DE102009013535A1 - Thermoelectric generator for generating electrical energy for heat energy from e.g. internal combustion engine of motor vehicle, has circular or oval pipe transmitting hot or cold medium along heat transmission path - Google Patents

Thermoelectric generator for generating electrical energy for heat energy from e.g. internal combustion engine of motor vehicle, has circular or oval pipe transmitting hot or cold medium along heat transmission path Download PDF

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Abstract

The generator (1) has a thermoelectric module (3) provided with upper- and lower sides and thermoelectric active materials extending between the upper- and lower sides. A circular or oval pipe (2) transmits hot medium i.e. exhaust gas, or cold medium along a heat transmission path (11), such that the upper side stands in thermal contact with the hot medium and the lower side stands in thermal contact with the cold medium. The thermoelectric module includes an enveloping body to protect the active materials against influences or fluid contaminants from outer side of the thermoelectric module.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermoelektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 1.The The present invention relates to a thermoelectric device according to claim 1.

Unter einem thermoelektrischen Generator (TEG) wird ein Wärmetauscher verstanden, der mit thermoelektrisch aktivem Material bestückt ist. Wird dieses Material einer Temperaturdifferenz ausgesetzt, erzeugt der TEG elektrische Energie. Die Temperaturdifferenz entsteht im TEG dadurch, dass heiße (z. B. Abgas in einem Fahrzeug) und kalte Medien (z. B. Kühlmittel in einem Fahrzeug) aneinander vorbeigeführt werden.Under a thermoelectric generator (TEG) is a heat exchanger understood that equipped with thermoelectrically active material is. If this material is exposed to a temperature difference, The TEG generates electrical energy. The temperature difference arises in the TEG by that hot (eg exhaust in a vehicle) and cold media (eg, coolant in a vehicle) to each other be passed.

Die Druckschriften EP 000001230475B1 , EP 000001475532A2 , WO 2007026432 , JP000010281015AA , JP002000282960AA , JP 002004068608AA , JP 002005083251AA oder JP002005117836AA offenbaren zwar Ansätze unter Verwendung eines solchen TEG, jedoch sind diese Anwendungen wenig effizient auf Grund nachteiliger Anbindung der thermoelektrischen Module an einen Wärmetauscher.The pamphlets EP 000001230475B1 . EP 000001475532A2 . WO 2007026432 . JP000010281015AA . JP002000282960AA . JP 002004068608AA . JP 002005083251AA or JP002005117836AA while disclosing approaches using such a TEG, however, these applications are less efficient due to adverse attachment of the thermoelectric modules to a heat exchanger.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte thermoelektrische Vorrichtung zu schaffen, die eine Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärmeenergie ermöglicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der thermoelektrischen Vorrichtung werden durch die Unteransprüche definiert.It the object of the present invention is an improved thermoelectric Device to create a generation of electrical energy from heat energy allows. Advantageous embodiments The thermoelectric device are characterized by the subclaims Are defined.

Diese Aufgabe wird durch eine thermoelektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a thermoelectric device according to claim 1 solved.

Die vorliegende Erfindung schafft eine thermoelektrische Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärme, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale umfasst:

  • – ein thermoelektrisches Modul, das eine erste Hauptoberfläche und eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist, wobei das thermoelektrische Modul eine Mehrzahl von Elementen mit einem thermoelektrisch aktiven Material aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zwischen der ersten und der zweiten Hauptoberfläche des thermoelektrischen Moduls erstrecken und die ferner ausgebildet sind, um bei einem thermischem Kontakt mit Medien unterschiedlicher Temperatur eine elektrische Energie bereitzustellen; und
  • – eine Haltestruktur, die zur Führung eines warmen und eines kalten Mediums und zur Halterung des thermoelektrischen Moduls ausgebildet ist, wobei die Haltestruktur ferner ausgebildet ist, um das kalte Medium derart zu führen, dass es in thermischen Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche tritt und das warme Medium derart zu führen, dass es in thermischen Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche tritt.
The present invention provides a thermoelectric device for generating electrical energy from heat, the device comprising the following features:
  • A thermoelectric module having a first major surface and a second major surface opposite the first major surface, the thermoelectric module comprising a plurality of thermoelectric active material elements extending substantially perpendicularly between the first and second major surfaces of the thermoelectric module and further configured to provide electrical energy upon thermal contact with different temperature media; and
  • A support structure adapted to guide a hot and a cold medium and to support the thermoelectric module, wherein the support structure is further configured to guide the cold medium to make thermal contact with the first major surface and the warm one To guide medium such that it comes into thermal contact with the second major surface.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die thermoelektrischen Materialien in dem thermoelektrischen Modul optimal in dem Wärmestrom zwischen dem warmen und dem kalten Medium ausgerichtet sind, wenn sie im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen des thermoelektrischen Moduls positioniert sind. Als Hauptoberflächen des thermoelektrischen Moduls werden dabei die Oberflächenseitendes thermoelektrischen Moduls betrachtet, die gegenüber anderen Oberflächenseiten des thermoelektrischen Moduls mit Abstand am größten sind. Zusätzlich wird durch die Haltestruktur sichergestellt, dass eine thermische Kontaktierung des thermoelektrischen Moduls über die Hauptoberflächen erfolgt, so dass eine sehr große Wärmeaustauschfläche zur Übertragung der Wärme an die Elemente mit dem thermoelektrischen Material besteht, wobei eine optimale Ausrichtung dieser Elemente zur Energieerzeugung besteht.Of the The present invention is based on the finding that the thermoelectric Materials in the thermoelectric module optimally in the heat flow are aligned between the warm and the cold medium, though they are essentially perpendicular to the main surfaces of the thermoelectric module are positioned. As main surfaces of the thermoelectric module while the Oberflächenseitendes considered thermoelectric module, compared to others Surface sides of the thermoelectric module with distance at biggest ones are. In addition, by the Holding structure ensures that a thermal contact of the thermoelectric module over the main surfaces takes place, leaving a very large heat exchange surface to transfer the heat to the elements with the thermoelectric material, with an optimal orientation consists of these elements for energy production.

Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Kontaktierung über die Hauptoberflächen des thermoelektrischen Moduls eine gegenüber dem Stand der Technik deutliche bessere thermische Kontaktierung und damit eine deutlich bessere Ausnutzung des thermoelektrischen Effektes für die zur Verfügung stehenden Wärme möglich wird. Zugleich kann die Erfindung technisch einfach ungesetzt werden, da im Wesentlichen lediglich eine günstige Anordnung der thermoelektrischen Materialien und eine einfache Haltekonstruktion zur Führung der Medien mit unterschiedlicher Temperatur vorzusehen sind.The present invention has the advantage that by the contact via the main surfaces of the thermoelectric module a over the prior art significantly better thermal contact and thus a much better utilization of the thermoelectric Effect on the available heat becomes possible. At the same time, the invention can be technically simple be set, because essentially only a cheap Arrangement of thermoelectric materials and a simple support structure to guide the media with different temperature to be provided.

In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung kann das thermoelektrische Modul einen Hüllkörper umfassen, der ausgebildet ist, um die Elemente aus dem thermoelektrischen Material gegen Einflüsse oder Verunreinigungen von außerhalb des thermoelektrischen Elements zu schützen, wobei die erste und zweite Hauptoberfläche durch Flächen des Hüllkörpers gebildet werden. Eine solche Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass das thermoelektrische Modul optimal gegen Umwelteinflüsse, insbesondere fluidische Umwelteinflüsse, geschützt ist und auch die Positionierung der einzelnen thermoelektrischen Materialien gesichert ist.In a favorable embodiment of the invention the thermoelectric module can be an enveloping body include, which is adapted to the elements of the thermoelectric Material against influences or contamination from outside to protect the thermoelectric element, the first and second major surface through surfaces of the enveloping body be formed. Such an embodiment of the invention offers the advantage that the thermoelectric module optimally against Environmental influences, in particular fluid environmental influences, is protected and also the positioning of each thermoelectric Materials is secured.

