient über die thermoelektrische Moduleinrichtung 32 erzeugt, wodurch wiederum der Wärmestrom 126 erzeugt wird. Hierdurch wird über den Seebeck-Effekt ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugt.
Die Wärmestromkonzentratoreinrichtung 46 der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise wie die eingangs beschriebene Wärmestromkonzentratoreinrichtung 10 auf. Durch Wärmeabgabe des Heißmediumstroms 74 an die Wärmeaufnahmefläche 78 der Wärmeaufnahmeeinrichtung 48 entsteht ein eingehender Wärmestrom 132. Der eingehende Wärmestrom 132 wird über die Wärmeleiteinrichtung 52 zu der Wärmeabgabeeinrichtung 50 geführt. An der Wärmeabgabeeinrichtung 50 wird die Wärme über einen ausgehenden Wärmestrom 134 an die thermoelektrische Moduleinrichtung 32 abgegeben.
Der Flächeninhalt der Wärmeaufnahmefläche 78 ist größer als der Flächeninhalt der Wärmeabgabefläche 98. Hierdurch wird eine Wärmestromdichte des ausgehenden Wärmestroms 134 gegenüber einer Wärmestromdichte des eingehenden Wärmestroms 132 erhöht.
Die Wärmestromkonzentratoreinrichtung 46 ermöglicht es der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34, Wärme über die Wärmeaufnahmefläche 78 aufzunehmen, und die Wärme über die Wärmeabgabefläche 98, welche einen geringeren Flächeninhalt als die Wärmeaufnahmefläche 78 aufweist, abzugeben. Hierdurch kann der Fertigungsaufwand der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 reduziert werden, da die räumlichen Dimensionen der Komponenten Kaltwärmeübertragungseinrichtung 36, thermoelektrische Moduleinrichtung 32 und Wärmeabgabeeinrichtung 50 deutlich geringer gewählt werden können als die räumlichen Dimensionen der Wärmeaufnahmeeinrichtung 48.
Durch die Wärmestromkonzentratoreinrichtung 46 wird auch eine Wärmestromdichte des Wärmestroms 126 an den thermoelektrischen Modulen 112 der thermoelektrischen Moduleinrichtung 32 erhöht. Durch die höhere Wärmestromdichte kann bei geringeren räumlichen Dimensionen der thermoelektrischen Moduleinrichtung 32 derselbe Wärmestrom durch die thermoelektrische Moduleinrichtung 32 geführt werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 erhöht.
Durch Wärmeabgabe des Heißmediumstroms 74 an die Wärmeaufnahmeeinrichtung 48 kommt es längs der Hauptströmungsrichtung 128 zu einem Temperaturabfall des Heißmediumstroms 74. Dieser Temperaturabfall kann durch das Wärmeleitmedium 86 der Wärmeleiteinrichtung 52 deutlich reduziert werden. Durch das Wärmeleitmedium 86 können Temperaturunterschiede längs der Hauptströmungsrichtung 128 weitgehend kompensiert werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 weiter gesteigert. Ferner wird der Fertigungsaufwand der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 deutlich verringert, da keine temperaturspezifischen baulichen Anpassungen an Komponenten der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 längs der Hauptströmungsrichtung 128 vorgenommen werden müssen.
Der Heißmediumstrom 74 ist beispielsweise ein Abgasstrom eines Verbrennungsmotors. In diesem Fall kann der Heißmediumstrom 74 zeitlichen Temperaturschwankungen unterliegen. Hierdurch wird der eingehende Wärmestrom 132 in Abhängigkeit der Zeit erhöht oder verringert. Dies führt wiederum zu Schwankungen des Wärmestroms 126 an den thermoelektrischen Modulen 112 der thermoelektrischen Moduleinrichtung 32. Der optimale Wirkungsgrad der thermoelektrischen Moduleinrichtung 32 wird jedoch bauartbedingt nur erreicht, falls der Wärmestrom 126 eine bestimmte Stärke aufweist. Bei einem zu hohen oder zu niederen Wärmestrom 126 verringert sich daher der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30. Ferner kann bei einem zu hohen Wärmestrom 126, welcher beispielsweise durch einen zu heißen Heißmediumstrom 74 verursacht wird, eine maximale Einsatztemperatur der thermoelektrischen Moduleinrichtung 32 überschritten werden.
Durch Verwendung eines Phasenwechselmediums als Wärmeleitmedium 86 der Wärmeleiteinrichtung 52 werden Schwankungen in der Wärmeabgabe der Heißwärmeübertragungseinrichtung 34 an die thermoelektrische Moduleinrichtung 32 verringert. Das Phasenwechselmedium kann in Zeiten hoher Wärmeabgabe durch den Heißmediumstrom 74 Wärme speichern und die gespeicherte Wärme in Zeiten geringer Wärmeabgabe durch den Heißmediumstrom 74 wieder abgeben. Für den Fall einer zeitlich schwankenden Temperatur des Heißmediumstroms 74 wird hierdurch der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 erhöht.
