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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Energierückgewinnungsvorrichtung zum Umwandeln von Überschusswärme in elektrischen Strom und ein System, das die Energierückgewinnungsvorrichtung umfasst.
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Hintergrund
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Der energetische Gesamtwirkungsgrad von Haushaltsgeräten, wie etwa Öfen und Kühlschränken, ist durch die von dem Haushaltsgerät an die umgebene Atmosphäre freigesetzte Überschusswärme begrenzt. Des Weiteren stützen sich Haushaltsgeräte stark auf durch ein Stromversorgungsnetz gelieferten elektrischen Strom.
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Es besteht Bedarf daran, den energetischen Wirkungsgrad zu erhöhen und die Abhängigkeit vom Stromversorgungsnetz zu verringern.
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Übersicht
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Energierückgewinnungsvorrichtung zur Rückgewinnung von Überschusswärme eines Haushaltselektrogeräts bereitgestellt. Die Energierückgewinnungsvorrichtung umfasst Folgendes:
- • einen thermoelektrischen Generator, TEG, zum Erzeugen elektrischer Energie aus der Wärmedifferenz zwischen einer warmen Seite und einer kalten Seite des TEG, wobei die kalte Seite thermisch an eine Umgebung gekoppelt werden kann und die warme Seite mit einer die Überschusswärme führenden Komponente des Haushaltselektrogeräts verbunden werden kann, und
- • ein Batterieladegerät zum Laden mindestens einer Batterie unter Verwendung der elektrischen Energie.
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Der TEG ist eine auf dem Gebiet bekannte Vorrichtung, die einen Wärmefluss in elektrische Energie umwandelt. Ein TEG kann mindestens zwei verschiedene thermoelektrische Materialien umfassen, wobei als Reaktion auf einen Wärmefluss von der warmen Seite zu der kalten Seite ein elektrischer Strom z. B. durch den Seebeck-Effekt erzeugt wird. Die Materialien können zwei unterschiedlich dotierte Halbleiter derselben Spezies umfassen. Ein TEG hat keine beweglichen Teile. Der TEG kann in dem Haushaltselektrogerät enthalten oder dauerhaft oder vorübergehend daran gekoppelt sein.
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Das Batterieladegerät ist dazu angepasst, die Batterie zu laden. Das Batterieladegerät kann dazu konfiguriert sein, die Batterie unter Verwendung von sowohl der elektrischen Energie von dem TEG als auch elektrischer Energie von dem Stromversorgungsnetz zu laden, um die Batterie schnell zu laden. Dadurch ist die Batterie nach kurzer Zeit zum Gebrauch bereit. Alternativ kann das Batterieladegerät dazu angepasst sein, nur die Überschusswärme zum Laden der Batterie zu verwenden, um einen großen Teil der Überschusswärme zu nutzen. In einer weiteren Alternative kann das Batterieladegerät dazu konfiguriert sein, eine Benutzereingabe zu empfangen, die angibt, ob die Batterie unter Verwendung von sowohl der elektrischen Energie von dem TEG als auch elektrischer Energie von dem Stromversorgungsnetz oder nur unter Verwendung der elektrischen Energie von dem TEG geladen werden soll, und die Batterie entsprechend zu laden. Das kann dem Benutzer mehr Flexibilität bieten.
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Wenn sie in der Batterie gespeichert ist, kann die elektrische Energie im Fall eines Stromausfalls dem Haushaltsgerät bereitgestellt werden. Dadurch kann eine Notstromversorgung bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist das Batterieladegerät dazu angepasst, mit einer austauschbaren Batterie verbunden zu werden. Das Batterieladegerät kann somit die austauschbare Batterie laden, die ihrerseits dazu angepasst sein kann, einer anderen elektrischen Vorrichtung elektrische Energie bereitzustellen, z. B. einem weiteren Haushaltsgerät, einem Bohrer oder einem Elektrofahrrad. Die austauschbare Batterie kann ein Teil eines standardisierten Batteriesystems sein, um die Verwendung mit einer Vielzahl von Vorrichtungen zu erleichtern.
