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Die
Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generator, umfassend
mindestens eine Wärmequelle, mindestens eine Wärmesenke
und mindestens ein thermoelektrisches Modul, wobei die mindestens
eine Wärmequelle mindestens einen Strömungskanal
zur Durchströmung mit einem wärmeabgebenden Fluid
aufweist.
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Mit
einem thermoelektrischen Generator kann eine elektrische Leistung
erzeugt werden, indem Wärme aus einer Wärmequelle über
ein thermoelektrisches Modul einer Wärmesenke zugeführt wird.
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Thermoelektrische
Generatoren haben den Vorteil, dass sie verschleißfrei
arbeiten, da sie keine bewegten Bauteile aufweisen. Nachteilig ist
jedoch, dass thermoelektrische Generatoren einen vergleichsweise
niedrigen Wirkungsgrad aufweisen und relativ viel Bauraum beanspruchen.
Dies erschwert die Integration eines thermoelektrischen Generators in
ein übergeordnetes technisches System, dessen Abwärme
nutzbar gemacht werden soll.
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Ein
eingangs genannter thermoelektrischer Generator ist beispielsweise
aus der
US 6,028,263 bekannt.
Der dort offenbarte Generator umfasst eine Vielzahl von in Durchströmungsrichtung
des Fluids gesehen hintereinander ange ordneten thermoelektrischen
Modulen. Da sich ein Heißgas, welches durch den Strömungskanal
geleitet wird, von einer Eingangsseite hin zu einer Ausgangsseite
abkühlt, entsteht entlang des Strömungskanals
ein Temperaturgefälle. Dies hat zur Folge, dass die entlang
der Strömungsrichtung verteilten thermoelektrischen Module unterschiedliche
Spannungen erzeugen. Um dies zu vermeiden, weist der aus der
US 6,028,263 bekannte Generator
strömungseingangsseitig eine niedrigere Anzahl von miteinander
in Reihe geschalteten thermoelektrischen Modulen auf als strömungsausgangsseitig.
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Ein
eingangs genannter thermoelektrischer Generator ist auch aus der
US 5,974,803 bekannt. In dieser
Druckschrift wird vorgeschlagen, eine Temperaturkompensation dadurch
zu ermöglichen, dass in kalten und warmen Bereichen des
Generators thermoelektrische Elemente mit unterschiedlichen thermoelektrischen
Eigenschaften verwendet werden oder dass die Anzahl und/oder die
Dicke und/oder die Fläche von Wärmeübertragungsrippen
variiert.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art mit
einem möglichst hohen Wirkungsgrad zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem thermoelektrischen Generator der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass der mindestens eine
Strömungskanal mindestens einen ersten Kanalabschnitt und mindestens
einen in Durchströmungsrichtung des wärmeabgebenden
Fluids folgenden zweiten Kanalabschnitt aufweist, und dass ein Strömungsquerschnitt
des zweiten Kanalabschnitts kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt
des ersten Kanalabschnitts und/oder dass eine Wandstärke
einer Strömungskanalbegrenzung des zweiten Kanalabschnitts
niedriger ist als eine Wandstärke einer Strömungskanalbegrenzung
des ersten Kanalabschnitts und/oder dass der zweite Kanalabschnitt
zumindest einen dem zweiten Kanalabschnitt zugeordneten Materialabschnitt
umfasst, dessen Wärmleitfähigkeit höher
ist als die Wärmeleitfähigkeit eines dem ersten
Kanalabschnitt zugeordneten Materialabschnitts und/oder dass der
Generator mindestens eine zusätzliche Fluidführungseinrichtung
zur Führung eines Teilstroms des wärmeabgebenden
Fluids umfasst, wobei der Teilstrom dem zweiten Kanalabschnitt unter
Umgehung des ersten Kanalabschnitts zuführbar ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Generator kann in Strömungsrichtung
des wärmeabgebenden Fluids gesehen entlang der Wärmequelle
ein gleichmäßiges Temperaturniveau erreicht werden.
Auf diese Weise kann mindestens ein thermoelektrisches Modul entlang
einer in Durchströmungsrichtung des Fluids gemessenen Länge
gleichmäßig mit Wärme beaufschlagt werden.
Dies führt dazu, dass das mindestens eine thermoelektrische
Modul in einem relativ engen Temperaturfenster betrieben werden
kann, in welchem es einen hohen Wirkungsgrad hat. Das mindestens
eine thermoelektrische Modul kann sich über die gesamte
Länge und/oder Breite der Wärmequelle erstrecken
oder auch nur über eine Teilfläche der Wärmequelle.
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Zur
Vergleichmäßigung des Temperaturverlaufs entlang
des Strömungskanals ist es vorteilhaft, wenn ein Strömungsquerschnitt
des zweiten Kanalabschnitts kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt des
ersten Kanalabschnitts. Dies bewirkt eine Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit des wärmeabgebenden Fluids
auf Höhe des zweiten Kanalabschnitts im Vergleich zu dem
ersten Ka nalabschnitt. Auf diese Weise kann auf Höhe des
zweiten Kanalabschnitts ein gegenüber dem ersten Kanalabschnitt erhöhter
konvektiver Wärmeübergang erzeugt werden. Hierdurch
kann der Effekt, dass sich das wärmeabgebende Fluid auf
dem Weg von dem ersten Kanalabschnitt hin zu dem zweiten Kanalabschnitt
abkühlt, kompensiert werden.
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Zusätzlich
oder optional ist es günstig, wenn eine Wandstärke
einer Strömungskanalbegrenzung des zweiten Kanalabschnitts
niedriger ist als eine Wandstärke einer Strömungskanalbegrenzung
des ersten Kanalabschnitts. Durch die höhere Wandstärke
des ersten Kanalabschnitts wird der Wärmewiderstand dieses
Abschnitts vergrößert, so dass sich die Temperaturdifferenz
zwischen einer wärmeaufnehmenden Oberfläche der
Strömungskanalbegrenzung und einer dem thermoelektrischen
Modul zugewandten, wärmeabgebenden Oberfläche
der Strömungskanalbegrenzung erhöht. Durch die
niedrigere Wandstärke der Strömungskanalbegrenzung
des zweiten Kanalabschnitts verringert sich die Temperaturdifferenz
zwischen den genannten Oberflächen.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der zweite Kanalabschnitt zumindest einen
dem zweiten Kanalabschnitt zugeordneten Materialabschnitt umfasst,
dessen Wärmleitfähigkeit höher ist als
die Wärmeleitfähigkeit eines dem ersten Kanalabschnitt
zugeordneten Materialabschnitts. Auf diese Weise kann ein Wärmefluss
von dem wärmeabgebenden Fluid zu dem mindestens einen thermoelektrischen
Modul in den verschiedenen Kanalabschnitten gezielt beeinflusst
werden.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn der Generator mindestens eine zusätzliche
Fluidführungseinrichtung zur Führung eines Teilstroms
des wärmeabgebenden Fluids umfasst, und wenn der Teilstrom dem
zweiten Kanalabschnitt unter Umgehung des ersten Kanalabschnitts
zuführbar ist. Diesem Teilstrom wird nicht bereits in dem
ersten Kanalabschnitt Wärme entzogen, sondern erst in dem
zweiten Kanalabschnitt. Hierdurch wird das entlang der Wärmequelle
anliegende Temperaturprofil vergleichmäßigt, so
dass sich der konvektive Wärmeübergang im Bereich
des zweiten Kanalabschnitts erhöht.