Auch kann das thermoelektrische Modul zumindest ein Anschlusselement aufweisen, das von einer Oberfläche des thermoelektrischen Moduls absteht und das ausgebildet ist, um eine mechanische Verbindung zwischen dem thermoe lektrischen Modul und der Haltestruktur zu verbessern. Ein derart ausgestaltetes thermoelektrisches Modul weist eine sehr gute Befestigungsmöglichkeit an der Haltestruktur auf, wodurch eine hohe Lebensdauer der thermoelektrischen Vorrichtung bei sehr guten gleichbleibendem Wirkungsgrad möglich wird.Also the thermoelectric module can at least one connection element that is from a surface of the thermoelectric Module protrudes and which is adapted to a mechanical connection between the thermoelectric module and the support structure to improve. Such a configured thermoelectric module has a very good Attachment to the support structure on, which a high life of the thermoelectric device at very good constant efficiency is possible.

Ferner kann auch die erste und/oder zweite Hauptoberfläche eine Profilierung aufweisen. Dies ermöglicht eine Turbulenzbildung beispielsweise beim Überströmen der entsprechenden Hauptoberflächen des thermoelektrischen Moduls durch eines der Medien, so dass eine optimale Wärme- bzw. Kälteübertragung von dem entsprechenden Medium an das thermoelektrische Modul möglich wird.Further can also be the first and / or second main surface one Have profiling. This allows turbulence formation for example, when overflowing the corresponding Main surfaces of the thermoelectric module by one of Media, allowing optimal heat or cold transmission from the corresponding medium to the thermoelectric module possible becomes.

Auch kann die Trägerstruktur zumindest ein Rohr aufweisen, das zur Führung eines der Medien, insbesondere des warmen Mediums ausgebildet ist, wobei die erste oder zweite Hauptoberfläche des thermoelektrischen Moduls mit dem Medium in dem Rohr thermisch kontaktierbar ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine möglichst große Fläche zur Wärme- bzw. Kälteübertragung von dem warmen bzw. kalten Medium an das thermoelektrische Modul genutzt werden.Also the support structure may comprise at least one tube, the to guide one of the media, especially the warm medium is formed, wherein the first or second main surface thermoelectric module with the medium in the tube thermally is contactable. In this way can be advantageous as possible large area for heat or cold transmission from the warm or cold medium to the thermoelectric module be used.

Um eine weitere Verbesserung der Wärmeübertragung zu ermöglichen, kann in dem Rohr oder um das Rohr herum eine Turbulenzeinlage angeordnet sein und/oder das Rohr an einer Außenseite und/oder an einer Innenseite der Wand des Rohres eine Profilierung aufweisen.Around a further improvement of heat transfer can allow in the pipe or around the pipe be disposed a turbulence insert and / or the tube at a Outside and / or on an inside of the wall of the pipe a Have profiling.

Günstig ist es auch, wenn das Rohr zumindest eine Öffnung aufweist, und wobei ein thermoelektrisches Modul derart angeordnet ist, dass die Öffnung durch das thermoelektrische Modul im Wesentlichen verschlossen oder zumindest abgedeckt ist. Hierdurch ist es möglich, dass das warme oder kalte Medium direkt die erste oder zweite Hauptoberfläche berührt, wodurch die Wärme einen deutlich geringeren Wärmeübergangswiderstand braucht, als wenn die Wärme über ein weiteres Medium wie eine Rohrwand geleitet werden müsste.Cheap it is also, if the tube has at least one opening, and wherein a thermoelectric module is arranged such that the opening through the thermoelectric module substantially closed or at least covered. This makes it possible that the warm or cold medium directly touches the first or second main surface, whereby the heat has a significantly lower heat transfer resistance needs, as if the heat over another Medium like a pipe wall would have to be routed.

Auch kann das Rohr ein Flachrohr sein und die Breite der Öffnung näherungsweise der Breite des Flachrohres entsprechen, insbesondere zumindest achtzig Prozent der Breite des Flachrohres entsprechen. Dies stellt sicher, dass ein möglichst großer Teil der Innenseite des Rohres durch eine der Hauptoberflächen des thermoelektrischen Moduls ausgekleidet ist, so dass das Medium in dem Rohr eine möglichst große Kontaktfläche zu dem thermischen Modul „sieht”. Dies begünstigt eine hohe Wärmeübertragungsrate.Also The tube may be a flat tube and the width of the opening approximately equal to the width of the flat tube, in particular at least eighty percent of the width of the flat tube correspond. This ensures that the largest possible Part of the inside of the tube through one of the main surfaces The thermoelectric module is lined so that the medium in the tube as large a contact surface to the thermal module "sees". This favors a high heat transfer rate.

Um eine möglichst kompakte Bauform der thermoelektrischen Vorrichtung zu erreichen, kann das Flachrohr an zwei gegenüberliegenden größeren (Breit-)Seiten des Flachrohres zumindest je eine Öffnung aufweisen, die durch je ein thermoelektrisches Modul im Wesentlichen verschlossen oder zumindest abgedeckt sind. Hierdurch kann auf kleinem Raum eine möglichst große Anzahl von thermoelektrischen Modulen in Kombination mit dem Rohr verbaut werden.Around a compact design of the thermoelectric To achieve device, the flat tube on two opposite larger (broad) sides of the flat tube at least each having an opening, each through a thermoelectric module are substantially closed or at least covered. hereby can in a small space as many as possible built of thermoelectric modules in combination with the pipe become.

Ferner kann eine bessere Turbulenz und damit eine höheren Wärmeaustauschmöglichkeit eines strömenden Mediums im Bereich des thermoelektrischen Moduls sichergestellt werden, wenn das an dem Rohr befestigte thermoelektrische Modul einen Strömungsquerschnitt für ein in dem Rohr oder ein um das Rohr herum strömendes Medium vergrößert oder verkleinert.Further can better turbulence and thus a higher heat exchange opportunity a flowing medium in the region of the thermoelectric Module be ensured if the attached to the pipe thermoelectric Module a flow cross section for a in the Pipe or a medium flowing around the pipe increases or reduced.

Um eine sehr gute und damit stabile Befestigung des thermoelektrischen Elementes an dem Rohr sicherzustellen, kann das Rohr zumindest einen Durchzug, einen Kragen, eine Sicke oder ein Fügeblech zur Befestigung des thermoelektrischen Moduls daran aufweisen.Around a very good and therefore stable attachment of the thermoelectric To ensure element on the tube, the tube can at least one Pull through, a collar, a bead or a joining sheet to Attaching the thermoelectric module have it.

Ein Toleranzausgleich durch thermisch bedingte Materialbewegungen während des Betriebs der thermoelektrischen Vorrichtung kann dadurch ermöglicht werden, dass das Rohr oder ein Fügeblech zumindest eine Prägung, eine Faltung, eine Biegung oder eine Sicke aufweist.One Tolerance compensation by thermally induced material movements during the operation of the thermoelectric device can thereby made possible be that the pipe or a Fügeblech at least one Embossing, a folding, a bend or a bead has.