Eine weitere Ausführungsform einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung 136 (3) umfasst eine thermoelektrische Moduleinrichtung 138, eine Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 sowie eine Kaltwärmeübertragungseinrichtung 142. Die thermoelektrische Moduleinrichtung 138 weist eine erste thermoelektrische Lage 144 und eine zweite thermoelektrische Lage 146 auf. Die Kaltwärmeübertragungseinrichtung 142 umfasst einen ersten Kaltwärmeübertrager 148 und einen zweiten Kaltwärmeübertrager 150.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 liegt zwischen der ersten thermoelektrischen Lage 144 und der zweiten thermoelektrischen Lage 146, wobei die erste thermoelektrische Lage 144 die Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 thermisch kontaktiert, und die zweite thermoelektrische Lage 146 die Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 thermisch kontaktiert. Die Komponentenkombination aus erster thermoelektrischer Lage 144, Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 und zweiter thermoelektrischer Lage 146 liegt wiederum zwischen dem ersten Kaltwärmeübertrager 148 und dem zweiten Kaltwärmeübertrager 150. Der erste Kaltwärmeübertrager 148 kontaktiert thermisch die erste thermoelektrische Lage 144 und der zweite Kaltwärmeübertrager 150 kontaktiert thermisch die zweite thermoelektrische Lage 146.
Die Kaltwärmeübertragungseinrichtung 142 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie die Kaltwärmeübertragungseinrichtung 36. Ebenso ist die thermoelektrische Moduleinrichtung 138 grundsätzlich gleich ausgebildet wie die thermoelektrische Moduleinrichtung 32.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 umfasst eine Wärmestromkonzentratoreinrichtung 152, welche eine Wärmeaufnahmeeinrichtung 154, eine Wärmeabgabeeinrichtung 156 sowie eine Wärmeleiteinrichtung 158 umfasst. Die Wärmestromkonzentratoreinrichtung 152 weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise wie die Wärmestromkonzentratoreinrichtung 10 gemäß 1 auf.
Die Wärmeaufnahmeeinrichtung 154 umfasst mehrere Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c. Die Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c sind grundsätzlich jeweils gleich ausgebildet wie das Wärmeaufnahmegehäuse 54 gemäß 2.
Das Wärmeaufnahmegehäuse 160a weist Wände 162a, 162b und Querwände 164a, 164b auf. Das Wärmeaufnahmegehäuse 160b weist Wände 162c, 162d und Querwände 164c, 164d auf. Das Wärmeaufnahmegehäuse 160c weist Wände 162e, 162f und Querwände 164e, 164f auf.
Die Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c weisen jeweils, wie im Zusammenhang mit dem Wärmeaufnahmegehäuse 54 erläutert wurde, eine Wärmeaufnahmefläche 166a, 166b, 166c auf. Eine Wärmeaufnahmefläche 168 der Wärmeaufnahmeeinrichtung 154 entspricht der Gesamtheit aller Wärmeaufnahmeflächen 166a, 166b, 166c der Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 umfasst ein Wärmeabgabegehäuse 170, welches grundsätzlich gleich ausgebildet ist wie das Wärmeabgabegehäuse 82. In dem Wärmeabgabegehäuse 170 sind die Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c beabstandet voneinander angeordnet. Zwischen dem Wärmeabgabegehäuse 170 und den Wärmeaufnahmegehäusen 160a, 160b, 160c ist ein Aufnahmeraum 172 gebildet.
Das Wärmeabgabegehäuse 170 umfasst eine erste Querwand 174 und eine zweite Querwand 176.
Die Querwände 164a, 164b, 164c, 164d, 164e, 164f der Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c liegen parallel zu der ersten Querwand 174 und der zweiten Querwand 176.
Der Aufnahmeraum 172 ist luftdicht und fluiddicht ausgebildet. In diesem ist die Wärmeleiteinrichtung 158 angeordnet, welche eine Wärmerohreinrichtung 178 aufweist. Diese stellt einen thermischen Kontakt zwischen den Wärmeaufnahmegehäusen 160a, 160b, 160c und dem Wärmeabgabegehäuse 170 her. Hierzu umfasst die Wärmerohreinrichtung 178 flache Heat-Pipes 180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f. Die flachen Heat-Pipes 180a, 180c, 180e sind zwischen den Querwänden 164a, 164c, 164e der Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c sowie der ersten Querwand 174 angeordnet. Die flachen Heat-Pipes 180b, 180d, 180f sind zwischen den Querwänden 164b, 164d, 164e und der zweiten Querwand 176 des Wärmeabgabegehäuses 170 angeordnet.
Die flache Heat-Pipe 180a umfasst ein Arbeitsmedium 182 (4), welches durch Wärmeaufnahme an einer Heißseite 184 verdampfbar ist und durch Wärmeabgabe an einer Kaltseite 186 kondensierbar ist. Die flache Heat-Pipe 180a umfasst ferner jeweils eine Rückführungsstruktur 188, durch welche an der Kaltseite 186 kondensiertes Arbeitsmedium 182 an die Heißseite 184 zurückgeführt werden kann. Die Rückführungsstruktur 188 ist insbesondere eine Kapillarstruktur, durch welche kondensiertes Arbeitsmedium 182 über Kapillarkräfte an die Heißseite 184 zurückgeführt werden kann. An der Heißseite 184 kann das zurückgeführte kondensierte Arbeitsmedium 182 erneut durch Wärmeaufnahme verdampft werden.
Im Betrieb der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 136 werden die Wärmeaufnahmegehäuse 160a, 160b, 160c durch einen Heißmediumstrom 190 erwärmt. Daher erwärmen sich die Querwände 164a, 164b, 164c, 164d, 164e, 164f der Wärmeabgabegehäuse 160a, 160b, 160c. Die Heißseiten 184 der flachen Heat-Pipes 180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f sind daher jeweils in einem Bereich nahe der Querwände 164a, 164b, 164c, 164d, 164e, 164f ausgebildet. Die durch das Arbeitsmedium 182 an den Heißseiten 184 aufgenommene Wärme wird an die Kaltseiten 186 abgegeben. Die Kaltseiten 186 sind jeweils in einem Bereich nahe der ersten Querwand 174 bzw. nahe der zweiten Querwand 176 ausgebildet. Auf diese Weise wird ein thermischer Kontakt zwischen den Wärmeaufnahmegehäusen 160a, 160b, 160c sowie der ersten Querwand 174 und der zweiten Querwand 176 des Wärmeabgabegehäuses 170 hergestellt.
