DE102016225525A1

DE102016225525A1 - Thermophotovoltaik-Vorrichtung für ein Fahrzeug, sowie Fahrzeug mit einer solchen Thermophotovoltaik-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102016225525A1
Application number: DE102016225525.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Friedrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) für ein Fahrzeug, mit wenigstens einer Strahlungsquelle (2) zum Bereitstellen von Wärmestrahlung, und mit wenigstens einer zumindest eine Photovoltaikzelle (9) aufweisenden Umwandlungseinrichtung (5), mittels welcher die Wärmestrahlung in elektrische Energie umwandelbar ist, wobei die zumindest einen Teilbereich einer außenumfangsseitigen Mantelfläche (4) der Strahlungsquelle (2) des Fahrzeugs umgebende Umwandlungseinrichtung (5) umfasst:- wenigstens einen Emitter (7), welcher die Wärmestrahlung als Strahlung mit wenigstens einer ersten Wellenlänge aufnimmt und mit gegenüber der ersten Wellenlänge veränderter zweiter Wellenlänge emittiert;- wenigstens einen Filter (8) zum Filtern der von dem Emitter (7) emittierten Strahlung; und- die zumindest eine mit der mittels des Filters (8) gefilterten Strahlung beaufschlagbare Photovoltaikzelle (9), mittels welcher zumindest ein Teil der Strahlung in elektrische Energie umwandelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Thermophotovoltaik-Vorrichtung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 15.
Eine solche Thermophotovoltaik-Vorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein solches Fahrzeug mit einer solchen Thermophotovoltaik-Vorrichtung sind beispielsweise bereits der DE 10 2008 042 927 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Thermophotovoltaik-Vorrichtung umfasst dabei wenigstens eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen von Wärmestrahlung. Die Strahlungsquelle ist beispielsweise ein Abgasrohr, welches von Abgas einer zum Antreiben des Fahrzeugs ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Außerdem umfasst die Thermophotovoltaik-Vorrichtung wenigstens eine Umwandlungseinrichtung mit zumindest einer Thermophotovoltaikzelle, welche auch einfach als Photozelle bezeichnet wird. Mittels der Umwandlungseinrichtung, insbesondere mittels der Thermophotovoltaikzelle, ist die bereitgestellte Wärmestrahlung in elektrische Energie umwandelbar.
Außerdem offenbart die DE 197 43 356 A1 einen thermophotovoltaischen Generator mit einem in einer Brennkammer eines Brenners liegenden Festkörper, dessen Oberfläche durch ein dem Brenner durch eine Zuführeinheit zugeführtes und dort verbrennendes Brennstoff-Luft-Gemisch zur Strahlung angeregt wird, die auf eine Photozelle trifft, welche daraufhin elektrische Energie erzeugt, und mit einer die heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer abführenden Abgasführung.
Des Weiteren offenbart die US 2013/0200919 A1 ein Fahrzeug mit einer Thermophotovoltaik-Vorrichtung, mittels welcher durch Abgas bewirkte Wärmestrahlung in elektrische Energie umwandelbar ist.
Außerdem ist aus der EP 1 014 454 A2 ein thermophotovoltaischer Generator bekannt, mit mindestens einer Strahlungsquelle und einer oder mehreren Photozellen, wobei die Photozelle eine von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung zumindest teilweise absorbiert und die absorbierte Strahlung zur Stromerzeugung nutzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Thermophotovoltaik-Vorrichtung und ein Fahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Thermophotovoltaik-Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Thermophotovoltaik-Vorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen oder vorzugsweise einen Personenkraftwagen. Die Thermophotovoltaik-Vorrichtung weist wenigstens eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen von Wärmestrahlung auf. Ferner weist die Thermophotovoltaik-Vorrichtung wenigstens eine Umwandlungseinrichtung mit zumindest einer Thermophotovoltaikzelle auf, welche auch einfach als Photozelle bezeichnet wird. Dabei ist mittels der Umwandlungseinrichtung, insbesondere mittels der Thermophotovoltaikzelle, die Wärmestrahlung, das heißt zumindest ein Teil der Wärmestrahlung, in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umwandelbar.
Um nun einen besonders effizienten Betrieb der Thermophotovoltaik-Vorrichtung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umwandlungseinrichtung zumindest einen Teilbereich einer außenumfangsseitigen Mantelfläche der Strahlungsquelle des Fahrzeugs umgibt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Umwandlungseinrichtung die außenumfangsseitige Mantelfläche, insbesondere in Umfangsrichtung der Mantelfläche beziehungsweise der Strahlungsquelle, zumindest überwiegend umgibt, sodass beispielsweise die Umwandlungseinrichtung, insbesondere in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle, mehr als die Hälfte der Mantelfläche umgibt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Umwandlungseinrichtung die außenumfangsseitige Mantelfläche, insbesondere in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle, vollständig umlaufend umgibt. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die außenumfangsseitige Mantelfläche der Strahlungsquelle vollständig beziehungsweise vollumfänglich von der Umwandlungseinrichtung umgeben ist.
Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umwandlungseinrichtung wenigstens einen Emitter aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die Wärmestrahlung als Strahlung mit wenigstens einer ersten Wellenlänge aufzunehmen und mit gegenüber der ersten Wellenlänge veränderter zweiter Wellenlänge zu emittieren. Während eines Betriebs der Thermophotovoltaik-Vorrichtung nimmt somit der Emitter die Wärmestrahlung als Strahlung mit der genannten ersten Wellenlänge auf und gibt die Strahlung mit gegenüber der ersten Wellenlänge veränderter zweiter Wellenlänge ab beziehungsweise emittiert die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge.
Die Umwandlungseinrichtung und somit die Thermophotovoltaik-Vorrichtung umfassen ferner wenigstens einen Filter zum Filtern der von dem Emitter emittierten Strahlung. Dabei ist der Filter beispielsweise ein optischer Filter, mittels welchem beispielsweise zumindest ein Wellenlängenbereich gefiltert, insbesondere aus der Strahlung herausgefiltert und somit zurückgehalten, werden kann. Außerdem umfasst die Umwandlungseinrichtung erfindungsgemäß die zumindest eine Thermophotovoltaikzelle, welche mit der mittels des Filters gefilterten Strahlung beaufschlagbar ist, sodass die Thermophotovoltaikzelle (Photozelle) beispielsweise dazu ausgebildet ist, die mittels des Filters gefilterte Strahlung aufzunehmen beziehungsweise zu absorbieren und in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umzuwandeln. Mit anderen Worten ist mittels der Thermophotovoltaikzelle zumindest ein Teil der mittels des Filters gefilterten Strahlung in elektrische Energie umwandelbar. Die Thermophotovoltaik-Vorrichtung fungiert somit als thermophotovoltaischer Generator, mittels welchem zumindest ein Teil der Wärmestrahlung, welcher herkömmlicherweise ungenutzt verloren geht, in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Diese elektrische Energie kann dann beispielsweise gespeichert und/oder für entsprechende Zwecke genutzt werden und dabei beispielsweise wenigstens einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden. Hierzu stellt die Photozelle die elektrische Energie beispielsweise bereit, sodass dann die elektrische Energie in einem Energiespeicher gespeichert beziehungsweise wenigstens einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden kann, um den elektrischen Verbraucher zu betreiben.
Im Rahmen der Erfindung ist somit die Anordnung der auch als Photozelle bezeichneten Thermophotovoltaikzelle beschrieben, die auf sie einstrahlende Licht- oder Wärmestrahlung in eine elektrische Spannung beziehungsweise einen elektrischen Strom wandelt, in Zusammenhang mit einer Anwendung in einem Fahrzeug, wobei die Thermophotovoltaik-Vorrichtung und somit die Photozelle Bestandteile des Fahrzeugs sind. Insbesondere ist die Photozelle beziehungsweise die Thermophotovoltaik-Vorrichtung beispielsweise Bestandteil eines elektrischen Systems oder eines beispielsweise als Heiz- und/oder Kühlsystem ausgebildeten Temperiersystems oder allgemein eines Energiemanagementsystems des Fahrzeugs. Im Rahmen der Erfindung sind beispielsweise unter Fahrzeugen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor und/oder mit Elektromotor und/oder mit einer Brennstoffzelle, Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen, Arbeitsfahrmaschinen wie beispielsweise Bagger, Wasserfahrzeuge sowie Luftfahrzeuge oder aber wenigstens zeitweise ortsfeste Anwendungen wie beispielsweise Arbeitsmaschinen, Produktionsanlagen, Gebäudeklimatisierungen, Kühlungen von industriellen Anlagen zu verstehen, insbesondere als Bestandteil eines Energiemanagementsystems, insbesondere eines Wärmemanagementsystems zur Heizung und/oder Kühlung und/oder Trocknung von beispielsweise Luft.