Um eine möglichst gute Wärmeübertragung sicherzustellen, kann die Haltestruktur ein Gehäuse umfassen, wobei in dem Gehäuse das zumindest eine Rohr derart angeordnet ist, dass in dem Rohr das ein erstes (insbesondere das warme) Medium führbar ist und zwischen einer Außenwand des zumindest einen Rohres und einer Innenwand des Gehäuses ein zweites (insbesondere das kalte) Medium führbar ist. Dies ermöglicht, dass beispielsweise das kalte Medium frei um die Rohre herum fließen kann, so dass in dem Gehäuse eine möglichst große Temperaturdifferenz um das oder die thermoelektrische(n) Modul(e) herum herrscht, wodurch eine hohe elektrische Energieausbeute durch diese bereitgestellt werden kann.Around to ensure the best possible heat transfer For example, the support structure may comprise a housing, wherein in the Housing the at least one tube is arranged such that in the tube the first (especially the warm) medium feasible is and between an outer wall of the at least one tube and an inner wall of the housing a second (in particular the cold) medium is feasible. This makes possible, for example, the cold medium will flow freely around the tubes can, so that in the housing as large as possible Temperature difference around the thermoelectric module (s) around, whereby a high electrical energy yield through this can be provided.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Haltestruktur ferner einen Diffusor aufweisen, der an dem Gehäuse befestigt ist und der ausgebildet ist, um das in dem Rohr führbare Medium zu sammeln und in das zumindest eine Rohr einzuleiten oder aus dem Rohr auszuleiten. Dies ermöglicht eine gute Verteilung der durch das Rohr führbaren Medien, so dass die im Gehäuse angeordneten Rohre möglichst gleichmäßig von dem Medium durchströmt werden. Dies begünstigt eine möglichst optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Wärmeunterschieds zwischen den beiden Medien.In another embodiment of the present invention the support structure may further comprise a diffuser attached to the Housing is attached and which is adapted to the in to collect the tube feasible medium and in the at least one Initiate or discharge pipe from the pipe. this makes possible a good distribution of the media that can be guided through the pipe, so that the tubes arranged in the housing as possible flows through the medium evenly become. This favors the best possible Utilization of the available heat difference between the two media.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred Embodiments of the present invention will be with reference to the accompanying drawings explained. Show it:

1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines thermoelektrischen Generators (TEG) in isometrisch geschnittener Darstellung; 1 a representation of an embodiment of a thermoelectric generator (TEG) in isometric cut representation;

2 eine allgemeine Skizze eines thermoelektrischen Moduls (TEM) im Querschnitt; 2 a general sketch of a thermoelectric module (TEM) in cross section;

3 eine allgemeine Skizze eines TEM-Hüllkörpers im Querschnitt; 3 a general sketch of a TEM envelope in cross section;

4 eine Außenansicht des TEM in isometrischer Darstellung; 4 an external view of the TEM in isometric view;

5 eine Querschnittsdarstellung eines TEM mit Randerhöhung 5 a cross-sectional view of a TEM with edge enhancement

6 eine Querschnittsdarstellung eines TEM mit Rand-Absatz; 6 a cross-sectional view of a TEM with edge paragraph;

7 eine isometrische Außenansicht eines TEM mit beispielhafter Profilierung; 7 an isometric view of a TEM with exemplary profiling;

8 eine isometrische Außenansicht eines Rohres mit Öffnungen, beispielhaft mit Öffnungen oben und unten 8th an isometric view of a pipe with openings, for example with openings at the top and bottom

9 eine isometrisch geschnittene Außenansicht eines Rohres mit TEM, beispielhaft Öffnungen mit Durchzug; 9 an isometric cut outside view of a tube with TEM, exemplified openings with passage;

10 eine Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres mit Durchzug und eingelegtem TEM; 10 a cross-sectional view of openings of the tube with passage and inserted TEM;

11 eine Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres mit Durchzug und Kragen) und eingelegter TEM; 11 a cross-sectional view of openings of the tube with passage and collar) and inserted TEM;

12 eine Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres mit Durchzug und Sicke und eingelegtem TEM; 12 a cross-sectional view of openings of the tube with passage and bead and inserted TEM;

13 Querschnittsdarstellungen von Öffnungen des Rohres und aufgesetztes TEM; 13 Cross-sectional views of openings of the tube and mounted TEM;

14 eine Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres und eingesetztem TEM mit Fügeblech; 14 a cross-sectional view of openings of the tube and inserted TEM with Fügeblech;

15 eine Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres und aufgesetztem TEM mit Fügeblech; 15 a cross-sectional view of openings of the tube and mounted TEM with Fügeblech;

16 eine Querschnittsdarstellung von Öffnungen des Rohres und eingesetztem TEM mit Fügeblechen; 16 a cross-sectional view of openings of the tube and inserted TEM with Fügeblechen;

17 Darstellungen von Prägungen, Faltungen, Biegungen oder Sicken im Rohr oder im Fügeblech; 17 Depictions of embossments, folds, bends or beads in the tube or in the joining plate;

18 Querschnittsdarstellungen von Öffnungen des Rohres und einem eingesetzten TEM mit zweiteiligem, schweißbaren Hüllkörper; 18 Cross-sectional views of openings of the tube and an inserted TEM with two-part, weldable envelope body;

19 eine isometrische Bodenansicht; 19 an isometric bottom view;

20 eine isometrische Gehäuseansicht; 20 an isometric housing view;

21 eine isometrische Ansicht von Turbulenzeinlagen; 21 an isometric view of turbulence inserts;

22 eine Querschnittsdarstellung eines ersten alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 22 a cross-sectional view of a first alternative embodiment of the present invention;

23 eine isometrische Darstellung eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 23 an isometric view of a second alternative embodiment of the present invention;

24 eine Seitenansicht eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 24 a side view of a third alternative embodiment of the present invention;

25a–b eine Querschnittsdarstellung eines vierten alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei der Öffnungen des Rohres und ein eingesetztes TEM dargestellt sind; und 25a Fig. 3b is a cross-sectional view of a fourth alternative embodiment of the present invention showing openings of the tube and an inserted TEM; and

26a–c Querschnittsdarstellungen von verschiedenartigen Formen eines fünften alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung von Rohren mit integriertem TEM. 26a C Cross-sectional views of various forms of a fifth alternative embodiment of the present invention of integrated TEM tubes.

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Ferner werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei einem einschlägigen Fachmann klar ist, dass auch diese Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, auch wenn eines solche Kombination hier nicht explizit beschrieben ist.In the following description of the preferred embodiments of the present invention are for those in the various Drawings shown and similar acting elements the same or similar reference numerals used, wherein a repeated description of these elements is omitted. Further Various embodiments are described, wherein It is clear to a person skilled in the art that these too Embodiments can be combined even if such a combination is not explicitly described here is.

1 zeigt eine isometrische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines thermoelektrischen Generators 1 (TEG) bzw. einer thermoelektrischen Vorrichtung 1. Der TEG 1 ist in nachfolgender 1 im Längsschnitt (d. h. in axiale Richtung 9) dargestellt. Seine Bauform stellt aus konstruktiver, thermodynamischer Sicht einen Rohrbündel-Wärmetauscher dar. Anstatt der nachfolgend vielfach angeführten Edelstahl-Materialien können auch andere Metalle wie Aluminium oder Kupfer vorgesehen werden. Des Weiteren sind die nachfolgenden Abbildungen nicht maßstäblich. 1 shows an isometric sectional view of a first embodiment of a thermoelectric generator 1 (TEG) or a thermoelectric device 1 , The TEG 1 is in the following 1 in longitudinal section (ie in the axial direction 9 ). Its design represents a tube bundle heat exchanger from a constructive, thermodynamic point of view. Instead of the following often mentioned stainless steel materials, other metals such as aluminum or copper can be provided. Furthermore, the following illustrations are not to scale.

