DE112020002173T5

DE112020002173T5 - Rohrwärmetauscher mit einer thermoelektrsichen energieerzeugungsfunktion und sein herstellungsverfahren und den rohrwärmetauscher verwendende thermoelektrische energieerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020002173T5
Application number: DE112020002173.4T
Authority: DE
Inventors: Michio Okajima; Nao Majima; Takashi Uno; Keiichi Ohata; Shutaro Nambu; Makoto Goda; Minoru Nakayasu; Yoma Kaneda; Masamichi Sakaguchi; Takahide Yanagida; Yusei Maeda
Original assignee: E Thermogentek Co Ltd; E-Thermogentek Co Ltd; Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: E Thermogentek Co Ltd; E-Thermogentek Co Ltd; Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2020-05-01
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2022-01-20
Also published as: US20220238778A1; JPWO2021220534A1; WO2021220534A1

Abstract

Ein Rohrwärmetauscher mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion weist ein inneres Rohr 4, in dem ein Kühlmittel fließt, ein thermoelektrisches Energieerzeugungsmodul 5, das an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres 4 befestigt ist, ein äußeres Rohr 3, das an einer äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 befestigt ist, sowie Wärmesammelrippen 6 auf, welche an einer äußeren Umfangsfläche des äußeren Rohres 3 vorgesehen sind. Das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 erzeugt thermoelektrische Energieunter Verwendung der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres 4 als eine Niedertemperaturquelle und einer Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 als eine Hochtemperaturquelle. Die Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 steht in einem engen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5.

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit der Funktion, thermoelektrische Energie mittels einer Temperaturdifferenz zwischen einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr zu erzeugen, sowie eine den Wärmetauscher verwendende thermoelektrische Energieerzeugungsvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
In einer heutigen Industriegesellschaft, vornehmlich in einer Fabrik, in einem Kraftwerk, in einem Stahlwerk, bei einem Kraftfahrzeug, bei einem Gebäude, bei einer Beleuchtung und bei einem Schiff, wird derzeitig eine beträchtliche Menge an Abwärme von 60 % oder mehr der Primärenergieverbrauchmenge in die globale Umwelt freigesetzt. Es ist bisher davon ausgegangen worden, dass 75 % oder mehr dieser Abwärme Drainagewasser oder Abgas mit einer Temperatur von 250 °C oder weniger ist.
Diese Abwärme wird in der Regel durch ein Abwärmerohr abtransportiert. Bei einem Rohrwärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen beispielsweise in dem Abwärmerohr strömendem Hochtemperaturgas und beispielsweise kaltem Wasser, das außerhalb des Abwärmerohres fließt, auszutauschen, kann das Hochtemperaturgas gekühlt werden, jedoch ist es schwierig, die ausgetauschte Wärme für das kalte Wasser wiederzuverwenden. Dies ist bisher ein Problem bei der Energieeinsparung.
Wie in 6 gezeigt, offenbart Patentdokument 1 einen Rohrwärmetauscher mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion, welcher so ausgebildet ist, dass ein thermoelektrisches Energieerzeugungsmodul 110 mit einer flexiblen Struktur zwischen der Außenseite eines Drainagerohres 100, in dem beispielsweise Hochtemperaturabwasser 100A fließt, und einem Kühlwasserrohr 120, in dem Kühlwasser 120A fließt, befestigt ist, um Energie mittels einer Temperaturdifferenz zwischen dem Drainagerohr 100 und dem Kühlwasserrohr 120 zu erzeugen.
Bei dem im Patentdokument 1 offenbarten Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion wird das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 110 unmittelbar mit Hilfe des Wassers gekühlt und folglich muss eine Abdichtungseinrichtung, wie z. B. die Befestigung einer Abdichtungsplatte, außerhalb des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 110 bereitgestellt werden. Allerdings verursacht die Abdichtungseinrichtung, wie z. B. die Abdichtungsplatte, einen Wärmeverlust, was zu einer Verminderung der Energieerzeugungseffizienz des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 110 führt.
