WO2018154141A1 - Wärmeübertrager zur rückgewinnung der energie für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Wärmeübertrager zur rückgewinnung der energie für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2018154141A1
WO2018154141A1 PCT/EP2018/054810 EP2018054810W WO2018154141A1 WO 2018154141 A1 WO2018154141 A1 WO 2018154141A1 EP 2018054810 W EP2018054810 W EP 2018054810W WO 2018154141 A1 WO2018154141 A1 WO 2018154141A1
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hot fluid
plate
stack
frame plate
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Matthias Ganz
Klaus Luz
Holger Schroth
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Mahle International Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for recovering the energy for a motor vehicle.
  • a heat exchanger In a heat exchanger, the heat from a hotter fluid - for example, exhaust gases - to a colder fluid - for example, to a coolant - transferred.
  • a plurality of fluid tubes having a plurality of channels for the colder fluid and for the hotter fluid are arranged alternately to a heat exchanger stack.
  • the hotter fluid and the colder fluid are each distributed by a feed collector and a drain collector in the individual fluid pipes or collected by the individual fluid pipes.
  • thermoelectric generator Between the adjacent fluid pipes for the colder fluid and for the hotter fluid thermoelectric elements can be arranged and thereby a thermoelectric generator can be formed, which allows a recovery of energy.
  • the heat exchanger stack can - as described in the publications DE 10 2007 063 173 A1, JP 2007 221 895 A and US 5,584,183 - be braced by bracing in a stacking direction.
  • Thermal expansion of the fluid tubes and the thermoelectric elements in the stacking direction leads to distortion of the fluid tubes at contact points with the inlet collector and with the drain collector in the heat exchangers known from the prior art. This distortion can damage the heat exchanger.
  • the object of the invention is therefore to provide a heat exchanger for the recovery of energy, in which the above-mentioned disadvantages are overcome and a risk of damage is reduced at contact points.
  • This object is achieved by the subject of independent claim 1.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the present invention is based on the general idea to provide a heat exchanger for recovering the energy, in which a risk of damage is reduced.
  • the heat exchanger has a heat exchanger stack with at least one hot fluid channel arrangement, at least one cold fluid channel arrangement and with at least one thermoelectric element, the thermoelectric element being arranged between the respective hot fluid channel arrangement and the respective cold fluid channel arrangement.
  • a hot fluid can flow in a hot fluid direction
  • a cold fluid can flow at least in regions in a direction of flow that is essentially orthogonal to the hot fluid direction.
  • the heat exchanger also has a tensioning arrangement with a first tensioning plate and a second tensioning plate, wherein the first tensioning plate and the second tensioning plate are arranged on opposite stacking surfaces of the heat exchanger stack and clamp the heat exchanger stack in one of the hot fluid direction and the cold fluid direction substantially orthogonal stacking direction.
  • the tensioning arrangement comprises a first frame plate and a second frame plate, wherein the first frame plate and the second frame plate are arranged on opposite frame surfaces / frame ends of the heat exchanger stack. The first frame plate and the second frame plate clamp the heat exchanger stack with a hot fluid inlet and a hot fluid exit in the hot fluid direction.
  • thermoelectric element is arranged between the respective H adoptedfluidka- nalan extract and the respective cold fluid channel arrangement, so that in the heat exchanger, the heat energy from the respective H adoptedfluidkanalan- order and the respective cold fluid channel arrangement is transmitted to the respective thermal element.
  • the heat exchanger thus enables a recovery of energy and is to be understood in the context of the present invention as a thermoelectric generator.
  • the heat exchanger stack is clamped in the stacking direction between the first clamping plate and the second clamping plate, so that a better surface contact of the hot fluid channel arrangement and the cold fluid channel arrangement is achieved with the respective thermoelectric element.
  • the heat transfer can be increased and consequently a higher efficiency of the thermoelectric element can be achieved.
  • materials with different thermal expansion coefficients such as, for example, metals, metal alloys, ceramics, plastics or other materials, can thereby also be used in the heat exchanger.
  • the respective hot fluid channel arrangements, the respective cold fluid channel arrangements and the respective thermoelectric elements are frictionally locked together between the clamping plates so that the hot fluid channel arrangements, the cold fluid channel arrangements and the thermoelectric elements remain independently expandable in the cold fluid direction or in the hot fluid direction and thereby mechanical Obligations are minimized in the heat exchanger stack.
  • Further heat conducting layers for improving the heat transfer can be defined in a reduced-cost manner between the thermoelectric element and the cold fluid channel arrangement as well as the hot fluid channel arrangement. By the heat conducting layers, the efficiency of the thermoelectric element can be further improved.
  • the heat transfer stack is clamped in the hot fluid direction by the first frame plate and by the second frame plate, and the hot fluid outlet and the hot fluid inlet are frictionally fixed to the respective hot fluid channel arrangement.
  • the hot fluid outlet on the first frame plate and the hot fluid inlet on the second frame plate are integrally formed.
  • the first frame plate and the second frame plate each have a bracing edge and an approximately centrally disposed Ausform Suite, which can be braced by the bracing edge of the heat transfer stack and can be integrally formed on the Ausform Bachelor the hot fluid outlet or the H exertfluideintritt.
  • the geometry and material of the first frame plate and the second frame plate may be adjusted to reduce undesirable deformation of the first frame plate and the second frame plate under tension and to meet sealing surface requirements between the hot fluid exit and the hot fluid inlet and the hot fluid channel arrangements.
  • first frame plate and the second frame plate are connected to the heat exchanger stack arranged therebetween by at least one clamping element.
  • the clamping elements can be the first frame Connect the plate and the second frame plate, for example, at the bracing edges on opposite sides of the frame, so that the heat transfer stack is clamped uniformly and the hot fluid outlet and the hot fluid inlet with the H thoroughlyfluidkanalan everen are frictionally fixed together.
