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Bezeichnung
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Energiewandeleinrichtung für einen Gasbrenner zum Bereitstellen von elektrischer Energie, Gasbrenner mit zumindest einer Energiewandeleinrichtung und Gasherd mit einem Gasbrenner
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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Energiewandeleinrichtung für einen Gasbrenner zum Bereitstellen von elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft auch einen Gasbrenner mit zumindest einer Energiewandeleinrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Gasherd mit einem Gasbrenner der eine Energiewandeleinrichtung aufweist.
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Derartige Energiewandeleinrichtung für einen Gasbrenner zum Bereitstellen von elektrischer Energie sind in der Druckschrift
JP H07-180 842 A und in der Druckschrift
JP H06-129 680 A offenbart. Darüber hinaus zeigen auch die Druckschriften
CN 102 386 813 A und
DE 10 2012 003 471 A1 sowie
US 2006 / 0 172 245 A1 thermoelektrische Generatoren bei Gasbrennern.
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Thermogeneratoren wandeln Wärme bzw. Temperaturdifferenzen in elektrische Energie um. Dieser Prozess ist auch reversibel, siehe Peltier-Effekt. Anwendungsgebiete finden sich auch in der Industrie, wo Abwärme von Maschinen und Anlagen umgewandelt wird, bei Kraftfahrzeugen für Kühlboxen, möglicherweise Ersatz der Lichtmaschine, oder in der Raumfahrt. Aufgrund des momentan geringen Wirkungsgrades ist der Einsatz von Thermogeneratoren überschaubar. Gasgebläsebrenner werden für große Heizleistungen verwendet, z. B. für Heizungsanlagen. Unterschiedliche Materialien für thermoelektrische Anwendungen sind aus der Druckschrift
US 2014 / 0 266 002 A1 bekannt. Im Werk Bünde wurde bereits ein Gasgebläsebrenner für Großkochanlagen entwickelt. In Gasgebläsebrennern werden Gas- und Luftzufuhr optimal eingestellt.
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Dem hier vorgestellten Ansatz liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energiewandeleinrichtung zum Bereitstellen von thermischer und elektrischer Energie für einen Gasbrenner und einen verbesserten Gasbrenner mit einer Energiewandeleinrichtung zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Energiewandeleinrichtung für einen Gasbrenner zum Bereitstellen von elektrischer Energie und durch einen Gasbrenner mit einer Energiewandeleinrichtung und durch einen Gasherd mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Ansatzes ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Eine Energiewandeleinrichtung ist dazu ausgebildet, um elektrische Energie für einen Gasbrenner bereitzustellen. Durch Verbrennen von Gas für ein Gaskochfeld wird thermisch Energie bereitgestellt. Die Energiewandeleinrichtung weist zumindest ein thermoelektrisches Element auf, das dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung thermoelektrischen Materials einen Teil der thermischen Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
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Ein thermoelektrisches Element besteht aus zumindest einem p-thermoelektrischen Material, einem n-thermoelektrischen Material und einem Leiter zwischen dem p-thermoelektrischen Material und dem n-thermoelektrischen Material. Als Gasbrenner kann beispielsweise ein atmosphärischer Brenner oder auch ein Gasgebläsebrenner verstanden werden.
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Die mit dem hier vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass durch das Bereitstellen von elektrischer Energie Einrichtungen des Gasbrenners betrieben werden können, die ohne die Energiewandeleinrichtung eine externe Stromzufuhr benötigen würden. Nicht genutzte Abwärme des Gasbrenners kann hierbei dazu dienen, Energie sinnvoll auszunutzen, um Strom zu sparen. Idealerweise kann sogar ein gesamter Gasherd ohne die externe Stromzufuhr auskommen.
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Das thermoelektrische Element kann ein thermoelektrisches Material aufweisen, das zumindest zum Teil Magnesiumsilicid und/oder Polybutylenterephthalat und/oder eine Halb-Heusler-Legierung und/oder Skutterudit aufweist. Diese Materialien sind auch bei sehr heißen Temperaturen, beispielsweise von mehr als 200°C, zum Umwandeln von thermischer Energie in elektrische Energie geeignet.