ZITIERTE DRUCKSCHRIFTEN
PATENTDOKUMENT
PATENTDOKUMENT 1: japanische Offenlegungschrift Nr. 2009-267316
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Es gibt einen Rippenrohrwärmetauscher , welcher so ausgebildet ist, dass Wärmesammelrippen an einer äußeren Umfangsfläche eines Rohres vorgesehen sind und beispielsweise Wärme eines außerhalb des Rohres strömenden Hochtemperaturgases durch die Wärmesammelrippen gesammelt wird und beispielsweise auf innerhalb des Rohres fließendes kaltes Wasser übertragen wird. Allerdings kann der Wärmetauscher mit einer derartigen Struktur das Hochtemperaturgas kühlen, hat jedoch zur Energieeinsparung ein Problem bei der Wiederverwendung der ausgetauschten Wärme für das kalte Wasser.
Um dieses Problem zu lösen, kann ein thermoelektrisches Energieerzeugungsmodul verwendet werden, um Energie mittels einer Temperaturdifferenz zwischen kaltem Wasser und Hochtemperaturgas zu erzeugen. Allerdings sind Wärmesammelrippen unmittelbar an einer äußeren Umfangsfläche eines Rohres vorgesehen, in welchem das kalte Wasser fließt, und daher ist es schwierig, das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul an der äußeren Umfangsfläche des Rohres zu befestigen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Probleme zu lösen. Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rohrwärmetauscher mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion vorzuschlagen, wobei der Rohrwärmetauscher dazu eingerichtet ist, thermoelektrische Energie mittels einer Temperaturdifferenz zwischen kaltem Wasser und Hochtemperaturgas in einem Rippenrohrwärmetauscher zu erzeugen.
LÖSUNG DER AUFGABE
Ein Rohrwärmetauscher mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein inneres Rohr, in dem ein Kühlmittel fließt, ein thermoelektrisches Energieerzeugungsmodul, das an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres befestigt ist, ein äußeres Rohr, das an einer äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls befestigt ist, und eine Wärmesammelrippe, die an einer äußeren Umfangsfläche des äußeren Rohres vorgesehen ist. Das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul erzeugt thermoelektrische Energieunter Verwendung der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres als eine Niedertemperaturquelle und einer Innenumfangsfläche des äußeren Rohres als eine Hochtemperaturquelle und die Innenumfangsfläche des äußeren Rohres steht in einem engen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls.
Das Verfahren zur Herstellung eines Rohrwärmetauschers mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt eines Befestigens eines flexiblen thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls an einer äußeren Umfangsfläche eines über ein Ausdehnungsvermögen verfügenden inneren Rohres, den Schritt eines Kühlens des inneren Rohres, an dem das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 befestigt ist, damit sich das innere Rohr zusammenzieht, den Schritt eines Einführens des inneren Rohres, an dem das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul befestigt ist, in ein äußeres Rohr, welches an einer äußeren Umfangsfläche mit einer Wärmesammelrippe versehen ist, und den Schritt eines Erwärmens und Ausdehnens des inneren Rohres, um einen engen Kontakt zwischen einer Innenumfangsfläche des äußeren Rohres und einer äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls zu bewirken.
Figurenliste

[1] 1 zeigt eine perspektivische Außenansicht, welche die Ausgestaltung eines Wärmetauschers in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zu einer Achsrichtung des Wärmetauschers in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[3] 3 zeigt eine Ansicht, die das Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers in der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
[4] 4 zeigt eine Ansicht, die eine bestimmte Ausgestaltung eines thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls darstellt.
[5] 5 zeigt einen Schnitt senkrecht zu einer Achsrichtung eines Wärmetauschers in einer Variante der vorliegenden Erfindung.