  • the tensioning element can be for example a threaded rod or a clamp or a tension belt.
  • the first clamping plate and the second clamping plate on the first frame plate and on the second frame plate frictionally o- the form-fitting - are fixed, for example by connecting bolts - and thereby form a frame belt around the heat exchanger stack.
  • the bracing arrangement can be stiffened so that undesired deformation in the heat exchanger stack is advantageously prevented.
  • the bracing assembly has at least one sealing plate which is disposed between one of the frame surfaces of the heat exchanger stack and the respective frame plate of the tensioning arrangement ,
  • the seal plate forms a plain bearing for the hot fluid channel assemblies, for the cold fluid channel assemblies as well as for the thermoelectric elements on the frame plate, and mechanical stresses can be reduced.
  • a cold fluid outlet with at least one of the cold fluid channel arrangements are fluidly connected by a sealing element and / or a cold fluid inlet with at least one of the cold fluid channel arrangements by a sealing element.
  • the sealing elements can be sealing and flexible so that mechanical stresses can also be reduced between the cold fluid channel arrangement and the cold fluid outlet and the cold fluid inlet and a sealing connection between the cold fluid channel arrangements and the cold fluid outlet and the cold fluid inlet is achieved.
  • the bracing arrangement has at least one pressure plate, which rests against one of the stacking surfaces of the heat exchanger stack and which is fixed to the respective clamping plate by at least one spring element spaced. If the bracing arrangement has a pressure plate, the thermal expansion of the heat exchanger in the stacking direction is compensated on one side. In order to halve the thermal expansion to be compensated by the spring element or by the spring elements, the bracing arrangement can each have on both sides a pressure plate with at least one spring element.
  • the spring element may be, for example, a plate spring, a leaf spring or a compression spring. Other potential energy stores can also be used.
  • a cold fluid channel arrangement is arranged at least on one of the stacking surfaces of the heat exchanger stack and that the pressure plate is arranged adjacent to the cold fluid channel arrangement.
  • the cold fluid channel arrangements can be arranged on both sides of the stack surfaces of the heat exchanger stack, which are flowed through by the cold fluid.
  • the cold fluid channel arrangements have the lowest temperature in the heat exchanger stack and the heat transfer into the adjacent pressure plates and further into the spring elements, in the clamping plates and in the frame plates remains low. Thus, not only the spring elements are spared, but also the thermal load on the heat exchanger is reduced overall.
  • the spring element and the pressure plate are slidably fixed to the respective clamping plate by a guide pin and a threaded sleeve in the stacking direction.
  • the guide pin can be arranged displaceably in the threaded sleeve in the stacking direction and be fixed to the pressure plate, for example by a screw connection.
  • the threaded sleeve can then be fixed to the clamping plate, so that the pressure plate is slidably fixed to the clamping plate by the sliding in the threaded sleeve guide pin in the stacking direction.
  • a distortion of the pressure plate is achieved by the spring element, which is arranged for example around the guide pin between the pressure plate and the clamping plate.
  • the displacement of the guide pin in the stacking direction is limited on one side by the pressure plate.
  • the displacement of the guide pin in the stacking direction can be limited, for example, by a stop element. In this way, the heat exchanger stack between the pressure plates or alternatively between the pressure plate and the opposite clamping plate can be braced and the thermal expansion of the heat exchanger stack in the stacking direction can be compensated advantageous.
  • Fig. 1 is a view of a heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 is a side view of the heat exchanger shown in FIG. 1 with a hot fluid flow indicated;
  • FIG. 3 shows a further side view of the heat exchanger shown in FIG. 1 with an indicated cold fluid flow
  • FIG. 4 is a sectional view of a strained heat exchanger stack of the heat exchanger shown in FIG. 1; FIG.
  • Fig. 5 is a sectional view of a clamping plate of the heat exchanger shown in Fig. 1.
  • Fig. 1 is a view of a heat exchanger 1 according to the invention and in Fig. 2 and in Fig. 3 are side views of the heat exchanger 1 shown in Fig. 1 is shown.
  • the heat exchanger 1 has a heat exchanger stack 2 with hot fluid duct arrangements 3, with cold fluid duct arrangements 4 and with thermoelectric elements 5.
  • the thermoelectric elements 5 are arranged between the Hschreibfluidkanalan extracten 3 and the cold fluid duct assemblies 4, so that a recovery of electrical energy is possible by a temperature gradient.
  • the heat exchanger 1 thus acts as a thermoelectric generator.
  • a hot fluid 6 flows in a hot fluid direction 7 and the cold fluid channel 4 flows a cold fluid 8 at least partially in a hot fluid direction 7 substantially orthogonal cold fluid direction 9.
  • the hot fluid 6 is a hot fluid outlet 10a and a hot fluid inlet 10b - here as diffusers
  • the cold fluid 8 is collected and distributed by a cold fluid outlet 11a and a cold fluid inlet 11b.
  • the heat exchanger 1 also has a tensioning arrangement 12 with a first tensioning plate 13a and with a second tensioning plate 13b, wherein the first tensioning plate 13a and the second tensioning plate 13b are arranged on opposite stacking surfaces 14a and 14b of the heat exchanger stack 2.
  • the clamping plates 13a and 13b clamp the heat exchanger stack 2 in one of the hot fluid direction 7 and the cold fluid direction 9 substantially orthogonal stacking direction 15.
  • the tension of the heat exchanger stack 2 is better surface contact of the H thoroughlyfluidkanalanowskiowski 3 and the Kaltfluidkanalan extracten 4 with the thermoelectric elements 5 and thus a higher Efficiency achieved.
