DE1513040A1

DE1513040A1 - Energieversorgungsanlage mit Thermoelementen

Info

Publication number: DE1513040A1
Application number: DE19651513040
Authority: DE
Inventors: Hoehn Dipl-Ing Heinz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-09-30
Filing date: 1965-09-30
Publication date: 1969-06-12
Also published as: JPS457800B1

Description

Energieversorgungsanlage mit Thermoelementen Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanlage für Gleichspannungsnetze, insbesondere für Fahrzeugbordnetze, bei der an eine Reihenschaltung von Thermoelementen ein Gleichspannungswandler zur Erhöhung der Ausgangespannung angeschlossen ist: Die Verwendung von Thermoelementen gibt zwar die Möglichkeit, einen hohen'Strom zu erzeugen, die Spannung beträgt jedoch nur Bruchteile von Volt pro Element. Bei Thermogeneratoren kleiner Leistung ist daher ein verhältnismäßig großer Aufwand an Thermoelementen erforderlich. Man hat deshalb Thermogeneratoren schon in Verbindung mit einem Gleichspannungswandler: zur Erhöhung der erzeugten Gleichspannung betrieben. Dadurch kann man Material einsparen, und das Gewicht des Thermogenerators kann erheblich gesenkt. werden: Die Kosten einer derartigen Anlage sind jedoch immer noch sehr hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Material- sowie Gewichtsersparnia und damit eine Kostensenkung bei Thermogeneratoren mit Gleichspannungswandler zu erzielen. Erfindungsgemäß ist dies dadurch möglich, daB ein Teil des Thermogenerators mit mindestens einer zusätzlichen Anachluflklemme für Verbraucher mit kleiner Spannung verbunden ist und der übrige Teil des Thermogenerators für höchstens 75 % des elektrischen Gesamtstromes des-Thermogenerators bemessen ist. Auf diese Weise kann der Schenkelquerschnitt :eines Teiles des Thermogenerators erheblich kleiner als bisher gehalten werden. Ferner wird der Wirkungsgrad gegenüber der bekannten Ausführung erhöht, da der Gleichspannungswandler für eine kleinere Leistung ausgelegt werden kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Längsschnittes durch einen thermoelektrischen Generator, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Anordnung und Fig. 3 einweiteres Ausführungsbeispiel.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten thermoelektrischen Generator wird eine Thermosäule von einer Wärmequelle beheizt, die bei-Apielsweise als Heizrohr 1 mit radialer Wärmestrahlung W ausgebildet ist. Die Thermosäule besteht aus einer Serienschaltung einer Vielzahl von Thermoelementen 2, bei denen abwechselnd Schenkel 16 aus n-leitendem und Schenkel 17 aus p-leitendem thermoelektrischen Material einerseits über heiße Kontaktflachen 3 und andererseits über kalte Kontaktflächen 4, 5 und Kühlkörper 6 miteinander verbunden sind. Die Thermoelemente sind mit ihren heißen Kontaktflächen 3 in einem Tragrohr 7 konzentrisch um die Wärmequelle 1 angeordnet. Durch die K"jhlkörper_6 strömt das in einem konzentrischen Außenrohr 8 geführte Kühlmittel beispi-elsweise in Pfeilrichtung K.
Fig. 2 zeigt die Serienschaltung eines aus den Teilen A und B bestehenden thermoelektrischen Generators 9 mit einem Gleichspannungswandler 10. Die Verbraucher 11 werden aus beiden Generatorteilen A und B über die Anachlußklemmeri 12, 13 und den Gleichspannungswandler 10 gespeist. Dagegen sind über die Klemme 13: und die zusätzliche Anschlußklemme 14 die Verbraucher 15 direkt `an die Thermoelemente des Generatorteiles A angeschlossen. Die -Thermoelementschenkel 16, 17 des Generatorteiles A sind dabei für den Gesamtstrom des Generators und die Schenkel 18, 19 des Generatorteiles B für höchstens 75 % des Generatoratromes bemessen. Die Zahl der in Serie geschalteten Thermoelemente des Generator-. teilen A richtet sich nach der Ansehlußspannung der Verbraucher 15 Beispielsweise kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen Energieversorgungsanlage in einem Fahrzeug mit Heizeinrichtung der Teil A des Thermogenerators für die Anschlußspannung von Eigenverbrauchern für eine Heizeinrichtung bemessen sein, deren Wärmequelle zusätzlich zur Beheizung des Thermogenerators 9 dient. Die Primärspannung des Wandlers 10 ist entscheidend für den Materialaufwand der Stromerzeugungsanlage, weil die Verluste im Wandler 10 mit größerer Primärspannung zwar kleiner werden, aber dafür mehr'Thermoelemente erforderlich sind. Für eine -vorgegebene Ausgangsspannung von 24 bis 30 Volt des Wandlers 10 ist es daher vorteilhaft, die Zahl der in Serie geschalteten Thermoelemente so zu wählen, daß die Primärspannung des Wandlers 10-größer als die Spannung: des Generatorteiles A und kleiner als 12 Volt ist. Aber auch bei stationären Anlagen kann eine Energie-Versorgungsanlage nach der Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden. So werden beispielsweise Heizungsanlagen für Relaisstationen in unzugänglichen Gegenden benötigt, um die Elektronik-Einrichtung zu thermostatisieren. Dabei kann dann. der Teil A des Thermogenerators zur Deckung des Leistungsbedarfs von Eigen-Verbrauchern (z.B. von Gebläsemotoren) der zum Betrieb des -Thermogenerators erforderlichen Heizungseinrichtung dienen, während die der Serienschaltung der Generatorteile A und B entnommene Energie in das Stromversorgungsnetz der Station eingespeist wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Stromversorgungsanlage sind unter, schiedliche Bauarten von Thermoelementen für die Teile A und B des Thermogenerators gewählt. Die Schenkel 16, 17 der Thermoelemente des Generatorsteiles A sind mit den heißen Kontaktflächen. 3 verbunden und werden durch die Wärmestrahlung W1 der Wärmequelle 1 des Heizgerätes beheizt und geben ihre Verlustwärme über die `Kühlkörper 6 an den durch die Pfeilrichtung K1 gekennzeichneten Kühlmittelstrom ab. Der Teil B des Thermoeenerators wird vom . aufgeheizten Kühlluftstrom des Generatorteiles A beheizt. Bei den in Serie geschalteten Thermoelementen sind jeweils mehrere Schenkel 18, 19 aus p- bzw. n-leitendem Material parallel ge- schaltet. Die heißen Kontaktkörper 22 jedes Thermoelementes sind. über die Verbindungsleitung 26 miteinander verbunden. An der anderen Seite der Schenkel sind über kalte Kontaktkörper 23 Kühlkörper 24 angeordnet. Diese Kühlkörper 24 geben ihre Wärme. an die Umgebungsluft des Generatorteiles B oder an einen Kühlmittelstrom K2 ab.

