EP3218943A1 - Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen generator - Google Patents

Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen generator

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Publication number
EP3218943A1
EP3218943A1 EP15798360.2A EP15798360A EP3218943A1 EP 3218943 A1 EP3218943 A1 EP 3218943A1 EP 15798360 A EP15798360 A EP 15798360A EP 3218943 A1 EP3218943 A1 EP 3218943A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermoelectric generator
generating device
power generating
generator
thermoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15798360.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Leo Petrak
Robert Tordy
Martin Weis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hirschmann Automation and Control GmbH
Original Assignee
Hirschmann Automation and Control GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hirschmann Automation and Control GmbH filed Critical Hirschmann Automation and Control GmbH
Publication of EP3218943A1 publication Critical patent/EP3218943A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Definitions

  • thermoelectric generator Electricity generating device with a thermoelectric generator
  • the invention relates to a power generating device with a thermoelectric generator according to the features of the preamble of claim 1.
  • Thermoelectric generators that exploit a temperature difference for power generation are known in principle.
  • thermoelectric generators have the disadvantage of low efficiencies, so that depending on the application not enough electrical energy can be provided for a consumer.
  • the invention is therefore based on the object to improve a power generating device with a thermoelectric generator in terms of their effectiveness.
  • thermoelectric generator is provided with two separate Anbauteiien, wherein the two attachments have mutually different thermal properties.
  • the basic idea is therefore the use of one or even several thermoelectric generators in combination with at least two, preferably exactly two bodies with different thermal properties. These bodies are structurally different with respect to their heat capacity and the degree of heat absorption or heat release by heat radiation and convection over time.
  • the goal is to image a temporally changing outside temperature of an environment, preferably the environment of use of the power generating device or of the vehicle, into a temperature difference delta T which can be used by the at least one thermoelectric generator!
  • the two attachments, which are separated from each other the temperature difference is increased in an advantageous manner, which acts on the thermoelectric generator, thereby increasing the electrical efficiency and thus a greater amount of electrical energy can be provided at the output of the thermoelectric generator.
  • FIG. 1 shows in a schematic representation, as far as shown in detail, a power generating device 1 which uses a known thermoelectric generator 2.
  • This thermoelectric generator 2 has a hot and a cold side.
  • a first attachment 3 and on the other side a second attachment 4 is arranged, so that these two parts 3, 4 are preferably connected flat to the hot and cold side of the thermoelectric generator 2.
  • This power generating device 1 shown in Figure 1 is located in an environment 5, which is seconded to the mission space of the power generating device 1, but also to a closed control room in which an outside temperature TA prevails, which can change.
  • FIG. 2 shows that an insulator 6 is arranged between the add-on parts 3, 4.
  • attachment 3 includes both the thermoelectric generator 2 and the attachment 4.
  • the attachment 4 is thus disposed within the insulator 6, which in turn is disposed within the attachment part 3, so that the two attachments 3, 4 are connected by a thermoelectric insulator.
  • FIG. 3 shows the schematic diagram of a power generating device 1 with an analogous structure, as shown in FIG.
  • the thermoelectric generator 2 with its attachments 3, 4 are arranged within a housing 7.
  • the housing 7 is again in the environment 5 and or in the control room already mentioned.
  • the elements arranged therein are arranged in a vacuum.
  • the thermoelectric generator 2 has electrical connections 9, which are led out of the housing 7 and to which a voltage according to the Seebeck effect (U seebeck ) with improved electrical power is provided.
  • the power generation device 1 is connected, for example, to a converter, in particular a DC-DC converter.
  • a converter in particular a DC-DC converter.
  • At the output of the electrical connections 9 or at the output of the converter 10 is thus an energy supply for particular mobile applications with increased efficiency available.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the power generation device 1.
  • a vacuum 8 is arranged between the attachments 3, 4, wherein the attachment 4 is surrounded on the thermoelectric generator 2 of the vacuum 8 and this in turn is disposed within the attachment part 3.
  • the attachment 3 forms with its outer surface quasi a housing, with which the power generating device 1 is disposed in the environment 5 or within the control room.
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram of the power generating device 1 according to the invention. The meaning of the individual electronic components in this equivalent circuit diagram and their dimensioning are listed below in the table:
  • the sizing should be chosen so that
  • C1 including associated resistors filters short-term fluctuations due to changing sunlight
  • C4 is large enough to be colder than C2 during the day (including R3, R4, R5 and R7 resistors) and ideally warmer than C2 at night (voltage reversal must be provided in the DC-DC converter),
  • R6 is thermally so large that the first condition can work and gives favorable conversion rates with respect to the DC-DC converter (thermal conversion efficiency of the energy conversion and the voltage conversion)
  • thermogenerator up to the DC-DC converter
  • thermo conductivity emissivity, heat capacity, thermal conductivity
  • Insulating materials for fixing the structure in the vacuum container, as well as the container to the surrounding structure.
  • the two attachments 3, 4 may have any geometric shapes, such as square, rectangular, triangular, round, oval or similar shapes. It must be ensured that the respective attachment 3, 4 is brought into contact with the thermoelectric generator 2 in a planar manner and that a very good thermal connection is ensured in the region of this contact surface for the purpose of adequate or reliable heat transfer.