  • the hot fluid channel assemblies 3, the cold fluid channel assemblies 4 and the thermoelectric elements 5 are fixed to each other non-positively, they can expand independently in the hot fluid direction 7 and in the cold fluid direction 9. As a result, mechanical constraints in the heat exchanger stack 2 are advantageously minimized.
  • the tensioning arrangement 12 has a first frame plate 16a and a second frame plate 16b, wherein the first frame plate 16a and the second frame plate 16b are arranged on opposite frame surfaces 17a and 17b of the heat exchanger stack 2.
  • the hot fluid outlet 10a is formed on the first frame plate 16a, and the hot fluid inlet 10b is integrally formed on the second frame plate 16b.
  • the frame plates 16a and 16b The hot fluid outlet 10a and the hot fluid inlet 10b are frictionally fixed to the H thoroughlyfluidkanalanowski 11, so that upon thermal expansion of the heat exchanger stack 2 in the stacking direction 15 thereby distortion of the H adoptedfluidkanalan everen 3 is advantageously reduced at contact points with the hot fluid outlet 10a and with the hot fluid inlet 10b.
  • the sealing elements 1 1 connect the cold runner outlet 11a and the cold runner inlet 11b sealed to the outside and fluid-conducting and flexible with the cold fluid duct arrangements 4, so that mechanical stresses in the hot fluid direction 7 can also be advantageously reduced here.
  • the frame plates 16 a and 16 b are arranged on the opposite frame surfaces 17 a and 17 b of the heat exchanger stack 2 and clamped by clamping elements 18.
  • the clamping elements 18 are designed here in the form of threaded rods and clamp the heat exchanger stack 2 in the hot fluid direction 7.
  • the clamping plates 13a and 13b are frictionally fixed to the frame plates 16a and 16b by connecting bolts 19a and 19b and form a (2004)gurt 19 to the heat exchanger stack 2, wherein the frame belt 19 can prevent unwanted deformation in the heat exchanger stack 2.
  • sealing plates 20a and 20b which form a sliding bearing for the hot fluid duct assemblies 3, for the cold fluid duct assemblies 4 and for the thermoelectric elements 5 on the frame plates 16a and 16b and mechanical stresses to reduce.
  • 5 shows a sectional view of the tensioning arrangement 12 on the tensioning plate 13a.
  • the bracing arrangement 12 has a pressure plate 21, which rests against the stacking surface 14a of the heat exchanger stack 2 and which is fixed to the clamping plate 13a by spring elements 22 spaced.
  • the spring element 22 is a plate spring in this embodiment, but may also be a leaf spring or a compression spring.
  • the heat exchanger stack 2 has the cold fluid channel arrangement 4 on the stacking surface 14a, so that the pressure plate 21 bears against the cold fluid channel arrangement 4 and heating of the pressure plate 21 is advantageously prevented.
  • the pressure plate 21 and the spring elements 22 are fixed to the clamping plate 13a by guide pins 23 and threaded sleeves 24.
  • the guide pins 23 are slidably disposed in the threaded sleeves 24 in the stacking direction 15 and are fixed to the pressure plate 21 by screws 25.
  • the threaded sleeves 24 are fixed to the clamping plate 13a and the pressure plate 21 can be moved relative to the clamping plate 13a in the stacking direction 15.
  • the spring elements 22 are arranged around the guide pins 23 and allow a tension of the heat exchanger stack 2 via the frame belt 19. The displacement of the guide pins 23 in the stacking direction 15 is limited on both sides by the pressure plate 21 and stop elements 26.
  • the efficiency of the heat exchanger 1 can be increased and the repair costs and production costs can be reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) zur Rückgewinnung der Energie für ein Kraftfahrzeug, wobei der Wärmeübertrager (1) einen Wärmeübertragerstapel (2) mit wenigstens einer Heißfluidkanalanordnung (3), mit wenigstens einer Kaltfluidkanalanordnung (4) und mit wenigstens einem thermoelektrischen Element (5) aufweist. Durch die Heißfluidkanalanordnung (3) kann ein Heißfluid (6) in eine Heißfluidrichtung (7) und durch die Kaltfluidkanalanordnung (4) fließt ein Kaltfluid (8) in eine Kaltfluidrichtung (9) fließen. Der Wärmeübertrager (1) weist eine Verspannungsanordnung (12) mit einer ersten Spannplatte (13a) und mit einer zweiten Spannplatte (13b) auf, wobei die erste Spannplatte (13a) und die zweite Spannplatte (13b) den Wärmeübertragerstapel (2) in eine Stapelrichtung (15) verspannen. Erfindungsgemäß weist die Verspannungsanordnung (12) eine erste Rahmenplatte (16a) und eine zweite Rahmenplatte (16b) auf, wobei die erste Rahmenplatte (16a) und die zweite Rahmenplatte (16b) den Wärmeübertragerstapel (2) mit einem Heißfluidaustritt (10a) und mit einem Heißfluideintritt (10b) in die Heißfluidrichtung (7) verspannen.

Description

Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie für ein Kraftfahrzeug.
In einem Wärmeübertrager wird die Wärme von einem heißeren Fluid - beispielsweise von Abgasen - an ein kälteres Fluid - beispielsweise an ein Kühlmittel - übertragen. In dem Wärmeübertrager sind mehrere Fluidrohre mit mehreren Kanälen für das kältere Fluid und für das heißere Fluid abwechselnd zu einem Wärmeübertragerstapel angeordnet. Das heißere Fluid sowie das kältere Fluid wird jeweils durch einen Zulaufsammler und einen Ablaufsammler in die einzelnen Fluidrohre verteilt oder von den einzelnen Fluidrohren eingesammelt.