Es ist vorgesehen, dass die von der Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 aufgenommene Wärme über die Wärmeabgabeeinrichtung 156 an die thermoelektrische Moduleinrichtung 138 abgegeben wird.
Die Wärmeabgabeeinrichtung 156 umfasst die erste Querwand 174 und die zweite Querwand 176, über deren Außenseiten 192a, 192b Wärme an die thermoelektrische Moduleinrichtung 138 abgegeben wird. Die Oberflächen der Außenseiten 192a, 192b bilden eine Wärmeabgabefläche 194 der Wärmeabgabeeinrichtung 156.
Bei der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung sind jene Komponenten, welche mit Komponenten der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 136 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen belegt. Was diese Komponenten betrifft, so gilt die Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform auch für die nachfolgende Ausführungsform.
Bei einer Ausführungsform einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung 136' ist es vorgesehen, dass eine Wärmeabgabeeinrichtung 156' einer Heißwärmeübertragungseinrichtung 140' eine Wärmespeichereinrichtung 196 umfasst (5). Die Wärmespeichereinrichtung 196 weist einen ersten Wärmespeicher 198 und einen zweiten Wärmespeicher 200 auf. Der erste Wärmespeicher 198 ist zwischen der ersten Querwand 174 und der ersten thermoelektrischen Lage 144 angeordnet. Der zweite Wärmespeicher 200 ist zwischen der zweiten Querwand 176 und der zweiten thermoelektrischen Lage 146 angeordnet. Der erste Wärmespeicher 198 kontaktiert thermisch die erste Querwand 174 und die erste thermoelektrische Lage 144. Der zweite Wärmespeicher 200 kontaktiert thermisch die zweite Querwand 176 und die zweite thermoelektrische Lage 146.
Der erste Wärmespeicher 198 weist ein erstes Gehäuseelement 202 und ein gegenüberliegendes zweites Gehäuseelement 204 auf. Das erste Gehäuseelement 202 kontaktiert flächig ein Gehäuseelement 206 der ersten thermoelektrischen Lage 144. Das zweite Gehäuseelement 204 kontaktiert flächig die erste Querwand 174 des Wärmeabgabegehäuses 170. Das erste Gehäuseelement 202 und das zweite Gehäuseelement 204 sind aus einem Material mit hoher und insbesondere metallischer Wärmeleitfähigkeit gebildet.
Das erste Gehäuseelement 202 und das zweite Gehäuseelement 204 weisen ebene Seiten auf.
Der erste Wärmespeicher 198 weist ein Wärmeleitmedium 208 auf, welches zwischen dem ersten Gehäuseelement 202 und dem zweiten Gehäuseelement 204 angeordnet ist und einen thermischen Kontakt zwischen dem ersten Gehäuseelement 202 und dem zweiten Gehäuseelement 204 herstellt. Das Wärmeleitmedium 208 ist insbesondere ein Phasenwechselmedium. Es kann in Zeiten hoher Wärmeabgabe durch den Heißmediumstrom 190 Wärme speichern kann und diese Wärme in Zeiten geringer Wärmeabgabe durch den Heißmediumstrom 190 wieder abgeben.
Der zweite Wärmespeicher 200 ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie der erste Wärmespeicher 198.
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 136, 136' weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise wie die thermoelektrische Generatorvorrichtung 30 auf. Im Betrieb der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 136, 136' wird in der Heißwärmeübertragungseinrichtung 140 Wärme über den Heißmediumstrom 190 aufgenommen und die Wärme über die flachen Heat-Pipes 180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f zur Wärmeabgabefläche 194 geleitet.
Durch die flachen Heat-Pipes 180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f wird eine Wärmeübertragung zwischen der Wärmeaufnahmefläche 168 und der Wärmeabgabefläche 194 mit einer erhöhten Wärmestromdichte realisiert.
Durch die flachen Heat-Pipes 180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f wird ein Wärmestrom an der thermoelektrischen Moduleinrichtung 138 begrenzt, da durch die flachen Heat-Pipes 180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f baulich bedingt nur ein definierter maximaler Wärmestrom übertragen werden kann.
Durch die Wärmespeichereinrichtung 196 der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 136' mit dem Wärmeleitmedium 208 können zeitliche Schwankungen des Wärmestroms an der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 136 reduziert werden. Es ergeben sich die in Zusammenhang mit dem Wärmeleitmedium 86 der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 30 beschriebenen Vorteile.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung ist abschnittsweise in 6 gezeigt und dort mit 212 bezeichnet. Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 212 umfasst eine thermoelektrische Moduleinrichtung 214, eine Heißwärmeübertragungseinrichtung 216 sowie eine Kaltwärmeübertragungseinrichtung 218. Die thermoelektrische Moduleinrichtung 214 weist eine erste thermoelektrische Lage 220 und eine zweite thermoelektrische Lage 222 auf. Die Kaltwärmeübertragungseinrichtung 218 umfasst einen ersten Kaltwärmeübertrager 224 und einen zweiten Kaltwärmeübertrager 226.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung 216 liegt zwischen der ersten thermoelektrischen Lage 220 und der zweiten thermoelektrischen Lage 222, wobei die erste thermoelektrische Lage 220 die Heißwärmeübertragungseinrichtung 216 thermisch kontaktiert und die zweite thermoelektrische Lage 222 die Heißwärmeübertragungseinrichtung 216 thermisch kontaktiert. Die Komponentenkombination aus erster thermoelektrischer Lage 220, Heißwärmeübertragungseinrichtung 216 und zweiter thermoelektrischer Lage 222 liegt wiederum zwischen dem ersten Kaltwärmeübertrager 224 und dem zweiten Kaltwärmeübertrager 226. Der erste Kaltwärmeübertrager 224 kontaktiert thermisch die erste thermoelektrische Lage 220 und der zweite Kaltwärmeübertrager 226 kontaktiert thermisch die zweite thermoelektrische Lage 222.