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Erfindungsgemäß ist eine Energiewandeleinrichtung vorgesehen, die zumindest eine erste Fläche und eine zweite Fläche und ein zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche angeordnetes Stützelement aufweist, das thermoelektrisches Material aufweist, kann die Energiewandeleinrichtung zwei für thermoelektrische Generatoren typische Seiten, nämlich eine heiße und eine kalte Seite, aufweisen. Die Seiten/Flächen dienen hierbei als Leiter. Das Stützelement kann zwischen den Flächen zylinderförmig angeordnet sein und ein p-thermoelektrisches Material oder ein n-thermoelektrisches Material aufweisen.
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Um zumindest zwei thermoelektrische Elemente in Reihe miteinander verknüpfbar zu machen und somit eine höhere elektrische Spannung bereitstellen zu können, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass die Energiewandeleinrichtung zumindest eine weitere erste Fläche, eine weitere zweite Fläche, eine zusätzliche zweite Fläche, ein weiteres Stützelement, das thermoelektrisches Material aufweist, ein zusätzliches Stützelement, das thermoelektrisches Material aufweist und ein ergänzendes Stützelement, das thermoelektrisches Material aufweist, aufweisen. Die weitere erste Fläche kann hierbei der ersten Fläche gegenüberliegend angeordnet sein und zusammen mit der ersten Fläche im Wesentlichen ein erstes Kreisring-Segment ausformen und die weitere zweite Fläche und die zusätzliche zweite Fläche können der zweiten Fläche gegenüberliegend angeordnet sein und zusammen mit der zweiten Fläche im Wesentlichen ein zweites Kreisring-Segment ausformen. Das weitere Stützelement kann zwischen der ersten Fläche und der zusätzlichen zweiten Fläche, das zusätzliche Stützelement zwischen der weiteren ersten Fläche und der zweiten Fläche und das ergänzende Stützelement zwischen der weiteren ersten Fläche und der weiteren zweiten Fläche angeordnet sein. Ein hier beschriebener Aufbau kann beispielsweise als ein Modul der Energiewandeleinrichtung dienen, das beispielsweise in mehrfacher Ausführung einen Kreisring mit einer noch größeren Anzahl an thermoelektrischen Elementen ausformen kann. Wenn beispielsweise 12 solcher Module gemeinsam den Kreisring ausformen, kann die Energiewandeleinrichtung 24 thermoelektrische Elemente aufweisen, die in Reihe geschaltet sein können und somit viel elektrische Energie bereitstellen können.
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Die erste Fläche und die weitere erste Fläche können im betriebsbereiten Zustand der Energiewandeleinrichtung dem Gaskochfeld zugewandt angeordnet sein und die zweite Fläche, die weitere zweite Fläche und die zusätzliche zweite Fläche können einer Gaszufuhr des Gasbrenners zugewandt angeordnet sein. Wenn die Energiewandeleinrichtung wie beschrieben den Kreisring ausformt, kann dieser so im Wesentlichen parallel zu dem Gaskochfeld im Bereich einer Gasflamme des Gaskochfelds angeordnet werden. Das Stützelement und das zusätzliche Stützelement können dabei beispielsweise auf einem ersten Radius des Kreisrings und das weitere Stützelement und das ergänzende Stützelement auf einem zweiten, kleineren Radius des Kreisrings angeordnet sein.
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Um das zumindest eine thermoelektrische Element zu schützen, kann zwischen dem ersten Kreisring-Segment und dem zweiten Kreisring-Segment ein Füllmaterial angeordnet sein, das vorteilhafterweise eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das thermoelektrische Material aufweisen kann.