Zwischen den angrenzenden Fluidrohren für das kältere Fluid und für das heißere Fluid können thermoelektrische Elemente angeordnet und dadurch ein ther- moelektrischer Generator gebildet werden, der eine Rückgewinnung der Energie ermöglicht. Der Wärmeübertragerstapel kann dabei - wie in den Druckschriften DE 10 2007 063 173 A1 , JP 2007 221 895 A und US 5,584,183 beschrieben - durch Verspannungselemente in eine Stapelrichtung verspannt werden.
Eine Wärmeausdehnung der Fluidrohre und der thermoelektrischen Elemente in die Stapelrichtung führt jedoch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragern zu einer Verzerrung der Fluidrohre an Kontaktstellen mit dem Zulaufsammler und mit dem Ablaufsammler. Diese Verzerrung kann zu einer Beschädigung des Wärmeübertragers führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile überwunden werden und ein Schadensrisiko an Kontaktstellen reduziert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie bereitzustellen, bei dem ein Schadensrisiko reduziert wird. Dazu weist der Wärmeübertrager einen Wärmeübertragerstapel mit wenigstens einer Heißfluidkanalanordnung, wenigstens einer Kalt- fluidkanalanordnung und mit wenigstens einem thermoelektrischen Element auf, wobei das thermoelektrische Element zwischen der jeweiligen Heißfluidkanalanordnung und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung angeordnet ist. Durch die Heißfluidkanalanordnung kann ein Heißfluid in eine Heißfluidrichtung und durch die Kaltfluidkanalanordnung kann ein Kaltfluid zumindest bereichsweise in eine der Heißfluidrichtung im Wesentlichen orthogonale Kaltfluidrichtung strömen. Der Wärmeübertrager weist auch eine Verspannungsanordnung mit einer ersten Spannplatte und einer zweiten Spannplatte auf, wobei die erste Spannplatte und die zweite Spannplatte an gegenüberliegenden Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels angeordnet sind und den Wärmeübertragerstapel in eine der Heißfluidrichtung und der Kaltfluidrichtung im Wesentlichen orthogonale Stapelrichtung verspannen. Erfindungsgemäß weist die Verspannungsanordnung eine erste Rahmenplatte und eine zweite Rahmenplatte auf, wobei die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte an gegenüberliegenden Rahmenflächen/Rahmenenden des Wärmeübertragerstapels angeordnet sind. Die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte verspannen den Wärmeübertragerstapel mit einem Heißfluideintritt und mit einem Heißfluidaustritt in die Heißfluidrichtung. Das jeweilige thermoelektrische Element ist zwischen der jeweiligen Heißfluidka- nalanordnung und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung angeordnet, so dass in dem Wärmeübertrager die Wärmeenergie von der jeweiligen Heißfluidkanalan- ordnung und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung an das jeweilige thermische Element übertragen wird. Der Wärmeübertrager ermöglicht folglich eine Rückgewinnung der Energie und ist im Sinne der vorliegenden Erfindung als ein thermo- elektrischer Generator zu verstehen.
Der Wärmeübertragerstapel wird in die Stapelrichtung zwischen der ersten Spannplatte und der zweiten Spannplatte verspannt, so dass ein besserer Flächenkontakt der Heißfluidkanalanordnung sowie der Kaltfluidkanalanordnung mit dem jeweiligen thermoelektrischen Element erreicht wird. Dadurch kann die Wärmeübertragung gesteigert und folglich eine höhere Effizienz des thermoelektrischen Elements erreicht werden. Vorteilhafterweise können in dem Wärmeübertrager dadurch auch Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten - wie beispielsweise Metalle, Metalllegierungen, Keramiken, Kunststoffe oder weitere Materialien - verwendet werden.
Zusätzlich werden die jeweiligen Heißfluidkanalanordnungen, die jeweiligen Kalt- fluidkanalanordnungen und die jeweiligen thermoelektrischen Elemente zwischen den Spannplatten kraftschlüssig aneinander festgelegt, so dass die Heißfluidkanalanordnungen, die Kaltfluidkanalanordnungen und die thermoelektrischen Elemente unabhängig voneinander in die Kaltfluidrichtung oder in die Heißfluidrich- tung ausdehnbar bleiben und dadurch mechanische Zwänge in dem Wärmeübertragerstapel minimiert werden. Auch weitere Wärmeleitschichten zur Verbesserung der Wärmeübertragung können auf eine aufwandreduzierte Weise zwischen dem thermoelektrischen Element und der Kaltfluidkanalanordnung sowie der Heißfluidkanalanordnung festgelegt werden. Durch die Wärmeleitschichten kann die Effizienz des thermoelektrischen Elements weiter verbessert werden. Durch die erste Rahmenplatte und durch die zweite Rahmenplatte wird der Wär- meübertragestapel erfindungsgemäß in die Heißfluidrichtung verspannt und der Heißfluidaustritt und der Heißfluideintritt werden kraftschlüssig an der jeweiligen Heißfluidkanalanordnung festgelegt. Bei einer Wärmeausdehnung des Wärme- übertragerstapels in die Stapelrichtung wird dadurch eine Verzerrung der Heißflu- idkanalanordnungen an Kontaktstellen mit dem Heißfluidaustritt und mit dem Heißfluideintritt vorteilhaft reduziert, so dass das Schadensrisiko minimiert wird. Vorteilhaft werden auch mechanische Störungen - wie beispielsweise eine Vibration oder eine Erschütterung - gedämpft auf den Wärmeübertragerstapel übertragen, so dass das Schadensrisiko zusätzlich reduziert werden kann.
Des Weiteren können durch die Verspannung des Wärmeübertragerstapels in die Heißfluidrichtung höhere Wärmeausdehnungen des Wärmeübertragerstapels in die Stapelrichtung kompensiert werden, so dass der erfindungsgemäße Wärmeübertrager im Vergleich zu einem konventionellen Wärmeübertrager mehr Heiß- fluidkanalanordnungen, mehr Kaltfluidkanalanordnungen und entsprechend mehr thermoelektrische Elemente aufweisen kann. Insgesamt kann dadurch die Rückgewinnung der Energie erhöht werden. Zusätzlich können durch die kraftschlüssige Verbindung der Heißfluidkanalanordnungen auch der Fertigungsaufwand und die Herstellungskosten reduziert werden.