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 212 kann mehrere Kombinationen bestehend aus thermoelektrischer Moduleinrichtung 214, Heißwärmeübertragungseinrichtung 216 und Kaltwärmeübertragungseinrichtung 218 umfassen, welche nacheinander angeordnet sind und miteinander in thermischem Kontakt stehen. Der erste Kaltwärmeübertrager 224 steht beispielsweise sowohl in thermischem Kontakt mit der ersten thermoelektrischen Lage 220 einer ersten Kombination 228 als auch in thermischem Kontakt mit einer zweiten thermoelektrischen Lage 222' einer zweiten Kombination. Der zweite Kaltwärmeübertrager 226 steht sowohl in thermischem Kontakt mit der zweiten thermoelektrischen Lage 222 der ersten Kombination 228 als auch in thermischem Kontakt mit einer ersten thermoelektrischen Lage 220' einer dritten Kombination.
Die Heißwärmeübertragungseinrichtung 216 umfasst eine Wärmestromkonzentratoreinrichtung 230, welche eine Wärmeaufnahmeeinrichtung 232, eine Wärmeabgabeeinrichtung 234 und eine Wärmeleiteinrichtung 236 umfasst.
Die Wärmeaufnahmeeinrichtung 232 umfasst ein Wärmeaufnahmegehäuse 238, welches grundsätzlich gleich ausgebildet ist wie das Wärmeaufnahmegehäuse 54 gemäß 2. Das Wärmeaufnahmegehäuse 238 umfasst eine erste Wand 240 und eine der ersten Wand 240 gegenüberliegende zweite Wand 242.
Die Wärmeleiteinrichtung 236 umfasst eine erste Wärmeleitschicht 244 und eine zweite Wärmeleitschicht 246. Die erste Wärmeleitschicht 244 liegt zwischen der ersten Wand 240 und der ersten thermoelektrischen Lage 220. Die zweite Wärmeleitschicht 246 liegt zwischen der zweiten Wand 242 und der zweiten thermoelektrischen Lage 222.
Die erste Wärmeleitschicht 244 stellt einen thermischen Kontakt zwischen der ersten Wand 240 und der ersten thermoelektrischen Lage 220 her. Die zweite Wärmeleitschicht 246 stellt einen thermischen Kontakt zwischen der zweiten Wand 242 und der zweiten thermoelektrischen Lage 222 her.
Die erste Wärmeleitschicht 244 weist ein Wärmeleitschichtgehäuse 248 auf (vergleiche 7 und 8). Das Wärmeleitschichtgehäuse 248 hat eine erste Wand 250 und eine der ersten Wand 250 gegenüberliegende zweite Wand 252. Die erste Wand 250 und die zweite Wand 252 sind über beabstandete Querwände 254 und 256 miteinander verbunden. Zwischen der ersten Wand 250, der zweiten Wand 252 und den Querwänden 254, 256 ist in dem Wärmeleitschichtgehäuse 248 ein Aufnahmeraum 258 gebildet.
Die erste Wand 250 und die zweite Wand 252 liegt parallel zueinander. Die Querwände 254, 256 liegen ebenfalls parallel zueinander.
Die erste Wand 250 und die zweite Wand 252 ist aus einem Material mit hoher und insbesondere metallischer Wärmefähigkeit gebildet.
In dem Aufnahmeraum 258 ist ein Wärmeleitmedium 259 angeordnet. Das Wärmeleitmedium 259 ist aus einem Material mit hoher und insbesondere metallischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Es ist beispielsweise ein Metallmaterial. Es kontaktiert thermisch die erste Wand 250 und die zweite Wand 252.
Die erste Wand 250 weist eine Außenseite 260a auf und die zweite Wand 252 weist eine Außenseite 260b auf.
Die Außenseite 260b der zweiten Wand 252 kontaktiert flächig die erste Wand 240 des Wärmeaufnahmegehäuses 238. Ein Abschnitt der Außenseite 260a der ersten Wand 250 kontaktiert flächig ein Gehäuseelement 262 der ersten thermoelektrischen Lage 220.
Die zweite Wärmeleitschicht 246 ist gleichartig ausgebildet wie die erste Wärmeleitschicht 244.
Ein Querschnitt der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 212 weist eine Querachse 264 auf, welche senkrecht zu der ersten Wand 240 und der zweiten Wand 242 des Wärmeaufnahmegehäuses 238 verläuft (6). Die Querachse 264 verläuft ferner senkrecht zu einem Heißmediumstrom 266 mit einer Hauptströmungsrichtung 268, welcher durch das Wärmeaufnahmegehäuse 238 geführt ist, und zu einem Kaltmediumstrom 270 mit einer Hauptströmungsrichtung 272, welcher durch den ersten Kaltwärmeübertrager 224 und den zweiten Kaltwärmeübertrager 226 geführt ist.