Abstract

Stromerzeugungsvorrichtung (1) mit einem thermoelektrischer Generator (2), dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (2) mit zwei voneinander getrennten Anbauteilen (3, 4) versehen ist, wobei die beiden Anbauteile (3, 4) voneinander unterschiedliche Wärmeeigenschaften aufweisen.

Description

B E S C H R E I B U N G
Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoeJektrischen Generator
Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen Generator gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Thermoelektrische Generatoren, die einen Temperaturunterschied zur Stromerzeugung ausnutzen, sind grundsätzlich bekannt.
Allerdings haben diese thermoelektrischen Generatoren den Nachteil geringer Wirkungsgrade, sodass je nach Anwendungsfall nicht ausreichend elektrische Energie für einen Verbraucher bereitgestellt werden kann. Es besteht jedoch bei mobilen Anwendungen, insbesondere bei Fahrzeugen, insbesondere bei Arbeitsfahrzeugen, das Bedürfnis, von einer eigenen Fahrzeugstromversorgung unabhängig zu sein. Außerdem besteht der Wunsch, Batterien, die der Stromversorgung am Ort des Verbrauchers dienen und die ausgewechselt werden müssen, zu vermeiden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen Generator hinsichtlich ihrer Effektivität zu verbessern.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der an sich bekannte thermoelektrische Generator mit zwei voneinander getrennten Anbauteiien versehen ist, wobei die beiden Anbauteile voneinander unterschiedliche Wärmeeigenschaften aufweisen. Die Grundidee ist also die Nutzung eines oder auch mehrerer thermoelektrischer Generatoren in Kombination mit zumindest zwei, vorzugsweise genau zwei bezüglich ihrer Wärmeeigenschaften unterschiedlicher Körper. Diese Körper sind konstruktiv unterschiedlich bezüglich ihrer Wärmekapazität und des Grades der Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung und Konvektion über die Zeit. Das Ziel ist es, eine zeitlich wechselnde Außentemperatur einer Umgebung, vorzugsweise der Einsatzumgebung der Stromerzeugungsvorrichtung bzw. des Fahrzeuges, in einen durch den zumindest einen thermoelektrischen Generator nutzbaren Temperaturunterschied Delta T abzubilden! Durch die beiden Anbauteile, die voneinander getrennt sind, wird in vorteilhafter Weise der Temperaturunterschied vergrößert, der auf den thermoelektrischen Generator einwirkt, sodass dadurch die elektrische Effizienz gesteigert wird und somit ein größeres Maß an elektrischer Energie am Ausgang des thermoelektrischen Generators bereitgestellt werden kann.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, aus denen sich entsprechende Vorteile ergeben und die darüber hinaus im Folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert sind.
Figur 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung, soweit im Einzelnen dargestellt, eine Stromerzeugungsvorrichtung 1 , die einen an sich bekannten thermoelektrischen Generator 2 verwendet. Dieser thermoelektrische Generator 2 hat eine heiße und eine kalte Seite. Auf der einen Seite ist ein erstes Anbauteil 3 und auf der anderen Seite ein zweites Anbauteil 4 angeordnet, sodass diese beiden Teile 3, 4 mit der heißen und kalten Seite des thermoelektrischen Generators 2 vorzugsweise flächig verbunden sind. Diese in Figur 1 dargestellte Stromerzeugungsvorrichtung 1 befindet sich in einer Umgebung 5, bei der es sich um den Einsatzraum der Stromerzeugungsvorrichtung 1 , aber auch um einen abgeschlossenen Kontrollraum, in dem eine Außentemperatur TA herrscht, die sich verändern kann, abgeordnet ist. in Figur 2 ist gezeigt, dass zwischen den Anbauteilen 3, 4 ein Isolator 6 angeordnet ist. Hierbei handelt es sich um eine ineinander gebaute Anordnung, wobei das Anbauteil 3 sowohl den thermoelektrischen Generator 2 als auch das Anbauteil 4 enthält. Das Anbauteil 4 ist also innerhalb des Isolators 6, der wiederum innerhalb des Anbauteiles 3 angeordnet ist, angeordnet, sodass die beiden Anbauteile 3, 4 durch einen wärmetechnischen Isolator verbunden sind.