Claims

Patentansprüche .0 Energieversorgungsanlage für Gleichspannungsnetze, insbesondere-für Fahrzeugbordnetze, bei der an einen Thermogenerator mit einer Reihenschaltung von Thermoelementen ein Gleichspannungswandler zur Erhöhung der Ausgangespannung angeschlossen ist;, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (A) des Thermogenerators (9) mit mindestens einer zusätzlichen Anschlußklemme (14) für Verbraucher (12) niedriger Spannung _ verbunden ist und der übrige Teil (B) des Thermogenerators für höchstens 75 % des elektrischen Gesamtstromes des Thermogenerators (9) bemessen ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (A) des Thermogeneratora für die Anschlußspannung von Eigenverbrauchern (15) einer Heizungseinrichtung bemessen: ist, deren Wärmequelle zur Beheizung des Thermogenerators verwendet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine vorgegebene Ausgangsspannung von 24 bis 30 Voltdes Gleichspannungswandlers (10) die Zahl der in Serie geschalteten Thermoelemente so gewählt ist, daß die Eingangsspannung des Gleichspannungawandlers (10) größer als die Spannung des Generatorsteiles (A) und kleiner als 12 Volt ist:
4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (A, B) des Thermogenerators-(9)- aus Thermoelementen (2, 25) unterschiedlicher Bauarten gebildet sind:
5. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur der eine Teil (A) des Thermogenerators (9) mit einem Heizgerät vereinigt ist und der andere Teil (8) des Thermogenera- . tors im vom Generatorteil (A) erwärmten Kühlmittelstrom angeordnet ist.