DE102020116607A1

DE102020116607A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines spezifischen Wärmestroms

Info

Publication number: DE102020116607A1
Application number: DE102020116607.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Beckmann; Roy Schwurack; Daniel Bernhardt; Simon Unz; Martin Pohl; Tao Wen
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Enverum Ingenieurgesellschaft Fuer Energie Un De; Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-12-30
Also published as: WO2021259422A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) zum Bestimmen eines an eine als eine Seite einer Wand ausgebildete Fläche, insbesondere eine Heizfläche, übertragenen spezifischen Wärmestroms (6). Die Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) weist eine Datenverarbeitungseinheit (11) zum Erfassen von mit Sensoren ermittelten Daten und zum Übertragen von Daten an eine Steuereinrichtung auf. Zudem ist mindestens ein Wärmeleitelement (8-1, 8-2, 8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) vorgesehen. Die als thermoelektrische Generatoren (9) ausgebildeten Sensoren liegen jeweils mit einer ersten Stirnseite an dem mindestens einen Wärmeleitelement (8-1, 8-2, 8-3a, 8-4a) an.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Bestimmen des spezifischen Wärmestroms (6) mit der Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines an eine Fläche, insbesondere eine Heizfläche, übertragenen spezifischen Wärmestroms. Die Vorrichtung weist eine Datenverarbeitungseinheit zum Erfassen von mit Sensoren ermittelten Daten und zum Übertragen von Daten, beispielsweise an eine Steuereinrichtung, auf. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Bestimmen des an die Fläche übertragenen spezifischen Wärmestroms mit der Vorrichtung.
In der Feuerung von Dampferzeugern wird die chemische Energie des Brennstoffes in thermische Energie beziehungsweise Wärmeenergie sowie anschließend in Enthalpie eines Dampfes umgewandelt. Dabei wird die Enthalpie des Rauchgases als Wärmestrom über Wärmeübertragerflächen, im Folgenden auch als Heizflächen bezeichnet, an ein Arbeitsfluid übertragen. Während die Temperatur des Rauchgases entlang des Strömungsweges geringer wird, bewirkt der auf der Seite des Arbeitsfluids zugeführte Wärmestrom ein Erwärmen des Arbeitsfluids mit anschließendem partiellem oder vollständigem Phasenwechsel. Das Arbeitsfluid, speziell Wasser, verdampft und geht folglich von der flüssigen in die dampfförmige Phase oder von der flüssigen in die überkritische Phase über und wird abschließend überhitzt.
In Dampferzeugern ist der übertragene spezifische Wärmestrom entlang des Strömungsweges des Rauchgases nicht konstant. Der im gesamten Dampferzeuger übertragene globale Wärmestrom und der lokale Wärmestrom unterscheiden sich. Während der globale Wärmestrom als die gesamte an das Arbeitsfluid übertragene Wärme aus der Energiebilanz bei der Feuerung des Brennstoffes und des Arbeitsfluids, unterstützt durch Prozessmesswerte, ermittelt werden kann, ist der lokale Wärmestrom mittels geeigneter Sensoren lediglich messtechnisch bestimmbar.
Die Art des vorherrschenden und vom Temperaturniveau des Rauchgases abhängigen Wärmeübertragungsmechanismus beeinflusst die Gestaltung der Heizflächen. In Dampferzeugern wird die Energie der Verbrennungsgase im Bereich hoher Temperaturen des Rauchgases im Wesentlichen durch Wärmestrahlung, insbesondere durch Flammstrahlung und Gasstrahlung, sowie im Bereich mittlerer und geringerer Temperaturen primär durch Konvektion an die Heizflächen übertragen.
Die im Wesentlichen der Wärmestrahlung ausgesetzten Heizflächen, auch als Strahlungszug bezeichnet, sind üblicherweise als Membranwände aus miteinander verschweißten Rohren ausgebildet. In den Rohren strömt das Arbeitsfluid, während das Rauchgas die Rohre zumindest in einem Bereich der Außenseite umströmt. Die Rohre sind über Stege miteinander verbunden. Die folglich aus mittels Stegen untereinander verschweißten Rohren ausgebildeten Membranwände bilden eine Abdichtung für die Rauchgase und werden im Allgemeinen durch das in den Rohren geleitete Arbeitsfluid, insbesondere Siedewasser, gekühlt.
Die im Wesentlichen der Konvektion ausgesetzten Heizflächen sind hingegen vorzugsweise als Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildet, welche im Strömungsweg des Rauchgases angeordnet sind.
Die Rauchgase werden entlang des Strömungsweges von den in den Strahlungszügen vorherrschenden Verbrennungstemperaturen auf eine Temperatur am Einlass in den konvektiven Bereich abgekühlt.
Während entlang des Strömungsweges des Rauchgases Wärme vom Rauchgas an das Arbeitsfluid übertragen wird, lagern sich mit dem Brennstoff zugeführte mineralische Bestandteile auf der Rauchgasseite der Membranwand ab. Die Ablagerungen vermindern als zusätzliche Beläge der Membranwand den Wärmeübergang vom Rauchgas an die Heizflächen sowie den übertragenen Wärmestrom und können mit dem Material der Membranwand reagieren, was den Materialverschleiß der Membranwand, beispielsweise durch Korrosion, beschleunigt. Im Bereich der der Konvektion ausgesetzten Heizflächen wird durch die Beläge zudem der freie Abzug der Rauchgase behindert. Um insbesondere das Verringern des Wärmestroms und den Materialverschleiß der Membranwand zu verhindern, wird eine belagsorientierte Online-Heizflächenreinigung angestrebt.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, auf der vom Rauchgas abgewandten Seite der Membranwand nichtinvasive Wärmestromsensoren als Sensornetzwerk anzuordnen. Zum Erfassen der Signale und zur Stromversorgung der Sensoren sind die lokal angeordneten Einzelsensoren über Kabel und Schaltschränke miteinander verbunden, was in störungsanfälligen langen Kabelstrecken von bis zu 10 km Länge resultiert. Die herkömmlichen Messverfahren zum Bestimmen der Wärmestromdichte an Membranwänden basieren auf einer invasiven beziehungsweise nichtinvasiven Messung von Temperaturdifferenzen.
