DE69712482T2 - Thermoelektrischer generator - Google Patents

Thermoelektrischer generator

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermoelektrische Generatoreinheit mit einer Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen, die abwechselnd vom p- und n-Typ und mittels metallischer Verbindungselemente elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Elemente eine im wesentlichen zylindrische Form haben.
  • Thermoelektrische Elemente sind seit langem bekannt und es wurden verschiedene Versuche unternommen, mittels derartiger Elemente in Verbrennungseinrichtungen verschiedener Art einen elektrischen Strom in Verbindung mit einer Erzeugung von Wärme bereitzustellen. Als eines der jüngsten Beispiele kann die US-A-5 450 869 der Anmelderin erwähnt werden. Da der Strom in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen den zwei Seiten der Elemente im Grenzflächenbereich zwischen Elementen vom p- und n-Typ erzeugt wird, wird eine Bereitstellung einer großen Anzahl von sehr kleinen Elementen angestrebt, welche in zuverlässiger Art und Weise elektrisch miteinander verbunden gehalten werden müssen. Früher zog dies den Umgang mit einer sehr großen Anzahl von kleinen Einzelteilen nach sich, was den Zusammenbau derartiger thermoelektrischer Generatoren sehr zeitaufwendig macht. Die Erfindung gemäß der oben erwähnten Veröffentlichung hatte die Hauptaufgabe, eine wesentliche Verringerung der Anzahl der in dem thermoelektrischen Generator enthaltenen Teile ohne das Risiko übermäßiger Grenzflächenwiderstände zwischen den Elementen oder Unterbrechungen zu ermöglichen.
  • Jedoch war der Vorschlag gemäß dieser US-Patentbeschreibung nicht für eine moderne industrielle Massenproduktion geeignet.
  • Um eine Massenproduktion derartiger thermoelektrischer Generatoren auf eine von früheren Ideen deutlich unterschiedliche Art und Weise zu ermöglichen, wird nun gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie im Anspruch 1 beansprucht wird, vorgeschlagen, die Verbindungselemente als Platten auszubilden, auf deren einer Seite zwei im wesentlichen halbzylindrische und parallele Sitze für thermoelektrische Elemente gebildet sind, wobei die Verbindungselemente dazu eingerichtet sind, mit einander zugewandten Sitzen auf jeder Seite einer Reihe von Elementen angeordnet zu werden, wobei gegenüberliegende Platten wechselseitig um eine Sitzbreite in Längsrichtung der Reihe versetzt sind, um einen kontinuierlichen, sich windenden seriellen Pfad für den erzeugten Strom zu bilden, und wobei die Platten auf einer Seite der Reihe von Elementen dazu eingerichtet sind, einer Wärmequelle zugewandt zu sein, während die Platten auf der gegenüberliegenden Seite einer Wärmesenke zugewandt sind.
  • Die Erfindung ermöglicht nun in einer viel vorteilhafteren Art und Weise als früher eine Herstellung von aus Generatoreinheiten vom Kassettentyp zusammengesetzten thermoelektrischen Generatoren, die einfach an verschiedene Anwendungen angepaßt werden können, nicht nur in Verbindung mit Brennkammern in Standheizungen für Fahrzeuge, sondern auch bei nahezu allen Gelegenheiten, bei denen eine heiße Oberfläche verfügbar ist, auf der die erfindungsgemäße Generatoreinheit angeordnet werden kann.
  • Die Erfindung wird im folgenden mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, wobei Fig. 1 den grundlegenden, kassettenartigen Aufbau einer erfindungsgemäßen Einheit in einer perspektivischen Explosionsansicht zeigt, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Standheizung zeigt, in der eine Mehrzahl von kassettenartigen Generatoreinheiten verwendet wird, und Fig. 3 einen Querschnitt der gleichen Heizung zeigt.