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Die Energiewandeleinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform zumindest eine Durchgangsöffnung aufweisen, die dazu ausgeformt ist, um im betriebsbereiten Zustand der Energiewandeleinrichtung Luft und/oder Gas von einer Gaszufuhr des Gasbrenners durch die Energiewandeleinrichtung zu dem Gaskochfeld durchzulassen. Die Durchgangsöffnung kann hierbei parallel zu den Stützelementen in einer Mitte der Stützelemente angeordnet sein und eine Öffnung zwischen der ersten Fläche und der weiteren ersten Fläche und eine weitere Öffnung zwischen der zweiten Fläche und der weiteren zweiten Fläche und der zusätzlichen zweiten Fläche durch das Füllmaterial hindurch verbinden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das zumindest eine thermoelektrische Element eine Schnittstelle zum Bereitstellen der elektrischen Energie zu zumindest einer Elektronikeinrichtung des Gasbrenners aufweisen. Die Schnittstelle kann beispielsweise zumindest eine Elektrode und/oder ein Kabel umfassen, um die umgewandelte elektrische Energie zu der Elektronikeinrichtung leiten zu können. Die Elektronikeinrichtung kann als eine Einstelleinrichtung für eine Gas-Luft-Zufuhr und/oder ein Bedienfeld und/oder eine elektrische Zündung und/oder eine elektrische Gasdosierung des Gasbrenners ausgeformt sein.
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Um für einen atmosphärischen Gasbrenner ohne Lüftereinrichtung dennoch Luft für eine Gasflamme bereitstellen zu können, kann die Energiewandeleinrichtung zumindest einen Luftzuführungskanal aufweisen, der zwischen zwei der thermoelektrischen Elemente angeordnet sein kann. Um viel Luft bereitstellen zu können, kann die Energiewandeleinrichtung vorteilhafterweise zwischen allen Modulen derartige Luftzuführungskanäle aufweisen, die sich von außerhalb der Energiewandeleinrichtung in eine Kreismitte des Kreisrings mündend erstrecken können.
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Die Energiewandeleinrichtung kann weiterhin eine Trägerscheibe und/oder eine Deckelscheibe aufweisen, wobei die Trägerscheibe im betriebsbereiten Zustand der Energiewandeleinrichtung an einer der Gaszufuhr des Gasbrenners zugewandten Unterseite der Energiewandeleinrichtung angeordnet sein kann und die Deckelscheibe im betriebsbereiten Zustand der Energiewandeleinrichtung an einer dem Gaskochfeld zugewandten Oberseite der Energiewandeleinrichtung angeordnet sein kann. Die Trägerscheibe und/oder die Deckelscheibe kann vorteilhafterweise zumindest teilweise aus einem Stahl ausgeformt sein, wobei die Trägerscheibe und die Deckelscheibe zum Stabilisieren der Energiewandeleinrichtung miteinander verschraubt sein können.
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Ein Gasbrenner weist zumindest eine der vorgestellten Energiewandeleinrichtungen auf, die zwischen der Gaszufuhr des Gasbrenners und dem Gaskochfeld angeordnet ist. Ein hier vorgestellter Gasbrenner kann als Ersatz für bekannte Gasbrenner dienen, wobei der vorgestellte Gasbrenner vorteilhafterweise die bereits beschriebenen Vorteile der Energiewandeleinrichtung realisiert.
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Der Gasbrenner kann eine Energiespeichereinrichtung zum Speichern von durch die Energiewandeleinrichtung umgewandelter elektrischer Energie aufweisen. So kann dem Gasbrenner schon vor einem Zünden des Gasbrenners Energie zur Verfügung stehen, beispielsweise bereits zum elektrischen Zünden der Gasflamme.
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Wenn der Gasbrenner zumindest eine der beschriebenen Elektronikeinrichtungen aufweist und die Energiewandeleinrichtung dazu ausgebildet ist, um zumindest die Elektronikeinrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen, kann der Gasbrenner gemäß einer Ausführungsform ohne eine externe Stromzufuhr für zumindest die eine Elektronikvorrichtung auskommen.
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Ausführungsbeispiele des Ansatzes sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 einen schematischen Querschnitt eines Gasbrenners gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine perspektivische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine perspektivische Seitenansicht einer Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 einen seitlichen Querschnitt einer Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine schematische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 eine perspektivische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 eine schematische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 eine perspektivische Seitenansicht einer Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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9 einen seitlichen Querschnitt einer Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Gasbrenners 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Der Gasbrenner 100 weist zumindest eine Gaszufuhr 105 und eine Energiewandeleinrichtung 110 auf. Die Gaszufuhr 105 ist dazu ausgebildet, um Gas 107 für den Gasbrenner 100 zuzuführen. Die Energiewandeleinrichtung 110 ist zwischen der Gaszufuhr 110 und einem Gaskochfeld 115 eines Gasherds angeordnet.