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Ein
durch den ersten Kanalabschnitt geführter Teilstrom kann
entweder abgezweigt werden, so dass er den zweiten Kanalabschnitt
nicht mehr durchströmt, oder er kann sowohl durch den ersten als
auch durch den zweiten Kanalabschnitt geführt werden.
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Die
vorstehend diskutierten Maßnahmen können jeweils
einzeln bei einem eingangs genannten thermoelektrischen Generator
angewendet werden, um dessen Wirkungsgrad zu verbessern. In vorteilhafter
Weise werden bei einem eingangs genannten thermoelektrischen Generator
mindestens zwei der vorstehend diskutierten Maßnahmen miteinander kombiniert.
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Bevorzugt
ist es, wenn der thermoelektrische Generator eine Mehrzahl von in
Durchströmungsrichtung des Fluids gesehen hintereinander
angeordneten thermoelektrischen Modulen umfasst. Durch die Vergleichmäßigung
des an der Wärmequelle anliegenden Temperaturprofils können
an den hintereinander angeordneten thermoelektrischen Modulen zumindest
annähernd gleiche Spannungen abgegriffen werden.
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Es
ist im Rahmen der Erfindung möglich, hinsichtlich ihrer
Abmessungen und/oder ihrer elektrischen Eigenschaften unterschiedliche
thermoelektrische Module zu verwenden. Besonders bevorzugt ist es
jedoch, wenn mindestens zwei thermoelektrische Module, vorzugsweise
alle Module eines Generators, identisch sind. Hierdurch vereinfacht
sich die Montage des Generators, da jedes der Module in beliebiger Weise
an der Wärmequelle anordenbar ist.
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Vorzugsweise
ist der Strömungskanal im Querschnitt rechteckförmig
oder einer Rechteckform angenähert. Auf diese Weise ist
es möglich, einen vergleichsweise kompakten Generator zu
schaffen, bei welchem eine Mehrzahl von Wärmequellen und Wärmesenken
jeweils entlang einer Stapelrichtung einander abwechselnd übereinander
angeordnet sind, wobei zwischen jeweils einer Wärmequelle
und jeweils einer Wärmesenke mindestens ein thermoelektrisches
Modul angeordnet ist. Der Strömungskanal kann einen Querschnitt
mit verrundeten Eckbereich aufweisen. Insbesondere kann der Strömungskanal
im Querschnitt eine Langlochform aufweisen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist der mindestens eine Strömungskanal
in Durchströmungsrichtung des Fluids gesehen eine abnehmende
Strömungskanalbreite auf. Im Rahmen der Erfindung wird
unter einer Strömungskanalbreite eine Abmessung des Strömungskanals
verstanden, welche parallel zu einem sich flächig erstreckenden thermoelektrischen
Modul anliegt. Durch die in Strömungsrichtung abnehmende
Strömungskanalbreite kann ein Strömungsquerschnitt
des zweiten Kanalabschnitts gegenüber einem Strömungsquerschnitt des
ersten Kanalabschnitts verkleinert werden.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu ist es vorteilhaft, wenn der mindestens
eine Strömungskanal in Durchströmungsrichtung
des Fluids gesehen eine abnehmende Strömungskanalhöhe
aufweist. Im Rahmen dieser Erfindung wird unter einer Strömungskanalhöhe
eine Abmessung des Strömungskanals verstanden, welche senkrecht
zu einem sich flächig erstreckenden thermoelektrischen
Modul anliegt.
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Bevorzugt
ist es, wenn das mindestens eine thermoelektrische Modul an der
Strömungskanalbegrenzung des ersten Kanalabschnitts und/oder
an der Strömungskanalbegrenzung des zweiten Kanalabschnitts
angeordnet ist. Hierdurch ist ein Wärmefluss von der Wärmequelle über
eine Strömungskanalbegrenzung hin zu dem mindestens einen
thermoelektrischen Element ermöglicht.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der dem ersten Kanalabschnitt zugeordnete Materialabschnitt
zumindest anteilig durch die Strömungskanalbegrenzung des
ersten Kanalabschnitts und/oder durch mindestens ein in dem ersten
Kanalabschnitt angeordnetes Rippenelement gebildet ist oder sind
und/oder dass der dem zweiten Kanalabschnitt zugeordnete Materialabschnitt
zumindest anteilig durch die Strömungskanalbegrenzung des
zweiten Kanalabschnitts und/oder durch mindestens ein in dem zweiten
Kanalabschnitt angeordnetes Rippenelement gebildet ist oder sind.
Bei einem solchen Generator ist es möglich, einen Strömungskanal
mit konstantem Strömungsquerschnitt und/oder eine Strömungskanalbegrenzung
mit konstanter Wandstärke zu verwenden.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der
dem ersten Kanalabschnitt zugeordnete Materialabschnitt zumindest
anteilig durch mindestens ein Zusatzelement gebildet ist und/oder dass
der dem zweiten Kanalabschnitt zugeordnete Materialabschnitt zumindest
anteilig durch mindestens ein Zusatzelement gebildet ist. Mit Hilfe
solcher Zusatzelemente kann ein Wärmefluss in den verschiedenen
Kanalabschnitten besonders einfach beeinflusst werden. Beispielsweise
können aus unterschiedlichen Materialien hergestellte Zusatzelemente
verwendet werden, so dass ein Wärmefluss in dem ersten
Kanalabschnitt stärker gehemmt wird als ein Wärmefluss
in dem zweiten Kanalabschnitt.
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Es
ist insbesondere möglich, nur in einem der Kanalabschnitte
ein Zusatzelement anzuordnen. Beispielsweise kann ausschließlich
in dem ersten Kanalabschnitt ein Zusatzelement angeordnet werden,
welches den Wärmefluss hemmt. Alternativ hierzu kann ausschließlich
in dem zweiten Kanalabschnitt ein Zusatzelement angeordnet werden,
welches einen besonders guten Wärmefluss ermöglicht, beispielsweise
eine Wärmeleitpaste.