Die Hauptströmungsrichtung 268 liegt beispielsweise antiparallel zu der Hauptströmungsrichtung 272.
Der Querschnitt des Wärmeleitschichtgehäuses 248 erstreckt sich insbesondere achsensymmetrisch zu der Querachse 264. Die erste thermoelektrische Lage 220 und die zweite thermoelektrische Lage 222 sowie der erste Kaltwärmeübertrager 224 und der zweite Kaltwärmeübertrager 226 erstrecken sich in dem Querschnitt ebenfalls achsensymmetrisch zu der Querachse 264.
Das Wärmeaufnahmegehäuse 238 und das Wärmeleitschichtgehäuse 248 weisen quer zur Querachse 264 eine identische Querschnittslänge L1 auf. Die thermoelektrischen Lagen 220, 222 und die Kaltwärmeübertrager 224, 226 weisen quer zur Querachse 264 eine Querschnittslänge L2 auf, welche kleiner ist als die Querschnittslänge L1.
Die erste Wärmeleitschicht 244 umfasst eine Wärmerohreinrichtung 273, welche in dem Aufnahmeraum 258 des Wärmeleitschichtgehäuses 248 angeordnet ist.
Die Wärmerohreinrichtung 273 weist mindestens ein Wärmerohr auf, welches insbesondere als Heat-Pipe ausgebildet ist. Das Wärmerohr ist in das Material des Wärmeleitmediums 259 eingebettet. Es ist beispielsweise in das Material eingelötet. Hierdurch wird ein thermischer Kontakt zwischen dem Wärmerohr und dem Wärmeleitmedium 259 hergestellt.
In einer Ausführungsform umfasst die Wärmerohreinrichtung 273 mindestens eine Heat-Pipe 274a und mindestens eine Heat-Pipe 274b. Die Heat-Pipe 274a und die Heat-Pipe 274b ist insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildet. Die Heat-Pipe 274a weist eine Längsachse 276a auf und die Heat-Pipe 274b weist eine Längsachse 276b auf. Die Heat-Pipe 274a und die Heat-Pipe 274b weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise wie die vorstehend beschriebene flache Heat-Pipe 180 auf. Die Heat-Pipe 274a und die Heat-Pipe 274b umfasst ein Arbeitsmedium 278, welches an einer Heißseite 280 verdampfbar ist und an einer Kaltseite 282 kondensierbar ist. Sie umfasst ferner eine Rückführungsstruktur 284, durch welche an der Kaltseite 282 kondensiertes Arbeitsmedium 278 an die Heißseite 280 rückführbar ist. Auf diese Weise kann Wärme von der Heißseite 280 an die Kaltseite 282 übertragen werden.
Im Betrieb der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 212 wird das Wärmeaufnahmegehäuse 238 durch den Heißmediumstrom 266 erwärmt. Daher erwärmt sich die erste Wand 240 des Wärmeabgabegehäuses 238, welche die zweite Wand 252 des Wärmeleitschichtgehäuses 248 thermisch kontaktiert. Die Heißseiten 280 der Heat-Pipe 274a und der Heat-Pipe 274b sind daher jeweils in einem Bereich nahe der zweiten Wand 252 ausgebildet. Die durch das Arbeitsmedium 278 an den Heißseiten 280 aufgenommene Wärme wird an die Kaltseiten 282 abgegeben. Die Kaltseiten 282 sind jeweils in einem Bereich nahe der ersten Wand 250 ausgebildet. Auf diese Weise wird ein thermischer Kontakt über die erste Wärmeleitschicht 244 zwischen dem Wärmeaufnahmegehäuse 238 und der ersten thermoelektrischen Lage 220 hergestellt.
Innerhalb des Aufnahmeraums 258 liegt die Heat-Pipe 274a (vergleiche 8) mit ihrer Längsachse 276a mittig zwischen den Querwänden 254, 256. Die Längsachse 276a liegt parallel zu den Querwänden 254, 256. Die Längsachse 276a liegt insbesondere parallel zu der Hauptströmungsrichtung 268 des Heißmediumstroms 266. Die Heat-Pipe 274a erstreckt sich längs der Hauptströmungsrichtung 268.
Hierdurch wird die Wärmeleitung längs zur Hauptströmungsrichtung 268 des Heißmediumstroms 266 verbessert. Auf diese Weise können Temperaturschwankungen in dieser Richtung längs zur Hauptströmungsrichtung 268 des Heißmediumstroms 266 vermieden oder zumindest verringert werden.
Innerhalb des Aufnahmeraums 258 liegt mindestens eine Heat-Pipe 278b mit ihrer Längsachse 276b parallel zu der ersten Wand 250 und der zweiten Wand 252. Innerhalb des Wärmeleitschichtgehäuses 248 sind beispielsweise mehrere Heat-Pipes 278b beabstandet zueinander angeordnet. Ihre Längsachsen 276b liegen insbesondere parallel zueinander. Insbesondere beträgt eine Querschnittslänge der Heat-Pipes 278b, bezogen auf eine Richtung quer zu der Querachse 264, weniger als die Hälfte oder weniger als ein Viertel eines Abstands zwischen den Querwänden 254, 256. Beispielsweise liegen die Heat-Pipes 278b achsensymmetrisch zu der Heat-Pipe 278a. Die Längsachsen 276b liegen quer und insbesondere senkrecht zu der Längsachse 276a. Die Heat-Pipes 276b erstrecken sich quer zur Hauptströmungsrichtung 268.