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Die Energiewandeleinrichtung 110 ist dazu ausgebildet, um thermische Energie 120 und elektrische Energie 125 für den Gasbrenner 100 bereitzustellen, wobei die thermische Energie 120 durch Verbrennen des Gases 107 für das Gaskochfeld 115 bereitgestellt wird. Die Energiewandeleinrichtung 110 weist zumindest ein thermoelektrisches Element 130 auf, das dazu ausgebildet ist, um einen Teil der thermischen Energie 120 in die elektrische Energie 125 umzuwandeln.
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Optional weist der Gasbrenner 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Lüftereinrichtung 135, eine Vormischeinrichtung 140, eine Verbrennungseinrichtung 145, eine Elektronikeinrichtung 150, einen Brennerdeckel 155 und ein Ventil 160, beispielsweise ein Magnetventil, auf. Die Lüftereinrichtung 135 ist dazu ausgebildet, um Luft 165 für den Gasbrenner 100 bereitzustellen, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Gasgebläsebrenner ausgeformt ist. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Gasbrenner 100 auch als ein atmosphärischer Brenner ausgeformt sein, der keine Lüftereinrichtung 135 aufweist. In der Vormischeinrichtung 140 werden die Luft 165 und das Gas 107 vor der Verbrennung vermischt. Hierzu weist die Vormischeinrichtung 140 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Aluminiumkelch und ein Vermischrohr auf. Die Verbrennungseinrichtung 145 ist dazu ausgebildet, um das Gas-Luft-Gemisch zu verbrennen, um die thermische Energie 120 bereitzustellen. Die Elektronikeinrichtung 150 kann eine Einstelleinrichtung für eine Gas-Luft-Zufuhr und/oder ein Bedienfeld und/oder eine elektrische Zündung und/oder eine elektrische Gasdosierung umfassen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Energiewandeleinrichtung 110 dazu ausgebildet, um die Elektronikeinrichtung 150 mit der elektrischen Energie 125 zu versorgen.
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Der Gasbrenner 100 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Energiespeichereinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um durch die Energiewandeleinrichtung 110 bereitgestellte elektrische Energie 125 zu speichern. Beispielsweise ist die Energiespeichereinrichtung als ein Kondensator oder ein Akkumulator ausgeformt.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der 1 nochmals näher beschrieben: Wenn derzeitige atmosphärische Brennersysteme in Gaskochfeldern durch Gasgebläsebrenner wie den hier dargestellten Gasbrenner 100 ersetzt bzw. erweitert werden, kann ein Thermogenerator in Form der Energiewandeleinrichtung 110, der im Gasgebläsebrenner integriert ist und dessen Abwärme zur elektrischen Energiewandlung nutzt, die notwendige elektrische Energie 125 zur optimalen Einstellung von Gas- und Luftzufuhr liefern.
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Bedeutend ist hierbei eine Energierückgewinnung mit Thermoelektrika in Form von zumindest einem thermoelektrischen Element 130. Im Gegensatz zu thermoelektrischen Generatoren, kurz TEGs, mit beispielsweise Bismutellurid, kann die hier vorgestellte Energiewandlereinrichtung 110 auch bei Heißseitentemperaturen größer 200°C eine gleichbleibende Effizienz des thermoelektrischen Materials gewährleisten und einer Betriebstemperatur des erforderlichen Lotes standhalten. Fertige Module der Energiewandlereinrichtung 110 können ebenfalls appliziert werden, da Ihre Dimension und Form, anders als bei bekannten TEGs, angepasst werden kann. Die Wahl der thermoelektrischen Legierung in Form des thermoelektrischen Materials und die elektrische Verbindung der thermoelektrischen Elemente 130 sowie eine geeignete Abdeckung und eine thermische Leistungsanpassung liegen hierbei im Fokus. Mögliche thermoelektrische Verbindungen, also thermoelektrische Materialien für das thermoelektrische Element 130, sind Magnesiumsilicid, kurz Mg2Si, Polybutylenterephthalate, kurz PBTe, Halb-Heusler-Legierungen/Halb-Heusler und/oder Skutterudite. Alle elektrischen Verbindungstechniken basieren auf geeigneten Loten. Diese sind für die entsprechenden Materialien und Temperaturen geeignet.