Allgemein kann bei thermophotovoltaischen Anwendungen zwischen wenigstens drei unterschiedlichen Ausprägungen differenziert werden:

- Abwärmenutzung: Die zur Erzeugung elektrischer Energie genutzte Wärmestrahlung stammt von heißen Oberflächen wie beispielsweise von heißen Metallschmelzen einer Gießerei oder von einer Abgasanlage eines Fahrzeugs;
- Verbrennerbetrieb: Die zur Energieerzeugung genutzte Strahlung wird durch einen eigens zu diesem Zweck durchgeführten Verbrennungsvorgang generiert;
- Solarthermie: Die elektrische Energieausbeute einer beispielsweise konventionellen Photozelle wird durch Wandlung unsichtbarer Strahlungsanteile, insbesondere Infrarot-Strahlungsanteile, in sichtbares Licht erhöht.

Die Strahlungsquelle, der Emitter, der Filter und die Photozelle sind jeweilige Bauteile der Thermophotovoltaik-Vorrichtung, wobei die Strahlungsquelle zur Bereitstellung von Wärmestrahlung genutzt wird. Hierzu umfasst die Strahlungsquelle beispielsweise wenigstens eine heiße Oberfläche und/oder wenigstens eine Flamme beziehungsweise weist eine chemische Verbrennungsreaktion zur Bereitstellung der Wärmestrahlung auf, wobei die Strahlungsquelle beispielsweise die Sonne sein kann. Der Emitter ist ein aus einem Emitter-Werkstoff gebildetes Element, das die von der Strahlungsquelle bereitgestellte Wärmestrahlung als Strahlung mit gegebener Wellenlänge beziehungsweise Wellenlängenspektrum aufnimmt und mit einer demgegenüber veränderten Wellenlänge beziehungsweise verändertem Längenwellenspektrum wieder emittiert. Beispielsweise nimmt der Emitter die Wärmestrahlung auf einer ersten Seite auf und emittiert die Strahlung auch auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite. Dabei ist vor allem das zumindest überwiegende Emittieren von Strahlung in einem Wellenlängenbereich von Interesse, das dem energetisch wirkvollsten Arbeitsbereich der Photozelle insbesondere hinsichtlich ihrer Bandlücke entspricht. Mittels des Filters werden beispielsweise Strahlungsanteile, die nicht im wirkungsvollsten Arbeitsbereich der Photozelle liegen, aus der empfangenen Strahlung herausgefiltert. In der Photozelle findet eine Wandlung der empfangenen beziehungsweise aufgenommenen Strahlung in elektrische Energie statt. Beispielsweise weist die Photozelle wenigstens einen elektrischen Anschluss beziehungsweise wenigstens ein elektrisches Kontaktelement auf, über welchen beziehungsweise welches die von der Photozelle bereitgestellte elektrische Energie von der Photozelle abgeführt und beispielsweise wenigstens einer weiteren Komponente zugeführt werden kann. Durch den Einsatz der genannten Bauteile kann ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb der Thermophotovoltaik-Vorrichtung und somit des Fahrzeugs insgesamt realisiert werden.
Ferner liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der bekannte Stand der Technik aufgrund der folgenden Aspekte nicht für eine Anwendung in Fahrzeugen geeignet ist:

- Abwärmenutzung: Die Baugrößen beziehungsweise Bauhöhen der Bauteile sind so groß, dass sich eine Anordnung herkömmlicher Thermophotovoltaik-Vorrichtungen in Fahrzeuge, die einen nur begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraum aufweisen, nicht integrieren lässt.
- Die Photozelle sowie gegebenenfalls weitere der Bauteil sind zur Erzielung guter energetischer Wirkungsgrade auf eine niedrige Temperatur abzukühlen. So liegen übliche Emitter-Temperaturen, die wesentlich für die Strahlungsleistung und Strahlungsdichte sind, möglichst hoch, insbesondere bei deutlich über 1.000 Grad Kelvin. Günstige Photozellen-Betriebstemperaturen liegen jedoch häufig unter 100 Grad Celsius, weswegen die Photozelle im Fahrzeug aktiv gekühlt werden sollte, wodurch abgeführte Abwärme fahrzeugseitige Kühlsysteme belastet.
- Zur Konzentration der Strahlung, um eine hinreichende Strahlungsdichte zu realisieren, werden häufig Spiegel- und/oder insbesondere optische Linsensysteme genutzt, die jedoch sowohl hinsichtlich der Baugröße, hinsichtlich der mechanischen Robustheit, hinsichtlich der Herstellungskosten, hinsichtlich des Bauteilgewichts als auch hinsichtlich der Verschmutzungsanfälligkeit von Oberflächen für Fahrzeuganwendungen nicht geeignet sind.
- Abwärmenutzung: Die in Fahrzeugen potentiell vorhandenen energetisch nutzbaren Strahlungsenergien, zum Beispiel im Bereich eines Motorabgaskrümmers oder einer Abgasanlage, liegen nur bis zur OberflächenTemperatur von circa 500 Grad Kelvin im zeitlichen Betriebsdurchschnitt, das heißt quasi kontinuierlich vor. Mit den herkömmlichen Emitter-Werkstoffen oder Emitter-Bauweisen nach dem Stand der Technik, die erst bei hohen Temperaturen von mehr als 1.000 Grad Kelvin energetisch wirkungsdicht sind, kann daher nur in kurzzeitigen Ausnahmesituationen, zum Beispiel bei einem kurzzeitigen Höchstlastbetriebsfall, eine insgesamt vernachlässigbare energetische Abwärmenutzung erfolgen.