Durch die Heat-Pipes 278b wird die Wärmeleitung quer zu der Hauptströmungsrichtung 268 verbessert. Es wird eine effektive Wärmeleitung zwischen Randbereichen des Wärmeleitschichtgehäuses 248 nahe der Querwände 254, 256 und einem Bereich in der Mitte der Querwände 254, 256 ermöglicht.
Die Wärmerohreinrichtung 273 umfasst in einer alternativen Ausführungsform eine flache Heat-Pipe 286 (vergleiche 9 und 10). Die flache Heat-Pipe 286 ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie die flache Heat-Pipe 180 aus 3. Die flache Heat-Pipe 286 weist insbesondere, bei einem Querschnitt parallel zu den Wänden 250, 252, eine rechteckige Querschnittsfläche auf (vergleiche 10). Sie ist insbesondere in das Material des Wärmeleitmediums 259 eingebettet.
Die flache Heat-Pipe 286 weist, bezogen auf einen Querschnitt quer zur Querachse 264, eine Querschnittslänge L3 auf, welche insbesondere variabel ist. Die Querschnittslänge L3 ist beispielsweise, bezogen auf die Querachse 264, zwischen der zweiten Wand 252 und der ersten Wand 250 monoton abnehmend (vergleiche 9).
Alternativ hierzu kann die erste Wärmeleitschicht 244 durch die flache Heat-Pipe 286 gebildet sein. Die flache Heat-Pipe 286 kontaktiert dann thermisch die erste Wand 240 des Wärmeaufnahmegehäuses 238 und das Gehäuseelement 262 der ersten thermoelektrischen Lage 220. In diesem Fall entfällt das Wärmeleitschichtgehäuse 248 und das Wärmeleitmedium 259. Die erste Wärmeleitschicht 244 und die zweite Wärmeleitschicht 246 kann hierdurch kompakter und mit einer geringeren Anzahl an Komponenten ausgeführt werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in dem Aufnahmeraum 258 des Wärmeleitschichtgehäuses 248 ein Phasenwechselmedium 288 angeordnet ist (vergleiche 11 und 12). Das Phasenwechselmedium 288 umgibt die Heat-Pipes 274a, 274b und kontaktiert auf diese Weise thermisch die Heat-Pipes 274. Das Phasenwechselmedium 288 kontaktiert ferner thermisch die erste Wand 250 und die zweite Wand 252 des Wärmeleitschichtgehäuses 248. Hierdurch wird die Wärmeleitung zwischen der ersten Wand 250 und der zweiten Wand 252 und den Heat-Pipes 254 verbessert.
Durch das Wärmeleitmedium 288 ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Phasenwechselmedium des Wärmeleitmediums 86 erläuterten Vorteile.
Es kann dann vorgesehen sein, dass innerhalb des Aufnahmeraums 258 des Wärmeleitschichtgehäuses 248 eine Stützeinrichtung 290 angeordnet ist. Die Stützeinrichtung 290 umfasst Stützelemente 292, welche insbesondere zwischen der ersten Wand 250 und der zweiten Wand 252 angeordnet sind. Die Stützelemente 292 sind insbesondere regelmäßig beabstandet voneinander angeordnet. Sie sind beispielsweise zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet.
Die Stützelemente 292 sind insbesondere fest mit der ersten Wand 250 und der zweiten Wand 252 verbunden.
Durch die Stützeinrichtung 292 wird die Stabilität des Wärmeleitschichtgehäuses 248 erhöht. Hierdurch können thermische Verformungen des Wärmeleitschichtgehäuses 248 vermieden werden.
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung 212 weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise wie die thermoelektrische Generatorvorrichtung 30 auf. Im Betrieb der thermoelektrischen Generatorvorrichtung 212 wird über das Wärmeaufnahmegehäuse 238 der Wärmeaufnahmeeinrichtung 232 Wärme aufgenommen. Hierzu wird dem Heißmediumstrom 266, welcher durch das Wärmeaufnahmegehäuse 238 geführt ist, Wärme entzogen. Das Wärmeaufnahmegehäuse 238 weist, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Wärmeaufnahmegehäuse 54 in 2 erläutert wurde, eine Wärmeaufnahmefläche 294 auf, an welche der Heißmediumstrom 266 Wärme abgibt. Die von dem Wärmeaufnahmegehäuse 238 aufgenommene Wärme wird über die erste Wand 240 und die zweite Wand 242 an die Wärmeleiteinrichtung 236 abgegeben.
Von der Wärmeleiteinrichtung 236 wird die Wärme über eine Wärmeabgabefläche 296 der Wärmeabgabeeinrichtung 234 an die thermoelektrische Moduleinrichtung 214 abgegeben.
Die Wärmeabgabefläche 296 der Wärmeabgabeeinrichtung 234 wird durch eine Kontaktfläche zwischen der thermoelektrischen Moduleinrichtung 214 und der Wärmeleiteinrichtung 236 gebildet. Die Kontaktfläche ist für den Fall der ersten Wärmeleitschicht 244 derjenige Flächenbereich, in welchem das Gehäuseelement 262 der ersten thermoelektrischen Lage 220 die erste Wand 250 der ersten Wärmeleitschicht 244 kontaktiert. Die Kontaktfläche ist für den Fall der zweiten Wärmeleitschicht 246 bzw. der zweiten thermoelektrischen Lage 222 analog definiert. Die Wärmeabgabefläche 296 der Wärmeabgabeeinrichtung 234 entspricht der Gesamtheit der Kontaktflächen der Wärmeabgabeeinrichtung 234 mit der thermoelektrischen Moduleinrichtung 214.