In der US 6 485 174 B1 werden eine aufsteckbare Messvorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Wärmestromdichte anhand von Temperaturen in der Richtung des Wärmestroms gemessen. Der Wärmestrom wird bei bekannten Materialeigenschaften aus der Temperaturdifferenz entlang der Richtung des Wärmestroms abgeleitet. Mit der mit Thermoelementen ausgebildeten Messvorrichtung wird die Verbrennungsgastemperatur zur Berechnung des Wärmestroms an ausgewählten Stellen der Membranwand ermittelt. Die Messvorrichtung erstreckt sich durch eine in der Membranwand ausgebildete Öffnung und ist an der Außenseite der Membranwand angeordnet.
Aus der DE 10 2005 040 277 A1 geht eine Vorrichtung zum Erfassen des spezifischen Wärmestroms an einer Membranwand eines Kessels, insbesondere eines Dampferzeugers eines Heizkraftwerks, zum Optimieren der Auslegung und des Betriebes des Kessels hervor. Die Vorrichtung weist einen Wärmestromsensor mit mindestens zwei Kontaktstellen zum Messen von Differenztemperaturen nach der Methode der Thermoelementmessung und ein Anzeigegerät mit Umwandlung der gemessenen Differenzspannungen in Wärmestrom-Einheiten auf. Die Kontaktstellen sind auf einem durchgehend verbundenen, eisenhaltigen Grundmaterial, insbesondere einem Rohr und einem Steg der Membranwand, beabstandet zueinander angeordnet. An die Kontaktstellen ist je ein elektrischer Leiter aus gleichem Thermodraht-Material angeschlossen. Unter Berücksichtigung der Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Komponenten und des Wärmeübergangs von der Membranwand an das Siedewasser wird mittels eines Kalibrierverfahrens über die Differenz der Temperaturen der spezifische Wärmestrom an die Membranwand ermittelt.
Herkömmliche Messvorrichtungen und Messverfahren zum Bestimmen der Wärmestromdichte an Membranwänden von Dampferzeugern erlauben damit lediglich ein punktuelles Beurteilen des spezifischen Wärmestroms. Dabei werden mit den bekannten Messvorrichtungen und Verfahren zum Messen der Wärmestromdichte beziehungsweise des Wärmestroms die gemessenen Signale kabelbasiert übertragen. Des Weiteren werden die Messvorrichtung und eine Einheit zur Datenübermittlung extern mit Strom versorgt.
Aus dem Stand der Technik bekannte invasive Messvorrichtungen sind mit einem hohen Installationsaufwand verbunden.
Da die Messvorrichtungen lokal, insbesondere nahezu punktuell, an einer Oberfläche angeordnet sind, ist eine sehr hohe Anzahl an Sensoren notwendig, um größere Oberflächen lokal zu erfassen. Das ganzheitliche Erfassen der spezifischen Wärmeströme an Oberflächen großtechnischer Anlagen, beispielsweise in Dampferzeugern von Kraftwerken oder in Industrieöfen, resultiert bei kabelbasierten Messvorrichtungen, insbesondere für die Stromversorgung der Sensoren sowie der Datenkommunikation, in langen Kabelstrecken, welche eine Länge von bis zu 10 km aufweisen können.
Dabei sind die Sensoren und Verbindungskabel in rauen Umgebungsbedingungen zudem nicht langzeitbeständig. Das damit verbundene Ausfallrisiko der Sensoren verringert die Zuverlässigkeit der gesamten Messvorrichtung und folglich des Gesamtsystems.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Vorrichtung zum Messen eines flächenspezifischen Wärmestroms bereitzustellen. Die Vorrichtung soll für einen minimalen Installationsaufwand konstruktiv einfach und für ein Wärmesystem minimalinvasiv aufgebaut sein. Die Herstellungskosten und die Betriebskosten der Vorrichtung sollen ebenfalls minimal sein. Zudem soll die Vorrichtung mit einem minimalen Ausfallrisiko der Sensoren zuverlässig und möglichst energieautark betreibbar sein, um derart auch das Wärmesystem zuverlässig und energieeffizient betreiben zu können. Die Vorrichtung soll eine hohe Lebensdauer aufweisen, wobei insbesondere lange Kabelstrecken zu vermeiden sind.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des selbstständigen Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des selbstständigen Patentanspruchs 18 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen eines an eine als eine Seite einer Wand ausgebildete Fläche, insbesondere eine Heizfläche, übertragenen spezifischen Wärmestroms gelöst. Die Vorrichtung ist mit einer Datenverarbeitungseinheit zum Erfassen von mit Sensoren ermittelten Daten und zum Übertragen von Daten, beispielsweise an eine Steuereinrichtung, ausgebildet.
Nach der Konzeption der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens ein Wärmeleitelement auf. Zudem sind die Sensoren als thermoelektrische Generatoren ausgebildet, welche jeweils mit einer ersten Stirnseite an dem mindestens einen Wärmeleitelement anliegend angeordnet sind.
Zwischen zwei als Kontaktstellen eines thermoelektrischen Generators ausgebildeten Stirnseiten wird infolge des thermoelektrischen Effekts innerhalb des thermoelektrischen Generators eine zur Temperaturdifferenz der Kontaktstellen proportionale elektrische Spannung erzeugt. Dabei weist der thermoelektrische Generator einen aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern ausgebildeten Stromkreis auf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart konfiguriert, eine lokale, insbesondere flächenspezifische Wärmestromdichte beziehungsweise einen über eine Fläche beliebiger Geometrie gemittelten spezifischen Wärmestrom zu bestimmen.
Die Wand ist vorzugsweise als eine einen Feuerraum begrenzende Membranwand eines Dampferzeugers aus Rohren ausgebildet, welche über Stege miteinander verbunden sind. Die Wand steht alternativ ebenso für heiße Oberflächen mit beliebigen Geometrien, beispielsweise innerhalb von Industrieöfen, Drehrohröfen oder Behältern von chemischen Reaktoren.
Die thermoelektrischen Generatoren sind vorteilhaft derart konfiguriert, eine Spannung zum Bestimmen einer Temperaturdifferenz und zur Stromversorgung der Datenverarbeitungseinheit zu erzeugen. Die von den thermoelektrischen Generatoren erzeugte Spannung kann zur vollständigen Stromversorgung der Datenverarbeitungseinheit dienen.