[6] 6 zeigt eine perspektivische Außenansicht eines herkömmlichen Wärmetauschers.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt ist. Des Weiteren können Änderungen nach Bedarf vorgenommen werden, ohne vom Umfang abzuweichen, innerhalb welchem vorteilhafte Auswirkungen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden können.
1 und 2 zeigen Ansichten, die schematisch die Ausgestaltung eines Rohrwärmetauschers (im Folgenden lediglich als „Wärmetauscher“ bezeichnet) mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 1 eine perspektivische Außenansicht zeigt und 2 einen Schnitt senkrecht zu einer Achsrichtung des Wärmetauschers zeigt.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der Wärmetauscher in der vorliegenden Ausführungsform ein inneres Rohr 4, in dem ein Kühlmittel 2 wie z. B. Kühlwasser fließt, ein thermoelektrisches Energieerzeugungsmodul 5, das an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres 4 befestigt ist, ein äußeres Rohr 3, das an einer äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 befestigt ist, und Wärmesammelrippen 6, die an einer äußeren Umfangsfläche des äußeren Rohres 3 vorgesehen sind. Eine Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 steht in einem engen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5. Der hier beschriebene Wärmetauscher ist beispielsweise in einer Kammer 1 angeordnet, in welcher Abwärmegas 1a strömt. Bei dieser Ausgestaltung wird thermoelektrische Energie erzeugtunter Verwendung der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres 4 als eine Niedertemperaturquelle und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 als eine Hochtemperaturquelle in dem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul 5 .
Das heißt, dass der Wärmetauscher in der vorliegenden Ausführungsform sich durch eine Ausgestaltung auszeichnet, in welcher das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 zwischen Doppelrohren befestigt ist, welche das innere Rohr 4, in dem das Kühlmittel 2 fließt, und das mit Rippen versehene äußere Rohr 3 , in welchem das Hochtemperaturabwärmegas 1a strömt, umfassen. Bei dieser Ausgestaltung kann thermoelektrische Energie erzeugt werdenunter Verwendung der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres 4 als die Niedertemperaturquelle und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 als die Hochtemperaturquelle in dem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul 5. Zu beachten ist, dass beispielsweise Metall oder Harz mit einer geringen Wärmebeständigkeit für das innere Rohr 4 und das äußere Rohr 3 verwendet werden kann.
Wie in 2 gezeigt, kann eine Wärmeübertragungsplatte 8 zwischen der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung kann sich die Temperatur der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 an die Temperatur der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 annähern. Infolgedessen kann eine Temperaturdifferenz in dem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul 5 weiter gesteigert werden und folglich eine Energieerzeugungseffizienz weiter erhöht werden.
Für die Wärmeübertragungsplatte 8 kann ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. ein durchlässiger metallischer Werkstoff, einschließlich Aluminium, Kupfer und Nickel mit einem geringen Wärmewiderstand, eine Graphitplatte oder ein metallüberzogener Stoff, verwendet werden. Zu beachten ist, dass bei einer Veränderung der Temperatur des Hochtemperaturgases, das außerhalb des äußeren Rohres 3 strömt, und einem entsprechenden Ausdehnen/Zusammenziehen des äußeren Rohres 3 die Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Haftung zwischen der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 abnimmt und ein Wärmeverlust verursacht wird. Daher wird vorzugsweise ein elastisches oder ausdehnbares Material für die Wärmeübertragungsplatte 8 verwendet.
Wie in 2 gezeigt, kann eine Wärmeleitplatte 7 zwischen der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres 4 und einer Innenumfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung kann der Wärmeverlust, der durch die Befestigung des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 zwischen dem äußeren Rohr 3 und dem inneren Rohr 4 entsteht, weiter verringert werden. Infolgedessen kann die Temperaturdifferenz in dem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul 5 weiter gesteigert werden und die Energieerzeugungseffizienz weiter erhöht werden.