Da die einzelnen Heißfluidkanalanordnungen, die einzelnen Kaltfluidkanalanordnungen und die einzelnen thermoelektrischen Elemente in die Stapelrichtung kraftschlüssig aneinander und in die Heißfluidrichtung kraftschlüssig an dem Heißfluidaustritt und an dem Heißfluideintritt festgelegt sind, können diese bei einem Schaden auf eine aufwandsreduzierte Weise ausgewechselt werden. Dadurch können sowohl die Reparaturkosten als auch der Reparaturaufwand erheblich reduziert werden. Um eine unerwünschte Deformation der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte unter der Verspannung zu reduziert und um Anforderungen an Dichtflächen zwischen dem Heißfluidaustritt sowie dem Heißfluideintritt und den Heißfluidkanalanordnungen zu erfüllen, können die Geometrie und das Material der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte entsprechend angepasst werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass der Heißfluidaustritt an der ersten Rahmenplatte und der Heißfluideintritt an der zweiten Rahmenplatte integral ausgebildet sind. So können die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte jeweils einen Verspannungsrand und einen etwa mittig angeordneten Ausformbereich aufweisen, wobei durch den Verspannungsrand der Wärmeübertragestapel verspannt werden kann und an dem Ausformbereich der Heißfluidaustritt oder der Heißfluideintritt integral ausgeformt werden können. Durch eine derartige Ausführung der Rahmenplatten werden weniger Bauteile in dem Wärmeübertrager notwendig, so dass die Herstellungskosten vorteilhaft reduziert werden können.
Die Geometrie und das Material der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte können derart angepasst sein, dass eine unerwünschte Deformation der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte unter der Verspannung reduziert wird und Anforderungen an Dichtflächen zwischen dem Heißfluidaustritt sowie dem Heißfluideintritt und den Heißfluidkanalanordnungen erfüllt werden.
Um die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte aneinander festzulegen und den Wärmeübertragerstapel zu verspannen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte mit dem dazwischen angeordneten Wärmeübertragerstapel durch wenigstens ein Spannelement miteinander verbunden sind. Die Spannelemente können die erste Rah- menplatte und die zweite Rahmenplatte beispielsweise an den Verspannungs- rändern an gegenüberliegenden Rahmenseiten verbinden, so dass der Wärme- übertragerstapel gleichmäßig verspannt wird und der Heißfluidaustritt und der Heißfluideintritt mit den Heißfluidkanalanordnungen kraftschlüssig aneinander festgelegt werden. Das Spannelement kann beispielsweise eine Gewindestange oder eine Klammer oder ein Spanngurt sein.
Vorteilhafterweise ist bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers vorgesehen, dass die erste Spannplatte und die zweite Spannplatte an der ersten Rahmenplatte und an der zweiten Rahmenplatte kraftschlüssig o- der formschlüssig - beispielsweise durch Verbindungsbolzen - festgelegt sind und dadurch einen Rahmengurt um den Wärmeübertragerstapel bilden. Auf diese Weise kann die Verspannungsanordnung versteift werden, so dass eine unerwünschte Deformation in dem Wärmeübertragerstapel vorteilhaft verhindert wird.
Um eine Verzerrung der Heißfluidkanalanordnungen, der Kaltfluidkanalanordnungen und der thermoelektrischen Elemente auch bei einer höheren Wärmeausdehnung in die Stapelrichtung zu kompensieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Verspannungsanordnung wenigstens eine Dichtungsplatte aufweist, die zwischen einer der Rahmenflächen des Wärmeübertragerstapels und der jeweiligen Rahmenplatte der Verspannungsanordnung angeordnet ist. Die Dichtungsplatte bildet ein Gleitlager für die Heißfluidkanalanordnungen, für die Kaltfluidkanalanordnungen sowie für die thermoelektrischen Elemente an der Rahmenplatte und mechanische Spannungen können reduziert werden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass ein Kaltfluidaustritt mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen durch ein Dichtelement und/oder ein Kaltfluideintritt mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen durch ein Dichtelement fluidlei- tend verbunden sind. Die Dichtelemente können dabei abdichtend und flexibel sein, so dass mechanische Spannungen auch zwischen der Kaltfluidkanalanordnung und dem Kaltfluidauslass sowie dem Kaltfluideinlass reduziert werden können und eine abdichtende Verbindung zwischen den Kaltfluidkanalanordnungen und dem Kaltfluidaustritt sowie dem Kaltfluideintritt erreicht wird.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Verspannungsanordnung wenigstens eine Druckplatte aufweist, die an einer der Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels anliegt und die zu der jeweiligen Spannplatte durch wenigstens ein Federelement beabstandet festgelegt ist. Weist die Verspannungsanordnung eine Druckplatte auf, so wird die Wärmeausdehnung des Wärmeübertragers in die Stapelrichtung einseitig kompensiert. Um die von dem Federelement oder von den Federelementen zu kompensierende Wärmeausdehnung zu halbieren, kann die Verspannungsanordnung beidseitig jeweils eine Druckplatte mit wenigstens einem Federelement aufweisen. Das Federelement kann dabei beispielsweise eine Tellerfeder, eine Blattfeder oder eine Druckfeder sein. Auch andere Speicher der potentiellen Energie können verwendet werden.