Diese Probleme und Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Thermophotovoltaik-Vorrichtung vermieden werden, da die erfindungsgemäße Thermophotovoltaik-Vorrichtung insbesondere im Hinblick auf Abwärmenutzung und Verbrennerbetrieb für eine Anwendung in einem Fahrzeug tauglich ausgestaltet ist und somit vorteilhaft in ein Fahrzeug integriert werden kann. Dadurch, dass die Umwandlungseinrichtung die außenumfangsseitige Mantelfläche der Strahlungsquelle zumindest weitgehend oder vollständig umgibt, kann gegenüber einer Teilumfassung auch ohne voluminöse und empfindliche Reflektoren oder Konzentratoren die gesamte Strahlungsleistung oder ein besonders hoher Anteil der zur Verfügung stehenden Strahlungsleistung genutzt werden, um elektrische Energie bereitzustellen.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Umwandlungseinrichtung die Strahlungsquelle außenumfangsseitig in Längsausrichtung radial zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, umgibt. Die außenumfangsseitige Mantelfläche weist beispielsweise die Form eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders auf, wodurch ein besonders effizienter Betrieb darstellbar ist.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Strahlungsquelle ein von Abgas einer zum Antreiben des beispielsweise als Kraftfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Führungselement aufweist. Das Führungselement wird beispielsweise auch als Abgasrohr bezeichnet, welches von dem heißen Abgas durchströmt wird und in der Folge eine besonders hohe Temperatur aufweist. Dadurch kann ein besonders hoher Betrag an elektrischer Energie in kurzer Zeit bereitgestellt werden, sodass ein besonders effizienter Betrieb darstellbar ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Führungselement eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere ein Katalysator, zum Nachbehandeln des Abgases ist. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung eine besonders hohe Temperatur aufweist, sodass ein besonders hoher Betrag an elektrischer Energie in kurzer Zeit erzeugt beziehungsweise bereitgestellt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsquelle, der Emitter, der Filter und die Thermophotovoltaikzelle gegeneinander thermisch isoliert sind, insbesondere beispielsweise durch thermische Entkopplung von Haltern und/oder Distanzelementen und/oder durch Verwendung von thermischen Isolatoren als Haltern. Als solche thermische Isolatoren können beispielsweise Keramikelemente angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, die Bauteile durch eine Vakuumisolation thermisch gegeneinander zu isolieren, wobei die Vakuumisolation beispielsweise mittels einer die Bauteile umgebenden und insbesondere mit der Strahlungsquelle dicht, insbesondere vakuumdicht, verbundenen Außenhülle realisiert ist.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Bauhöhe der Umwandlungseinrichtung, welche auch als Thermophotovoltaik-System (TPV-System) bezeichnet wird, insbesondere hinsichtlich der radialen Erstreckung um die Strahlungsquelle herum minimiert ist, zum Beispiel durch Verwendung der zuvor genannten Vakuumisolation und/oder durch gestalterische Integration des Emitters und wenigstens einer strahlenden Oberfläche, insbesondere der Strahlungsquelle, und/oder durch Integration von Systemaufbau und eines Schutzschilds und/oder durch Integration der Photozelle und der genannten Vakuumhülle und/oder durch Integration von Systemaufbau und einem Kühlluftpfad, mittels welchem beispielsweise eine wärmequellennahe Kühlung realisiert ist. Durch diese, insbesondere radiale, Minimierung der Bauhöhe des TPV-Systems kann der Bauraumbedarf des TPV-Systems und somit der Thermophotovoltaik-Vorrichtung insgesamt realisiert werden, sodass die Thermophotovoltaik-Vorrichtung besonders vorteilhaft und einfach in bereits bestehende Bauraumarchitekturen eingepasst werden kann.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest eines der Bauteile der Thermophotovoltaik-Vorrichtung, insbesondere mehrere der Bauteile oder alle Bauteile, passiv oder aktiv zu kühlen sind. Hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Photovoltaik-Zelle thermisch an eine Kühlfläche angebunden ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein von wenigstens einem Medium umströmbarer und/oder durchströmbarer Wärmetauscher mit wenigstens einer Wärmetauscherfläche vorgesehen ist, welcher auf einer ersten Seite von dem Medium umströmbar ist, wobei die Photovoltaik-Zelle thermisch auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Wärmetauscherfläche an diese angebunden ist. Somit kann die Photovoltaik-Zelle besonders vorteilhaft dadurch gekühlt werden, dass ein Wärmeübergang von der Photovoltaik-Zelle über die Wärmetauscherfläche an das die Wärmetauscherfläche umströmende beziehungsweise anströmende Medium erfolgen kann. Das Medium ist beispielsweise ein Wärmeträgermedium (WTM), wobei das Medium beispielsweise zumindest Wasser und/oder Glykol umfasst. Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise einen Kühlkreislauf oder einen Kältekreislauf, insbesondere des Fahrzeugs, durchströmen und wird durch diesen Kühl- beziehungsweise Kältekreislauf geführt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlpfad zum kaskadierten Führen des Kühlmediums vorgesehen, mittels welchem die Photovoltaik-Zelle, der Filter, der Emitter und die Strahlungsquelle kaskadiert zu kühlen sind. Mit anderen Worten werden die Bauteile mittels des Kühlungspfads kaskadiert, sodass das Kühlmedium beispielsweise kaskadiert durch ein die Bauteile umfassendes System geführt wird, insbesondere derart, dass das zulaufende und beispielsweise als Wärmeträgermedium ausgebildete Kühlmedium zunächst mit der Photozelle und/oder dann mit dem Filter und/oder dann mit dem Emitter und/oder dann mit der Strahlungsquelle in thermischem Kontakt steht, insbesondere durch direkte Anströmung oder durch indirekte Anströmung, insbesondere über wenigstens eine Wärmetauscherfläche wie beispielsweise die zuvor genannte Wärmetauscherfläche.
Durch die Kühlung der Bauteile kann ein besonders effizienter und effektiver Betrieb realisiert werden. Insbesondere kann durch die jeweilige, beschriebene Kühlung die Kühlung aller Bauteile oder bevorzugt der Photozelle auf ein technisch anzustrebendes niedriges Temperaturniveau von beispielsweise weniger als 100 Grad Celsius unterstützt werden. Gleichzeitig kann mit einer abschließenden Wärmeaufnahme an der Strahlungsquelle Wärme auf einem hohen Temperaturniveau von beispielsweise mehr als 150 Grad Celsius entnommen und einer energetischen Nutzung zugeführt werden. Mit anderen Worten, durch die Kühlung der Strahlungsquelle, welche beispielsweise bezogen auf die Bauteile der Thermophotovoltaik-Vorrichtung als letztes der Bauteile gekühlt wird, wird das Kühlmedium infolge eines Wärmeübergangs von beispielsweise der Strahlungsquelle an das Kühlmedium erwärmt. In der Folge kann das Kühlmedium beispielsweise als Desorptionsstrom in einer Sorptionsanlage und/oder zur Verdampfung von Medien genutzt werden. Weiterhin kann so ein konventioneller Abgaswärmetauscher, in welchem ein Wärmeträgermedium erwärmt wird, zusätzlich als Stromquelle nutzbar gemacht werden.
Um einen besonders effizienten Betrieb realisieren zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Strahlungsquelle einen eigens zur Erzeugung der Wärmestrahlung vorgesehenen Brennraum aufweist, in welchem zum Erzeugen und Bereitstellen der Wärmestrahlung ein Brennstoff verbrennbar ist. Der Brennraum dient beispielsweise einzig und allein dazu, die Wärmestrahlung beziehungsweise sonstige Strahlung zur Erzeugung bereitzustellen. Dabei kann als der Brennstoff jeder Brennstoff, insbesondere jedoch Ottokraftstoffe, Dieselkraftstoffe, Heizöle, Schweröle, Holz, Pflanzen, Fäkalien, Wasserstoff, Kerosin, natürliche oder künstliche Gase, insbesondere Erdgase, oder Alkohol sowie exotherm reagierende, insbesondere anorganische, chemische Reaktanzen verwendet werden, wobei der Brennraum beispielsweise als für den jeweiligen Brennstoff geeignet gestaltete Brennkammer ausgebildet ist. Hierdurch kann durch eine gezielte Verbrennung zumindest im Wesentlichen direkt elektrischer Strom beziehungsweise elektrische Energie erzeugt werden, sodass die Thermophotovoltaik-Vorrichtung als thermophotovoltaischer Generator (TPV-Generator) wirken kann. In positiver Umkehrung einer gegebenenfalls zum Einsatz kommenden Kühlung der Brennkammer beziehungsweise des TPV-Generators kann weiterhin ein konventioneller, insbesondere als Brennstoff-Zuheizer ausgebildeter Zuheizer, zum Beispiel ein Kraftstoff-Zuheizer in einem Fahrzeug-Wärmemanagementsystem, zusätzlich als Stromquelle nutzbar gemacht werden.
Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Thermophotovoltaik-Vorrichtung beispielsweise dadurch aus, dass der Emitter bereits bei Emitter-Temperaturen von unter 500 Grad Kelvin gute Wirkungsgrade - im Vergleich mit den Wirkungsgraden, die nach dem heutigen Stand der Technik bei über 1.000 Grad Kelvin auftreten - bei der Wandlung von Wärmestrahlung in ein von der Photozelle nutzbares Frequenzspektrum aufweist. Hierdurch lässt sich im zeitlichen Betriebsspektrum des Fahrzeugs der Anteil des durch Abwärmenutzung erzeugbaren elektrischen Stroms deutlich erhöhen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner gezeigt, wenn die Strahlungsquelle beziehungsweise die Brennkammer zumindest in einem Teilbereich, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, mit einer Beschichtung, zum Beispiel mit einem Farbanstrich, versehen ist, die beziehungsweise der einen erhöhten Emissionskoeffizienten aufweist.
Als ferner besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Strahlungsquelle wenigstens ein Glühelement aufweist, mittels welchem Licht im mittels des menschlichen Auges sichtbaren Bereich emittierbar ist. Somit emittiert das Glühelement beispielsweise während eines Betriebs der Thermophotovoltaik-Vorrichtung insbesondere zusätzlich Licht im sichtbaren Bereich, wodurch sich ein besonders hoher Gesamtwirkungsgrad bei der Stromerzeugung realisieren lässt.