Der in 1 dargestellte TEG 1 besteht im Wesentlichen aus Rohren 2, an denen thermoelektrische Module (TEM) 3 angebracht sind. Ferner können evtl. Fügebleche 4 zur besseren Halterung an den Rohren 2 oder TEM 3 angebracht sein, um eine Verbindung zwischen den Rohren 2 und den TEM 3 zu verbessern. Zusätzlich sind Böden 5 vorgesehen, um zumindest ein Medium in die Rohre zu leiten. Auch können die Rohre 2 in einem Gehäuse 6 angeordnet sein, die Diffusoren oder Sammler 7 aufweisen, um ebenfalls ein Medium zu sammeln und in die Rohre 2 zu leiten. Um eine bessere Turbulenz und damit ein besseres Wärmeübertragungsverhalten sicherzustellen, können evtl. auch Turbulenzeinlagen 8 zwischen den Rohren 2 und dem Gehäuse 6 oder in den Rohren 2 angeordnet sein (was jedoch in 1 nicht dargestellt ist).The in 1 represented TEG 1 exists in Essentially from pipes 2 on which thermoelectric modules (TEM) 3 are attached. Furthermore, may possibly be Fügebleche 4 for better support on the pipes 2 or TEM 3 be attached to a connection between the pipes 2 and the TEM 3 to improve. In addition, floors are 5 provided to conduct at least one medium in the tubes. Also, the pipes can 2 in a housing 6 be arranged, the diffusers or collectors 7 to also collect a medium and into the tubes 2 to lead. To ensure a better turbulence and thus a better heat transfer behavior, possibly also turbulence inserts 8th between the pipes 2 and the housing 6 or in the pipes 2 be arranged (which, however, in 1 not shown).

Prinzipiell kann die thermoelektrische Vorrichtung 1 dazu verwendet werden, um die im Abgas (beispielsweise eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs) in Form von Wärme gespeicherte Energie besser zu nutzen, die bisher oftmals ungenutzt an die Umgebung abgeführt wird. Um den Wirkungsgrad der Anlage (beispielsweise des Fahrzeugs) zu erhöhen, und folglich den CO2-Ausstoss im Betrieb zu senken, wird ein TEG 1 implementiert, der einen Teil der Wärme in elektrische Energie umwandelt und diese an die Anlage zurückführt. Der TEG kann mit unterschiedlichem Nutzen an beliebiger Stelle im Abgasstrang oder in der Abgasrückführung untergebracht sein.In principle, the thermoelectric device 1 be used to better exploit the stored energy in the exhaust (for example, an internal combustion engine of a motor vehicle) in the form of heat, which is often often discharged unused to the environment. In order to increase the efficiency of the system (for example of the vehicle), and thus to reduce the CO 2 emissions during operation, a TEG 1 implemented, which converts a portion of the heat into electrical energy and this leads back to the system. The TEG can be accommodated with different benefits at any point in the exhaust system or in the exhaust gas recirculation.

Zum allgemeinen Funktionsprinzip eines thermoelektrischen Generators kann folgendes ausgeführt werden. Im TEG 1 werden beispielsweise im Gleich- oder Gegenstrom zwei Medien mit unterschiedlicher Temperatur entlang einer Wärmeübertragungsstrecke 11 aneinander vorbeigeführt, sodass es zu einem Wärmetransport vom warmen zum kalten Medium kommt. Die beiden Medien sind getrennt, sodass es zu keiner Durchmischung kommt. Beim heißen Medium handelt es sich beispielsweise um Abgas, beim kalten Medium beispielsweise um ein Wasser-Glysantin-Gemisch (Kühlmittel). Das Abgas entstammt beispielsweise einem Verbrennungsmotor, das Wasser-Glysantin-Gemisch einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung verschiedener und Motor-, Klimaanlagen-, oder Batteriekomponenten.For the general operating principle of a thermoelectric generator, the following can be carried out. In the TEG 1 For example, in cocurrent or countercurrent two media with different temperatures along a heat transfer path 11 passed each other, so that it comes to a heat transfer from the warm to the cold medium. The two media are separated, so there is no mixing. The hot medium is, for example, exhaust gas, the cold medium, for example, a water-glysantin mixture (coolant). For example, the exhaust gas comes from an internal combustion engine, the water-glysantin mixture a coolant circuit for cooling various and engine, air conditioning, or battery components.

Die Erzeugung von elektrischer Energie im TEG kann wir folgt beschrieben werden. In der Trennebene/-fläche zwischen heißem und kaltem Medium im TEG 1 werden thermoelektrische Module 3 (TEM) eingebracht. Das bedeutet, dass eine Seite 12 bzw. 13 des TEM 3 in direktem oder indirektem Kontakt zum heißen Medium steht, und die andere 13 bzw. 12 in direktem oder indirektem Kontakt zum kalten Medium. Die hierdurch anstehende Temperaturdifferenz zwischen der einen und anderen Seite 12, 13 des TEM 3 ruft Thermodiffusionsströme innerhalb der thermoelektrisch aktiven Materialien 14 (z. B. Halbleiter-Materialien) in dem TEM 3 hervor, wodurch eine elektrische Spannung entsteht (dies ist auch Seebeck-Effekt bekannt). Die elektrische Spannung kann in Form von elektrischem Strom abgegriffen werden. Hierzu wird der elektrische Strom über Elektro-Kabel 15, die in das Innere des TEM 16 führen und dort angeschlossen sind einem elektrischen Verbraucher oder einem elektrischen Speicher außerhalb des TEG 1 zugeführt.The generation of electrical energy in the TEG can be described as follows. In the parting plane / area between hot and cold medium in the TEG 1 become thermoelectric modules 3 (TEM) introduced. That means a page 12 respectively. 13 of the TEM 3 is in direct or indirect contact with the hot medium, and the other 13 respectively. 12 in direct or indirect contact with the cold medium. The resulting temperature difference between the one and the other side 12 . 13 of the TEM 3 calls thermal diffusion currents within the thermoelectrically active materials 14 (eg semiconductor materials) in the TEM 3 resulting in an electrical voltage (this is also known Seebeck effect). The electrical voltage can be tapped in the form of electrical current. For this purpose, the electric power is via electric cable 15 that go into the interior of the TEM 16 lead and connected there are an electrical consumer or an electrical storage outside the TEG 1 fed.

Zum innenseiteigen Aufbau 16 eines TEM 3 (beispielsweise gemäß 2) lässt sich folgendes ausführen: Im TEM 3 wird abwechselnd eine Vielzahl thermoelektrisch aktiver Materialien 14 (z. B. n- und p-dotierte Halbleiter) über elektrische Leiter miteinander verschaltet. Die geometrische Ausrichtung der thermoelektrisch aktiven Materialien 14 weist im Wesentlichen in Richtung des Wärmestroms von der Warm- 12 bzw. 13 zur Kaltseite 13 bzw. 12. Als Werkstoff der thermoelektrisch (TE)-aktiven Materialien kommt beispielsweise PbTe oder BiTe in Frage.To the inside construction 16 a TEM 3 (for example according to 2 ) you can do the following: In the TEM 3 becomes a variety of thermoelectrically active materials alternately 14 (For example, n- and p-doped semiconductors) interconnected via electrical conductors. The geometric orientation of the thermoelectrically active materials 14 essentially points in the direction of the heat flow from the hot 12 respectively. 13 to the cold side 13 respectively. 12 , As a material of the thermoelectric (TE) -active materials, for example, PbTe or BiTe in question.