Zudem kann mindestens ein mit den thermoelektrischen Generatoren elektrisch verbundener Energiespeicher vorgesehen sein, welcher je nach Bedarf mit der von den thermoelektrischen Generatoren erzeugten Spannung aufgeladen wird oder zur Stromversorgung der Datenverarbeitungseinheit dient. Dabei wird einerseits der Energiespeicher während der Betriebsmodi aufgeladen, bei denen die von den thermoelektrischen Generatoren erzeugte Spannung größer ist als der Energiebedarf der Datenverarbeitungseinheit. Andererseits versorgt der Energiespeicher die Datenverarbeitungseinheit mit Energie und wird entladen, wenn die von den thermoelektrischen Generatoren erzeugte Spannung den Energiebedarf der Datenverarbeitungseinheit nicht abdeckt. Der Energiespeicher ist beispielsweise als Akkumulator oder Kondensator ausgebildet.
Die derartige vorrichtungsinterne Stromversorgung ermöglicht eine netzautarke Sensorik und damit energetische Selbstversorgung der Vorrichtung ohne externe Spannungsquellen.
Die Datenverarbeitungseinheit ist bevorzugt mit einer Funkeinrichtung ausgebildet derart konfiguriert, die Daten ausschließlich funkbasiert, beispielsweise an die Steuereinrichtung, zu übertragen. Damit weist die Vorrichtung zumindest keine nach außen weisenden Verbindungsleitungen auf. Die Vorrichtung wird kabellos betrieben.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist an einer der mit dem Wärmestrom beaufschlagten Seite abgewandten Seite der Wand eine in Form einer Schicht ausgebildete Isolation, insbesondere eine Wärmeisolation, zur Umgebung angeordnet. Die Datenverarbeitungseinheit ist vorzugsweise auf einer zur Umgebung hin ausgerichteten Seite der Isolation fixiert.
Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist an einer der mit dem Wärmestrom beaufschlagten Seite abgewandten Außenseite der Wand ein Koppelelement angeordnet, welches mit einer Innenseite flächig an der Außenseite der Wand anliegt. Dabei sind die einander gegenüberliegenden und zueinander weisend ausgerichteten Außenseite der Wand und Innenseite des Koppelelements miteinander korrespondierend derart ausgebildet, dass die Seiten formschlüssig aneinander anliegen. Das Koppelelement weist neben der Innenseite auch eine Außenseite auf, welche sich einander gegenüberliegend, voneinander wegweisend angeordnet sind.
Das Wärmeleitelement ist im Querschnitt vorteilhaft T-förmig ausgebildet. Dabei ist ein erster Bereich mit einer Oberseite in Richtung der Außenseite des Koppelelements ausgerichtet. Eine im Wesentlichen parallel zur Oberseite verlaufende Unterseite liegt insbesondere vollflächig an der Isolation an.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das Koppelelement und das Wärmeleitelement beabstandet derart zueinander angeordnet, dass zwischen der Außenseite des Koppelelements und der Oberseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements ein Spalt mit konstanter Breite ausgebildet ist. Die thermoelektrischen Generatoren sind innerhalb des Spaltes bevorzugt derart angeordnet, dass zum Erzeugen einer temperaturdifferenzabhängigen Spannung jeweils eine erste Stirnseite der thermoelektrischen Generatoren an der Außenseite des Koppelelements anliegt, während jeweils eine zweite Stirnseite der thermoelektrischen Generatoren an der Oberseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements anliegt.
Ein zweiter Bereich des Wärmeleitelements ist insbesondere orthogonal zum ersten Bereich ausgerichtet und erstreckt sich vorteilhaft von der Unterseite des ersten Bereichs durch die an der Unterseite anliegende sowie in Form einer Schicht ausgebildete Isolation hindurch in die Umgebung.
Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist an einer der mit dem Wärmestrom beaufschlagten Seite abgewandten Außenseite der Wand mindestens ein Wärmeleitelement anliegend angeordnet. Das mindestens eine Wärmeleitelement weist bevorzugt einen streifenförmigen Querschnitt auf.
Das mindestens eine Wärmeleitelement liegt vorteilhaft mit einer ersten Stirnfläche flächig an der Außenseite der Wand an.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das mindestens eine Wärmeleitelement insbesondere orthogonal zur Außenseite der Wand ausgerichtet ist und sich ausgehend von der ersten Stirnfläche in die an der Wand angeordnete sowie in Form einer Schicht ausgebildete Isolation hinein oder durch die Isolation hindurch in die Umgebung erstreckt.
Die thermoelektrischen Generatoren sind vorzugsweise im Bereich einer zur ersten Stirnfläche distal ausgebildeten sowie innerhalb der Umgebung angeordneten zweiten Stirnfläche des Wärmeleitelements derart angeordnet, dass zum Erzeugen einer temperaturdifferenzabhängigen Spannung jeweils eine erste Stirnseite der thermoelektrischen Generatoren am Wärmeleitelement anliegt und eine zweite Stirnseite der thermoelektrischen Generatoren in die Umgebung ragt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein zweites Wärmeleitelement ausgebildet. Dabei sind die Wärmeleitelemente parallel zueinander ausgerichtet und beabstandet zueinander angeordnet.
Die thermoelektrischen Generatoren sind bevorzugt jeweils im Bereich einer zur ersten Stirnfläche distal ausgebildeten sowie innerhalb der Umgebung oder innerhalb der Isolation angeordneten zweiten Stirnfläche der Wärmeleitelemente derart angeordnet, dass zum Erzeugen einer temperaturdifferenzabhängigen Spannung jeweils eine erste Stirnseite der thermoelektrischen Generatoren an einem ersten Wärmeleitelement und eine zweite Stirnseite der thermoelektrischen Generatoren an einem zweiten Wärmeleitelement anliegen. Zwischen den zweiten Stirnflächen der Wärmeleitelemente ist ein Spalt mit konstanter Breite zur Aufnahme der thermoelektrischen Generatoren ausgebildet.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen eines an eine als eine Seite einer Wand ausgebildete Fläche, insbesondere eine Heizfläche, übertragenen spezifischen Wärmestroms mit einer vorgenannten Vorrichtung gelöst.