Insbesondere ist die Umwandlungseinrichtung, insbesondere die Photozelle, derart ausgestaltet, dass sie über die Wandlung von sichtbarem Licht in elektrische Energie hinaus stattdessen oder auch zusätzlich Wärmestrahlung, insbesondere nicht mit dem menschlichen Auge sichtbare Wärmestrahlung und/oder Infrarotstrahlung, in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umwandeln kann beziehungsweise umwandelt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Emitter, der Filter und die Thermophotovoltaikzelle als einzelne, voneinander separat hergestellte Bauelemente ausgebildet sind. Der Emitter, der Filter und die Photozelle sind beispielsweise Bauelemente, die an die Strahlungsquelle anschließen. Die genannten Bauelemente sind dabei vorzugsweise nicht als ein Element, sondern als einzelne Segmente ausgestaltet. Dabei hat es sich zur Realisierung eines besonders effizienten Betriebs als vorteilhaft gezeigt, wenn die Bauelemente voneinander beabstandet sind.
Die Bauelemente beziehungsweise die Segmente sind beispielsweise, insbesondere vollständig, eben beziehungsweise flach oder gekrümmt ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Segmente beispielsweise flache Segmente, die zum Beispiel als Segmentansammlung insgesamt eine - insbesondere kreisförmige - ganz oder teilweise Umschließung der Strahlungsquelle ausbilden, oder die Segmente sind als gebogen geformte Segmente ausgebildet. Die Segmentierung der Bauelemente (Emitter, Filter und Photovoltaikzelle) erlaubt zum einen eine standardisierte Herstellung von kostengünstigen Baukasten-Elementen und zum anderen die skalierbare Anpassung an geometrisch unterschiedliche Einbaulagen. Zum Beispiel lassen sich so an der sich beispielsweise länglich erstreckenden Strahlungsquelle örtlich variierende Umfassungswinkel der Umwandlungseinrichtung realisieren, wodurch ein zur Verfügung stehender Bauraum effektiv und effizient genutzt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Bauelemente über eine flexible Struktur miteinander verbunden. Die flexible Struktur ist beispielsweise elastisch verformbar und/oder formlabil, sodass beispielsweise die flexible Struktur von Hand und somit von einer Person manuell verformbar beziehungsweise anformbar ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Emitter, der Filter und die Photovoltaikzelle segmentiert und somit als die zuvor genannten Segmenten ausgeführt und dabei an einer flexiblen, von Hand anformbaren Struktur, insbesondere Netzstruktur, angeordnet sind, sodass beispielsweise die Segmente über die Struktur, insbesondere Netzstruktur, miteinander verbunden sind.
Dabei hat es sich zur Realisierung eines besonders effizienten Betriebs sehr vorteilhaft gezeigt, wenn die Struktur aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem keramischen Werkstoff und/oder aus einem Kunststoff gebildet ist. Die beispielsweise als Netzstruktur ausgebildete Struktur ist beispielsweise als metallisches oder keramisches Gewirk oder Aufbau aus hoch-temperaturfesten Kunststofffolien mit Distanz- und Isolationselementen zwischen den Bauelementen der Thermophotovoltaik-Vorrichtung ausgestaltet, wobei die Netzstruktur vorzugsweise länglich, insbesondere in der Art eines wickelbaren Bandes, ausgestaltet ist.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Kühlelement vorgesehen, welches an der Struktur gehalten beziehungsweise mit der Struktur verbunden ist, sodass beispielsweise mittels des Kühlelements, insbesondere über die Struktur, wenigstens eines der Bauteile, insbesondere der Bauelemente, gekühlt werden kann. Somit ist es beispielsweise vorgesehen, dass in die beispielsweise als Netzstruktur ausgebildete Struktur Kühlelemente, insbesondere für einen Wärmeträgermedium oder ein Kältemittel, eingebracht sind. Beispielsweise ist die beispielsweise als Netz ausgebildete Struktur wenigstens an ihren schmalen Enden mit einer Befestigungsvorrichtung, zum Beispiel mit einem Drahtseilabschnitt, ausgestaltet, wobei die Befestigungsvorrichtung beispielsweise wenigstens ein Spannelement, insbesondere eine flachgewickelte metallische Zugfeder, aufweist.
Hierdurch ist es möglich, die Struktur, insbesondere zusammen mit den Bauelementen und mit dem gegebenenfalls vorgesehenen Kühlelement, besonders einfach um die Strahlungsquelle herum anzuordnen, insbesondere durch Umwickeln der Strahlungsquelle mit der Struktur und insbesondere durch Verspannen der Struktur an der beispielsweise länglichen Strahlungsquelle, welche beispielsweise als ein Abgasrohr oder ein Abgaskatalysator oder eine Brennkammer ausgebildet ist. Mittels der Befestigungsvorrichtung können beispielsweise jeweilige Enden der Struktur miteinander und/oder mit der Strahlungsquelle verbunden werden, wodurch die um die Strahlungsquelle herumgewickelte Struktur und mit dieser die Bauelemente an die Strahlungsquelle gespannt und somit an der Strahlungsquelle befestigt werden können. Um die Struktur und somit um die Bauelemente herum ist beispielsweise eine flexible, vakuumfeste Hülle, zum Beispiel eine dünne Metallverbundhülle in Form eines Schlauches, angeordnet, wobei die Hülle beispielsweise an herausstehenden Überständen der Strahlungsquelle, insbesondere vakuumdicht, befestigt ist, sodass beispielsweise die Hülle, insbesondere vakuumdicht, mit den herausstehenden Überständen verbunden ist.
Die Hülle ist beispielsweise mit wenigstens einem Evakuierungsanschluss und/oder mit wenigstens einem Evakuierungsventil ausgestattet und weist wenigstens einen Durchgang, insbesondere mehrere Durchgänge, für wenigstens eine elektrische Leitung und/oder für eine Kühl- oder Kältemittelleitung auf, sodass beispielsweise ein Vor- und Rücklauf eines beispielsweise als Kühl- oder Kältemittel ausgebildeten Kühlmediums realisiert ist. Über den Vorlauf kann beispielsweise das Kühlmedium dem genannten Kühlelement zugeführt werden, sodass mittels des Kühlmediums über das Kühlelement und über die Struktur wenigstens eines der Bauteile, insbesondere der Bauelemente, gekühlt werden kann. Über den Rücklauf kann das Kühlmedium nach dem Kühlen des wenigstens einen Bauteils von dem wenigstens einen Bauteil beziehungsweise von der Thermophotovoltaik-Vorrichtung insgesamt abgeführt werden. Über den Evakuierungsanschluss beziehungsweise über das Evakuierungsventil kann beispielsweise ein Zwischenraum entlüftet beziehungsweise evakuiert werden, wobei der Zwischenraum beispielsweise teilweise durch die Hülle und teilweise durch die Strahlungsquelle gebildet beziehungsweise begrenzt ist. In dem Zwischenraum sind die Bauelemente (Photovoltaikzelle, Emitter und Filter) und zumindest ein Teilbereich der außenumfangsseitigen Mantelfläche der Strahlungsquelle angeordnet.
Mit dieser flexiblen Anordnung des zumindest die Bauelemente und beispielsweise die genannte Struktur umfassenden TPV-Systems in der Art eines Wickelbandes an der Strahlungsquelle, wobei das Wickelband um die Strahlungsquelle, insbesondere um die außenumfangsseitige Mantelfläche, herumgewickelt und verspannt ist, wodurch das Wickelband an der Strahlungsquelle befestigt ist, kann das beispielsweise als Generator fungierende TPV-System quasi als Endlos- beziehungsweise Meterware hergestellt, konfektioniert und besonders flexibel und montagefreundlich an eine Vielzahl von unterschiedlichen Strahlungsquellengeometrien angepasst werden. Dabei können Dehnungen infolge thermischer Längungen ausgeglichen werden, ohne dass ein radialer Spalt zwischen der Strahlungsquelle und der Struktur beziehungsweise dem TPV-System entsteht. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb gewährleistet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftfahrzeug und dabei als Kraftwagen ausgebildet ist. Das Fahrzeug umfasst wenigstens eine Thermophotovoltaik-Vorrichtung, insbesondere wenigstens eine Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Thermophotovoltaik-Vorrichtung umfasst wenigstens eine Strahlungsquelle zum Bereitstellen von Wärmestrahlung und wenigstens eine zumindest eine Photovoltaikzelle aufweisende Umwandlungseinrichtung, mittels welcher die Wärmestrahlung in elektrische Energie umwandelbar ist.