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Thermoelektrische Elemente 130 bzw. Generatoren könnten auch bei Kochfeldern 115 mit herkömmlichen, atmosphärischen Brennern eingesetzt werden. Mittels der erzeugten elektrischen Energie 125 kann dann beispielsweise die elektronische Bedienung, z. B. ein Touchdisplay, die elektrische Zündung und/oder die elektrische Gasdosierung, z. B. ein Abstellhahn, betrieben werden. Bei Gasgebläsebrennern ist der Betrieb des Gebläses bzw. der Lüftereinrichtung 135 auch beim Zünden des Gasbrenners 100 erforderlich. Da thermoelektrische Elemente 130 erst dann elektrische Energie 125 liefern, wenn der Gasbrenner 100 Wärme abgibt, ist es von Vorteil, wenn das Kochfeld 115 oder der Gasbrenner 100 einen Speicher für die elektrische Energie 125 aufweist.
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Vorteilhafterweise bei Verwendung der Energiewandeleinrichtung 110 zum Zünden des Gasbrenners 100 kein Elektroanschluss bzw. elektrischer Netzanschluss mehr benötigt. Die Energiewandeleinrichtung 110 ermöglicht hohe Heizleistungen für kompakte Gasgebläsebrenner, wobei eine Brennereffizienz durch eine optimale Luft- und Gaszufuhr gesteigert und somit ein Gasverbrauch des Gasbrenners 100 gesenkt wird.
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2 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 1 beschriebene Energiewandeleinrichtung 110 handeln.
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Die Energiewandeleinrichtung 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel außer dem thermoelektrischen Element 130, das auch als Thermokristall bezeichnet werden kann, ein weiteres thermoelektrisches Element 200 auf. Die Energiewandeleinrichtung 110 kann gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel aber auch lediglich aus dem einen thermoelektrischen Element 130 bestehen. Das thermoelektrische Element 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten Stützelement 205, einem weiteren Stützelement 210 und einer ersten Fläche 215 ausgeformt, die das erste Stützelement 205 mit dem weiteren Stützelement 210 verbindet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das erste Stützelement 205 als ein thermoelektrisches Material ein p-thermoelektrisches Magnesiumsilicid und das weitere Stützelement als das thermoelektrische Material ein n-thermoelektrisches Magnesiumsilicid auf, wobei die erste Fläche 215 leitend ausgeformt ist.
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Das optionale weitere thermoelektrische Element 200 ist aus einem zusätzlichen Stützelement 220, einem ergänzenden Stützelement 225 und einer weiteren ersten Fläche 230 ausgeformt, die das zusätzliche Stützelement 220 mit dem ergänzenden Stützelement 225 verbindet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das zusätzliche Stützelement 220 als das thermoelektrische Material ein n-thermoelektrisches Magnesiumsilicid und das ergänzende Stützelement 225 als das thermoelektrische Material ein p-thermoelektrisches Magnesiumsilicid auf, wobei die weitere erste Fläche 230 leitend ausgeformt ist.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Stützelemente 205, 210, 220, 225 auch zusätzlich oder alternativ als das thermoelektrische Material Polybutylenterephthalat und/oder eine Halb-Heusler-Legierung und/oder Skutterudit aufweisen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die weitere erste Fläche 230 der ersten Fläche 215 gegenüberliegend angeordnet und formt zusammen mit der ersten Fläche 215 ein erstes Kreisring-Segment aus, wobei sich die erste Fläche 215 und die weitere erste Fläche 230 nicht berühren.