Nach der Konzeption der Erfindung wird mit einer jeweils zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite thermoelektrischer Generatoren auftretenden Temperaturdifferenz ΔT eine zur Temperaturdifferenz ΔT proportionale elektrische Spannung erzeugt, welche proportional zum an die Wand übertragenen und über eine Fläche gemittelten spezifischen Wärmestrom ist. Dabei wird die elektrische Spannung von einer Datenverarbeitungseinheit erfasst, welche Daten, beispielsweise an eine Steuereinrichtung, überträgt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Datenverarbeitungseinheit mit der mit den thermoelektrischen Generatoren erzeugten Spannung mit elektrischer Energie derart versorgt, dass eine von der Datenverarbeitungseinheit verbrauchte elektrische Energie der innerhalb der thermoelektrischen Generatoren erzeugten Elektroenergie entspricht oder geringer ist als die innerhalb der thermoelektrischen Generatoren erzeugte Elektroenergie, sodass die Datenverarbeitungseinheit beziehungsweise die Vorrichtung mit energetischer Selbstversorgung und damit netzautark ohne externe Spannungsquellen betrieben wird.
Die Daten der Datenverarbeitungseinheit werden vorzugsweise funkbasiert übertragen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise dem erfindungsgemäßen Verfahren können lokale, insbesondere flächenspezifische beziehungsweise über eine Fläche gemittelte spezifische Wärmeströme und daraus abgeleitete Verschmutzungen der Heizwand online ermittelt werden. Mit dem derartigen Ermitteln von Verlustwärmeströmen kann der Reinheitsgrad der Heizwände, speziell der Membranwände in Dampferzeugern unterschiedlicher Kraftwerke, wie Braunkohle- , Steinkohle-, Müll- sowie Biomasseheizkraftwerke, überwacht werden. Das Bestimmen der entsprechenden Wärmeströme dient insbesondere einer bedarfsorientierten Reinigung der Heizflächen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:

- Bestimmen von flächenspezifischen Wärmeströmen mit einer großen Anzahl an Sensoren, insbesondere thermoelektrischer Generatoren, mit minimalem Materialaufwand,
- konstruktiv einfach und minimalinvasiv für ein Wärmesystem, dadurch minimaler Installationsaufwand sowie minimaler Personalaufwand,
- funkbasierte und damit kabellose Daten- und Signalübertragung ohne Kabelstrecken, dadurch maximale Lebensdauer der Vorrichtung und des Wärmesystems,
- messvorrichtungsinterne Stromversorgung mit energieautarkem Betrieb,
- minimale Herstellungskosten und Betriebskosten sowie
- minimales Ausfallrisiko der Sensoren, dadurch zuverlässiger Betrieb der Messvorrichtung und des zu überwachenden Wärmesystems.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen jeweils eine Vorrichtung zum Messen eines spezifischen Wärmestroms in Verbindung mit einer einseitig mit einem Wärmestrom beaufschlagten Membranwand eines Dampferzeugers, insbesondere

1: eine erste Ausführungsform mit einem an einer der mit dem Wärmestrom beaufschlagten Seite abgewandten Seite der Membranwand flächig anliegenden Koppelelement, einem Wärmeleitelement, zwischen dem Koppelelement und dem Wärmeleitelement angeordneten thermoelektrischen Generatoren und einer auf einer Umgebungsseite einer Isolation angeordneten Datenverarbeitungseinheit in einer seitlichen Schnittdarstellung,
2: eine zweite Ausführungsform mit einem an der der mit dem Wärmestrom beaufschlagten Seite abgewandten Seite der Membranwand anliegenden Wärmeleitelement, zwischen dem Wärmeleitelement und der Umgebung sowie in der Umgebung angeordneten thermoelektrischen Generatoren und der Datenverarbeitungseinheit in einer seitlichen Schnittdarstellung,
3: eine dritte Ausführungsform mit zwei an der der mit dem Wärmestrom beaufschlagten Seite abgewandten Seite der Membranwand anliegenden Wärmeleitelementen, zwischen den Wärmeleitelementen sowie in der Umgebung angeordneten thermoelektrischen Generatoren und der Datenverarbeitungseinheit in einer seitlichen Schnittdarstellung und
4: eine vierte Ausführungsform mit zwei an der der mit dem Wärmestrom beaufschlagten Seite abgewandten Seite der Membranwand anliegenden Wärmeleitelementen, zwischen den Wärmeleitelementen sowie innerhalb der Isolation angeordneten thermoelektrischen Generatoren sowie der Datenverarbeitungseinheit in einer seitlichen Schnittdarstellung.

Aus den 1 bis 4 geht jeweils eine Vorrichtung 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 mit thermoelektrischen Generatoren 9 zum Messen eines spezifischen, insbesondere eines flächenspezifischen Wärmestroms, auch als Wärmestromdichte bezeichnet, in Verbindung mit einer einseitig mit einem Wärmestrom 6 beaufschlagten, einen Feuerraum 2 begrenzenden Membranwand 3 eines Dampferzeugers sowie einer Datenverarbeitungseinheit 11 hervor.
Die Membranwand 3 ist aus verschweißten Rohren 3a ausgebildet, welche über Stege 3b miteinander verbunden sind. Das zu verdampfende Arbeitsfluid 4 wird durch die Rohre 3a geleitet, während die Rohre 3a und die Stege 3b auf der zum Feuerraum 2 ausgerichteten Seite, auch als Innenseite der Membranwand 3 bezeichnet, vom Rauchgas beaufschlagt werden. Die Membranwand 3 bildet als eine Abgrenzung des Feuerraums 2 eine Abdichtung für das Rauchgas und wird durch das in den Rohren 3a strömende Arbeitsfluid 4, insbesondere Wasser, gekühlt.
Eine an der der mit dem Wärmestrom 6 beaufschlagten Seite abgewandten Seite der Membranwand 3, auch als Außenseite der Membranwand 3 bezeichnet, zwischen der Membranwand 3 und der Umgebung angeordnete Isolation 5 dient dem Vermeiden von Wärmeverlusten des Dampferzeugers. Auf einer Umgebungsseite der Isolation 5 ist zudem die als Einrichtung zur Datenerfassung und funkbasierten Datenkommunikation ausgebildete Datenverarbeitungseinheit 11 vorgesehen, welche die mit Sensoren der Vorrichtung 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 ermittelten Daten, insbesondere zum Bestimmen von lokalen Wärmeströmen, mittels funkbasierter Übertragung beispielsweise an eine Signalverarbeitungseinrichtung beziehungsweise eine Steuereinrichtung überträgt.