Um nun einen besonders effizienten Betrieb realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umwandlungseinrichtung zumindest einen Teilbereich, insbesondere zumindest mehr als die Hälfte, einer außenumfangsseitigen Mantelfläche der Strahlungsquelle des Fahrzeugs, insbesondere in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle, umgibt und wenigstens einen Emitter umfasst, welcher die Wärmestrahlung als Strahlung mit wenigstens einer ersten Wellenlänge aufnimmt und mit gegenüber der ersten Wellenlänge veränderter zweiter Wellenlänge emittiert.
Ferner umfasst die Umwandlungseinrichtung wenigstens einen, insbesondere optischen, Filter zum Filtern der von dem Emitter emittierten Strahlung. Außerdem umfasst die Umwandlungseinrichtung die zumindest eine Photovoltaikzelle, welche mit der mittels des Filters gefilterten Strahlung beaufschlagbar ist, sodass mittels der zumindest einen Photovoltaikzelle zumindest ein Teil der Strahlung in elektrische Energie umwandelbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Die Photovoltaikzelle, der Emitter und der Filter sind Bauelemente der Umwandlungseinrichtung und somit der Thermophotovoltaik-Vorrichtung, wobei die Bauelemente beispielsweise ein TPV-System bilden und eine besonders effiziente und effektive Umwandlung von ansonsten ungenutzt verlorengehender Wärmeenergie in nutzbare elektrische Energie ermöglichen.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Realisierung der folgenden Vorteile:

- Nutzung von fahrzeugseitig vorhandener Abwärme zur Erzeugung von elektrischem Strom, wodurch eine CO2-Emissionsreduktion realisierbar ist;
- Reduktion des Bauraumbedarfs, der Bauteilmasse und der Herstellungskosten von TPV-Generatoren;
- Reduktion oder Vermeidung des aktiven Kühlbedarfs der Photozelle;
- Entfall von separaten Maßnahmen zum thermischen Schutz des TPV-Systems;
- Entfall von separaten Maßnahmen zum thermischen Schutz der Umgebung der Strahlungsquelle wie beispielsweise Entfall von TBS-Strahlungsschutzblechen (Thermische Betriebssicherheit);
- Nutzung eines Abgaswärmetauschers als Strahlungsquelle und somit als TPV-Generator (thermophotovoltaischer Generator);
- Nutzung eines Zuheizers als Strahlungsquelle und somit als TPV-Generator beziehungsweise Nutzung eines TPV-Generators als Zuheizer mit zusätzlicher Stromerzeugung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform für ein Fahrzeug;
2 eine schematische Schnittansicht der Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Schnittansicht der Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine schematische Schnittansicht der Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
5 eine schematische Schnittansicht der Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform; und
6 eine schematische Schnittansicht der Thermophotovoltaik-Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Thermophotovoltaik-Vorrichtung für ein Fahrzeug, welches beispielsweise als Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Das Fahrzeug umfasst wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher das Fahrzeug beispielsweise antreibbar ist. Dabei weist die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen Brennraum auf, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine laufen in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ab. Im Rahmen eines solchen Verbrennungsvorgangs wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssigen Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine umfasst, verbrannt. Aus der Verbrennung des jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemisches resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt aufweist. Dabei wird der Abgastrakt genutzt, um das Abgas aus dem Brennraum abzuführen beziehungsweise von dem Brennraum wegzuführen.
Die Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 weist dabei wenigstens eine Strahlungsquelle 2 auf, mittels welcher Wärmestrahlung bereitstellbar ist. 1 zeigt eine erste Ausführungsform, bei welcher die Strahlungsquelle 2 als von dem Abgas durchströmbares Führungselement in Form eines Abgasrohres ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Strahlungsquelle 2 bei der ersten Ausführungsform Bestandteil des Abgastrakts und somit von dem Abgas durchströmbar. Hierzu weist die Strahlungsquelle 2 einen von dem Abgas durchströmbaren Kanal 3 auf. Ferner weist die Strahlungsquelle 2 bei der ersten Ausführungsform eine dem Kanal 3 abgewandte außenumfangsseitige Mantelfläche 4 auf, welche beispielsweise die Form eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders aufweist.
Infolge eines Wärmeübergangs von dem Abgas an die Strahlungsquelle 2 wird die Strahlungsquelle 2 erwärmt und somit thermisch angeregt, wodurch die Strahlungsquelle 2, insbesondere über die Mantelfläche 4, zumindest Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, bereitstellt beziehungsweise ausstrahlt. Die Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 umfasst dabei wenigstens eine Umwandlungseinrichtung 5, mittels welcher zumindest ein Teil der von der Strahlungsquelle 2 bereitgestellten Wärmestrahlung in elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom umwandelbar ist.
Um nun einen besonders effizienten Betrieb der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 und somit des Fahrzeugs insgesamt realisieren zu können, umgibt die Umwandlungseinrichtung 5 zumindest einen Teilbereich der außenumfangsseitigen Mantelfläche 4. Dabei ist die Umwandlungseinrichtung 5 zumindest in einem Längenbereich 6 der Strahlungsquelle 2 angeordnet und umgibt in dem Längenbereich 6 die außenumfangsseitige Mantelfläche 4 in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle 2 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, umlaufend. Darunter, dass die Umwandlungseinrichtung 5 die außenumfangsseitige Mantelfläche 4 zumindest in dem Längenbereich 6 in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle 2 zumindest überwiegend umlaufend umgibt, ist zu verstehen, dass die Umwandlungseinrichtung 5 in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle 2 mehr als die Hälfte der außenumfangsseitigen Mantelfläche 4 zumindest in dem Längenbereich 6 umgibt. Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist die außenumfangsseitige Mantelfläche 4 zumindest in dem Längenbereich 6 in radialer Richtung nach außen vollständig von der Umwandlungseinrichtung 5 umgeben.
Dabei umfasst die Umwandlungseinrichtung 5 wenigstens einen Emitter 7, welcher die außenumfangsseitige Mantelfläche 4 zumindest in dem Längenbereich 6 in Umfangsrichtung des Abgasrohres vollständig umlaufend umgibt und somit beispielsweise als gerader Kreiszylinder beziehungsweise gerader Hohlzylinder ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst die Umwandlungseinrichtung 5 einen Filter 8, welcher beispielsweise die außenumfangsseitige Mantelfläche 4 zumindest in dem Längenbereich 6 sowie den Emitter 7 auf einer der Strahlungsquelle 2 abgewandten Seite in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle 2 vollständig umlaufend umgibt. Dabei ist auch der Filter 8, welcher als optischer Filter ausgebildet ist, beispielsweise als gerader Kreiszylinder beziehungsweise als gerader Hohlzylinder ausgebildet. Ferner umfasst die Umwandlungseinrichtung 5 wenigstens eine Photovoltaikzelle 9, welche auch als Photozelle bezeichnet wird. Dabei umgibt beispielsweise auch die Photovoltaikzelle 9 die außenumfangsseitige Mantelfläche 4 zumindest in dem Längenbereich 6 in Umfangsrichtung des Abgasrohres vollständig umlaufend, wobei die Photozelle beispielsweise sowohl den Emitter 7 als auch den Filter 8 in Umfangsrichtung des Abgasrohrs vollständig umlaufend umgibt, insbesondere auf einer jeweiligen, der Strahlungsquelle 2 abgewandten Außenseite. Die Strahlungsquelle 2, der Emitter 7, der Filter 8 und die Photovoltaikzelle 9 (Photozelle) sind somit rohrförmig beziehungsweise als jeweilige Rohre ausgebildet und dabei jeweils ineinander und somit verschachtelt beziehungsweise teleskopartig angeordnet. Der Emitter 7, der Filter 8 und die Photovoltaikzelle 9 sind dabei jeweilige Bauelemente der Umwandlungseinrichtung 5 und somit der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1, wobei beispielsweise die Strahlungsquelle 2, der Emitter 7, der Filter 8 und die Photovoltaikzelle 9 Bauteile der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 sind. Die Bauelemente (Emitter 7, Filter 8 und Photovoltaikzelle 9) bilden beispielsweise ein TPV-System, das heißt ein thermophotovoltaisches System, welches beispielsweise als thermophotovoltaischer Generator fungieren kann.