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Die Energiewandeleinrichtung 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine zweite Fläche 235, eine weitere zweite Fläche 240 und eine zusätzliche zweite Fläche 245 auf, wobei die weitere zweite Fläche 240 und die zusätzliche zweite Fläche 245 der zweiten Fläche 235 gegenüberliegend angeordnet sind und zusammen mit der zweiten Fläche 235 ein zweites Kreisring-Segment ausformen, wobei sich die zweite Fläche 235, die weitere zweite Fläche 240 und die zusätzliche zweite Fläche 245 nicht berühren. Das zweite Kreisring-Segment ist auf dem ersten Kreisring-Segment gegenüberliegenden Enden der Stützelemente 205, 210, 220, 225 angeordnet, wobei das Stützelement 205 zwischen der ersten Fläche 215 und der zweiten Fläche 235, das weitere Stützelement 210 zwischen der ersten Fläche 215 und der zusätzlichen zweiten Fläche 245, das zusätzliche Stützelement 220 zwischen der weiteren ersten Fläche 230 und der zweiten Fläche 235 und das ergänzende Stützelement 225 zwischen der weiteren ersten Fläche 230 und der weiteren zweiten Fläche 240 angeordnet ist.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die erste Fläche 215 und die weitere erste Fläche 230 im betriebsbereiten Zustand der Energiewandeleinrichtung 110 dem Gaskochfeld zugewandt angeordnet und die zweite Fläche 235, die weitere zweite Fläche 240 und die zusätzliche zweite Fläche 245 der Gaszufuhr des Gasbrenners zugewandt angeordnet.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Energiewandeleinrichtung 110 eine Durchgangsöffnung 250 auf, die sich parallel zu den Stützelementen 205, 210, 220, 225 in einer Mitte der Stützelemente 205, 210, 220, 225 durch die Energiewandeleinrichtung 110 hindurch erstreckt. Die Durchgangsöffnung 250 ist dazu ausgebildet, um Luft und/oder Gas von einer Gaszufuhr des Gasbrenners durch die Energiewandeleinrichtung 110 zu dem Gaskochfeld durchzulassen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Stützelement 205 und das zusätzliche Stützelement 220 auf einem ersten Radius eines Kreisrings und das weitere Stützelement 210 und das ergänzende Stützelement 225 auf einem zweiten, kleineren Radius des Kreisrings angeordnet.
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Ein hier beschriebener Aufbau der Energiewandeleinrichtung 110 kann als ein Modul 255 einer größeren Energiewandeleinrichtung dienen, wobei das Modul 255 beispielsweise in mehrfacher Ausführung einen ab 5 dargestellten Kreisring mit einer erheblich höheren Anzahl an thermoelektrischen Elementen ausformen kann, die in Reihe geschaltet sein können.
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3 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer Energiewandeleinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das anhand der 2 beschriebene Modul 255 handeln, mit dem Unterschied, dass die Energiewandeleinrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Füllmaterial 300 aufweist. Das Füllmaterial 300 ist zwischen dem ersten Kreisring-Segment 305 und dem zweiten Kreisring-Segment 310 angeordnet und weist eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das thermoelektrische Material der Stützelemente auf. Die Durchgangsöffnung 250 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch durch das Füllmaterial 300 hindurch.
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Anders ausgedrückt zeigt 3 ein Sub-Modul mit Füllmaterial 300 zur Kapselung oder zum Schutz der thermoelektrischen Elemente und Führung des Gas-/Luftgemisches durch die Durchgangsöffnung 250.
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4 zeigt einen seitlichen Querschnitt einer Energiewandeleinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 3 beschriebene Energiewandeleinrichtung 110 handeln.
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5 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine Energiewandeleinrichtung 110 handeln, die eine Mehrzahl der in den 3 oder 4 beschriebenen Module 255 aufweist. Die Energiewandeleinrichtung 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel 12 der Module 255 auf, die ringförmig zu einem Kreisring angeordnet und elektrisch in Reihe geschalteten sind. Eine derartige Ausführung der Energiewandeleinrichtung 110 kann auch als Brennerring mit thermoelektrischen Elementen bezeichnet werden. Gegenübergestellt sind in Abschnitt a) von 5 eine Variante mit Luftzuführungskanälen 500 zwischen den Modulen 255 und eine weitere Variante ohne Luftzuführungskanäle 500 in Abschnitt b) von 5. Die Luftzuführungskanäle 500 in Abschnitt a) sind zwischen den Modulen 255 angeordnet und dazu ausgebildet, um bei einem atmosphärischen Innenkreisbrenner ohne Lüftereinrichtung Luft von außerhalb der Energiewandeleinrichtung 110 in eine Kreismitte 505 der als Kreisring ausgeformten Energiewandeleinrichtung 110 zu leiten.