Die Datenverarbeitungseinheit 11 kann einen mit den thermoelektrischen Generatoren 9 elektrisch verbundenen Energiespeicher, beispielsweise einen Akkumulator oder Kondensator, aufweisen, welcher je nach Betriebsmodus der Vorrichtung 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 mit der von den thermoelektrischen Generatoren 9 erzeugten Spannung aufgeladen oder zur Stromversorgung der Datenverarbeitungseinheit entladen wird.
In 1 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung 1-1 mit einem an der Außenseite der Membranwand 3 flächig anliegenden Koppelelement 7, einem Wärmeleitelement 8-1 sowie zwischen dem Koppelelement 7 und dem Wärmeleitelement 8-1 angeordneten thermoelektrischen Generatoren 9 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt.
Die Vorrichtung 1-1 ist mit dem formschlüssig mit der Membranwand 3 ausgebildeten Koppelelement 7 an der feuerungsabgewandten Außenseite der Membranwand 3 an der Membranwand 3 fixiert. Die einander zugewandt ausgerichteten Oberflächen der Rohre 3a beziehungsweise Stege 3b der Außenseite der Membranwand 3 einerseits sowie eine zur Membranwand 3 weisende Innenseite des Koppelelements 7 andererseits sind miteinander korrespondierend derart ausgebildet, dass die Membranwand 3 und das Koppelelement 7 zur optimalen Wärmeleitung flächig aneinander anliegen. Der Wärmestrom wird von der Membranwand 3 an das Koppelelement 7 übertragen. Das Koppelelement 7 weist an einer von der Außenseite der Membranwand 3 wegweisenden Außenseite eine Temperatur T₁ auf.
Das Wärmeleitelement 8-1 ist im dargestellten seitlichen Schnitt T-förmig ausgebildet. Dabei ist ein erster Bereich des Wärmeleitelements 8-1 mit einer Oberseite in Richtung der Außenseite des Koppelelements 7 ausgerichtet, während eine im Wesentlichen parallel zur Oberseite verlaufende Unterseite, insbesondere vollflächig an der Isolation 5 anliegt. Das Wärmeleitelement 8-1 weist an der Oberseite des ersten Bereichs eine Temperatur T₂ auf.
Ein zweiter Bereich des Wärmeleitelements 8-1 ist orthogonal zum ersten Bereich des Wärmeleitelements 8-1 ausgerichtet und erstreckt sich von der Unterseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements 8-1 durch die Isolation 5 hindurch in die Umgebung. Die Isolation 5 wird durch den zweiten Bereich des Wärmeleitelements 8-1, welcher als Wärmebrücke ausgebildet ist, überbrückt. Aufgrund der Differenz der Temperaturen des ersten Bereichs des Wärmeleitelements 8-1 und der Umgebung fließt, insbesondere zum Kühlen des ersten Bereichs des Wärmeleitelements 8-1, ein Wärmestrom 10 in die Umgebung, welcher durch den zweiten Bereich des Wärmeleitelements 8-1 durch die Isolation 5 hindurch geleitet wird. Die Wärme wird vom Wärmeleitelement 8-1 an die Umgebung übertragen.
Das Koppelelement 7 und das Wärmeleitelement 8-1 sind beabstandet derart zueinander angeordnet, dass zwischen der Außenseite des Koppelelements 7 und der Oberseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements 8-1 ein Spalt mit konstanter Breite ausgebildet ist. Innerhalb des Spaltes sind den Querschnitt des Spaltes vollständig ausfüllende beziehungsweise überbrückende thermoelektrische Generatoren 9 angeordnet. Die Generatoren 9 liegen folglich mit einer ersten Stirnseite jeweils an der Außenseite des Koppelelements 7 und mit einer zweiten Stirnseite an der Oberseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements 8-1 an.
Während des Betriebes des Dampferzeugers stellt sich zwischen der Außenseite des Koppelelements 7 und der Oberseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements 8-1 eine Temperaturdifferenz ΔT = T₁ - T₂ ein. Infolge des thermoelektrischen Effekts, auch als Seebeck-Effekt bezeichnet, wird innerhalb der thermoelektrischen Generatoren 9 jeweils eine zur Temperaturdifferenz ΔT proportionale elektrische Spannung erzeugt. Die innerhalb der thermoelektrischen Generatoren 9 erzeugte Spannung ist zudem proportional zum spezifischen Wärmestrom 6, mit welchem die Membranwand 3 beaufschlagt wird.
Mit dem aus zwei verschiedenen Metallen, insbesondere zwei jeweils an einem Ende miteinander verbundenen metallischen Leitern, ausgebildeten thermoelektrischen Generator 9 wird, wie bei einem Thermoelement, eine temperaturdifferenzabhängige Spannung erzeugt. Mit dem thermoelektrischen Generator 9 wird folglich bei einer Temperaturdifferenz entlang des elektrischen Leiters Wärme in elektrische Energie umgewandelt. Thermoelektrische Generatoren 9 sind im Vergleich zu Thermoelementen als eine Thermokette zum Bereitstellen höherer elektrischer Spannungen ausgebildet.
Mit den thermoelektrischen Generatoren 9 wird der an die Membranwand übertragene spezifische Wärmestrom 6 nicht nur punktuell erfasst. Die räumliche Dimensionierung der Vorrichtung 1-1 ermöglicht vielmehr das Bestimmen eines über eine Fläche gemittelten spezifischen Wärmestroms 6.
Mit der innerhalb der thermoelektrischen Generatoren 9 erzeugten Elektroenergie wird die Datenverarbeitungseinheit 11 mit elektrischer Energie versorgt. Die Datenverarbeitungseinheit 11 ist über Verbindungselemente im zweiten Bereich am Wärmeleitelement 8-1 fixiert. Da die von der Datenverarbeitungseinheit 11 verbrauchte elektrische Energie keinesfalls höher ist als die innerhalb der thermoelektrischen Generatoren 9 erzeugte Elektroenergie, wird die Datenverarbeitungseinheit 11 netzautark betrieben. Eine Verkabelung sowohl für den Transport oder die Übertragung der ermittelten und erzeugten Daten als auch zur Stromversorgung der Datenverarbeitungseinheit 11 ist nicht notwendig.