Der Emitter 7 ist dabei dazu ausgebildet, die von der Strahlungsquelle 2 bereitgestellte Wärmestrahlung als Strahlung mit wenigstens einer ersten Wellenlänge aufzunehmen und mit gegenüber der ersten Wellenlänge veränderter zweiter Wellenlänge zu emittieren, insbesondere in Richtung des Filters 8 und der Photovoltaikzelle 9. Dabei ist der Emitter 7 zwischen der Strahlungsquelle 2 und dem Filter 8 angeordnet, wobei der Emitter 7 zwischen der Strahlungsquelle 2 und der Photovoltaikzelle 9 angeordnet ist. Ferner ist der Filter 8 zwischen dem Emitter 7 und der Photovoltaikzelle 9 und zwischen der Strahlungsquelle 2 und der Photovoltaikzelle 9 angeordnet.
Der als optischer Filter ausgebildete Filter 8 ist dazu ausgebildet, die von dem Emitter 7 emittierte beziehungsweise ausgestrahlte Strahlung zu filtern und dabei beispielsweise Strahlung mit wenigstens einer vorgebbaren Wellenlänge beziehungsweise vorgebbare Strahlungsanteile der von dem Emitter 7 ausgestrahlten Strahlung zu der Photovoltaikzelle 9 durchzulassen. Die Photovoltaikzelle 9 ist mit der mittels des Filters 8 gefilterten Strahlung beaufschlagbar. Mit anderen Worten nimmt die Photovoltaikzelle 9 die mittels des Filters 8 gefilterte Strahlung auf und wandelt zumindest einen Teil der Strahlung in elektrische Energie um. Außerdem umfasst die Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 beispielsweise wenigstens eine Umhüllung 10, welche ein Teil des TPV-Systems sein kann und auch als Hülle bezeichnet wird. Die Umhüllung 10 umgibt die Bauelemente (Emitter 7, Filter 8 und Photovoltaikzelle 9) auf einer jeweiligen, der Strahlungsquelle 2 abgewandten Außenseite, insbesondere in Umfangsrichtung der Strahlungsquelle 2 vollständig umlaufend.
Bei dem in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel begrenzen der Längenbereich 6 der außenumfangsseitigen Mantelfläche 4 und die Umhüllung 10 einen als Aufnahmeraum fungierenden Zwischenraum 11, in welchem die Bauelemente der Umwandlungseinrichtung 5 aufgenommen sind. Die Umhüllung 10 ist beispielsweise als Vakuumhülle ausgebildet und weist wenigstens einen in 1 nicht erkennbaren Anschluss, insbesondere Vakuumanschluss oder Evakuierungsanschluss, auf, über welchen beispielsweise der Zwischenraum 11 entlüftet beziehungsweise vakuumiert werden kann. Dadurch können in dem Zwischenraum 11 besonders vorteilhafte Bedingungen realisiert werden, sodass ein besonders effektiver und effizienter Betrieb der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 darstellbar ist. Die Umhüllung 10 ist mit der Strahlungsquelle 2 beispielsweise in jeweiligen Verbindungsbereichen 12, insbesondere dicht und vorzugsweise vakuumdicht, verbunden, wodurch die Umhüllung 10 an der Strahlungsquelle 2 gehalten ist. Somit ist zumindest der Längenbereich 6 der außenumfangsseitigen Mantelfläche 4 und somit der Strahlungsquelle 2 in der Umhüllung 10 angeordnet, wobei jeweilige, sich an den Längenbereich 6 anschließende Längenbereiche 13 aus dem Zwischenraum 11 beziehungsweise aus der Umhüllung 10 herausragen. Die Längenbereiche 13 sind somit Überstände, an die die Umhüllung 10, insbesondere über ihre Verbindungsbereiche 12, angebunden ist.
Bei der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zumindest die Bauteile (Strahlungsquelle 2, Emitter 7, Filter 8 und Photovoltaikzelle 9) gegeneinander thermisch isoliert sind. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass auch die Umhüllung 10 thermisch gegen die genannten Bauteile isoliert ist. Bei der ersten Ausführungsform ist diese thermische Isolation durch eine thermische Entkopplung realisiert, welche beispielsweise Halter 14, 15 und 16 sowie Isolationselemente 17 umfasst. Die Isolationselemente 17 sind beispielsweise aus einer Keramik gebildet, wobei die Umhüllung 10 mittels der Isolationselemente 17 gegen die Strahlungsquelle 2 thermisch isoliert ist. Über die Halter 14, 15 und 16 sind beispielsweise die jeweiligen Bauelemente an die Umhüllung 10 und über diese an die Strahlungsquelle 2 angebunden, wobei die Umhüllung 10 insbesondere über die Isolationselemente 17 an die Strahlungsquelle 2 angebunden ist. Da die Umhüllung 10 mittels der Isolationselemente 17 gegen die Strahlungsquelle 2 thermisch isoliert ist und da die Bauelemente über die Halter 14, 15 und 16 gegen die Umhüllung 10 thermisch isoliert sind, ist eine thermische Isolation der Bauteile und damit der Umhüllung 10 gegeneinander realisiert. Durch diese innere thermische Isolation erfolgt nur eine sehr reduzierte Erwärmung der der als Wärmequelle fungierenden Strahlungsquelle fernen Bauelemente und der Umhüllung 10, vor allem der temperaturempfindlichen Photovoltaikzelle 9, die somit nur noch mit einem reduzierten Aufwand oder gar nicht mehr aktiv zu kühlen ist. Weiterhin kann durch die Bauelemente selbst und/oder durch die als Außenhülle fungierende Umhüllung 10 die Funktion eines thermischen Schutzelements zur Realisierung einer thermischen Betriebssicherheit übernommen werden, und zwar auch im Falle einer erheblichen Überhitzung der Strahlungsquelle 2, sodass weitere, zusätzliche thermische Schutzelemente entfallen können. Derartige thermische Schutzelemente werden üblicherweise auch als TBS-Elemente bezeichnet (TBS - thermische Betriebssicherheit) und üblicherweise als Strahlungsschutzbleche ausgebildet, deren Einsatz nun entfallen oder reduziert werden kann. Somit kann der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 eine Doppelfunktion zukommen, da sie einerseits als thermophotovoltaischer Generator und andererseits als Überhitzungsschutz beziehungsweise als Hitzeschutzschild verwendet werden kann, um dadurch eine überhitzungssichere Ausgestaltung zu realisieren. Dadurch können die Kosten, das Bauvolumen und die Masse des Fahrzeugs besonders gering gehalten werden.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann bei der zweiten Ausführungsform eine insbesondere in radialer Richtung des Abgasrohrs verlaufende Bauhöhe des TPV-Systems und somit der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1 insgesamt besonders gering gehalten werden. Bei der zweiten Ausführungsform ist beispielsweise eine gestalterische Integration des Emitters 7 und der Strahlungsquelle 2 vorgesehen, sodass beispielsweise vorgesehen ist, dass die Strahlungsquelle 2 und der Emitter 7 einstückig miteinander ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Emitter 7 direkt an die Strahlungsquelle 2, insbesondere an die außenumfangsseitige Mantelfläche 4, angebunden ist, sodass der Emitter 7 die Strahlungsquelle 2, insbesondere die Mantelfläche 4, direkt berührt beziehungsweise thermisch kontaktiert. Im Gegensatz dazu ist es beispielsweise bei der ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Emitter 7 von der Strahlungsquelle 2, insbesondere von der Mantelfläche 4, beabstandet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist eine gestalterische Integration der Photovoltaikzelle 9 und der Umhüllung 10 und/oder eines thermischen Schutzschilds 18 vorgesehen, sodass beispielsweise die Photovoltaikzelle 9 direkt an die Umhüllung 10 und/oder an das Schutzschild 18 angebunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass zumindest ein Teil 19 der Umhüllung 10 durch das Schutzschild 18 gebildet ist.
3 bis 5 zeigen eine dritte, vierte beziehungsweise fünfte Ausführungsform, anhand derer unterschiedliche Kühlmöglichkeiten dargestellt werden, welche jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen können.