Die Wärmestromkonzentratoreinrichtung 230 umfasst die Wärmeaufnahmeeinrichtung 232, die Wärmeabgabeeinrichtung 234 sowie die Wärmeleiteinrichtung 236. Die über die Wärmeaufnahmefläche 294 der Wärmeaufnahmeeinrichtung 232 aufgenommene Wärme wird über die Wärmeabgabefläche 296 der Wärmeabgabeeinrichtung 234 abgegeben. Der Flächeninhalt der Wärmeabgabefläche 296 ist kleiner als der Flächeninhalt der Wärmeaufnahmefläche 294. Auf diese Weise wird eine von der Wärmeabgabeeinrichtung 234 ausgehende Wärmestromdichte gegenüber einer auf die Wärmeaufnahmeeinrichtung 232 eingehenden Wärmestromdichte wie vorstehend erläutert erhöht.
Die Wärmeleiteinrichtung 236 mit der Wärmerohreinrichtung 273 ermöglicht eine effektive Abgabe von Wärme über die Wärmeabgabeeinrichtung 234, welche über die Wärmeaufnahmeeinrichtung 232 aufgenommen wurde. Durch die Wärmerohreinrichtung 273 wird eine Wärmeübertragung zwischen der Wärmeaufnahmefläche 294 und der Wärmeabgabefläche 296 mit einer erhöhten Wärmestromdichte ermöglicht.
Die Merkmale der vorstehend erläuterten Ausführungsformen können sowohl in beliebigen Kombinationen als auch in Alleinstellung verwendet werden.
Bezugszeichenliste

Q1: Eingehende Wärmestromdichte
Q2: Ausgehende Wärmestromdichte
A1: Flächeninhalt der Wärmeaufnahmefläche
A2: Flächeninhalt der Wärmeabgabefläche
L1: Querschnittslänge
L2: Querschnittslänge
L3: Querschnittslänge
10: Wärmestromkonzentratoreinrichtung
12: Wärmeaufnahmeeinrichtung
14: Wärmeabgabeeinrichtung
16: Wärmeleiteinrichtung
18: Wärmeaufnahmefläche
20: Eingehender Wärmestrom
22: Wärmeabgabefläche
24: Ausgehender Wärmestrom
26: Wärmeleitmedium
30: Thermoelektrische Generatorvorrichtung
32: Thermoelektrische Moduleinrichtung
34: Heißwärmeübertragungseinrichtung
36: Kaltwärmeübertragungseinrichtung
38: Erste thermoelektrische Lage
40: Zweite thermoelektrische Lage
42: Erster Kaltwärmeübertrager
44: Zweiter Kaltwärmeübertrager
46: Wärmestromkonzentratoreinrichtung
48: Wärmeaufnahmeeinrichtung
50: Wärmeabgabeeinrichtung
52: Wärmeleiteinrichtung
54: Wärmeaufnahmegehäuse
56: Erste Wand
58: Zweite Wand
60: Erste Querwand
62: Zweite Querwand
64: Aufnahmeraum
66: Oberflächenvergrößerungs-Struktur
68: Durchströmungskanäle
70: Rippenstruktur
72: Rippe
74: Heißmediumstrom
76a: Innenseite
76b: Innenseite
76c: Innenseite
76d: Innenseite
78: Wärmeaufnahmefläche
80a: Außenseite
80b: Außenseite
80c: Außenseite
80d: Außenseite
82: Wärmeabgabegehäuse
84: Aufnahmeraum
86: Wärmeleitmedium
88: Erste Wand
90: Zweite Wand
92: Erste Querwand
94: Zweite Querwand
96a: Außenseite
96b: Außenseite
98: Wärmeabgabefläche
100: Kaltwärmeübertragergehäuse
102: Aufnahmeraum
104: Kaltmediumstrom
106: Wand
108: Kaltwärmeübertragergehäuse
110: Wand
112: Thermoelektrisches Modul
114: Erstes Gehäuseelement
116: Zweites Gehäuseelement
118: Innenraum
120: p-Leiter
122: n-Leiter
124: Brücke
126: Wärmestrom
128: Hauptströmungsrichtung
130: Hauptströmungsrichtung
132: Eingehender Wärmestrom
134: Ausgehender Wärmestrom
136: Thermoelektrische Generatorvorrichtung
136': Thermoelektrische Generatorvorrichtung
138: Thermoelektrische Moduleinrichtung
140: Heißwärmeübertragungseinrichtung
140': Heißwärmeübertragungseinrichtung
142: Kaltwärmeübertragungseinrichtung
144: Erste thermoelektrische Lage
146: Zweite thermoelektrische Lage
148: Erster Kaltwärmeübertrager
150: Zweiter Kaltwärmeübertrager
152: Wärmestromkonzentratoreinrichtung
154: Wärmeaufnahmeeinrichtung
156: Wärmeabgabeeinrichtung
156': Wärmeabgabeeinrichtung
158: Wärmeleiteinrichtung
160a: Wärmeaufnahmegehäuse
160b: Wärmeaufnahmegehäuse
160c: Wärmeaufnahmegehäuse
162a: Wand
162b: Wand
162c: Wand
162d: Wand
162e: Wand
162f: Wand
164a: Querwand
164b: Querwand
164c: Querwand
164d: Querwand
164e: Querwand
164f: Querwand
166a: Wärmeaufnahmefläche
166b: Wärmeaufnahmefläche
166c: Wärmeaufnahmefläche
168: Wärmeaufnahmefläche
170: Wärmeabgabegehäuse
172: Aufnahmeraum
174: Erste Querwand
176: Zweite Querwand
178: Wärmerohreinrichtung
180a: Flache Heat-Pipe
180b: Flache Heat-Pipe
180c: Flache Heat-Pipe
180d: Flache Heat-Pipe
180e: Flache Heat-Pipe
180f: Flache Heat-Pipe
182: Arbeitsmedium
184: Heißseite
186: Kaltseite
188: Rückführungsstruktur
190: Heißmediumstrom
192a: Außenseite
192b: Außenseite
194: Wärmeabgabefläche
196: Wärmespeichereinrichtung
198: Erster Wärmespeicher