Aus 2 geht eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 1-2 mit einem an der der mit dem Wärmestrom 6 beaufschlagten Seite abgewandten Außenseite der Membranwand 3 anliegenden Wärmeleitelement 8-2 und zwischen dem Wärmeleitelement 8-2 und der Umgebung sowie in der Umgebung angeordneten thermoelektrischen Generatoren 9 in einer seitlichen Schnittdarstellung hervor.
Der wesentliche Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform der Vorrichtung 1-1, gemäß 1, und der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 1-2 liegt in der Ausbildung des Wärmeleitelements 8-2 in Verbindung mit der Anordnung der thermoelektrischen Generatoren 9 und damit auch dem Bestimmen der Temperaturdifferenz ΔT = T₁ - T₂.
Die Vorrichtung 1-2 ist mit dem Wärmeleitelement 8-2 an der feuerungsabgewandten Außenseite der Membranwand 3 an der Membranwand 3 fixiert. Das Wärmeleitelement 8-2 ist im dargestellten seitlichen Schnitt streifenförmig ausgebildet und liegt zur optimalen Wärmeleitung mit einer ersten Stirnfläche flächig an einem Steg 3b der Membranwand 3 an. Der Wärmestrom wird von der Membranwand 3, insbesondere vom Steg 3b, an das Wärmeleitelement 8-2 übertragen.
Dabei ist das Wärmeleitelement 8-2 im Wesentlichen orthogonal zur Membranwand 3, insbesondere orthogonal zum Steg 3b, ausgerichtet und erstreckt sich ausgehend von der ersten Stirnfläche durch die Isolation 5 hindurch in die Umgebung. Die Isolation 5 wird durch das als Wärmebrücke ausgebildete Wärmeleitelement 8-2 überbrückt. Aufgrund der Differenz der Temperaturen der Membranwand 3 und damit der ersten Stirnfläche des Wärmeleitelements 8-2 sowie der Umgebung fließt ein Wärmestrom 10 in die Umgebung, welcher innerhalb des Wärmeleitelements 8-2 durch die Isolation 5 hindurch geleitet wird. Das Wärmeleitelement 8-2 weist im Bereich einer zur ersten Stirnfläche distal ausgebildeten sowie innerhalb der Umgebung angeordneten zweiten Stirnfläche eine Temperatur T₁ auf. Die Wärme wird vom Wärmeleitelement 8-2 mit der Temperatur T₁ an die Umgebung mit der Temperatur T₂ übertragen.
Im Bereich der zweiten Stirnfläche des Wärmeleitelements 8-2 sind die thermoelektrischen Generatoren 9 angeordnet, welche mit einer ersten Stirnseite jeweils am Wärmeleitelement 8-2 mit der Temperatur T₁ anliegen und mit einer zweiten Stirnseite in die Umgebung mit der Temperatur T₂ ragen. Während des Betriebes des Dampferzeugers stellt sich zwischen dem Wärmeleitelement 8-2 und der Umgebung die Temperaturdifferenz ΔT = T₁ - T₂ ein. Infolge des thermoelektrischen Effekts wird innerhalb der thermoelektrischen Generatoren 9 wiederum jeweils eine zur Temperaturdifferenz ΔT proportionale elektrische Spannung erzeugt, welche proportional zum spezifischen Wärmestrom 6 ist.
Die Datenverarbeitungseinheit 11 ist wiederum über Verbindungselemente am Wärmeleitelement 8-2 fixiert.
In 3 ist eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung 1-3 mit zwei an der der mit dem Wärmestrom 6 beaufschlagten Seite abgewandten Außenseite der Membranwand 3 anliegenden Wärmeleitelementen 8-3a, 8-3b und zwischen den Wärmeleitelementen 8-3a, 8-3b sowie in der Umgebung angeordneten thermoelektrischen Generatoren 9 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt.
Der wesentliche Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 1-2, gemäß 2, und der dritten Ausführungsform der Vorrichtung 1-3 liegt in der Ausbildung der zwei Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b in Verbindung mit der Anordnung der thermoelektrischen Generatoren 9 und damit auch dem Bestimmen der Temperaturdifferenz ΔT = T₁ - T₂.
Die Vorrichtung 1-3 ist mit den Wärmeleitelementen 8-3a, 8-3b jeweils an der feuerungsabgewandten Außenseite der Membranwand 3 an der Membranwand 3 fixiert. Die Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b sind, ähnlich dem Wärmeleitelement 8-2 der Vorrichtung 1-2 aus 2, im dargestellten seitlichen Schnitt im Wesentlichen streifenförmig ausgebildet. Zur optimalen Wärmeleitung liegt jeweils ein erstes Wärmeleitelement 8-3a mit einer ersten Stirnfläche flächig an einem Steg 3b der Membranwand 3 an, während ein zweites Wärmeleitelement 8-3b mit einer ersten Stirnfläche flächig an einer Außenseite eines Rohres 3a der Membranwand 3 anliegt. Dabei wird ein erster Wärmestrom vom Steg 3b der Membranwand 3 an das erste Wärmeleitelement 8-3a sowie ein zweiter Wärmestrom vom Rohr 3a der Membranwand 3 an das zweite Wärmeleitelement 8-3b übertragen.
Die Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b sind im Wesentlichen orthogonal zur Membranwand 3, insbesondere orthogonal zum Steg 3b beziehungsweise zum Rohr 3a, sowie parallel zueinander ausgerichtet und erstrecken sich jeweils ausgehend von der ersten Stirnfläche durch die Isolation 5 hindurch in die Umgebung. Die Isolation 5 wird durch die als Wärmebrücken ausgebildeten Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b überbrückt.
Die Breite der im gezeigten Querschnitt streifenförmigen Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b ist im in der Umgebung angeordneten Bereich jeweils größer als im durch die Isolation 5 geführten Bereich, sodass der Querschnitt der Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b jeweils eine L-Form aufweist. Die jeweils zur ersten Stirnfläche distal ausgebildeten, innerhalb der Umgebung angeordneten zweiten Stirnflächen der breiteren Bereiche der Querschnitte der Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b sind zueinander ausgerichtet und beabstandet zueinander angeordnet.