Um ein Erhitzen der Druckplatte zu verhindern und die Wärmeübertragung in die Spannplatten und in die Rahmenplatten zu minimieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass wenigstens an einer der Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels eine Kaltfluidkanalanordnung angeordnet ist und dass die Druckplatte an der Kaltfluidkanalanordnung anliegend angeordnet ist. So können beidseitig an den Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels die Kaltfluidkanalanordnungen angeordnet werden, die durch das Kaltfluid durchflössen werden. Die Kaltfluidkanalanordnungen weisen die niedrigste Temperatur in dem Wärmeübertragerstapel auf und die Wärmeübertragung in die anliegenden Druckplatten und weiter in die Federelemente, in die Spannplatten und in die Rahmenplatten bleibt gering. Somit werden nicht nur die Federelemente geschont, sondern auch die thermische Belastung auf den Wärmeübertrager insgesamt reduziert. Zur Lagerung der Federelemente und der Druckplatte an der Verspannungsan- ordnung ist vorgesehen, dass das Federelement und die Druckplatte an der jeweiligen Spannplatte durch einen Führungsbolzen und eine Gewindehülse in die Stapelrichtung verschiebbar festgelegt sind. Der Führungsbolzen kann dabei in der Gewindehülse in die Stapelrichtung verschiebbar angeordnet werden und an der Druckplatte beispielsweise durch eine Schraubenverbindung festgelegt sein. Die Gewindehülse kann dann an der Spannplatte festgelegt werden, so dass die Druckplatte an der Spannplatte durch den in der Gewindehülse verschiebbaren Führungsbolzen in die Stapelrichtung verschiebbar festgelegt ist. Eine Verspan- nung der Druckplatte wird durch das Federelement erreicht, das beispielsweise um den Führungsbolzen zwischen der Druckplatte und der Spannplatte angeordnet wird. Die Verschiebung des Führungsbolzens in die Stapelrichtung wird einseitig durch die Druckplatte begrenzt. Andersseitig kann die Verschiebung des Führungsbolzens in die Stapelrichtung beispielsweise durch ein Anschlagelement begrenzt werden. Auf diese Weise kann der Wärmeübertragerstapel zwischen den Druckplatten oder alternativ zwischen der Druckplatte und der gegenüberliegenden Spannplatte verspannt werden und die Wärmeausdehnung des Wärmeübertragerstapels in die Stapelrichtung vorteilhaft kompensiert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers;
Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers mit einem angezeigten Heißfluidfluss;
Fig. 3 eine weitere Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers mit einem angezeigten Kaltfluidfluss;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines verspannten Wärmeübertragerstapels des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Spannplatte des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers.
In Fig. 1 ist eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 und in Fig. 2 und in Fig. 3 sind Seitenansichten des in Fig. 1 dargestellten Wärmeübertragers 1 gezeigt. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Wärmeübertragerstapel 2 mit Heißfluidkanalanordnungen 3, mit Kaltfluidkanalanordnungen 4 und mit ther- moelektrischen Elementen 5 auf. Die thermoelektrischen Elemente 5 sind zwischen den Heißfluidkanalanordnungen 3 und den Kaltfluidkanalanordnungen 4 angeordnet, so dass durch einen Temperaturgradient eine Rückgewinnung elektrischer Energie möglich ist. Der Wärmeübertrager 1 wirkt folglich als ein thermoelektrischer Generator. Durch die Heißfluidkanalanordnungen 3 fließt ein Heißfluid 6 in eine Heißfluidrichtung 7 und durch die Kaltfluidkanalanordnungen 4 fließt ein Kaltfluid 8 zumindest bereichsweise in eine der Heißfluidrichtung 7 im Wesentlichen orthogonale Kaltfluidrichtung 9. Das Heißfluid 6 wird durch einen Heißfluidaustritt 10a und einen Heißfluideintritt 10b - hier als Diffusoren aufgebaut - und das Kaltfluid 8 wird durch einen Kaltfluidaustritt 1 1 a und einen Kaltflu- ideintritt 1 1 b eingesammelt und verteilt.
Der Wärmeübertrager 1 weist auch eine Verspannungsanordnung 12 mit einer ersten Spannplatte 13a und mit einer zweiten Spannplatte 13b auf, wobei die erste Spannplatte 13a und die zweite Spannplatte 13b an gegenüberliegenden Stapelflächen 14a und 14b des Wärmeübertragerstapels 2 angeordnet sind. Die Spannplatten 13a und 13b verspannen den Wärmeübertragerstapel 2 in eine der Heißfluidrichtung 7 und der Kaltfluidrichtung 9 im Wesentlichen orthogonale Stapelrichtung 15. Durch die Verspannung des Wärmeübertragerstapels 2 wird ein besserer Flächenkontakt der Heißfluidkanalanordnungen 3 sowie der Kaltfluidkanalanordnungen 4 mit den thermoelektrischen Elementen 5 und folglich ein höherer Wirkungsgrad erreicht. Da die Heißfluidkanalanordnungen 3, die Kaltfluidkanalanordnungen 4 und die thermoelektrischen Elemente 5 aneinander kraftschlüssig festgelegt sind, können diese sich unabhängig voneinander in die Heißfluidrichtung 7 und in die Kaltfluidrichtung 9 ausdehnen. Dadurch werden mechanische Zwänge in dem Wärmeübertragerstapel 2 vorteilhaft minimiert.