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Vorzugsweise
ist das mindestens eine Zusatzelement zwischen einer Strömungskanalbegrenzung
des ersten Kanalabschnitts und dem mindestens einen thermoelektrischen
Modul angeordnet oder zwischen einer Strömungskanalbegrenzung des
zweiten Kanalabschnitts und dem mindestens einen thermoelektrischen
Modul. Hierdurch kann ein Wärmefluss zwischen einer Strömungskanalbegrenzung
und einem thermoelektrischen Modul direkt beeinflusst werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn mit Hilfe des mindestens einen Zusatzelements
eine Anzahl und/oder Ausdehnung mindestens einer Kontaktfläche
oder einer Mehrzahl von Kontaktflächen zwischen einer Strömungskanalbegrenzung
und dem mindestens einen thermoelektrischen Modul eingestellt ist.
Eine Erhöhung der Anzahl der Kontaktflächen und/oder
der Ausdehnung der Kontaktfläche oder der Kontaktflächen
geht mit einer Erhöhung eines Wärmeflusses einher.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Zusatzelement durch
eine Wärmeleitpaste gebildet ist. Hierdurch wird ein guter
Wärmekontakt zwischen einer Strömungskanalbegrenzung
und mindestens einem thermoelektrischen Modul hergestellt.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die
Wärmeleitfähigkeit des mindestens einen Zusatzelements
temperaturabhängig ist. Vorzugsweise nimmt die Wärmeleitfähigkeit
des Zusatzelements mit steigender Temperatur ab. Ein solches Zusatzelement
kann beispielsweise mindestens einen Hohlraum oder Spalt aufweisen,
der sich mit steigender Temperatur ausdehnt und somit einen Wärmefluss
durch das Zusatzelement hindurch stärker hemmt. Ein solcher
Hohlraum oder Spalt kann insbesondere durch Materialabschnitte mit
unterschiedlichen Wärmeleitzahlen begrenzt sein.
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Vorzugsweise
umfasst die mindestens eine Fluidführungseinrichtung mindestens
eine Fluidführungsleitung. Eine solche Fluidführungsleitung
ermöglicht eine besonders einfache und effiziente Leitung
eines Teilstroms des wärmeabgebenden Fluids in den zweiten
Kanalabschnitt.
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Ferner
ist es günstig, wenn die mindestens eine Fluidführungseinrichtung
mindestens ein sich quer oder schräg zur Durchströmungsrichtung
erstreckendes Fluidführungselement umfasst. Ein solches Fluidführungselement
ermöglicht eine Umlenkung eines Teilstroms des wärmeabgebenden
Fluids und/oder eine Aufteilung eines Fluidstroms in mehrere Teilströme.
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Bevorzugt
ist es, wenn die mindestens eine Fluidführungseinrichtung
zumindest anteilig durch mindestens ein Rippenelement gebildet ist,
welches in dem Strömungskanal angeordnet ist. Insbesondere
ist es bevorzugt, wenn eine Mehrzahl von Rippenelementen eine Fluidführungsleitung
oder einen Teil einer Fluidführungsleitung bilden.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens
eine Fluidführungseinrichtung innerhalb des mindestens
einen Strömungskanals angeordnet. Hierdurch kann ein Generator
mit kompakten Außenabmessungen geschaffen werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens
eine Fluidführungseinrichtung außerhalb des mindestens
einen Strömungskanals angeordnet und mündet an
oder in dem zweiten Kanalabschnitt. Dies ermöglicht es,
dem zweiten Kanalabschnitt einen Teilstrom des Fluids zuzuführen,
ohne dabei die Strömungsverhältnisse und/oder
den Strömungsquerschnitt des ersten Kanalabschnitts zu
beeinflussen.
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Günstig
ist es, wenn der Generator mindestens zwei Fluidführungsleitungen
umfasst, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten
des mindestens einen Strömungskanals an oder in dem zweiten
Kanalabschnitt münden. Auf diese Weise ist es möglich,
dass ein durch den zweiten Kanalabschnitt strömendes Fluid
in einer Richtung quer zu der Strömungsrichtung gesehen
ein gleichmäßiges Temperaturprofil aufweist. Beispielsweise
kann ein aus dem ersten Kanalabschnitt zugeführter Teilstrom,
welcher in seitlichen Bereichen eine niedrigere Temperaturen aufweist
als in einem zentralen Bereich, in den seitlichen Bereichen mit
zusätzlichen, noch nicht abgekühlten Teilströmen
angereichert werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die mindestens eine Fluidführungseinrichtung
zwischen einer Mehrzahl von Strömungskanälen angeordnet
ist. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau eines
mehrflutigen Generators.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein Fluidmassenstrom des den zweiten Kanalabschnitt durchströmenden
wärmeabgebenden Fluids höher ist als ein Fluidmassenstrom des
den ersten Kanalabschnitt durchströmenden wärmeabgebenden
Fluids. Auf diese Weise kann eine Abkühlung des Fluids
dadurch verhindert werden, dass dem zweiten Kanalabschnitt zusätzlich
zu einem bereits abgekühlten Teilstrom des Fluids ein Teilstrom
mit noch nicht abgekühltem Fluid zugeführt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass der Generator mindestens eine Einstelleinrichtung zur
Einstellung eines dem ersten Kanalabschnitt zuführbaren
ersten Teilstroms und/oder zur Einstellung eines dem zweiten Kanalabschnitt
zuführbaren zweiten Teilstroms des wärmeabgebenden
Fluids umfasst. Auf diese Weise kann ein durch den ersten Kanalabschnitt
und/oder den zweiten Kanalabschnitt zu leitender Fluidmassenstrom
erhöht oder verringert werden, insbesondere in Abhängigkeit
der Temperatur des Fluids. Es können mehrere Einstelleinrichtungen
vorgesehen sein, die unterschiedlichen Kanalabschnitten zugeordnet
sind. Dies ermöglicht eine voneinander unabhängige
Einstellung der Teilströme.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn mittels der Einstelleinrichtung das Verhältnis
des ersten Teilstroms relativ zu dem zweiten Teilstrom einstellbar ist.
Hierbei geht eine Erhöhung eines der Teilströme mit
einer Verkleinerung des anderen Teilstroms einher.