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In 5 schraffiert dargestellte Flächen sind mit thermoelektrischen Elementen bestückt.
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6 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 5 unter a) beschriebene Energiewandeleinrichtung 110 mit den Luftkanälen 500 handeln. Dieses Ausführungsbeispiel mit den Luftkanälen 500 ist für atmosphärische Gasbrenner ohne die in 1 gezeigte Lüftereinrichtung zum Zuführen von Luft geeignet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Energiewandeleinrichtung 110 zwischen allen Modulen 255 einen Luftkanal 500 und somit insgesamt 12 Luftkanäle 500 auf.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Energiewandeleinrichtung 110 außerdem eine Trägerscheibe 600 auf, die im betriebsbereiten Zustand der Energiewandeleinrichtung 110 an einer der Gaszufuhr des Gasbrenners zugewandten Unterseite der Energiewandeleinrichtung 110 angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Trägerscheibe 600 aus einem Stahl ausgeformt und dazu ausgebildet, um die Module der Energiewandeleinrichtung 110 zu stabilisieren.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Energiewandeleinrichtung 110 zusätzlich oder alternativ eine Deckelscheibe aufweisen, die im betriebsbereiten Zustand der Energiewandeleinrichtung 110 an einer dem Gaskochfeld zugewandten Oberseite der Energiewandeleinrichtung 110 angeordnet ist. Die Trägerscheibe 600 und oder die Deckelscheibe können an die Module angelötet sein und miteinander verschraubt sein.
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Anders ausgedrückt zeigt 6 eine Dimensionsskizze der Energiewandeleinrichtung 110. Für Test-/Messzwecke dienen Elektroden zum Spannungsabgriff. Das Füllmaterial 300 dient gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch zur Halterung, um die vollen 12 Durchgangsöffnungen 250 zur Führung des Gas-/Luftgemisches zu nutzen. Die Energiewandeleinrichtung 110 nimmt die größtmögliche Wärmeleistung auf, wenn ihr thermischer Übergangswiderstand einer Summe der thermischen Übergangswiderstände zwischen Wärmequelle und Umgebung entspricht, Leistungsanpassung. Eine Dimension der thermoelektrischen Elemente ist entsprechend gewählt. Eine Dicke der Trägerscheibe 600 bzw. eine Stahlscheibendicke ist als ein Kompromiss zwischen Stabilität und Wärmekapazität realisiert.
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Beispielhafte Maße für die Energiewandeleinrichtung 110 sind eine Höhe der Energiewandeleinrichtung 110 zusammen mit der der Trägerscheibe 600 von 11,4 mm, ein Außendurchmesser der Energiewandeleinrichtung 110 von 95,6 mm, ein Durchmesser der Durchgangsöffnungen 250 von 10 mm, ein Durchmesser der Kreismitte 505 von 54 mm und eine Höhe der Trägerscheibe 600 von 1,17 mm.
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7 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Energiewandeleinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 6 beschriebene Energiewandeleinrichtung 110 handeln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Trägerscheibe 600 vier Gewindebohrungen 700 zum Verschrauben der Trägerscheibe 600 mit mit der Deckelplatte auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist eines der thermoelektrischen Elemente eine Schnittstelle 705 zum Bereitstellen der elektrischen Energie für die Elektronikeinrichtung des Gasbrenners auf. Die Schnittstelle 705 ist mit einem Kabel zum Leiten der elektrischen Energie an die Elektronikeinrichtung des Gasbrenners verbunden.
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8 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer Energiewandeleinrichtung 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 7 beschriebene Energiewandeleinrichtung 110 handeln.
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9 zeigt einen seitlichen Querschnitt einer Energiewandeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der anhand einer der 6 bis 8 beschriebenen Energiewandeleinrichtungen 110 handeln.