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In einer Ausführungsform umfasst der thermoelektrische Generator eines oder mehrere der Folgenden: Wismuttellurit, Wismutantimonit, Bleitellurit, Eisendisilicid. Diese Materialien haben bekannterweise eine hohen Seebeck-Koeffizienten und ermöglichen dadurch die Umwandlung eines höheren Anteils der Wärme in elektrische Energie.
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Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Haushaltselektrogerät, das eine Energierückgewinnungsvorrichtung wie vorangehend erwähnt umfasst. Durch Integrieren des TEG in eine Wärmesenke kann thermische Energie effizient in den TEG übertragen werden.
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In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst das Haushaltselektrogerät eines oder mehrere von einem Ofen, einem Klimagerät und/oder einem Kühlschrank. Klimageräte und Kühlschränke erzeugen während des Betriebs Abwärme. Die Abwärme führt zu einer Temperaturdifferenz zwischen einer Wärmesenke, die angeordnet ist, um Wärme in die Atmosphäre abzuleiten, und der Atmosphäre selbst. Dadurch werden ein Wärmefluss und ein Temperaturgradient entlang der Wärmesenke erzeugt und können zum Zurückgewinnen von Energie genutzt werden. In einem Ofen kann die Wärmeenergie in dem Ofen während der Abkühlphase nach dem Gebrauch des Ofens teilweise in elektrische Energie umgewandelt werden. Es können jedoch auch andere Haushaltsgeräte, die Überschusswärme erzeugen, verwendet werden.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System. Das System umfasst
- • mindestens ein Haushaltsgerät,
- • mindestens eine Energierückgewinnungsvorrichtung wie vorangehend erörtert, wobei die Energierückgewinnungsvorrichtung an das Haushaltsgerät gekoppelt ist,
- • mindestens eine austauschbare Batterie zum Laden durch die Energierückgewinnungsvorrichtung, und
- • mindestens eine zweite elektrische Vorrichtung, die betriebsfähig ist, um von der Batterie mit Strom versorgt zu werden.
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Die zweite elektrische Vorrichtung kann zum Beispiel einen Kühlschrank umfassen. Ein Kühlschrank kann während des normalen Betriebs von dem Stromversorgungsnetz mit Strom versorgt werden und während eines Stromausfalls von der Batterie mit Strom versorgt werden, um zu verhindern, dass der Inhalt verdirbt. Alternativ kann es sich bei der zweiten elektrischen Vorrichtung um eine Geschirrspülmaschine handeln. Im Gegensatz zu einem Kühlschrank wird eine Geschirrspülmaschine typischerweise aktiviert, um ein Spülprogramm auszuführen, für das der Energieverbrauch im Voraus bekannt ist. Daher kann eine vorgegebene Batterieladung für ein Spülprogramm ausreichen, sodass eine Geschirrspülmaschine ohne Verbindung mit dem Stromversorgungsnetz nur unter Verwendung der Batterie betrieben werden kann. Das System kann standardisierte Batterien und Verbinder umfassen.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Verwendung einer Energierückgewinnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3 für den Betrieb einer zweiten elektrischen Vorrichtung. Die Verwendung umfasst:
- • Laden der Batterie unter Verwendung der von dem TEG erzeugten elektrischen Energie, und
- • Betreiben der von der Batterie mit Strom versorgten zweiten elektrischen Vorrichtung.
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Das System des zweiten Aspekts und die Verwendung des dritten Aspekts können die Merkmale der Energierückgewinnungsvorrichtung des ersten Aspekts umfassen. Alle Ausführungsformen und technischen Effekte des ersten Aspekts der Offenbarung betreffen auch den zweiten Aspekt der Offenbarung.
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Figurenliste
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Die Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlicher aus der nachfolgend dargelegten ausführlichen Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente verweisen.