Erfindungsgemäß weist die Verspannungsanordnung 12 eine erste Rahmenplatte 16a und eine zweite Rahmenplatte 16b auf, wobei die erste Rahmenplatte 16a und die zweite Rahmenplatte 16b an gegenüberliegenden Rahmenflächen 17a und 17b des Wärmeübertragerstapels 2 angeordnet sind. Der Heißfluidaustritt 10a ist an der ersten Rahmenplatte 16a und der Heißfluideintritt 10b ist an der zweiten Rahmenplatte 16b integral ausgebildet. Die Rahmenplatten 16a und 16b verspannen den Wärmeübertragerstapel 2 mit dem Heißfluidaustritt 10a und mit dem Heißfluideintritt 10b in die Heißfluidrichtung 7. Der Heißfluidaustritt 10a und der Heißfluideintritt 10b sind kraftschlüssig an den Heißfluidkanalanordnungen 3 festgelegt, so dass bei einer Wärmeausdehnung des Wärmeübertragerstapels 2 in die Stapelrichtung 15 dadurch eine Verzerrung der Heißfluidkanalanordnungen 3 an Kontaktstellen mit dem Heißfluidaustritt 10a und mit dem Heißfluideintritt 10b vorteilhaft reduziert wird. Zwischen den Kaltfluidkanalanordnungen 4 und dem Kaltfluidaustritt 1 1 a sowie dem Kaltfluideintritt 1 1 b sind dazu Dichtelemente 1 1 angeordnet. Die Dichtelemente 1 1 verbinden den Kaltkanalaustritt 1 1 a und den Kaltkanaleintritt 1 1 b nach außen abgedichtet und fluidleitend und flexibel mit den Kaltfluidkanalanordnungen 4, so dass mechanische Spannungen in die Heißfluidrichtung 7 auch hier vorteilhaft reduziert werden können.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des verspannten Wärmeübertragerstapels 2 des Wärmeübertragers 1 . Die Rahmenplatten 16a und 16b sind an den gegenüberliegenden Rahmenflächen 17a und 17b des Wärmeübertragerstapels 2 angeordnet und durch Spannelemente 18 verspannt. Die Spannelemente 18 sind hier in Form von Gewindestangen ausgeführt und verspannen den Wärmeübertragerstapel 2 in die Heißfluidrichtung 7. Die Spannplatten 13a und 13b sind an den Rahmenplatten 16a und 16b kraftschlüssig durch Verbindungsbolzen 19a und 19b festgelegt und bilden einen Rahmengurt 19 um den Wärmeübertragerstapel 2, wobei der Rahmengurt 19 eine unerwünschte Deformation in dem Wärmeübertragerstapel 2 verhindern kann. Zwischen den Rahmenflächen 17a und 17b des Wärmeübertragerstapels 2 und den Rahmenplatten 16a und 16b sind Dichtungsplatten 20a und 20b angeordnet, die ein Gleitlager für die Heißfluidkanalanordnungen 3, für die Kaltfluidkanalanordnungen 4 sowie für die thermoelektrischen Elemente 5 an den Rahmenplatten 16a und 16b bilden und mechanische Spannungen reduzieren. Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht der Verspannungsanordnung 12 an der Spannplatte 13a. Die Verspannungsanordnung 12 weist eine Druckplatte 21 auf, die an der Stapelfläche 14a des Wärmeübertragerstapels 2 anliegt und die zu der Spannplatte 13a durch Federelemente 22 beabstandet festgelegt ist. Das Fe- derelement 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Tellerfeder, kann jedoch auch eine Blattfeder oder eine Druckfeder sein. Der Wärmeübertragerstapel 2 weist an der Stapelfläche 14a die Kaltfluidkanalanordnung 4 auf, so dass die Druckplatte 21 an der Kaltfluidkanalanordnung 4 anliegt und ein Erhitzen der Druckplatte 21 vorteilhaft verhindert wird. Die Druckplatte 21 und die Federelemente 22 sind an der Spannplatte 13a durch Führungsbolzen 23 und Gewindehülsen 24 festgelegt. Die Führungsbolzen 23 sind in den Gewindehülsen 24 in die Stapelrichtung 15 verschiebbar angeordnet und sind an der Druckplatte 21 durch Schrauben 25 festgelegt. Die Gewindehülsen 24 sind an der Spannplatte 13a festgelegt und die Druckplatte 21 kann relativ zu der Spannplatte 13a in die Stapelrichtung 15 verschoben werden. Die Federelemente 22 sind um die Führungsbolzen 23 angeordnet und ermöglichen über den Rahmengurt 19 eine Ver- spannung des Wärmeübertragerstapels 2. Durch die Druckplatte 21 und Anschlagelemente 26 ist die Verschiebung der Führungsbolzen 23 in die Stapelrichtung 15 beidseitig begrenzt.