Um die gewünschten elektrischen Spannungen und Stromflüsse einzustellen, können die TEM-internen Halbleiter-Leitermaterialen gleich- oder parallelverschaltet werden. Dies gilt auch für die elektrische Verschaltung der TEM 3 untereinander.To set the desired electrical voltages and current flows, the TEM-internal semiconductor conductor materials can be connected in the same or in parallel. This also applies to the electrical interconnection of the TEM 3 among themselves.

Zu einem möglichen Hüllkörper 17 des TEM 3 (beispielsweise gemäß 3) lässt sich folgendes ausführen: Die thermoelektrisch aktiven Materialien 14 und die Leitermaterialien sollten nach außen hin 9, 10 elektrisch isoliert werden. Dazu wird das TEM 3 günstigerweise nach allen Seiten 9, 10 von einer elektrisch isolierenden Hüllschicht 17 umgeben. Dieser Hüllkörper 17 ist Teil der TEM 3 und schützt die elektrischen, inneren Komponenten 16 außerdem vor eindringendem Schmutz und vor Feuchtigkeit und ggf. Flüssigkeiten.To a possible envelope body 17 of the TEM 3 (for example according to 3 ), the following can be stated: The thermoelectrically active materials 14 and the conductor materials should be outward 9 . 10 be electrically isolated. For this, the TEM 3 Conveniently to all sides 9 . 10 from an electrically insulating coating layer 17 surround. This envelope body 17 is part of the TEM 3 and protects the electrical, internal components 16 In addition, from penetrating dirt and moisture and possibly liquids.

Als Hüllkörper-Material 17 kommt beispielsweise ein keramischer Werkstoff zum Einsatz. Der Hüllkörper 17 kann beispielsweise zweiteilig 17a, b aufgebaut werden. Die beiden Teile 17a, b sollten dann zueinander seitlich 27 durch eine Dichtung 18 abgedichtet werden. Dies kann beispielsweise in Form einer Klebung oder Lötung erfolgen. Einer der beiden Hüllkörper-Teile 17a oder b kann auch die Form einer Schale haben (wie es in 3 gezeigt ist), wobei dann das andere Teil 17a oder b in diese eingelegt wird, sodass man das Abdichten 18 des Hüllkörpers 17 auf die Ober- oder Unterseite 12, 13 verlegen kann. Dies kann bei der weiteren Anbindung des TEM 3 an den Wärmetauscher bzw. den thermoelektrischen Generator 1 vorteilhaft sein.As an envelope material 17 For example, a ceramic material is used. The envelope body 17 can, for example, in two parts 17a , b. The two parts 17a , b should then be laterally to each other 27 through a seal 18 be sealed. This can be done for example in the form of gluing or soldering. One of the two enveloping body parts 17a or b can also have the shape of a shell (as it is in 3 is shown), in which case the other part 17a or b is inserted into this, so that the sealing 18 of the envelope 17 on the top or bottom 12 . 13 can relocate. This can be done with the further connection of the TEM 3 to the heat exchanger or the thermoelectric generator 1 be beneficial.

Denkbar wäre auch eine Hülle aus einem Edelstahl, wobei dann zwischen dem thermoelektrischen Halbleiter-Leitermaterial und dem Edelstahl zusätzliche eine elektrisch isolierende Schicht eingebracht werden sollte. Diese Schicht könnte beispielsweise eine Kunststoff- oder Natursteinfolie dreidimensional verformbar sein. Auch könnte der Edelstahl-Hüllkörper auf der Innenseite 16 beschichtet sein (z. B. mit einer Keramik-Beschichtung).Also conceivable would be a shell made of a stainless steel, in which case between the thermoelectric semiconductor conductor material and the stainless steel additional an electrically insulating layer should be introduced. This layer could be, for example, a plastic or natural stone foil three-dimensionally deformable. Also, the stainless steel envelope could be on the inside 16 be coated (eg with a ceramic coating).

Es können verschiedene Ausführungsvarianten der TEM 3 verwendet werden, insbesondere bei einem keramischen bzw. nicht-metallischen Hüllkörper 17:
Im Nachfolgenden wird nicht mehr zwischen ein 17- oder mehrteiligem 17a, b Hüllkörper unterschieden. Die beschriebenen Ausführungen beziehen sich allgemein auf den Hüllkörper 17, und betreffen somit einen ein- oder mehrteiligem Hüllkörper 17a, b gleichermaßen.There may be different variants of the TEM 3 be used, in particular in a ceramic or non-metallic envelope body 17 :
The following is no longer between 17 - or multipart 17a , b enveloping body distinguished. The described embodiments relate generally to the enveloping body 17 , and thus relate to a one-part or multi-part enveloping body 17a , b alike.

Das Äußere 17 des TEM 3, insbesondere also dessen Hüllkörper 17, ist hauptsächlich flächig gestaltet und ähnelt einem Blech oder einer Scheibe. 4 zeigt ein Beispiel für ein derartiges TEM 3. Die Breite 20 und Länge 19 des TEM 3 übersteigt somit im Allgemeinen dessen Höhe 21. Das TEM 3 kann in flächiger Ansicht L × B rund kreisförmig oder oval oder vieleckig Viereck, Sechseck gestaltet sein. In bevorzugter Bauweise entspricht das TEM 3 einem flachen Würfel (siehe 4), wobei die Ecken auch teilweise stark abgerundet oder angefast sein können.The outer 17 of the TEM 3 , ie in particular its enveloping body 17 , is mainly flat and resembles a sheet metal or a disc. 4 shows an example of such a TEM 3 , The width 20 and length 19 of the TEM 3 thus generally exceeds its height 21 , The TEM 3 can be designed in a flat view L × B round circular or oval or polygonal square, hexagon. In a preferred construction, the TEM 3 a flat cube (see 4 ), where the corners may also be partially rounded or chamfered.

Es können unterschiedliche ausgestaltete TEM 3 verwendet werden:

  • 1. Das TEM 3 ist ohne weitere Merkmale ausgeführt.
  • 2. Das TEM 3 kann im Randbereich ein oder beidseitig 12, 13 (beispielweise gemäß 5) erhöht sein 22, um die wirksamen Verbindungsflächen mit dem Rohr 2, bzw. dessen Durchzüge 23 und/oder mit den Fügeblechen 4 zu erhöhen.
  • 3. Das TEM 3 kann im äußeren Bereich einen ein- oder beidseitigen 12, 13 Absatz 24 aufweisen (beispielsweise entsprechend 6).
  • 4. Die nach außen führenden Elektro-Kabel 15 des TEM 3 können Ober- oder unterseitig 12, 13 oder seitlich 27 angeordnet sein.
  • 5. Um den Wärmübergang zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, das TEM 3 ober- und/oder unterseitig 12, 13 zu profilieren 25 (z. B. durch eine Berippung gemäß 7). Die Profilierung 25 kann am Hüllkörper 17 durchgeführt oder nachträglich aufgebracht werden.
It can be different designed TEM 3 be used:
  • 1. The TEM 3 is executed without further features.
  • 2. The TEM 3 can be on the edge of one or both sides 12 . 13 (for example, according to 5 ) be increased 22 to the effective connection surfaces with the pipe 2 or its passages 23 and / or with the joining sheets 4 to increase.
  • 3. The TEM 3 can in the outer area a one- or two-sided 12 . 13 paragraph 24 have (for example, accordingly 6 ).
  • 4. The leading electrical cables 15 of the TEM 3 can be upper or lower side 12 . 13 or laterally 27 be arranged.
  • 5. To increase the heat transfer, it may be beneficial to use the TEM 3 above and / or below 12 . 13 to profile 25 (eg by a ribbing according to 7 ). The profiling 25 can on the envelope body 17 carried out or subsequently applied.