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In
vorteilhafter Weise umfasst der thermoelektrische Generator mindestens
einen weiteren Kanalabschnitt zur Führung zumindest eines
Teils des wärmeabgebenden Fluids unter Umgehung des ersten
Kanalabschnitts und des zweiten Kanalabschnitts. Mit Hilfe des weiteren
Kanalabschnitts kann ein "By-Pass" geschaffen werden, der es ermöglicht, zumindest
einen Teil des wärmeabgebenden Fluids so durch den thermoelektrischen
Generator zu leiten, dass dieses Fluid den ersten Kanalabschnitt
und den zweiten Kanalabschnitt nicht durchströmt.
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Günstig
ist es ferner, wenn in dem Strömungskanal mindestens ein
Rippenelement angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine wärmeaufnehmende
Oberfläche der Wärmequelle vergrößert
werden. Auch auf diese Weise ist eine gezielte Beeinflussung des
Temperaturprofils der Wärmequelle möglich.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das mindestens eine Rippenelement in Durchströmungsrichtung
des Fluids gesehen eine zunehmende Rippenelementhöhe aufweist.
Auf diese Weise kann in Durchströmungsrichtung des Fluids
gesehen eine wärmeaufnehmende Oberfläche der Wärmequelle
vergrößert werden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das mindestens eine Rippenelement eine maximale
Rippenelementhöhe aufweist, welche dem Abstand von zwei
einander gegenüberliegenden Strömungskanalbegrenzungen
entspricht. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Rippenelements eine
Versteifungseinrichtung geschaffen werden, welche die Stabilität
der Wärmequelle erhöht. Dies ist insbesondere
vorteilhaft für einen Generator, welcher mehrere, abwechselnd übereinander
gestapelte Wärmequellen und Wärmesenken umfasst,
welche miteinander verspannt werden, um einen guten Wärmekontakt
mit den jeweils in Zwischenlage angeordneten thermoelektrischen
Modulen zu schaffen.
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Günstig
ist es ferner, wenn die Länge eines in dem zweiten Kanalabschnitt
angeordneten Rippenelements größer ist als die
Länge eines in dem ersten Kanalabschnitt angeordneten Rippenelements.
Auch auf diese Weise kann eine wärmeaufnehmende Oberfläche
der Wärmequelle in Durchströmungsrichtung des
Fluids in einfacher Weise beeinflusst, insbesondere vergrößert
werden.
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Vorzugsweise
ist die Gesamtlänge von in dem zweiten Kanalabschnitt angeordneten
Rippenelementen größer als eine Gesamtlänge
von in dem ersten Kanalabschnitt angeordneten Rippenelementen. Auf
diese Weise lässt sich in beiden Kanalabschnitten die wärmeaufnehmende
Oberfläche der Wärmequelle vergrößern.
Zusätzlich kann durch die Anpassung der Gesamtlängen
eine Temperaturkompensation erreicht werden.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn das mindestens eine Rippenelement einen gekrümmten
Verlauf aufweist. Ein solches Rippenelement ermöglicht
eine gezielte Beeinflussung der Strömung des wärmeabgebenden
Fluids durch den Strömungskanal. Beispielsweise kann ein
Rippenelement so gekrümmt sein, dass das Fluid einer Strömungskanalbegrenzung
zugeleitet wird, welche zu einem thermoelektrischen Modul benachbart
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass in dem Strömungskanal in Durchströmungsrichtung
gesehen erste Rippenelemente und zweite Rippenelemente hintereinander angeordnet
sind und dass mindestens eines der zweiten Rippenelemente in zu
der Durchströmungsrichtung senkrechter Richtung relativ
zu mindestens einem der ersten Rippenelemente versetzt angeordnet
ist. Eine solche Rippenanordnung wird auch als OSF-Struktur ("Offset
Strip Fin") bezeichnet. Mit Hilfe der zu den ersten Rippenelementen
versetzten zweiten Rippenelemente kann eine Strömung des
wärmeabgebenden Fluids lokal aufgerissen werden. Ein solches
Aufreißen einer Strömung bewirkt eine Erhöhung
des Wärmeübergangs.
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Dementsprechend
ist es möglich, in dem ersten Kanalabschnitt eine niedrigere
Anzahl von Versatzstellen bereitzustellen als in dem zweiten Kanalabschnitt
und somit den Wärmeübergang in dem zweiten Kanalabschnitt
relativ zu dem ersten Kanalabschnitt zu erhöhen. Eine Erhöhung
der Anzahl von Versatzstellen kann beispielsweise durch eine Verkürzung
der Rippenelemente in Durchströmungsrichtung gesehen erreicht
werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung gehen der mindestens eine erste
Kanalabschnitt und der mindestens eine zweite Kanalabschnitt in
Durchströmungsrichtung des Fluids gesehen kontinuierlich ineinander über.
Auf diese Weise können Temperatursprünge entlang
der Wärmequelle in besonders einfacher Art und Weise vermieden
werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, dass der erste Kanalabschnitt an einen Strömungseingang des
mindestens einen Strömungskanals grenzt oder einen Strömungseingang
bildet. Auf diese Weise kann ein vergleichsweise kompakter Generator
geschaffen werden.
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In
entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn der zweite Kanalabschnitt
an einen Strömungsausgang des mindestens einen Strömungskanals grenzt
oder einen Strömungsausgang bildet.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines thermoelektrischen
Generators, umfassend mindestens eine Wärmequelle, mindestens
eine Wärmesenke und mindestens ein thermoelektrisches Modul,
wobei die mindestens eine Wärmequelle mindestens einen
Strömungskanal zur Durchströmung mit einem wärmeabgebenden
Fluid aufweist.
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Der
Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Betrieb eines thermoelektrischen Generators vorzuschlagen, mit welchem
der Generator einen besonders guten Wirkungsgrad erreicht.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb eines thermoelektrischen
Generators mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 34 erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass der mindestens eine Strömungskanal
mindestens einen ersten Kanalabschnitt und mindestens einen in Durchströmungsrichtung
des wärmeabgebenden Fluids folgenden zweiten Kanalabschnitt
aufweist, dass das wärmeabgebende Fluid in mindestens zwei
Teilströme aufgeteilt wird, dass ein erster Teilstrom dem
ersten Kanalabschnitt zugeführt wird und dass ein zweiter
Teilstrom dem zweiten Kanalabschnitt unter Umgehung des ersten Kanalabschnitts
zugeführt wird.