Bei der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform ist die Photovoltaikzelle 9 thermisch an die als Vakuumhülle ausgebildete Umhüllung 10 angebunden, wobei die Photovoltaikzelle 9 die Umhüllung 10 beispielsweise direkt berührt. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter und effektiver Wärmeübergang von der Photovoltaikzelle 9 an die Umhüllung 10 erfolgen, sodass ein besonders vorteilhafter Wärmeabtransport von der Photovoltaikzelle 9 über die Umhüllung 10 dargestellt werden kann. Wird beispielsweise die Umhüllung 10 auf einer dem Zwischenraum 11 abgewandten Außenseite 20 von einem Medium, insbesondere von Luft, umströmt, so kann beispielsweise ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von der Photovoltaikzelle 9 über die Umhüllung 10 an die die Umhüllung 10 umströmende Luft erfolgen, wodurch die Photovoltaikzelle 9 besonders effektiv und insbesondere ohne aktive Kühlmaßnahmen gekühlt werden kann.
Die in 4 veranschaulichte vierte Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der dritten Ausführungsform, dass die Umhüllung 10 auf ihrer dem Zwischenraum 11 abgewandten Außenseite 20 mit einer Vielzahl an als Kühlrippen fungierenden Wärmetauscherrippen 21 versehen ist. Dadurch kann eine besonders große Oberfläche realisiert werden, über die ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von der Photovoltaikzelle 9 an das die Umhüllung 10 auf der Außenseite 20 umströmende Medium erfolgen kann.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform ist wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal 22 vorgesehen. Vorliegend sind mehrere Kühlkanäle 22 vorgesehen, welche jeweils von einem Kühlmedium durchströmt werden können. Das Kühlmedium ist beispielsweise ein Gas oder vorzugsweise eine Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch. Das Kühlmedium, dessen Strömung in 5 durch Pfeile 34 veranschaulicht ist, kann mittels der Kühlkanäle 22 geführt werden. Das den jeweiligen Kühlkanal 22 durchströmende Kühlmedium kann beispielsweise die Umhüllung 10 auf der dem Zwischenraum 11 abgewandten Außenseite 20 der Umhüllung 10 an- und umströmen, sodass ein besonders effektiver Wärmeabtransport von der Umhüllung 10 darstellbar ist. Da wie auch bei der dritten und vierten Ausführungsform die Photovoltaikzelle 9 bei der fünften Ausführungsform zumindest im Wesentlichen direkt an die Umhüllung 10 auf ihrer dem Zwischenraum 11 zugewandten und der Außenseite 20 abgewandten Innenseite 23 angebunden ist, kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von der Photovoltaikzelle 9 über die Umhüllung 10 an das den jeweiligen Kühlkanal 22 durchströmende Kühlmedium erfolgen, sodass in kurzer Zeit ein besonders hoher Betrag an Wärme von der Photovoltaikzelle 9 abgeführt werden kann.
Der jeweilige Kühlkanal 22 ist beispielsweise in einem von dem Kühlmedium durchströmbaren Kreislauf des Fahrzeugs angeordnet. Bei dem Kühlmedium kann es sich um ein Kühlmittel wie beispielsweise Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch handeln. Alternativ ist es denkbar, dass das Kühlmedium ein Kältemittel ist. Mittels des Kältemittelkreislaufs wird beispielsweise wenigstens ein Phasenübergang, insbesondere zwei Phasenübergänge, des Kältemittels bewirkt.
Schließlich zeigt 6 eine sechste Ausführungsform der Thermophotovoltaik-Vorrichtung 1, bei welcher eine beispielsweise als Wickelband ausgebildete Struktur 24 vorgesehen ist. Die Struktur 24 ist dabei beispielsweise als Netzstruktur ausgebildet, wobei die Struktur 24 beispielsweise flexibel, das heißt elastisch verformbar und/oder formlabil beziehungsweise biegeschlaff ist. Die Struktur 24 kann dabei Bestandteil des TPV-Systems ein. Bei der sechsten Ausführungsform sind die Bauelemente (Emitter 7, Filter 8 und Photovoltaikzelle 9) als einzelne, beispielsweise voneinander beabstandete Bauelemente und somit Segmente ausgebildet, welche in 6 beispielhaft gezeigt und zusammenfassend mit 25 bezeichnet sind. Dabei sind die Bauelemente beziehungsweise Segmente 25 in einer Draufsicht gezeigt, wobei die Segmente 25 jeweilige, aneinander angepasste Formen beziehungsweise Konturen, insbesondere Außenkonturen, aufweisen. Bei der in 6 gezeigten sechsten Ausführungsform ist die jeweilige Form der jeweiligen Segmente 25 zur Anpassung an variable, schwach-zylindrische Geometrien der Strahlungsquelle 2 ausgestaltet. Dabei sind die Segmente 25 an der Struktur 24 gehalten beziehungsweise mit der Struktur 24 verbunden und somit über die Struktur 24 miteinander verbunden, sodass beispielsweise die Struktur 24 mit den Segmenten 25 eine besonders einfach handhabbare und montierbare Baueinheit bildet. Diese Baueinheit insgesamt ist nach Art eines Wickelbands ausgebildet, sodass beispielsweise das TPV-System mit den Bauelementen und der Struktur 24 als Wickelband ausgebildet beziehungsweise nach Art eines Wickelbands an der Strahlungsquelle 2 montiert werden kann.
Ferner ist besonders gut aus 6 erkennbar, dass die über die Struktur 24 zu der genannten Baueinheit verbundenen Bauelemente beispielsweise über jeweilige Abstandshalteelemente 26 in einem gegenseitigen Abstand zueinander gehalten sind. Die Abstandshalteelemente 26 sind beispielsweise als Isolationselemente beziehungsweise als Isolatoren ausgebildet, mittels welchen die Bauelemente thermisch voneinander isoliert sind.
Die Struktur 24 weist beispielsweise an ihren jeweiligen, insbesondere freien, Enden 27 jeweils wenigstens eine Befestigungsvorrichtung 28 auf, mittels welcher die Struktur 24 und über diese die Bauelemente und somit das Wickelband beziehungsweise das TPV-System insgesamt verspannt beziehungsweise gegen die Strahlungsquelle 2 gespannt und somit durch Spannen beziehungsweise Verspannen an der Strahlungsquelle 2 befestigt und somit montiert werden können. Beispielsweise werden die Enden 27 über die Befestigungsvorrichtungen 28 miteinander verbunden, oder die Struktur 24 wird über die jeweilige Befestigungsvorrichtung 28 jeweils unabhängig von der jeweils anderen Befestigungsvorrichtung 28 mit der Strahlungsquelle 2 zumindest mittelbar, insbesondere direkt, verbunden. Hierzu wird beispielsweise die jeweilige Befestigungsvorrichtung 28 in ein korrespondierendes, an der Strahlungsquelle 2 vorgesehenes Befestigungselement eingehakt beziehungsweise mit dem Befestigungselement verbunden.
Um das TPV-System an der Strahlungsquelle 2 zu montieren, wird beispielsweise zunächst eine der Befestigungsvorrichtungen 28 mit der Strahlungsquelle 2 verbunden, während die andere Befestigungsvorrichtung 28 noch nicht mit der Strahlungsquelle 2 verbunden ist. Dann wird das TPV-System nach Art eines Wickelbands um die Strahlungsquelle 2, insbesondere um die außenumfangsseitige Mantelfläche 4, zumindest in dem Längenbereich 6, insbesondere helixförmig, herumgewickelt. Dann wird beispielsweise die noch nicht mit der Strahlungsquelle 2 verbundene Befestigungsvorrichtung 28 mit der Strahlungsquelle 2 verbunden, wodurch das TPV-System an der Strahlungsquelle 2 befestigt wird. Ferner umhüllt die beispielsweise flexible beziehungsweise elastisch verformbare und/oder biegeschlaffe Umhüllung 10 als Hülle, insbesondere als Vakuumhülle, das TPV-System beziehungsweise die Struktur 24 mit den Bauelementen.
Die jeweilige Befestigungsvorrichtung 28 ist beispielsweise elastisch verformbar und umfasst dabei beispielsweise ein elastisch verformbares Befestigungsteil, insbesondere einen Draht oder ein insbesondere metallisches Federelement, welches beispielsweise durch thermisch bedingte Längenveränderungen der Struktur 24 elastisch verformbar ist und dadurch thermische Dehnungen aufnehmen beziehungsweise kompensieren kann. Da vorzugsweise das TPV-System beziehungsweise die Struktur 24 mit den Bauelementen gegen die Strahlungsquelle 2 gespannt ist, und aufgrund der beschriebenen Möglichkeit, thermische Dehnungen kompensieren zu können, kann ein unerwünschter Radialspalt zwischen dem TPV-System und der Strahlungsquelle 2 beziehungsweise der außenumfangsseitigen Mantelfläche 4 verhindert werden.