3 zeigt eine Ansicht, die das Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers in der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Zuerst wird das flexible thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 durch die Wärmeleitplatte 7 an der äußeren Umfangsfläche des ausdehnbaren inneren Rohres 4 befestigt. Dann wird das innere Rohr 4, an dem das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 befestigt ist, gekühlt und es zieht sich zusammen. Das Kühlen des inneren Rohres 4 kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass flüssiger Stickstoff 11 in das innere Rohr 4 eingebracht wird.
Dann wird das innere Rohr 4, an dem das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 befestigt ist, in das äußere Rohr 3, das an der äußeren Umfangsfläche mit den Wärmesammelrippen 6 versehen ist, eingeführt. Dann wird das innere Rohr 4 erwärmt und ausgedehnt und auf diese Weise kommt die äußere Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 in einen engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3. Auf diese Weise entsteht der Wärmetauscher, der so ausgebildet ist, dass das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 zwischen den Doppelrohren befestigt ist, welche das innere Rohr 4 und das mit Rippen versehene äußere Rohr 3 umfassen.
Der Wärmetauscher kann ebenfalls durch das folgende Verfahren hergestellt werden. In diesem wird das flexible thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 durch die flexible Wärmeleitplatte 7 an der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres 4 befestigt. Dann wird das äußere Rohr 3 befestigt, sodass dieses mit der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 in einem engen Kontakt steht. Dann werden die Wärmesammelrippen 6 an die äußere Umfangsfläche des äußeren Rohres 3 angeschweißt. Auf diese Weise entsteht der Wärmetauscher, der so ausgebildet ist, dass das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 zwischen den Doppelrohren befestigt ist, welche das innere Rohr 4 und das mit Rippen versehene äußere Rohr 3 umfassen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Energie sparender Rohrwärmetauscher mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion erlangt werden, wobei der Rohrwärmetauscher thermoelektrische Energie mittels einer Temperaturdifferenz zwischen einem Kühlmittel und einem Hochtemperaturgas in einem Rippenrohrwärmetauscher erzeugen kann.
Das in der vorliegenden Ausführungsform verwendete thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 ist so aufgebaut, dass zwei Arten von thermoelektrischen Elementen mit verschieden Polaritäten abwechselnd angeordnet sind und eine elektromotorische Kraft durch eine Temperaturdifferenz zwischen einer Elektrode auf einer Hochtemperaturseite und einer Elektrode auf einer Niedertemperaturseite erzeugt wird.
4 zeigt eine Ansicht, die eine bestimmte Ausgestaltung eines thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 darstellt.
Wie in 4 gezeigt, sind p-leitende thermoelektrische Elemente 43 und n-leitende thermoelektrische Elemente 44 abwechselnd angeordnet und an Verdrahtungsstegen 42 angebracht, welche auf einer flexiblen Trägerplatte 41 ausgebildet sind. Das p-leitende thermoelektrische Element 43 und das n-leitende thermoelektrische Element 44 sind durch eine auf einer flexiblen oberen Verdrahtungsplatte 45 ausgebildete Verdrahtungsschicht 46 unmittelbar miteinander verbunden. Die erzeugte thermoelektrische Energie wird durch Anschlusselektroden 47 abgeführt.
Eine bestimmte Ausgestaltung des Wärmetauschers in der vorliegenden Ausführungsform umfasst beispielsweise das innere Rohr 4 mit einem Außendurchmesser von 25 mm, das äußere Rohr 3 mit einem Innendurchmesser von 33 mm, die Wärmesammelrippen 6 mit einer Höhe von 16 mm und das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 mit einer Dicke von 2,5 mm und einer Flächengröße von 50 × 100 mm. Bei dem Wärmetauscher mit einer derartigen Ausgestaltung wird eine Ausspeisung von circa 3,3 W erreicht, wenn eine Abgastemperatur rund um die Wärmesammelrippe 6 180 °C beträgt und eine Kühlmitteltemperatur in dem inneren Rohr 4 40 °C beträgt.