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Die
Vorteile und besonderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Betrieb eines thermoelektrischen Generators sind
bereits vorstehend im Zusammenhang mit den besonderen Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators
erläutert worden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
thermoelektrischen Generators;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Wärmequelle
zur Verwendung bei einem thermoelektrischen Generator;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Wärmequelle zur Verwendung bei einem thermoelektrischen
Generator;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Wärmequelle zur Verwendung bei einem thermoelektrischen
Generator;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Strömungskanals
einer Wärmequelle zur Verwendung bei einem thermoelektrischen
Generator;
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6 eine
Seitenansicht einer Ausführungsform eines Rippenelements
zur Verwendung bei einem Strömungskanal einer Wärmequelle
eines thermoelektrischen Generators;
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7 eine
perspektivische Ansicht eines zweiten Kanalabschnitts einer weiteren
Ausführungsform einer Wärmequelle zur Verwendung
bei einem mehrflutigen thermoelektrischen Generator;
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8 eine
Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer
eines thermoelektrischen Generators; und
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9 eine
Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines
thermoelektrischen Generators.
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Gleiche
oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine
Ausführungsform eines mit 10 bezeichneten thermoelektrischen
Generators ist in der 1 dargestellt. Der Generator 10 umfasst
eine Wärmequelle 12 und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen,
insbesondere ein thermoelektrisches Modul 14 sowie ein
thermoelektrisches Modul 16.
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Die
thermoelektrischen Module 14, 16 wirken ferner
mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Wärmesenke
zusammen, die im einfachsten Fall durch (gegebenenfalls gekühlte)
Umgebungsluft gebildet sein kann.
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Die
Wärmequelle 12 weist einen Strömungskanal 18 auf,
der sich von einem Strömungseingang 20 ausgehend
in einer Durchströmungsrichtung 22 für
ein wärmeabgebendes Fluid bis hin zu einem Strömungsausgang 24 erstreckt.
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Der
Strömungskanal 18 der Wärmequelle 12 ist
begrenzt durch eine bodenseitige Strömungskanalbegrenzung 26,
eine hierzu gegenüberliegend angeordnete deckenseitige
Strömungskanalbegrenzung 28 sowie zwei seitliche
Strömungskanalbegrenzungen 30. Die Strömungskanalbegrenzungen 26, 28 und 30 begrenzen
gemeinsam einen rechteckförmigen Strömungsquerschnitt
(ohne Bezugszeichen).
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Der
Generator 10 weist einen in Durchströmungsrichtung 22 gesehen
ersten Kanalabschnitt 36 und einen dem ersten Kanalabschnitt 36 in
Durchströmungsrichtung 22 folgenden zweiten Kanalabschnitt 38 auf.
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Das
thermoelektrische Modul 14 ist dem ersten Kanalabschnitt 36 zugeordnet.
Das thermoelektrische Modul 16 ist dem zweiten Kanalabschnitt 38 zugeordnet.
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Die
thermoelektrischen Module 14 und 16 sind in Durchströmungsrichtung 22 gesehen
hintereinander angeordnet. Vorzugsweise sind die thermoelektrischen
Module 14 und 16 identisch.
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Der
Generator 10 umfasst einen dem ersten Kanalabschnitt 36 zugeordneten
Materialabschnitt 39 in Form eines Zusatzelements 40.
Das Zusatzelement 40 ist insbesondere plattenförmig
oder schichtförmig. Das Zusatzelement 40 ist zwischen
dem thermoelektrischen Modul 14 und der deckenseitigen Strömungskanalbegrenzung 28 der
Wärmequelle 12 angeordnet. Das Zusatzelement 40 ist
beispielsweise aus einem Wärmedämmstoff hergestellt.
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Der
Generator 10 umfasst ferner einen dem zweiten Kanalabschnitt 38 zugeordneten
Materialabschnitt 41 in Form eines Zusatzelements 42.
Das Zusatzelement 42 ist insbesondere plattenförmig
oder schichtförmig. Das Zusatzelement 42 ist zwischen dem
thermoelektrischen Modul 16 und der deckenseitigen Strömungskanalbegrenzung 28 der
Wärmequelle 12 angeordnet. Das Zusatzelement 42 ist
beispielsweise aus Kupfer hergestellt. Insbesondere ist das Zusatzelement 42 durch
eine Wärmeleitpaste gebildet. Eine solche Wärmeleitpaste
kann Silikonöl und ein Zinkoxid enthalten.
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Während
des Betriebs des Generators 10 wird der Strömungskanal 18 von
einem wärmeabgebenden Fluid (ohne Bezugszeichen) durchströmt. Dieses
Fluid ist insbesondere das Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs. Während das Fluid den Strömungskanal 18 in Durchströmungsrichtung 22 durchströmt,
kühlt es sich ausgehend von dem Strömungseingang 20 hin zu
dem Strömungsausgang 24 ab. Dies hat zur Folge,
dass die über dem thermoelektrischen Modul 16 anliegende
Temperaturdifferenz gegenüber einer gemeinsamen Wärmesenke
niedriger ist als eine über dem thermoelektrischen Modul 14 anliegende
Temperaturdifferenz. Dies bewirkt, dass eine an elektrischen Anschlüssen 44, 46 des
Moduls 14 abgreifbare Spannung deutlich niedriger sein
kann als eine an elektrischen Anschlüssen 48, 50 des
thermoelektrischen Moduls 16 abgreifbare Spannung. Ein
solcher Effekt kann mit Hilfe nachstehend beschriebener Maßnahmen
verhindert oder zumindest abgeschwächt werden.
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Erfindungsgemäß wird
nun die Wärmeleitfähigkeit der aufeinander folgenden
Kanalabschnitte 36 und 38 der Wärmequelle 12 variiert.
Mit Hilfe des Zusatzelements 40 wird ein Wärmestrom
zwischen dem wärmeabgebenden Fluid und dem thermoelektrischen
Modul 14 gehemmt. Mit Hilfe des Zusatzelements 42 wird
ein Wärmestrom von dem wärmeabgebenden Fluid durch
die deckenseitige Strömungskanalbegrenzung 28 hin
zu dem thermoelektrischen Modul 16 unterstützt.
Hierdurch wird ein in Durchströmungsrichtung 22 gesehen
entlang der Wärmequelle 12 anliegendes Temperaturprofil
vergleichmäßigt. Auf diese Weise können
die in Durchströmungsrichtung 22 gesehen hintereinander
angeordneten thermoelektrischen Module 14 und 16 mit
einander zumindest teilweise angeglichenen Wärmeströmen
versorgt werden. Auf diese Weise liegen für den Fall identischer
Module 14 und 16 an den Anschlüssen 44 und 46 bzw. 48 und 50 zumindest
in etwa gleiche Spannungswerte an.