Figur 3 zeigt die Prinzipdarste!lung einer Stromerzeugungsvorrichtung 1 mit einem analogen Aufbau, wie er in Figur 1 dargestellt ist. Zusätzlich sind der thermoelektrische Generator 2 mit seinen Anbauteilen 3, 4 innerhalb eines Gehäuses 7 angeordnet. Das Gehäuse 7 befindet sich wiederum in der Umgebung 5 und oder in dem schon erwähnten Kontrollraum. Innerhalb des Gehäuses 7 sind die darin angeordneten Elemente in einem Vakuum angeordnet. Der thermoelektrische Generator 2 weist elektrische Anschlüsse 9 auf, die aus dem Gehäuse 7 herausgeführt sind und an dem eine Spannung nach dem Seebeck-Effekt (Useebeck) mit verbesserter elektrischer Leistung zur Verfügung gestellt wird. Über die elektrischen Anschlüsse 9 ist die Stromerzeugungsvorrichtung 1 zum Beispiel mit einem Wandler, insbesondere einem DC-DC-Wandler verbunden. Am Ausgang der elektrischen Anschlüsse 9 bzw. am Ausgang des Wandlers 10 steht somit eine Energieversorgung für insbesondere mobile Anwendungen mit gesteigerter Effizienz zur Verfügung.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Stromerzeugungsvorrichtung 1 dargestellt. Dabei ist zwischen den Anbauteilen 3, 4 ein Vakuum 8 angeordnet, wobei das Anbauteil 4 an dem thermoelektrischen Generator 2 von dem Vakuum 8 umgeben ist und dieses wiederum innerhalb des Anbauteiles 3 angeordnet ist. Somit bildet das Anbauteil 3 mit seiner äußeren Oberfläche quasi ein Gehäuse, womit die Stromerzeugungsvorrichtung 1 in der Umgebung 5 oder innerhalb des Kontrollraumes angeordnet ist. Figur 5 zeigt ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Stromerzeugungsvorrichtung 1. Die Bedeutung der einzelnen elektronischen Bauteile in diesem Ersatzschaltbild und deren Dimensionierung ist im Folgenden in der Tabelle angeführt:
Die Dimensionierung sollte so gewählt werden, dass
C1 inklusive zugehöriger Widerstände kurzzeitige Schwankungen durch wechselnde Sonneneinstrahlung filtert,
C4 groß genug ist, um tagsüber immer kälter als C2 zu sein (inklusive Bemessung der Widerstände R3, R4, R5 und R7) und idealerweise nachts wärmer zu sein als C2 (Umkehr der Spannung muss schaltungstechnisch im DC-DC-Wandler vorgesehen sein),
R6 thermisch so groß ist, dass die erste Bedingung funktionieren kann und elektrisch in Bezug zum DC-DC-Wandler günstige Wandlungsraten ergibt (Wirkungsgrad der Energiewandlung thermisch zu elektrisch und der Spannungswandlung)
Aufbau- und Verbindungstechnik für den Thermogenerator bis zum DC-DC Wandler,
Vakuumtechnik insbesondere für die Durchführung von elektrischen Anschlüssen, geeignete Materialien für die Wärmeübertrager und das Gehäuse (Emissionsgrad, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit),
Isoliermaterialien zur Befestigung des Aufbaus im Vakuumbehälter, sowie des Behälters an der Umgebungskonstruktion.
Die beiden Anbauteile 3, 4 können beliebige geometrische Formen, wie zum Beispiel quadratische, rechteckige, dreieckige, runde, ovale oder vergleichbare Formen aufweisen. Es ist sicherzustellen, dass das jeweilige Anbauteil 3, 4 flächig mit dem thermoelektrischen Generator 2 in Verbindung gebracht wird und dass im Bereich dieser Berührungsfläche eine sehr gute thermische Anbind ung zwecks ausreichender bzw. sicherer Wärmeübertragung sichergestellt ist.
• Ist unabhängig vom umgebenden Medium,
• Im Vakuum gibt es nur diesen Mechanismus zur Wärmeübertragung, d. h. beide Wärmeübertrager haben außer dem Thermogenerator keine Möglichkeit Energie (Wärme) auszutauschen -> Delta T Bezugszeichenliste
1. Stromerzeugungsvorrichtung
2. Thermoelektrischer Generator
3. Erstes Anbauteil
4. Zweites Anbauteil
5. Umgebung
6. Isolator
7. Gehäuse
8. Vakuum
9. Elektrische Anschlüsse
10. Wandler