Die vorliegende Erfindung wird oben unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beschreibung beschränkt und natürlich können diverse Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
Beispielsweise, wie in 5 gezeigt, kann ferner ein Wärmesammelkörper 10 zwischen der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 und der Wärmeübertragungsplatte 8 vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung kann die Wärmesammelwirkung durch die Wärmesammelrippen 6 verstärkt werden und folglich die Temperatur auf der Hochtemperaturquellenseite des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 weiter erhöht werden. Infolgedessen kann die Temperaturdifferenz in dem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul 5 weiter gesteigert werden und folglich die Energieerzeugungseffizienz weiter erhöht werden. Als Wärmesammelkörper 10 kann beispielsweise eine Kupferplatte mit einer Dicke von 0,2 mm oder eine Carbonplatte mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.
Anstatt die Wärmeübertragungsplatte 8 vorzusehen, kann eine Aussparung zwischen der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 vorgesehen sein und die Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 mit Schwarzkörperstrahlungsfarbe beschichtet sein. Bei dieser Ausgestaltung kann durch die Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 gesammelte Wärme durch Infrarotstrahlung an die äußere Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 abgegeben werden.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des inneren Rohres 4 kann höher sein als der Wärmeausdehnungskoeffizient des äußeren Rohres 3. Bei dieser Ausgestaltung kann das innere Rohr 4 weiter ausgedehnt werden, wenn die äußere Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 in einen engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 durch Erwärmen und Ausdehnung des inneren Rohres 4 kommt. Infolgedessen kann die Haftung zwischen der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls 5 und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres 3 weiter gesteigert werden. Für das innere Rohr 4 und das äußere Rohr 3 wie oben beschrieben kann 18-8 Edelstahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von 17,3 (× 10^-6/°C) oder 18-Chrom-Edelstahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von 9,0 (× 10^-6/°C) verwendet werden.
Die Anwendung des Wärmetauschers wie in diesen Ausführungsformen beschrieben auf einen Kesselspeisewasservorwärmer kann zu einer thermoelektrischen Energieerzeugungsvorrichtung führen, welche dazu eingerichtet ist, unter Verwendung von Kesselspeisewasser als eine Niedertemperaturquelle und Kesselabwärmegas als eine Hochtemperaturquelle Energie in einem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul eines Wärmetauschers zu erzeugen, während das Kesselspeisewasser vorgewärmt wird. Weitere Beispiele des Abwärmegases umfassen Abgas von einem Abgaskessel, einem Wasserrohrkessel, einem Durchlaufkessel, einem Gas- oder Öl-Kühlaggregat, einem Industrieofen etc.
Bezugszeichenliste

1: Kammer
1a: Abwärmegas
2: Kühlmittel
3: Äußeres Rohr
4: Inneres Rohr
5: Thermoelektrisches Energieerzeugungsmodul
6: Wärmesammelrippe
7: Wärmeleitplatte
8: Wärmeübertragungsplatte
10: Wärmesammelkörper
41: Trägerplatte
42: Verdrahtungssteg
43: P-leitendes thermoelektrisches Element
44: N-leitendes thermoelektrisches Element
45: Obere Verdrahtungsplatte
46: Verdrahtungsschicht
47: Anschlusselektrode

Claims

Rohrwärmetauscher mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion, umfassend: ein inneres Rohr, in dem ein Kühlmittel fließt; ein thermoelektrisches Energieerzeugungsmodul, das an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres befestigt ist; ein äußeres Rohr, das an einer äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls befestigt ist; und eine Wärmesammelrippe, die an einer äußeren Umfangsfläche des äußeren Rohres vorgesehen ist, wobei das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul thermoelektrische Energie erzeugt unter Verwendung der äußeren Umfangsfläche des inneren Rohres als eine Niedertemperaturquelle und einer Innenumfangsfläche des äußeren Rohres als eine Hochtemperaturquelle , und wobei die Innenumfangsfläche des äußeren Rohres in einem engen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls steht.
Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach Anspruch 1, wobei ferner eine Wärmeübertragungsplatte zwischen der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres vorgesehen ist.
Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach Anspruch 2, wobei die Wärmeübertragungsplatte aus einer durchlässigen Metallschicht, einer Graphitplatte oder einem metallüberzogenen Stoff gebildet ist.
Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach Anspruch 1, wobei eine Aussparung zwischen der äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls und der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres vorgesehen ist und wobei die Innenumfangsfläche des äußeren Rohres mit einer Schwarzkörperstrahlungsfarbe beschichtet ist.
Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach Anspruch 2, wobei ferner ein Wärmesammelkörper zwischen der Innenumfangsfläche des äußeren Rohres und der Wärmeübertragungsplatte vorgesehen ist.
Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach Anspruch 1, wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient des inneren Rohres höher ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des äußeren Rohres.
Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion in einer Kammer angeordnet ist, in welcher ein Abwärmegas strömt.
Verfahren zur Herstellung eines Rohrwärmetauschers mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion, umfassend: einen Schritteines Befestigens eines flexiblen thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls an einer äußeren Umfangsfläche eines über ein Ausdehnungsvermögen verfügenden inneren Rohres ; einen Schritteines Kühlens des inneren Rohrs, an dem das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul 5 befestigt ist, damit sich das innere Rohr zusammenzieht; einen Schritteines Einfuhrens des inneren Rohrs, an dem das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul befestigt ist, in ein äußeres Rohr, welches an einer äußeren Umfangsfläche mit einer Wärmesammelrippe versehen ist; und einen Schritteines Erwärmens und Ausdehnens des inneren Rohrs , um einen engen Kontakt zwischen einer Innenumfangsfläche des äußeren Rohres und einer äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls zu bewirken.
Verfahren zur Herstellung des Rohrwärmetauschers mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach Anspruch 8, wobei in dem Schritt des Befestigens des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls das thermoelektrische Energieerzeugungsmodul an der äußeren Umfangsfläche des über das Ausdehnungsvermögen verfügenden inneren Rohres durch eine über ein Ausdehnungsvermögen verfügende Wärmeübertragungsplatte befestigt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Rohrwärmetauschers mit einer thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion, umfassend: einen Schritteines Befestigens eines flexiblen thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls an einer äußeren Umfangsfläche eines inneren Rohres durch eine über eine Flexibilität verfügende Wärmeübertragungsplatte ; einen Schritteines Befestigens eines äußeren Rohrs, sodass dieses in einem engen Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche des thermoelektrischen Energieerzeugungsmoduls steht; und einen Schritteines Verschweißens einer Wärmesammelrippe mit einer äußeren Umfangsfläche des äußeren Rohres .
Thermoelektrische Energieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Energie durch Umwandeln von Abgaswärmeenergie, die von einem Austrittsabgas von einem Abgaskessel, einem Wasserrohrkessel oder einem Durchlaufkessel stammt, in die Energie in einem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul eines Wärmetauschers, wobei es sich bei dem Wärmetauscher um den Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6 handelt.
Thermoelektrische Energieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Energie durch Umwandeln von Austrittsabgaswärmeenergie von einem Gas- oder Ölkühlgerät in die Energie in einem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul eines Wärmetauschers, wobei es sich bei dem Wärmetauscher um den Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6 handelt.
Thermoelektrische Energieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Energie durch Umwandeln von Austrittsabgaswärmeenergie von einem Industrieofen in die Energie in einem thermoelektrischen Energieerzeugungsmodul eines Wärmetauschers, wobei es sich bei dem Wärmetauscher um den Rohrwärmetauscher mit der thermoelektrischen Energieerzeugungsfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6 handelt.