200: Zweiter Wärmespeicher
202: Erstes Gehäuseelement
204: Zweites Gehäuseelement
206: Gehäuseelement
208: Wärmeleitmedium
212: Thermoelektrische Generatorvorrichtung
214: Thermoelektrische Moduleinrichtung
216: Heißwärmeübertragungseinrichtung
218: Kaltwärmeübertragungseinrichtung
220: Erste thermoelektrische Lage
220': Erste thermoelektrische Lage
222: Zweite thermoelektrische Lage
222': Zweite thermoelektrische Lage
224: Erster Kaltwärmeübertrager
226: Zweiter Kaltwärmeübertrager
228: Kombination
230: Wärmestromkonzentratoreinrichtung
232: Wärmeaufnahmeeinrichtung
234: Wärmeabgabeeinrichtung
236: Wärmeleiteinrichtung
238: Wärmeaufnahmegehäuse
240: Erste Wand
242: Zweite Wand
244: Erste Wärmeleitschicht
246: Zweite Wärmeleitschicht
248: Wärmeleitschichtgehäuse
250: Erste Wand
252: Zweite Wand
254: Querwand
256: Querwand
258: Aufnahmeraum
259: Wärmeleitmedium
260a: Außenseite
260b: Außenseite
262: Gehäuseelement
264: Querachse
266: Heißmediumstrom
268: Hauptströmungsrichtung
270: Kaltmediumstrom
272: Hauptströmungsrichtung
273: Wärmerohreinrichtung
274a: Heat-Pipe
274b: Heat-Pipe
276a: Längsachse
276b: Längsachse
278: Arbeitsmedium
280: Heißseite
282: Kaltseite
284: Rückführungsstruktur
286: Flache Heat-Pipe
288: Phasenwechselmedium
290: Stützeinrichtung
292: Stützelement
294: Wärmeaufnahmefläche
296: Wärmeabgabefläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010042603 A1 [0003]
DE 102013112911 A1 [0004]
DE 102008005334 A1 [0005]
DE 102006040853 B3 [0006]
DE 102013105294 A1 [0007]

Claims

Thermoelektrische Generatorvorrichtung, umfassend eine thermoelektrische Moduleinrichtung (32; 138; 214), eine Heißwärmeübertragungseinrichtung (34; 140; 140'; 216) und eine Kaltwärmeübertragungseinrichtung (36; 142; 218), welche in thermischem Kontakt mit der thermoelektrischen Moduleinrichtung (32; 138; 214) stehen, wobei die Heißwärmeübertragungseinrichtung (34; 140; 140'; 216) und/oder die Kaltwärmeübertragungseinrichtung (36; 142; 218) eine Wärmerohreinrichtung (178; 273) mit mindestens einem Wärmerohr umfasst.
Generatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmerohr eine Heat-Pipe (180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f; 274a, 274b; 286) ist.
Generatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmerohr eine flache Heat-Pipe (180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f; 286) ist, welches insbesondere eine rechteckige Querschnittsfläche aufweist.
Generatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (276a, 276b) des mindestens einen Wärmerohrs längs zu einer Haupt-Strömungsrichtung (128, 130; 268, 272) eines durch die Heißwärmeübertragungseinrichtung (34; 140; 140'; 216) und/oder durch die Kaltwärmeübertragungseinrichtung (36; 142; 218) geführten Mediumstroms liegt.
Generatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (276a, 276b) des mindestens einen Wärmerohrs quer und insbesondere senkrecht zu einer Haupt-Strömungsrichtung (128, 130; 268, 272) eines durch die Heißwärmeübertragungseinrichtung (34; 140; 140'; 216) und/oder durch die Kaltwärmeübertragungseinrichtung (36; 142; 218) geführten Mediumstroms liegt.
Generatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohreinrichtung (178; 273) ein Wärmeleitmedium (26; 86; 208; 259) umfasst, welches das mindestens eine Wärmerohr umgibt.
Generatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmedium (26; 86; 208; 259) ein Phasenwechselmedium (288) ist.
Generatorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohreinrichtung (178; 273) zwischen einer Wärmeaufnahmefläche (18; 78; 166; 294) und einer Wärmeabgabefläche (22; 98; 194; 296) der Heißwärmeübertragungseinrichtung (34; 140; 140'; 216) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung, bei dem ein thermischer Kontakt zwischen einer thermoelektrischen Moduleinrichtung (32; 138; 214), einer Heißwärmeübertragungseinrichtung (34; 140; 140'; 216) und einer Kaltwärmeübertragungseinrichtung (36; 142; 218) hergestellt wird, wobei der Heißwärmeübertragungseinrichtung (34; 140; 140'; 216) Wärme über eine Wärmeaufnahmefläche (18; 78; 166; 294) zugeführt wird, eine Wärmestromdichte (Q1, Q2) der Wärme über eine Wärmerohreinrichtung (178; 273) erhöht wird und die Wärme über eine Wärmeabgabefläche (22; 98; 194; 296) an die thermoelektrische Moduleinrichtung (32; 138; 214) abgegeben wird.