Der Sonderfall eines metallischen Hüllkörpers 17 eines TEM 3, sowie dessen konstruktive Gestaltung und Einbindung in den TEG 1, wird nachfolgend noch näher beschrieben.The special case of a metallic envelope 17 a TEM 3 , as well as its constructive design and integration into the TEG 1 , will be described in more detail below.

Als nächstes folgen einige Ausführungen zu den Rohren 2. Die Rohre 2 trennen die beiden Stoffströme (d. h. Medien) entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11, sprich in radialer Richtung 10.Next are some explanations of the pipes 2 , The pipes 2 separate the two streams (ie media) along the heat transfer path 11 , in the radial direction 10 ,

Die Rohre 2 sind in bevorzugter Weise Flachrohre bzw. Flachkanäle aus einem hochtemperaturbeständigen Edelstahl-Werkstoff. Diese Rohre 2 werden üblicherweise aus einem dünnwandigen Blech hergestellt, wobei das Blech zuerst geschnitten, dann gebogen und abschließend geschweißt werden kann. Prinzipiell sind jedoch auch andere Formen, z. B. die eines Rundrohres oder eines ovalen Rohres denkbar.The pipes 2 are flat tubes or flat channels made of a high temperature resistant stainless steel material in a preferred manner. These pipes 2 are usually made of a thin-walled sheet, the sheet first cut, then bent and finally welded. In principle, however, other forms, eg. As the conceivable of a round tube or an oval tube.

In den Rohren 2 wird das heiße oder das kalte Medium entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11 geführt. Bevorzugt wird dem Inneren 12 des Rohres 2 die Stoffführung des heißen Mediums zugeordnet, wobei dann das Äußere 13 des Rohres 2 mit dem kalten Medium in thermischem Kontakt steht.In the pipes 2 becomes the hot or cold medium along the heat transfer path 11 guided. Preference is given to the interior 12 of the pipe 2 assigned to the material guide of the hot medium, in which case the exterior 13 of the pipe 2 is in thermal contact with the cold medium.

Wie die TEM 3 können auch die Rohre 2 teilweise oder ganz profiliert oder berippt sein (z. B. durch eine Winglet-Struktur). Hierzu weisen die Rohre 2 eine entsprechende innere und/oder äußere Prägestruktur auf. Diese Strukturierung kann sich in dreierlei Hinsicht auf die strömenden Medien auswirken:

  • A. Aufbrechen der laminaren Grenzschicht Die Berippung wird im turbulenten Bereich angeströmt, wodurch sich der Wärmeübergang vom Medium zur Wandung verbessert.
  • B. Verwirbeln der Strömung Die Moleküle des Mediums strömen nicht mehr nur primär eindimensional entlang der Wärmeübertragungsstrecke, sondern dreidimensional bei einer beispielsweise spiral-förmigen Strömungsform. Die Dicke der laminaren Grenzschicht wird partiell verkleinert. Die Bereiche der Strömung mit max./min. Temperatur werden näher an die Rohrwandung herangeführt. Letztlich verbessert sich auch hierdurch der Wärmeübergang.
  • C. Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche der Wandung
Like the TEM 3 can also use the pipes 2 partially or completely profiled or ribbed (eg by a winglet structure). For this purpose, the pipes have 2 a corresponding inner and / or outer embossing structure. This structuring can affect the flowing media in three ways:
  • A. Breaking up of the laminar boundary layer The turbulence is impinged in the turbulent area, which improves the heat transfer from the medium to the wall.
  • B. Swirling the Flow The molecules of the medium no longer flow primarily one-dimensionally along the heat transfer path, but three-dimensionally in a, for example, spiral-shaped flow form. The thickness of the laminar boundary layer is partially reduced. The areas of the flow with max./min. Temperature are brought closer to the pipe wall. Ultimately, this also improves the heat transfer.
  • C. Enlargement of the heat-transferring surface of the wall

Die Länge der Rohre 2 entspricht der Wärmeübertragungsstrecke 11 im TEG 1. Der Anfang und das Ende der Rohre 2 stellt den Ein- und Austritt eines Mediums bevorzugt das warme Medium in die Wärmeübertragungsstrecke 11 innerhalb 12 des Rohres 2 dar.The length of the pipes 2 corresponds to the heat transfer path 11 in the TEG 1 , The beginning and the end of the pipes 2 Preferably, the inlet and outlet of a medium, the warm medium in the heat transfer path 11 within 12 of the pipe 2 represents.

Die Rohre 2 können in beliebiger Anzahl übereinander geschichtet sein. Die Rohre können ebenfalls in beliebiger Anzahl nebeneinander angeordnet sein. Außerhalb 13 der Rohre 2, also zwischen den einzelnen Rohrlagen- und Kolumnen, strömt das andere Medium bevorzugt das kalte Medium, weshalb sich die Rohre 2 gegenseitig nicht berühre brauchen.The pipes 2 can be stacked in any number of layers. The tubes can also be arranged side by side in any number. Outside 13 the pipes 2 , So between the individual Rohrlagen- and columns, the other medium flows preferably the cold medium, which is why the pipes 2 do not need touching each other.

Auf der Rohroberfläche können noppenartige, hervorstehende Gebilde eingeprägt sein, die eine gegenseitige Abstützung der Rohre 2 untereinander gewährleisten. An diesen Stellen besteht somit Kontakt zwischen den Rohren 2.On the pipe surface can noppenarti ge, protruding structures are imprinted, the mutual support of the pipes 2 ensure each other. At these points there is thus contact between the tubes 2 ,

Zum Fügen des Rohres 2 mit der TEM 3 lässt sich folgendes ausführen. Die Wandung der Rohre 2 weist oben und/oder unten, bzw. seitlich liegende Öffnungen/Durchbrüche 26 auf, wie dies beispielhaft in 8 dargestellt ist. Die oben und unten liegenden Öffnungen 26 werden bevorzugt. In einem Montageschritt werden die Rohre 2 und die TEM 3 zusammengebracht. Die TEM 3 werden hierbei in die Öffnungen 26 ein oder aufgesetzt/eingelegt. Folglich ist die Form der Öffnungen 26 auf die Form der TEM 3 konstruktiv und funktionell abgestimmt.For joining the pipe 2 with the TEM 3 the following can be done. The wall of the pipes 2 has top and / or bottom, or side openings / openings 26 on, as exemplified in 8th is shown. The top and bottom openings 26 are favored. In an assembly step, the pipes become 2 and the TEM 3 brought together. The TEM 3 be here in the openings 26 on or on / inserted. Consequently, the shape of the openings 26 on the shape of the TEM 3 matched constructively and functionally.

Je Rohr 2 sind beispielsweise ein oder mehrere Öffnungen vorgesehen. Die Öffnungen können hintereinander und/oder nebeneinander angeordnet sein. In jede der Öffnungen wird ein TEM eingebracht. Das heißt die Anzahl und Anordnung der Öffnungen entspricht derjenigen der TEM. In bevorzugter Ausführung sind die Öffnungen entlang des Rohr-Verlaufs hintereinander angeordnet, wobei der Abstand von Öffnung zu Öffnung möglichst klein gehalten wird, und die Breite der Öffnung näherungsweise der Breite des Rohres entspricht, also möglichst breit ist. Beispielsweise befinden sich die Öffnungen auf der Ober- und Unterseite des Rohres gleichermaßen.Per tube 2 For example, one or more openings are provided. The openings may be arranged one behind the other and / or next to each other. In each of the openings, a TEM is introduced. That is, the number and arrangement of the openings corresponds to that of the TEM. In a preferred embodiment, the openings along the tube course are arranged one behind the other, wherein the distance from opening to opening is kept as small as possible, and the width of the opening approximately corresponds to the width of the tube, that is as wide as possible. For example, the openings on the top and bottom of the tube are alike.