- 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Energierückgewinnungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform;
- 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems 200 gemäß einer Ausführungsform; und
- 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt ein Blockdiagramm einer Energierückgewinnungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Energierückgewinnungsvorrichtung 100 kann an ein Überschusswärme erzeugendes Haushaltselektrogerät gekoppelt werden, das zum Beispiel ein Klimagerät, einen Ofen oder einen Kühlschrank umfassen kann. Die Energierückgewinnungsvorrichtung 100 umfassen einen thermoelektrischen Generator 102. Die warme Seite 104 des thermoelektrischen Generators 102 ist mit einer Komponente 110 des Haushaltselektrogeräts verbunden, die Überschusswärme führt. Die Überschusswärme kann Abwärme, die von einem Klimagerät oder einem Kühlschrank während des normalen Betriebs erzeugt wird, oder Restwärme von einem Ofen oder Herd nach dem Gebrauch umfassen. Die kalte Seite 106 der thermoelektrischen Vorrichtung ist an die Wärmesenke 108 gekoppelt, die sich mit der Umgebung in Kontakt befindet. Die Wärmesenke ist dazu konfiguriert, Wärme von der Vorrichtung abzuführen. Die Wärmesenke kann durch ihre Konstruktion eine große Oberfläche an einem Umgebungsmedium, z. B. Luft aufweisen, um die Wärmeabfuhr zu erhöhen. Dadurch wird eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmesenke 108 und der Komponente 110 erzeugt. Der thermoelektrische Generator 102 wandelt die thermische Energie in elektrische Energie um, z. B. durch den Seebeck-Effekt. Der thermoelektrische Generator 102 ist mit einem Batterieladegerät 112 verbunden, das eine austauschbare Batterie 114 lädt. Die austauschbare Batterie 114 kann verwendet werden, um derselben oder einer anderen elektrischen Vorrichtung elektrische Energie bereitzustellen. Wenn die Energierückgewinnungsvorrichtung zum Beispiel mit einem Kühlschrank verbunden ist, kann ein Teil der von dem Kühlschrank erzeugten Wärme, die in die Atmosphäre abgeführt wird, zurückgewonnen und zum Laden der Batterie verwendet werden. Während eines Stromausfalls kann der Kühlschrank von der Batterie mit Strom versorgt werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Batterie ausgebaut und dann einer anderen elektrischen Vorrichtung elektrische Energie bereitstellen, wie nachfolgend erläutert wird.
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2 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems 200 gemäß einer Ausführungsform. Das System umfasst ein Haushaltsgerät 202 und eine Energierückgewinnungsvorrichtung 204, die an das Haushaltsgerät 202 gekoppelt ist, um die austauschbare Batterie 206 zu laden, z. B. wie vorangehend beschrieben. Die austauschbare Batterie 206 kann verwendet werden, um elektrische Energie zum Betreiben einer zweiten elektrischen Vorrichtung 208 bereitzustellen. Die zweite elektrische Vorrichtung kann z. B. eine Geschirrspülmaschine umfassen, die komplett batteriebetrieben sein kann. Die zweite elektrische Vorrichtung kann jedoch jegliche andere Art von elektrischer Vorrichtung umfassen, einschließlich zum Beispiel eines Elektrofahrrads oder eines Elektrobohrers.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Schritt 304 umfasst das Laden der Batterie 114 unter Verwendung der von dem thermoelektrischen Generator 102 aus Überschusswärme erzeugten elektrischen Energie. Schritt 306 umfasst das Betreiben des von der Batterie mit Strom versorgten zweiten Haushaltsgeräts. Dadurch kann das System 200 wie in 2 gezeigt verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Energierückgewinnungsvorrichtung
- 102
- Thermoelektrischer Generator
- 104
- Warme Seite
- 106
- Kalte Seite
- 108
- Wärmesenke in Kontakt mit der Umgebung
- 110
- Überschusswärme führende Komponente
- 112
- Batterieladegerät
- 114
- Austauschbare Batterie
- 200
- System
- 202
- Haushaltsgerät
- 204
- Energierückgewinnungsvorrichtung
- 206
- Austauschbare Batterie
- 208
- Zweite elektrische Vorrichtung
- 300
- Verfahren zum Verwenden einer Energierückgewinnungsvorrichtung
- 302
- Start
- 304
- Laden der Batterie unter Verwendung der von dem TEG erzeugten elektrischen Energie
- 306
- Betreiben des von der Batterie mit Strom versorgten zweiten Haushaltsgeräts
- 308
- Ende