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Eine
in der 2 dargestellte Wärmequelle 12 eignet
sich zur Verwendung bei einem thermoelektrischen Generator 10 gemäß 1,
wobei ein solcher Generator 10 Zusatzelemente 40, 42 aufweisen
kann oder nicht. Die Wärmequelle 12 gemäß 2 unterscheidet
sich von der Wärmequelle 12 gemäß 1 dadurch,
dass ein in Durchströmungsrichtung 22 anliegender
Strömungsquerschnitt von einem ersten Kanalabschnitt 36 hin
zu einem zweiten Kanalabschnitt 38 abnimmt. So ist beispielsweise
ein Strömungsquerschnitt 52 auf Höhe
eines Strömungseingangs 20 des Strömungskanals 18 größer
als ein Strömungsquerschnitt 54 auf Höhe
eines Strömungsausgangs 24 des Strömungskanals 18.
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Die
Verkleinerung des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 18 wird
dadurch erreicht, dass der Abstand der seitlichen Strömungskanalbegrenzungen 30 ausgehend
von dem Strömungseingang 20 bis hin zu dem Strömungsausgang 24 reduziert
wird. Hierdurch verringert sich eine Strömungskanalbreite 56 ausgehend
von dem ersten Kanalabschnitt 36 hin zu dem zweiten Kanalabschnitt 38.
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Die
Wärmequelle 12 umfasst zusätzlich zu den
Kanalabschnitten 36 und 38 weitere Kanalabschnitte.
Insbesondere umfasst die Wärmequelle 12 einen
sich im Querschnitt kontinuierlich verkleinernden Kanalabschnitt 58.
Die Wärmequelle 12 umfasst ferner einen zusätzlichen
Kanalabschnitt 60, welcher einen konstanten Strömungsquerschnitt
aufweist. Die Kanalabschnitte 36 und 38 können
aber auch kontinuierlich ineinander übergehen und insbesondere
jeweils einen sich in Durchströmungsrichtung 22 gesehen
verkleinernden Strömungsquerschnitt 52 bzw. 54 aufweisen.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wärmequelle 12.
Diese weist ebenfalls einen Strömungskanal 18 mit
einem sich in Durchströmungsrichtung 22 gesehen
verkleinernden Strömungsquerschnitt auf. So ist der Strömungsquerschnitt 52 eines
ersten Kanalabschnitts 36 größer als ein
Strömungsquerschnitt 54 eines zweiten Kanalabschnitts 38.
Die Verkleinerung des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 18 wird
dadurch erreicht, dass eine durch den Abstand der bodenseitigen
Strömungskanalbegrenzung 26 und der deckenseitigen
Strömungskanalbegrenzung 28 bestimmte Strömungska nalhöhe 62 sich
in Durchströmungsrichtung 22 des Strömungskanals 18 gesehen
verringert.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wärmequelle 12 dargestellt.
Diese weist einen im Querschnitt konstanten Strömungskanal 18 auf, der
sich von einem Strömungseingang 20 bis hin zu einem
Strömungsausgang 24 erstreckt. Die Wärmequelle 12 gemäß 4 umfasst
mindestens eine Fluidführungseinrichtung 63, mittels
welcher ein Teilstrom eines wärmeabgebenden Fluids dem
zweiten Kanalabschnitt 38 unter Umgehung des ersten Kanalabschnitts 36 zuführbar
ist.
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Die
Fluidführungseinrichtung 63 weist zwei Fluidführungsleitungen 64 und 66 auf.
Die Fluidführungsleitungen 64 und 66 sind
außerhalb des Strömungskanals 18 angeordnet
und münden in Durchströmungsrichtung 22 des
Strömungskanals 18 gesehen hinter einem ersten
Kanalabschnitt 36 an oder in einem in Durchströmungsrichtung 22 gesehen
folgenden zweiten Kanalabschnitt 38.
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Bei
Verwendung der in 4 dargestellten Wärmequelle 12 bei
einem Generator 10 wird ein Fluidstrom, dessen Wärme
zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden soll, in mehrere
Teilströme aufgeteilt. Ein erster Teilstrom 72 wird
in den Strömungskanal 18 eingeleitet und durchströmt
sowohl den ersten Kanalabschnitt 36 als auch den zweiten Kanalabschnitt 38.
Ein zweiter Teilstrom 74 wird über die Fluidkanäle 68 und 70 unter
Umgehung des ersten Kanalabschnitts 36 in oder zu dem zweiten
Kanalabschnitt 38 geleitet. Auf diese Weise kann der zweite
Kanalabschnitt 38 mit einem noch nicht abgekühlten
Fluid versorgt werden, so dass in Durchströmungsrichtung 22 gese hen
entlang der Wärmequelle 12, insbesondere entlang
der Strömungskanalbegrenzungen 26 und 28,
ein gleichmäßiges Temperaturprofil erzeugt werden
kann.
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Bei
einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
wird ein erster Teilstrom 72 nach Durchströmung
des ersten Kanalabschnitts 36 abgezweigt, so dass dieser
Teilstrom 72 den zweiten Kanalabschnitt 38 nicht
durchströmt.
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Eine
Vergleichmäßigung des in Durchströmungsrichtung 22 anliegenden
Temperaturprofils jeder der vorstehend beschriebenen Wärmequellen 12 kann
in Alleinstellung oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen
Maßnahmen auch dadurch erreicht werden, dass zumindest
eine der Wandstärken der Strömungskanalbegrenzungen 26, 28, 30 in Durchströmungsrichtung 22 variiert
wird. Hierbei ist eine Wandstärke einer Strömungskanalbegrenzung 26, 28, 30 eines
ersten Kanalabschnitts 36 höher als eine Wandstärke
einer Strömungskanalbegrenzung 26, 28, 30 eines
in Durchströmungsrichtung 22 folgenden zweiten
Kanalabschnitts 38.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Wandstärke einer Strömungskanalbegrenzung
variiert wird, welche für eine zu einem thermoelektrischen
Modul 14, 16 benachbarte Anordnung vorgesehen
ist. Dies sind insbesondere die Strömungskanalbegrenzungen 26 und 28.
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In 5 ist
eine Wärmequelle 12 dargestellt, in deren Strömungskanal 18 zur
Vergrößerung der Oberfläche eines ersten
Kanalabschnitts 36 und eines zweiten Kanalabschnitts 38 jeweils
Rippenelemente 76, 78 angeordnet sind.
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Die
Rippenelemente 76, 78 erstrecken sich in einer
zu der Durchströmungsrichtung 22 des Strömungskanals 18 parallelen
Richtung. Die Rippendichte der Rippenelemente 78 des zweiten
Kanalabschnitts 38 ist höher als die Rippendichte
der Rippenelemente 76 des ersten Kanalabschnitts 36.
Die Rippenelemente 76 und 78 können insbesondere
versetzt zueinander angeordnet sein, um eine sogenannte "Offset"-Anordnung
zu schaffen.