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen 1, die abwechselnd vom p- und n-Typ sind, in Reihen angeordnet und durch Verbindungselemente 2 elektrisch in Reihe geschaltet. In ähnlicher Weise wie bei der Anordnung gemäß der oben erwähnten US-Patentbeschreibung weisen die aus beispielsweise Blei und Tellur und einem Dotierungsmittel bestehenden thermoelektrischen Elemente 1 eine zylindrische Form und eine Länge auf, die ungefähr ihrem Durchmesser entspricht. In Abhängigkeit der vorgesehenen Verwendung und des Temperaturintervalls können andere Materialien mit bekannter thermoelektrischer Eigenschaft gewählt werden. Anders als bei dieser früheren Ausgestaltung sind die zylindrischen Elemente 1 nicht stehend zwischen Verbindungselementen angebracht, sondern letztere weisen gemäß der vorliegenden Erfindung die Form einer Platte auf, auf deren einer Seite zwei im wesentlichen halbzylindrische, parallele Sitze 3 für thermoelektrische Elemente 1 gebildet sind. Diese Platten 2 sind dazu vorgesehen, mit einander zugewandten Sitzen 3 auf jeder Seite einer Reihe von Elementen 1 angebracht zu werden, wobei gegenüberliegende Platten 2 wechselseitig um eine Sitzbreite versetzt sind, um einen kontinuierlichen, sich windenden seriellen Pfad für den erzeugten Strom zu bilden. Vorzugsweise sind die Platten 2 auf ihrer den Sitzen 3 gegenüberliegenden Seite planar ausgebildet oder anderweitig dazu eingerichtet, gegen eine vorgesehene heiße Oberfläche zu liegen. Die gegenüberliegenden Platten 2 sind einer geeigneten gekühlten Oberfläche zugewandt oder befinden sich mit ihr in Eingriff.
  • Geeigneterweise sind die Platten 2 auf jeder Seite der Reihe thermoelektrischer Elemente 1 ähnlich zueinander ausgebildet.
  • Wie ferner aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwei derartige Reihen von Elementen 1 mit zugehörigen Verbindungsplatten 2 parallel zueinander angeordnet und an einem Ende dieses Reihenpaares elektrisch miteinander verbunden sind, so daß sich die zwei Verbindungsleitungen zu der thermoelektrischen Generatoreinheit benachbart zueinander am gegenüberliegenden Ende dieses Reihenpaares befinden.
  • Zur Bereitstellung einer kassettenartigen Ausgestaltung der Einheit ist dieses Elementreihenpaar geeigneterweise in einem trogartigen Halbteil 4a eines umgebenden und abdichtend verschließbaren Gehäuses 4 angeordnet. Dieses Halbteil 4a ist dazu vorgesehen, mit seiner Bodenfläche einer heißen Oberfläche, wie z. B. einer Brennröhre einer Standheizung zugewandt zu sein oder es zu berühren, während das andere Halbteil 4b des Gehäuses als Kammer für eine geeignete Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser, ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise besteht das Gehäuse 4 aus rostfreiem Stahl und ist in einem derartigen Fall geeigneterweise um den gesamten Umfangsrand zwischen den zwei Halbteilen 4a, 4b verschweißt. Zwischen den Reihen thermoelektrischer Elemente 1 und dem unteren Halbteil des Gehäuses ist eine Isolierschicht 8 aus Glimmer oder einem keramischen Material angeordnet. Zwischen den Reihen von Elementen 1 mit den zugehörigen Verbindungsplatten 2 und dem oberen Halbteil 4b sind in dieser Reihenfolge eine elektrisch isolierende Schicht 5 aus Kunststoff, wie z. B. Polyimid, eine Membranmetallplatte 6, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, und eine Druckfedereinrichtung 7 angeordnet, die hier aus zwei parallelen Druckfederprofilen 7a, 7b besteht, die gegen das andere Halbteil 4b des Gehäuses gedrängt werden. Dieses andere oder zweite Halbteil 4b des Gehäuses ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, vorzugsweise als hohle Kammer für eine geeignete Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser, ausgebildet. In dieser Figur sind ebenso geeignete Anschlußstücke 9a, 9b für einen Kühlflüssigkeitskreislauf dargestellt.
  • Aus Fig. 1 ist ebenso ersichtlich, daß die elektrischen Verbindungskabel für die kassettenartige thermoelektrische Generatoreinheit geeigneterweise so angeordnet

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  1. Text fehlt
DE69712482T 1997-02-21 1997-02-21 Thermoelektrischer generator Expired - Fee Related DE69712482T2 (de)

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