Auch bei der sechsten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Umhüllung 10 über die Verbindungsbereiche 12 mit der Strahlungsquelle 2, insbesondere mit den Längenbereichen 13, verbunden und dabei vakuumdicht beziehungsweise vakuumfest an die Strahlungsquelle 2 angebunden ist, sodass der Zwischenraum 11 evakuiert werden kann, insbesondere, ohne dass aus der Umgebung 29 Luft zwischen der Umhüllung 10 und der Strahlungsquelle 2 hindurch in den Zwischenraum 11 strömen kann. Dabei weist die Umhüllung 10 beispielsweise wenigstens einen Vakuumanschluss 30 auf, über welchen der Zwischenraum 11 entlüftet beziehungsweise evakuiert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich weist die Umhüllung 10 Kühlmittelanschlüsse 31 und 32 auf. Durch den Kühlmittelanschluss 32 ist ein Vorlauf gebildet, über welchen beispielsweise dem TPV-System ein Kühlmedium zum Kühlen zumindest eines der Bauelemente zugeführt werden kann. Dabei ist beispielsweise an der Struktur 24 wenigstens ein Kühlelement vorgesehen, welches mit dem Kühlmedium, insbesondere über den Vorlauf, versorgbar ist. Somit kann beispielsweise wenigstens eines der Bauelemente über die Struktur 24 und über das Kühlelement mittels des Kühlmediums gekühlt werden. Das Kühlelement kann beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildet sein, über welchen ein Wärmeübergang von wenigstens einem der Bauelemente an das Kühlmedium erfolgt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Kühlmedium wenigstens eines der Bauelemente direkt anströmen und somit umströmen kann, wodurch eine effektive Kühlung darstellbar ist. Der Kühlmittelanschluss 31 fungiert als Rücklauf, über welchen von dem wenigstens einen Bauelement beziehungsweise von dem TPV-System das Kühlmedium abgeführt wird, nachdem mittels des Kühlmediums das wenigstens eine Bauelement beziehungsweise das TPV-System gekühlt wurde.
Außerdem weist die Umhüllung 10 einen elektrischen Anschluss 33 auf. Die Photovoltaikzelle 9 ist beispielsweise elektrisch mit dem Anschluss 33 verbunden, sodass die von der Photovoltaikzelle 9 bereitgestellte elektrische Energie über den Anschluss 33 nach außen an die Umgebung 29 geführt werden kann. In der Umgebung 29 kann dann beispielsweise ein elektrisches Kontaktelement mit dem Anschluss 33 elektrisch verbunden werden, um in der Folge die von der Photovoltaikzelle 9 bereitgestellte elektrische Energie zu wenigstens einer weiteren Komponente wie beispielsweise einem elektrischen Verbraucher und/oder einer Speichereinrichtung zum Speichern der elektrischen Energie zu führen.
Bezugszeichenliste

1: Thermophotovoltaik-Vorrichtung
2: Strahlungsquelle
3: Kanal
4: außenumfangsseitige Mantelfläche
5: Umwandlungseinrichtung
6: Längenbereich
7: Emitter
8: Filter
9: Photovoltaikzelle
10: Umhüllung
11: Zwischenraum
12: Verbindungsbereiche
13: Längenbereich
14: Halter
15: Halter
16: Halter
17: Isolationselement
18: Schutzschild
19: Teil
20: Außenseite
21: Wärmetauscherrippen
22: Kühlkanal
23: Innenseite
24: Struktur
25: Segmente
26: Abstandshalteelement
27: Ende
28: Befestigungsvorrichtung
29: Umgebung
30: Vakuumanschluss
31: Kühlmittelanschluss
32: Kühlmittelanschluss
33: Anschluss
34: Pfeil

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 102008042927 A1 [0002]
DE 19743356 A1 [0003]
US 2013/0200919 A1 [0004]
EP 1014454 A2 [0005]

Claims

Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) für ein Fahrzeug, mit wenigstens einer Strahlungsquelle (2) zum Bereitstellen von Wärmestrahlung, und mit wenigstens einer zumindest eine Photovoltaikzelle (9) aufweisenden Umwandlungseinrichtung (5), mittels welcher die Wärmestrahlung in elektrische Energie umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einen Teilbereich einer außenumfangsseitigen Mantelfläche (4) der Strahlungsquelle (2) des Fahrzeugs umgebende Umwandlungseinrichtung (5) umfasst: - wenigstens einen Emitter (7), welcher die Wärmestrahlung als Strahlung mit wenigstens einer ersten Wellenlänge aufnimmt und mit gegenüber der ersten Wellenlänge veränderter zweiter Wellenlänge emittiert; - wenigstens einen Filter (8) zum Filtern der von dem Emitter (7) emittierten Strahlung; und - die zumindest eine mit der mittels des Filters (8) gefilterten Strahlung beaufschlagbare Photovoltaikzelle (9), mittels welcher zumindest ein Teil der Strahlung in elektrische Energie umwandelbar ist.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) ein von Abgas einer zum Antreiben des Fahrzeugs ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Führungselement aufweist.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere ein Katalysator, zum Nachbehandeln des Abgases ist.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2), der Emitter (7), der Filter (8) und die Photovoltaikzelle (9) gegeneinander thermisch isoliert sind.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikzelle (9) thermisch an eine Kühlfläche angebunden ist.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von wenigstens einem Medium umströmbarer und/oder durchströmbarer Wärmetauscher mit wenigstens einer Wärmetauscherfläche vorgesehen ist, welche auf einer ersten Seite von dem Medium umströmbar ist, wobei die Photovoltaikzelle (9) thermisch auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Wärmetauscherfläche an diese angebunden ist.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlpfad zum kaskadierten Führen des Kühlmediums vorgesehen ist, mittels welchem die Photovoltaikzelle (9), der Filter (8), der Emitter (7) und die Strahlungsquelle (2) kaskadiert zu kühlen sind.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) einen eigens zur Erzeugung der Wärmestrahlung vorgesehenen Brennraum aufweist, in welchem zum Erzeugen und Bereitstellen der Wärmestrahlung ein Brennstoff verbrennbar ist.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) wenigstens ein Glühelement aufweist, mittels welchem Licht im mittels des menschlichen Auges sichtbaren Bereich emittierbar ist.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (7), der Filter (8) und die Photovoltaikzelle (9) als einzelne, voneinander separat hergestellte Bauelemente (25) ausgebildet sind.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (25) voneinander beabstandet sind.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (25), insbesondere vollständig, eben oder gekrümmt ausgebildet sind.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (25) über eine flexible Struktur (24) miteinander verbunden sind.
Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (24) aus einem metallischen Werkstoff und/oder aus einem keramischen Werkstoff und/oder aus einem Kunststoff gebildet ist.
Fahrzeug, mit wenigstens einer Thermophotovoltaik-Vorrichtung (1), welche wenigstens eine Strahlungsquelle (2) zum Bereitstellen von Wärmestrahlung und wenigstens eine zumindest eine Photovoltaikzelle (9) aufweisende Umwandungsleinrichtung (5) aufweist, mittels welcher die Wärmestrahlung in elektrische Energie umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einen Teilbereich einer außenumfangsseitigen Mantelfläche (4) der Strahlungsquelle des Fahrzeugs umgebende Umwandlungseinrichtung (5) umfasst: - wenigstens einen Emitter (7), welcher die Wärmestrahlung als Strahlung mit wenigstens einer ersten Wellenlänge aufnimmt und mit gegenüber der ersten Wellenlänge veränderter zweiter Wellenlänge emittiert; - wenigstens einen Filter (8) zum Filtern der von dem Emitter (7) emittierten Strahlung; und - die zumindest eine mit der mittels des Filters (7) gefilterten Strahlung beaufschlagbare Photovoltaikzelle (9), mittels welcher zumindest ein Teil der Strahlung in elektrische Energie umwandelbar ist.