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Mit
Hilfe der in 5 dargestellten Rippenelemente 76 und 78 kann
eine Oberfläche eines Kanalabschnitts 36, 38 vergrößert
werden. Diese Maßnahme kann jeder der vorstehend diskutierten
Maßnahmen zur Vergleichmäßigung eines
Temperaturprofils einer Wärmequelle 12 überlagert
werden.
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In 6 ist
eine Seitenansicht eines Rippenelements 80 zur Anordnung
in einem Strömungskanal 18 einer Wärmequelle 12 dargestellt.
Das Rippenelement 80 weist eine Rippenelementlänge 82 auf
sowie eine Rippenelementhöhe 84. Die Rippenelementlänge 82 kann
der Länge eines Strömungskanals 18 entsprechen,
sich also von einem Strömungseingang 20 bis hin
zu einem Strömungsausgang 24 eines Strömungskanals 18 einer
Wärmequelle 12 erstrecken.
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Das
Rippenelement 80 weist eine Rippenelementhöhe 84 auf,
welche dem Abstand von zwei einander gegenüberliegenden
Strömungskanalbegrenzungen 26, 28 entsprechen
kann. Auf diese Weise kann das Rippenelement 80 eine Wärmequelle 12 versteifen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn auf mindestens einer der
Außenseiten der Strömungskanalbegrenzungen 26, 28 thermoelektrische Module 14, 16 angeordnet
sind, die gegebenenfalls unter Verwendung weiterer Wärmesenken
und/oder Wärmequellen mit der Wärmequelle 12 verspannt werden.
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Das
Rippenelement 80 weist eine Materialaussparung 86 auf,
welche von einander gegenüberliegenden Abschnitten 88, 90 des
Rippenelements 80 begrenzt ist. Die Abschnitte 88 und 90 erweitern sich
in Durchströmungsrichtung 22 gesehen. Auf diese
Weise verkleinert sich die Materialaussparung 86 in Durchströmungsrichtung 22 gesehen.
Hierdurch wird die für eine Wärmeaufnahme zur
Verfügung stehende Oberfläche einer Wärmequelle 12 in
Durchströmungsrichtung 22 gesehen vergrößert.
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In 7 ist
ein zweiter Kanalabschnitt 38 einer Wärmequelle 12 eines
mehrflutigen Generators dargestellt. Ein solcher Generator weist
eine Mehrzahl von Strömungskanälen 18a, 18b auf.
Die Strömungskanäle 18a und 18b verlaufen
vorzugsweise parallel zueinander.
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Zwischen
den Strömungskanälen 18a und 18b ist
eine Fluidführungseinrichtung 63 in Form einer
Fluidführungsleitung 92 angeordnet. Die Fluidführungsleitung 92 dient
zur Führung eines Teilstroms 74 eines wärmeabgebenden
Fluids, welcher dem zweiten Kanalabschnitt 38 unter Umgehung
eines in 7 nicht dargestellten ersten
Kanalabschnitts 36 zugeführt wird.
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Die
Fluidführungsleitung 92 steht über Verbindungsleitungen 96a, 96b mit
jeweils einem Strömungskanal 18a, 18b in
fluidwirksamer Verbindung. Auf diese Weise kann dem Strömungskanal 18a ein Anteil 74a und
dem Strömungskanal 18b ein Anteil 74b des
Teilstroms 74 zugeführt werden.
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Die
Fluidführungseinrichtung 63 umfasst eine weitere
Fluidführungsleitung 94. Diese ist ebenfalls zwischen
den Strömungskanälen 18a und 18b angeordnet
und verläuft insbesondere parallel zu der Fluidführungsleitung 92.
Die Fluidführungsleitung 94 steht über
eine Verbindungsleitung 98 mit dem Strömungskanal 18b in
fluidwirksamer Verbindung. Auf diese Weise kann ein Anteil eines
den zweiten Kanalabschnitt 38 des Strömungskanals 18b durchströmenden
Fluids aus dem Strömungskanal 18b heraus abgezweigt
und mit Hilfe der Fluidführungsleitung 94 abgeführt
werden.
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In 8 ist
eine weitere Ausführungsform eines thermoelektrischen Generators 10 dargestellt. Der
Generator 10 weist eine Wärmequelle 12 mit
einem Strömungskanal 18 auf. Der Strömungskanal 18 ist
durch eine bodenseitige Strömungskanalbegrenzung 26,
einander gegenüberliegende seitliche Strömungskanalbegrenzung 30 sowie
durch eine in 8 nicht dargestellte deckenseitige
Strömungskanalbegrenzung begrenzt. Der Strömungskanal 18 erstreckt
sich von einem Strömungseingang 20 bis hin zu
einem Strömungsausgang 24.
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Der
Generator 10 gemäß 8 umfasst
eine Fluidführungseinrichtung 63. Die Fluidführungseinrichtung 63 weist
eine Mehrzahl von Fluidführungselementen 100 auf.
Die Fluidführungselemente 100 sind insbesondere
wandförmig und erstrecken sich quer oder schräg
zu einer Durchströmungsrichtung 22 der Wärmequelle 12.
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Der
Generator 10 des in 8 dargestellten Ausführungsbeispiels
weist drei Fluidführungselemente 100 auf, welche
zueinander parallel oder im Wesentlichen parallel angeordnet sind.
Jeweils zwei zueinander benachbarte Fluidführungselemente 100 begrenzen
einen ersten Kanalabschnitt 36 und einen zweiten Kanalabschnitt 38.
Jedem der Kanalabschnitte 36, 38 ist mindestens
ein thermoelektrisches Modul 14, 16 zugeordnet.
Die Module 14, 16 können beispielsweise
unterhalb der bodenseitigen Strömungskanalbegrenzung 26 oder
oberhalb der in 8 nicht dargestellten deckenseitigen
Strömungskanalbegrenzung angeordnet sein.
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Die
Fluidführungseinrichtung 63 weist ein zentrales
Fluidführungselement 100 auf, welches die Kanalabschnitte 36 und 38 voneinander
trennt. Mit Hilfe dieses Fluidführungselements kann ein
durch den Strömungseingang 20 in den Strömungskanal 18 der
Wärmequelle 12 eingeleiteter Fluidstrom in einen ersten
Teilstrom 72 und in einen zweiten Teilstrom 74 aufgeteilt
werden.
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Der
erste Teilstrom 72 strömt durch den ersten Kanalabschnitt 36 und
stellt auf diese Weise einen Wärmestrom für das
thermoelektrische Modul 14 bereit. Der zweite Teilstrom 74 wird
dem zweiten Kanalabschnitt 38 unter Umgehung des ersten
Kanalabschnitts 36 zugeführt. Auf diese Weise
kann dem thermoelektrischen Modul 16 des zweiten Kanalabschnitts 38 ein
Wärmestrom zugeführt werden.