Die Rohre 2 sind mit den TEM 3 im Bereich der Öffnungen 26 verbunden wie dies beispielhaft in 9 dargestellt ist. Die Verbindung wird beispielsweise über eine Klebung oder stoffschlüssig über eine Lötung (z. B. mittels Glasloten) herbeigeführt. Dies gilt insbesondere für die Verwendung von einem nichtmetallischen Werkstoff der TEM-Hülle 17 wie beispielsweise einer Keramik. Bei der Verwendung eines Metalls, sodass sowohl Rohr 2 und TEM-Hülle 17 metallisch sind, kann auch eine Schweißung (z. B. Laser-Schweißung) als Verbindungstechnik vorteilhaft sein.The pipes 2 are with the TEM 3 in the area of the openings 26 connected as exemplified in 9 is shown. The connection is brought about, for example, by gluing or by material bonding via soldering (for example by means of glass solders). This applies in particular to the use of a non-metallic material of the TEM envelope 17 such as a ceramic. When using a metal, so that both pipe 2 and TEM sheath 17 Metallic, a welding (eg laser welding) can be advantageous as a connection technique.

Um die Effektivität des TEG 1 zu steigern, kann es außerdem vorteilhaft sein, wenn die oberflächigen Bereiche des Rohres 2 auf der einen 12 oder anderen Seite 13, welche nicht mit einem TEM 3 belegt sind, mit einem Wärmedurchgangswiderstand erhöhenden Beschichtung versehen sind oder in geeigneter Weise überdeckt (z. B. zwei-schaliger, miteinander geklippter Kunststoff-Mantel oder überzogen sind.To the effectiveness of the TEG 1 it may also be advantageous if the surface areas of the pipe 2 on the one 12 or other side 13 not with a TEM 3 are covered, provided with a heat transfer resistance increasing coating or covered in a suitable manner (eg, two-shell, clipped together plastic jacket or coated.

Im Folgenden werden einige Ausführungsvarianten der Öffnungen 26 der Rohre 2 mit einem Verbindungsmechanismus Rohr 2-TEM 3 erläutert.

  • 1. Die Öffnung 26 kann gemäß der Darstellung aus 10 mit einem Durchzug 23 ausgeführt werden. Der Durchzug 23 kann nach oben 13 und/oder unten 12 weisen. Das TEM 3 wird am Durchzug 23 mit dem Rohr 2 verbunden. Somit ist primär der außenliegende seitliche Bereich 27 des TEM 3 mit dem Rohr-Durchzug 23 verbunden, während die Ober 13- und Unterseite 12 nicht angebunden ist, bzw. größtenteils nicht angebunden ist. In der günstigen Ausführungsform wird das Innere 12 des Rohres 2 mit heißem Abgas durchströmt. Dann weisen die Durchzüge 23 beispielsweise nach außen 13. Die Verbindung liegt dann näher dem kalten Medium als dem warmen, weshalb die Verbindung thermisch und thermomechanisch weniger belastet wird.
  • 2. Die Durchzüge 23 aus dem unmittelbar vorausgehenden Absatz 1. können an deren Ende mit einem gebogen Kragen 28 gemäß 11 versehen sein, um eine zusätzliche Verbindungs- und/oder Haltefläche auf der Ober 13- oder Unterseite 12 des TEM 3 zu erhalten, und um ggf. die Montage zu erleichtern.
  • 3. Die Durchzüge 23 aus dem unmittelbar vorausgehenden Absatz 1. können an deren Anfang geknickt sein (beispielsweise mit einer Sicke 29 versehen sein). Der Abstand vom heißen Medium zur Verbindung Durchzug 23-TEM 3 wird vergrößert. Außerdem wird eine thermische Trennung dadurch geschaffen, dass die Verbindungsstelle vom kalten Medium in der Sicke 29 unterspült wird. Im Übrigen wird ggf. die Montage erleichtert. Die Sicke 29 kann zudem als Kompensationselement betrachtet werden um die durch Temperaturunterschiede hervorgerufenen Längenänderungen zu kompensieren oder eine Schwingungsübertragung auf die TEM zu vermeiden.
  • 4. Die Öffnung 26 ist ohne besondere zusätzliche Merkmale ausgeführt. Das TEM 3 wird dann nicht in die Öffnung 26 eingesetzt, sondern (beispielsweise entsprechend der Darstellung aus 13) auf der Innen 12- oder Außenseite 13 des Rohres 2 im Bereich der Öffnung 26 zentrisch aufgesetzt, wobei dann das TEM 3 breiter 20 und länger 19 sein kann als die Öffnung 26. Das TEM 3 wird an dessen Auflagefläche auf dem Rohr 2 mit diesem verbunden.
  • 5. Das TEM 3 ist im äußeren Bereich umlaufend mit einem Fügeblech 4 verbunden wie es beispielhaft in 14 dargestellt ist. Die Verbindung kann auf der Ober 13- oder Unterseite 12 und/oder an den Stirnseiten 27 bestehen. Das Fügeblech 4 überragt das TEM 3 nach allen Seiten. Das Fügeblech 4 kann mehrfach gebogen/geknickt sein. Die TEM-Fügeblech-Baugruppe 3, 4 wird in die Öffnung 26 des Rohres 2 eingesetzt. Der das TEM 3 seitlich überragende Bereich des Fügeblechs 4 wird mit dem Rohr 2 verbunden (z. B. durch Laser-Schweißen). Sollte der Rand der TEM 3 erhöht 22 sein, umschließt der verbindende Bereich des Fügeblechs 4 diesen 22.
  • 6. Bei einer Ausführungsvariante gemäß dem unmittelbar vorstehenden Abschnitt 5. braucht das TEM 3 allerdings nicht in die Öffnung 26 des Rohres 2 eingesetzt werden, sondern kann wie im vorausgehenden Abschnitt 4. auf die etwas kleinere Öffnung aufgesetzt werden (siehe 15).
  • 7. Bei einer Ausführungsvariante gemäß dem unmittelbar vorstehenden Abschnitt 5. kann das TEM 3 jedoch beidseitig 12, 13 mit Fügeblechen 4a, b verbunden werden, wie dies beispielhaft in 16 dargestellt ist. Die Fügebleche 4a, b können miteinander verbunden sein (z. B. durch Schweißen). Eines oder beide Fügebleche 4a, b werden mit dem Rohr 2 verbunden (z. B. durch Schweißen). Das der heißen Seite zugewandte Fügeblech 4a oder b kann lose bzw. kraftschlüssig auf der TEM 3 aufliegen, sodass zumindest eine thermische Isolationsschicht (”Totwassergebiet”) zur Verbindung der TEM 3 mit dem anderen Fügeblech 4a oder b geschaffen wird. Der Zwischenraum der beiden Fügebleche 4a, b stellt dabei die Isolationsschicht dar.
  • 8. In den Fügeblechen 4 und/oder in Bereichen im Rohr 2 neben den Öffnungen 26 können Prägungen, Faltungen, Biegungen oder Sicken 30 entsprechend den Darstellungen aus 17 vorgesehen werden, welche die Funktion eines Wellbalgs haben thermisches, thermo-mechanisches und mechanisches Kompensationselement.
The following are some embodiments of the openings 26 the pipes 2 with a connection mechanism tube 2 -TEM 3 explained.
  • 1. The opening 26 can as shown 10 with a draft 23 be executed. The passage 23 can go upstairs 13 and / or below 12 point. The TEM 3 is at the passage 23 with the pipe 2 connected. Thus, primarily the external lateral area 27 of the TEM 3 with the tube passage 23 connected while the upper 13 and bottom 12 is not connected, or for the most part is not connected. In the favorable embodiment, the interior becomes 12 of the pipe 2 flows through with hot exhaust gas. Then show the passages 23 for example, to the outside 13 , The compound is then closer to the cold medium than the warm, which is why the connection is less thermally and thermo-mechanically stressed.
  • 2. The passages 23 from the immediately preceding paragraph 1 , can be at the end with a bent collar 28 according to 11 be provided to an additional connecting and / or holding surface on the upper 13 - or bottom 12 of the TEM 3 and, if necessary, to facilitate assembly.
  • 3. The passages 23 from the immediately preceding paragraph 1 , may be kinked at the beginning (for example, with a bead 29 be provided). The distance from the hot medium to the connection draft 23 -TEM 3 is enlarged. In addition, a thermal separation is created by the junction of the cold medium in the bead 29 is washed under. Incidentally, if necessary, the assembly is facilitated. The bead 29 can also be considered as a compensation element to compensate for caused by temperature differences length changes or to avoid vibration transmission to the TEM.
  • 4. The opening 26 is designed without any special additional features. The TEM 3 will not be in the opening then 26 used, but (for example, as shown 13 ) on the inside 12 - or outside 13 of the pipe 2 in the area of the opening 26 placed centrally, in which case the TEM 3 wider 20 and longer 19 can be as the opening 26 , The TEM 3 is at its bearing surface on the pipe 2 associated with this.
  • 5. The TEM 3 is in the outer area encircling with a Fügeblech 4 connected as exemplified in 14 is shown. The connection can be on the upper 13 - or bottom 12 and / or on the front sides 27 consist. The joining plate 4 surpasses the TEM 3 in all directions. The joining plate 4 can be bent / kinked several times. The TEM joining plate assembly 3 . 4 gets into the opening 26 of the pipe 2 used. The TEM 3 laterally projecting area of the joining plate 4 is with the pipe 2 connected (eg by laser welding). Should be the edge of the TEM 3 elevated 22 be encloses the connecting area of the joining sheet 4 this 22 ,
  • 6. In a variant according to the immediately preceding section 5 , needs the TEM 3 but not in the opening 26 of the pipe 2 can be used, but as in the previous section 4 , be placed on the slightly smaller opening (see 15 ).
  • 7. In a variant according to the immediately preceding section 5 , can the TEM 3 but on both sides 12 . 13 with adhesive sheets 4a , b, as exemplified in 16 is shown. The joining sheets 4a , b can be connected to each other (eg by welding). One or both plates 4a , b be with the pipe 2 connected (eg by welding). The hot side facing Fügeblech 4a or b can be loose or force fit on the TEM 3 lie so that at least one thermal insulation layer ("Totwassergebiet") for connecting the TEM 3 with the other joining plate 4a or b is created. The space between the two joining sheets 4a , b represents the insulation layer.
  • 8. In the joining sheets 4 and / or in areas in the pipe 2 next to the openings 26 can imprints, folds, bends or beads 30 according to the illustrations 17 be provided, which have the function of a bellows thermal, thermo-mechanical and mechanical compensation element.