Durch die Verspannung des Wärmeübertragerstapels 2 in die Stapelrichtung 15 und in die Heißfluidrichtung 7 kann eine Wärmeausdehnung des Wärmeübertragerstapels 2 in die Stapelrichtung 15 vorteilhaft kompensiert werden, so dass das Schadensrisiko minimiert wird. Vorteilhafterweise können auch die Effizienz des Wärmeübertragers 1 erhöht werden sowie der Reparaturaufwand und Herstellungskosten reduziert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Wärmeübertrager (1 ) zur Rückgewinnung der Energie für ein Kraftfahrzeug,
- wobei der Wärmeübertrager (1 ) einen Wärmeübertragerstapel (2) mit wenigstens einer Heißfluidkanalanordnung (3), wenigstens einer Kaltfluidkanalanord- nung (4) und mit wenigstens einem zwischen der jeweiligen Heißfluidkanalanordnung (3) und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung (4) angeordneten thermoelektrischen Element (5) aufweist,
- wobei durch die Heißfluidkanalanordnung (3) ein Heißfluid (6) in eine Heißflu- idrichtung (7) und durch die Kaltfluidkanalanordnung (4) ein Kaltfluid (8) zumindest bereichsweise in eine der Heißfluidrichtung (7) im Wesentlichen orthogonale Kaltfluidrichtung (9) fließen,
- wobei der Wärmeübertrager (1 ) eine Verspannungsanordnung (12) mit einer ersten Spannplatte (13a) und mit einer zweiten Spannplatte (13b) aufweist, und
- wobei die erste Spannplatte (13a) und die zweite Spannplatte (13b) an gegenüberliegenden Stapelflächen (14a, 14b) des Wärmeübertragerstapels (2) angeordnet sind und den Wärmeübertragerstapel (2) in eine der Heißfluidrichtung (7) und der Kaltfluidrichtung (9) im Wesentlichen orthogonale Stapelrichtung (15) verspannen;
dadurch gekennzeichnet,
- dass die jeweiligen Heißfluidkanalanordnungen (3), die jeweiligen Kaltfluidka- nalanordnungen (4) und die jeweiligen thermoelektrischen Elemente (5) in dem Wärmeübertragerstapel (2) zwischen den beiden Spannplatten (13a, 13b) kraftschlüssig aneinander festgelegt sind, - dass die Verspannungsanordnung (12) eine erste Rahmenplatte (16a) und eine zweite Rahmenplatte (16b) aufweist, wobei die erste Rahmenplatte (16a) und die zweite Rahmenplatte (16b) an gegenüberliegenden Rahmenflächen (17a, 17b) des Wärmeübertragerstapels (2) angeordnet sind, und
- dass die erste Rahmenplatte (16a) und die zweite Rahmenplatte (16b) den Wärmeübertragerstapel (2) mit einem Heißfluidaustritt (10a) und mit einem Heißfluideintritt (10b) in die Heißfluidrichtung (7) verspannen und den Heißfluidaustritt (10a) und den Heißfluideintritt (10b) kraftschlüssig an den jeweiligen Heißfluidkanalanordnungen (3) festgelegen.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Heißfluidaustritt (10a) an der ersten Rahmenplatte (16a) und der Heißfluideintritt (10b) an der zweiten Rahmenplatte (10b) integral ausgebildet sind.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Rahmenplatte (16a) und die zweite Rahmenplatte (16b) mit dem dazwischen angeordneten Wärmeübertragerstapel (2) durch wenigstens ein Spannelement (18) miteinander verbunden sind.
4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens ein Spannelement (18) eine Gewindestange oder eine Klammer oder ein Spanngurt ist.
5. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannplatte (13a) und die zweite Spannplatte (13b) an der ersten Rahmenplatte (16a) und an der zweiten Rahmenplatte (16b) kraftschlüssig oder formschlüssig festgelegt sind und dadurch einen Rahmengurt (19) um den Wärmeübertragerstapel (2) bilden.
6. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verspannungsanordnung (12) wenigstens eine Dichtungsplatte (20a, 20b) aufweist, die zwischen einer der Rahmenfläche (17a, 17b) des Wärmeübertragerstapels (2) und der jeweiligen Rahmenplatte (16a, 16b) der Verspannungsanordnung (12) angeordnet ist.
7. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kaltfluidaustritt (1 1 a) mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen (4) durch ein Dichtelement und/oder ein Kaltfluideintritt (1 1 b) mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen (4) durch ein Dichtelement (1 1 ) fluidleitend verbunden sind.
8. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verspannungsanordnung (12) wenigstens eine Druckplatte (21 ) aufweist, die an einer der Stapelflächen (14a, 14b) des Wärmeübertragerstapels (2) anliegt und die zu der jeweiligen Spannplatte (13a, 13b) durch wenigstens ein Federelement (22) beabstandet festgelegt ist.
9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) eine Tellerfeder, eine Blattfeder oder eine Druckfeder ist.
10. Wärmeübertrager nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens an einer der Stapelflächen (14a, 14b) des Wärmeübertragerstapels (2) eine Kaltfluidkanalanordnung (4) angeordnet ist und dass die Druckplatte (21 ) an der Kaltfluidkanalanordnung (4) anliegend angeordnet ist.
1 1 . Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Federelement (22) und die Druckplatte (21 ) an der jeweiligen Spannplatte (13a, 13b) durch wenigstens einen Führungsbolzen (23) und wenigstens eine Gewindehülse (24) in die Stapelrichtung (7) verschiebbar festgelegt sind.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5584183A (en) 1994-02-18 1996-12-17 Solid State Cooling Systems Thermoelectric heat exchanger
JPH11340522A (ja) * 1998-05-22 1999-12-10 Ube Ind Ltd 熱電変換モジュールを用いた熱交換器
JP2007221895A (ja) 2006-02-15 2007-08-30 Toyota Motor Corp 熱発電装置
DE102007063173A1 (de) 2007-12-19 2009-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Thermoelektrischer Generator
FR2980038A1 (fr) * 2011-09-13 2013-03-15 Valeo Systemes Thermiques Dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
WO2013184972A1 (en) * 2012-06-07 2013-12-12 Gentherm Incorporated Crossmember thermoelectric generator with improved thermal expansion protection
WO2013190105A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-27 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Thermoelektrisches modul mit wärmetauscher
JP2015056929A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 株式会社東芝 熱電発電装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0617721D0 (en) 2006-09-08 2006-10-18 Univ Warwick Heat exchanger

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5584183A (en) 1994-02-18 1996-12-17 Solid State Cooling Systems Thermoelectric heat exchanger
JPH11340522A (ja) * 1998-05-22 1999-12-10 Ube Ind Ltd 熱電変換モジュールを用いた熱交換器
JP2007221895A (ja) 2006-02-15 2007-08-30 Toyota Motor Corp 熱発電装置
DE102007063173A1 (de) 2007-12-19 2009-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Thermoelektrischer Generator
FR2980038A1 (fr) * 2011-09-13 2013-03-15 Valeo Systemes Thermiques Dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
WO2013184972A1 (en) * 2012-06-07 2013-12-12 Gentherm Incorporated Crossmember thermoelectric generator with improved thermal expansion protection
WO2013190105A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-27 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Thermoelektrisches modul mit wärmetauscher
JP2015056929A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 株式会社東芝 熱電発電装置

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