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Die
Teilströme 72 und 74 führen
beide zu dem Strömungsausgang 24 der Wärmequelle 12.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein in die Wärmequelle 12 einströmender
Fluidstrom gleich einem aus der Wärmequelle 12 ausströmenden
Fluidstrom. Der Teilstrom 74 ist vorzugsweise gleich dem Teilstrom 72.
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Ein
in 9 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines
Generators 10 weist einen zu dem Generator 10 gemäß 8 vergleichbaren
Aufbau auf. Der Generator 10 gemäß 9 umfasst
an Stelle eines zentralen Fluidführungselements 100 zwei
in dem Strömungskanal 18 der Wärmequelle 12 angeordnete
Fluidführungselemente 102 und 104.
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In
Erweiterung zu dem Generator 10 gemäß 8 weist
der Generator 10 gemäß 9 zusätzlich
zu dem ersten Kanalabschnitt 36 und zu dem zweiten Kanalabschnitt 38 einen
weiteren Kanalabschnitt 106 auf. Dem weiteren Kanalabschnitt 106 ist kein
thermoelektrisches Modul zugeordnet oder alternativ hierzu ein gegenüber
hohen Temperaturen unempfindliches thermoelektrisches Modul.
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Der
Generator 10 umfasst eine Einstelleinrichtung 108 in
Form eines Einstellelements 110. Das Einstellelement 110 ist
insbesondere in Form eines Schiebers ausgebildet.
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Das
Einstellelement 110 ist innerhalb des Strömungskanals 18 der
Wärmequelle 12 angeordnet. Das Einstellelement 110 weist
eine erste Öffnung 112 zur Durchströmung
mit einem Fluid auf. Die Öffnung 112 ist dem ersten
Kanalabschnitt 36 der Wärmequelle 12 zugeordnet.
Das Einstellelement 110 weist eine zweite Öffnung 114 auf,
welche dem zweiten Kanalabschnitt 38 zugeordnet ist.
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Das
Einstellelement 110 ist in Betätigungsrichtungen 116 relativ
zu der Wärmequelle 12 verschieblich, insbesondere
stufenlos. Die Betätigungsrichtungen 116 sind
insbesondere parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Durchströmungsrichtung 22 der
Wärmequelle 12.
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In
der in 9 dargestellten Stellung des Einstellelements 110 fluchtet
die erste Öffnung des Einstellelements 110 mit
dem ersten Kanalabschnitt 36. Ein Teilabschnitt der zweiten Öffnung
des Einstellelements 110 fluchtet mit dem zweiten Kanalabschnitt 38 der
Wärmequelle 12. Ein Abschnitt 118 des Einstellelements 110 verschließt
den weiteren Kanalabschnitt 106.
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In
der vorstehend beschriebenen Stellung des Einstellelements 110 wird
dem ersten Kanalabschnitt 36 durch die erste Öffnung 112 des
Einstellelements 110 hindurch ein erster Teilstrom 72 eines die
Wärmequelle 12 durchströmenden Fluids
zugeleitet. Auf diese Weise wird ein thermoelektrisches Modul 14 mit
einem Wärmestrom versorgt. Ein zweiter Teilstrom 74 des
Fluid gelangt unter Umgehung des ersten Kanalabschnitts 36 durch
die zweite Öffnung 114 des Einstellelements 110 hindurch
in den zweiten Kanalabschnitt 38. Auf diese Weise kann
ein thermoelektrisches Modul 16 mit einem Wärmestrom versorgt
werden.
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Ausgehend
von der in 9 dargestellten Stellung des
Einstellelements 110 kann dieses entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 22 verschoben werden.
Hierdurch gelangt ein zwischen den Öffnungen 112 und 114 angeordneter
Abschnitt 120 in Überdeckungslage mit dem ersten
Kanalabschnitt 36. Auf diese Weise wird der erste Teilstrom 72,
der durch den ersten Kanalabschnitt 36 hindurchgeleitet
wird, reduziert. Die Verkleinerung des Teilstroms 72 geht mit
einer Erhöhung des Teilstroms 74 einher, sodass dem
Modul 16 des zweiten Kanalabschnitts 38 ein höherer
Wärmestrom zugeführt wird.
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Wenn
das Betätigungselement 110 weiter in einer zu
der Durchströmungsrichtung 22 entgegengesetzten
Richtung bewegt wird, gelangt der Abschnitt 118 des Einstellelements 110 in Überdeckungslage
mit dem Fluidführungselement 104. Auf diese Weise
wird ein Strömungszugang in den weiteren Kanalabschnitt 106 geschaffen.
Dies ermöglicht die Nutzung des Kanalabschnitts 106 als
internen "By-Pass". Ein solcher By-Pass kann genutzt werden um eine Überhitzung
von Teilen des Generators 10 zu vermeiden.
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Ausgehend
von der in 9 dargestellten Stellung des
Einstellelements 110 kann dieses auch in Strömungsrichtung 22 verschoben
werden. Hierdurch werden die Kanalabschnitte 36 und 38 teilweise
oder ganz verschlossen und der weitere Kanalabschnitt 106 ("By-Pass")
wird geöffnet. Vorzugweise sind die Abmessungen der Öffnungen 112 und 114 des
Einstellelements 110 und die Abmessungen der Kanalabschnitte 36 und 38 derart
aufeinander abgestimmt, dass die durch die Kanalabschnitte 36 und 38 geleiteten
Teilströme 72 und 74 gleich groß sind.
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Alternativ
zu der in der Zeichnung dargestellten Einstelleinrichtung 108,
mittels welcher die Teilströme 72, 74 mehrerer
Kanalabschnitte 36, 38 steuerbar sind, können
auch mehrere Einstelleinrichtungen verwendet werden, welche jeweils
nur einen durch einen der Kanalabschnitte 36, 38 zu
leitenden Teilstrom steuern. Eine entsprechende, separate Einstelleinrichtung
kann auch für den weiteren Kanalabschnitt 106 vorgesehen
sein.
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Auch
die mit Bezug auf 8 und 9 beschriebenen
Aufbauten können für einen mehrflutigen Generator 10 eingesetzt
werden. Hierbei kann beispielsweise eine Wärmequelle 12 mit
einem quer zur Durchströmungsrichtung gesehen zentralen
Strömungseingang 20 und zwei dezentralen Strömungsausgänge 24 verwendet
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6028263 [0004, 0004]
- - US 5974803 [0005]