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen Generator
1. Stromerzeugungsvorrichtung (1) mit einem thermoelektrischer Generator (2), dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (2) mit zwei voneinander getrennten Anbauteilen (3, 4) versehen ist, wobei die beiden Anbauteile (3, 4) voneinander unterschiedliche Wärmeeigenschaften aufweisen.
2. Stromerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anbauteilen (3, 4) ein Isolator (6) angeordnet ist.
3. Stromerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anbauteilen (3, 4) ein Vakuum (8) angeordnet ist.
4. Stromerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil (4) innerhalb des Anbauteiles (3) angeordnet ist.
5. Stromerzeugungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (2) mit den zwei voneinander getrennten Anbauteilen (3, 4) in einem Gehäuse (7) angeordnet ist.
6. Stromerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (7) ein Vakuum (8) herrscht.
EP15798360.2A 2014-11-13 2015-11-13 Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen generator Withdrawn EP3218943A1 (de)

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PCT/EP2015/076600 WO2016075307A1 (de) 2014-11-13 2015-11-13 Stromerzeugungsvorrichtung mit einem thermoelektrischen generator

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JP (1) JP2017535963A (de)
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BR (1) BR112017003604A2 (de)
CA (1) CA2967129A1 (de)
DE (1) DE102015222487A1 (de)
RU (1) RU2017119394A (de)
WO (1) WO2016075307A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080314429A1 (en) * 2007-02-09 2008-12-25 Stichting Imec Nederland Method for Thermal Matching of a Thermoelectric Generator with a Heat Source Having High Thermal Resistance and Thermoelectric Generator thus Obtained
US20080251111A1 (en) * 2007-04-10 2008-10-16 Woo Sik Yoo Thermoelectric energy conversion
SE534185C2 (sv) * 2009-02-11 2011-05-24 Bae Systems Haegglunds Ab Anordning för termisk anpassning av en ytas temperaturfördelning
US20110290295A1 (en) * 2010-05-28 2011-12-01 Guardian Industries Corp. Thermoelectric/solar cell hybrid coupled via vacuum insulated glazing unit, and method of making the same
BR112013005978A2 (pt) * 2010-09-13 2016-06-07 Tempronics Inc cordão termelétrico distribuído e painel de isolamento aplicações para aquecimento local, refrigeração local, e geração de energia a partir de calor

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CA2967129A1 (en) 2016-05-19
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