Aufgrund der Differenzen der Temperaturen der Membranwand 3 und damit der ersten Stirnflächen der Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b sowie der Umgebung fließt jeweils ein Wärmestrom 10 in die Umgebung, welcher innerhalb des Wärmeleitelements 8-3a, 8-3b durch die Isolation 5 hindurch geleitet wird. Das erste Wärmeleitelement 8-3a weist an der zweiten Stirnfläche eine Temperatur T₁ auf, während das zweite Wärmeleitelement 8-3b an der zweiten Stirnfläche eine Temperatur T₂ aufweist.
Die thermoelektrischen Generatoren 9 sind zwischen den zweiten Stirnflächen der Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b derart angeordnet, dass jeweils eine erste Stirnseite an der zweiten Stirnfläche des ersten Wärmeleitelements 8-3a mit der Temperatur T₁ anliegt und eine zweite Stirnseite an der zweiten Stirnfläche des zweiten Wärmeleitelements 8-3b mit der Temperatur T₂ anliegt.
Während des Betriebes des Dampferzeugers stellt sich zwischen den zweiten Stirnflächen der Wärmeleitelemente 8-3a, 8-3b die Temperaturdifferenz ΔT = T₁ - T₂ ein. Infolge des thermoelektrischen Effekts wird innerhalb der thermoelektrischen Generatoren 9 wiederum jeweils eine zur Temperaturdifferenz ΔT proportionale elektrische Spannung erzeugt, welche proportional zum spezifischen Wärmestrom 6 ist.
Die Datenverarbeitungseinheit 11 ist über Verbindungselemente am ersten Wärmeleitelement 8-3a fixiert.
Aus 4 geht eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung 1-4 mit zwei an der der mit dem Wärmestrom 6 beaufschlagten Seite abgewandten Außenseite der Membranwand 3 anliegenden Wärmeleitelementen 8-4a, 8-4b und zwischen den Wärmeleitelementen 8-4a, 8-4b sowie innerhalb der Isolation 5 angeordneten thermoelektrischen Generatoren 9 in einer seitlichen Schnittdarstellung hervor.
Der wesentliche Unterschied zwischen der dritten Ausführungsform der Vorrichtung 1-3, gemäß 3, und der vierten Ausführungsform der Vorrichtung 1-4 liegt in der Ausbildung der zwei Wärmeleitelemente 8-4a, 8-4b in Verbindung mit der Anordnung der thermoelektrischen Generatoren 9 und damit auch dem Bestimmen der Temperaturdifferenz ΔT = T₁ - T₂.
Auch die Vorrichtung 1-4 ist mit den im gezeigten Querschnitt streifenförmigen, insbesondere L-förmigen Wärmeleitelementen 8-4a, 8-4b jeweils an der feuerungsabgewandten Außenseite der Membranwand 3 an der Membranwand 3 fixiert. Die im Wesentlichen orthogonal zur Membranwand 3, insbesondere orthogonal zum Steg 3b beziehungsweise zum Rohr 3a, sowie parallel zueinander ausgerichteten Wärmeleitelemente 8-4a, 8-4b erstrecken sich jeweils ausgehend von der ersten Stirnfläche in die Isolation 5 hinein. Die jeweils zur ersten Stirnfläche distal ausgebildeten, innerhalb der Isolation 5 angeordneten zweiten Stirnflächen der breiteren Bereiche der Querschnitte der Wärmeleitelemente 8-4a, 8-4b sind zueinander ausgerichtet und beabstandet zueinander angeordnet.
Das erste Wärmeleitelement 8-4a weist an der zweiten Stirnfläche eine Temperatur T₁ auf, während das zweite Wärmeleitelement 8-4b an der zweiten Stirnfläche eine Temperatur T₂ aufweist.
Die thermoelektrischen Generatoren 9 sind von der Isolation 5 umgeben zwischen den zweiten Stirnflächen der Wärmeleitelemente 8-4a, 8-4b derart angeordnet, dass jeweils eine erste Stirnseite an der zweiten Stirnfläche des ersten Wärmeleitelements 8-4a mit der Temperatur T₁ anliegt und eine zweite Stirnseite an der zweiten Stirnfläche des zweiten Wärmeleitelements 8-4b mit der Temperatur T₂ anliegt.
Während des Betriebes des Dampferzeugers stellt sich zwischen den zweiten Stirnflächen der Wärmeleitelemente 8-4a, 8-4b wiederum die Temperaturdifferenz ΔT = T₁ - T₂ ein, sodass innerhalb der thermoelektrischen Generatoren 9 infolge des thermoelektrischen Effekts jeweils eine zur Temperaturdifferenz ΔT proportionale elektrische Spannung erzeugt wird, welche proportional zum spezifischen Wärmestrom 6 ist.
Die Datenverarbeitungseinheit 11 ist auf der Außenseite der Isolation 5 über ein Verbindungselement am ersten Wärmeleitelement 8-4a fixiert.
Bezugszeichenliste

1-1, 1-2, 1-3, 1-4: Vorrichtung
2: Feuerraum
3: Membranwand
3a: Rohr
3b: Steg
4: Arbeitsfluid
5: Isolation
6: spezifischer Wärmestrom
7: Koppelelement
8-1, 8-2, 8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b: Wärmeleitelement
9: thermoelektrischer Generator
10: Wärmestrom
11: Datenverarbeitungseinheit
T1, T2: Temperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6485174 B1 [0010]
DE 102005040277 A1 [0011]

Claims

Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) zum Bestimmen eines an eine als eine Seite einer Wand ausgebildete Fläche übertragenen spezifischen Wärmestroms (6), insbesondere eine Heizfläche, aufweisend eine Datenverarbeitungseinheit (11) zum Erfassen von mit Sensoren ermittelten Daten und zum Übertragen von Daten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmeleitelement (8-1, 8-2, 8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) ausgebildet ist und die Sensoren als thermoelektrische Generatoren (9) ausgebildet sind, wobei die thermoelektrischen Generatoren (9) jeweils mit einer ersten Stirnseite an dem mindestens einen Wärmeleitelement (8-1, 8-2, 8-3a, 8-4a) anliegend angeordnet sind.
Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoelektrischen Generatoren (9) derart konfiguriert sind, eine Spannung zum Bestimmen einer Temperaturdifferenz und zur Stromversorgung der Datenverarbeitungseinheit (11) zu erzeugen.
Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit den thermoelektrischen Generatoren (9) elektrisch verbundener Energiespeicher ausgebildet ist, welcher mit der von den thermoelektrischen Generatoren (9) erzeugten Spannung aufladbar und zur Stromversorgung der Datenverarbeitungseinheit (11) konfiguriert ist.
Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11) mit einer Funkeinrichtung ausgebildet derart konfiguriert ist, die Daten funkbasiert an die Steuereinrichtung zu übertragen.
Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der mit dem Wärmestrom (6) beaufschlagten Seite abgewandten Seite der Wand eine in Form einer Schicht ausgebildete Isolation (5) zur Umgebung angeordnet ist.
Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11) auf einer zur Umgebung ausgerichteten Seite der Isolation (5) angeordnet ist.
Vorrichtung (1-1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der mit dem Wärmestrom (6) beaufschlagten Seite abgewandten Außenseite der Wand ein Koppelelement (7) mit einer Innenseite flächig anliegend angeordnet ist, wobei die einander gegenüberliegenden Außenseite der Wand und Innenseite des Koppelelements (7) miteinander korrespondierend derart ausgebildet sind, dass die Seiten formschlüssig aneinander anliegen, und eine Außenseite des Koppelelements (7) der Innenseite des Koppelelements (7) gegenüberliegend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1-1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (8-1) im Querschnitt T-förmig ausgebildet ist, wobei ein erster Bereich mit einer Oberseite in Richtung der Außenseite des Koppelelements (7) ausgerichtet ist und eine Unterseite an der Isolation (5) anliegend angeordnet ist.
Vorrichtung (1-1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (7) und das Wärmeleitelement (8-1) beabstandet derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen der Außenseite des Koppelelements (7) und der Oberseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements (8-1) ein Spalt mit konstanter Breite ausgebildet ist, und dass die thermoelektrischen Generatoren (9) innerhalb des Spaltes derart angeordnet sind, dass zum Erzeugen einer temperaturdifferenzabhängigen Spannung eine erste Stirnseite jeweils an der Außenseite des Koppelelements (7) und eine zweite Stirnseite an der Oberseite des ersten Bereichs des Wärmeleitelements (8-1) anliegend angeordnet sind.
Vorrichtung (1-1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Bereich des Wärmeleitelements (8-1) sich von der Unterseite des ersten Bereichs durch eine an der Unterseite anliegende sowie in Form einer Schicht ausgebildete Isolation (5) hindurch in die Umgebung erstreckend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1-2, 1-3, 1-4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der mit dem Wärmestrom (6) beaufschlagten Seite abgewandten Außenseite der Wand mindestens ein Wärmeleitelement (8-2, 8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) anliegend angeordnet ist.
Vorrichtung (1-2, 1-3, 1-4) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmeleitelement (8-2, 8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) mit einem streifenförmigen Querschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung (1-2, 1-3, 1-4) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmeleitelement (8-2, 8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) mit einer ersten Stirnfläche flächig an der Außenseite der Wand anliegend angeordnet ist.
Vorrichtung (1-2, 1-3, 1-4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmeleitelement (8-2, 8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) sich ausgehend von der ersten Stirnfläche in eine an der Wand angeordnete sowie in Form einer Schicht ausgebildete Isolation (5) hinein oder durch die Isolation (5) hindurch in die Umgebung erstreckend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1-2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoelektrischen Generatoren (9) im Bereich einer zur ersten Stirnfläche distal ausgebildeten sowie innerhalb der Umgebung angeordneten zweiten Stirnfläche des Wärmeleitelements (8-2) derart angeordnet sind, dass zum Erzeugen einer temperaturdifferenzabhängigen Spannung eine erste Stirnseite am Wärmeleitelement (8-2) anliegend und eine zweite Stirnseite in die Umgebung ragend angeordnet sind.
Vorrichtung (1-3, 1-4) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweites Wärmeleitelement (8-3b, 8-4b) ausgebildet ist, wobei die Wärmeleitelemente (8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung (1-3, 1-4) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoelektrischen Generatoren (9) jeweils im Bereich einer zur ersten Stirnfläche distal ausgebildeten sowie innerhalb der Umgebung oder innerhalb der Isolation (5) angeordneten zweiten Stirnfläche der Wärmeleitelemente (8-3a, 8-3b, 8-4a, 8-4b) derart angeordnet sind, dass zum Erzeugen einer temperaturdifferenzabhängigen Spannung eine erste Stirnseite an einem ersten Wärmeleitelement (8-3a, 8-4a) und eine zweite Stirnseite an einem zweiten Wärmeleitelement (8-4a, 8-4b) angeordnet sind.
Verfahren zum Bestimmen eines an eine als eine Seite einer Wand ausgebildete Fläche übertragenen spezifischen Wärmestroms (6) mit einer Vorrichtung (1-1, 1-2, 1-3, 1-4) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeweils zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite thermoelektrischer Generatoren (9) auftretenden Temperaturdifferenz ΔT eine zur Temperaturdifferenz ΔT proportionale elektrische Spannung erzeugt wird, welche proportional zum an die Wand übertragenen und über eine Fläche gemittelten spezifischen Wärmestrom (6) ist, wobei die elektrische Spannung von einer Datenverarbeitungseinheit (11) erfasst wird und die Datenverarbeitungseinheit (11) Daten überträgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11) mit der mit den thermoelektrischen Generatoren (9) erzeugten Spannung mit elektrischer Energie derart versorgt wird, dass eine von der Datenverarbeitungseinheit (11) verbrauchte elektrische Energie der innerhalb der thermoelektrischen Generatoren (9) erzeugten Elektroenergie entspricht oder geringer ist als die innerhalb der thermoelektrischen Generatoren (9) erzeugte Elektroenergie, sodass die Datenverarbeitungseinheit (11) netzautark betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Datenverarbeitungseinheit (11) funkbasiert übertragen werden.