Die vorangegangen beschriebenen Ausführungen beziehen sich primär, aber nicht ausschließlich, auf das Fügen eines TEM 3 mit einem TEM-Hüllkörper 17 der aus einem ein- oder zweiteiligen keramischen Werkstoff besteht, und der nicht mit einem Metall-Blech verschweißt werden kann.The previously described embodiments relate primarily, but not exclusively, to the joining of a TEM 3 with a TEM envelope 17 which consists of a one- or two-piece ceramic material, and which can not be welded to a metal sheet.

Nachstehend ist eine weitere Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung beschrieben, die in erster Linie auf eine Verschweißung zwischen Rohr 2 und TEM 3 abzielt:

  • 9. Der Hüllkörper 17 des TEM 3 (z. B. Edelstahl) kann ein- oder zweiteilig ausgeführt werden, wie dies in 18 exemplarisch dargestellt ist. Bei einer zweiteiligen Ausführung kann einer der beiden Hüllkörper-Teile 17a, b die Form einer Schale (entsprechend 18) haben, wobei dann das andere Teil 17a oder b hierauf aufgesetzt wird. Das Abdichten an der Fügestelle 18 zwischen den beiden TEM-Hüllteilen 17a, b kann beispielsweise über eine Schweißung im Seitenbereich 27 herbeigeführt werden. Eines der beiden TEM-Hüllteile 17a oder b wird nachdem das TEM 3 in die Öffnung 26 des Rohres 2 ein- oder aufgesetzt wurde, mit dem Rohr 2 Ober- oder unterseitig oder seitlich verschweißt.
Hereinafter, another embodiment of the present invention is described, which is primarily based on a welding between pipe 2 and TEM 3 aims:
  • 9. The enveloping body 17 of the TEM 3 (eg stainless steel) can be made in one or two parts, as shown in 18 is shown as an example. In a two-part design, one of the two enveloping body parts 17a , b the shape of a shell (corresponding 18 ), in which case the other part 17a or b is placed on top. The sealing at the joint 18 between the two TEM sheath parts 17a , b can, for example, a weld in the side area 27 be brought about. One of the two TEM sheath parts 17a or b becomes after the TEM 3 in the opening 26 of the pipe 2 was put on or with the pipe 2 Upper or lower side or laterally welded.

Die vorstehend genannten aufgeführten Ausführungsvarianten 1.–9. können sich bezüglich ihrer genannten Merkmale überlagern bzw. sind kombinierbar, sodass es noch zu weiteren Zwischenvarianten kommen kann.The aforementioned listed embodiments 1st-9th can refer to their named Overlay features or can be combined so that it still works can come to other intermediate variants.

Es können unterschiedliche Einstecktiefe der TEM 3 in die Öffnung 26 gewählt werden. Das TEM 3 kann in der Form in die Öffnungen 26 des Rohres 2 eingesetzt werden, so dass der äußere 13 oder der innere 12 Strömungsquerschnitt des jeweiligen Mediums penetriert wird (TEM 3 steht hervor). Das bedeutet, dass die Unter- oder Oberseite 12, 13 des TEM 3 die Rohrwandung 2 überragt, denn die Höhe 21 der TEM 3 übersteigt im Allgemeinen die Dicke der Wandung des Rohrs 2.There may be different insertion depth of the TEM 3 in the opening 26 to get voted. The TEM 3 can be in the mold in the openings 26 of the pipe 2 be used so that the outer 13 or the inner one 12 Flow cross-section of the respective medium is penetrated (TEM 3 stands out). That means the bottom or top 12 . 13 of the TEM 3 the pipe wall 2 towering over, because the height 21 the TEM 3 generally exceeds the thickness of the wall of the pipe 2 ,

Auch ist es möglich, dass die TEM 3 in der Form in die Öffnungen 26 des Rohres 2 eingesetzt werden, dass der äußere 13 oder der innere 12 Strömungsquerschnitt des jeweiligen Mediums in diesem Bereich vergrößert wird. Das ist dann der Fall, wenn die TEM 3 an dieser Stelle bezogen zur Rohrwandung 2 inwärts 12 oder auswärts 13 zurücksteht.Also, it is possible that the TEM 3 in the mold in the openings 26 of the pipe 2 be used that the outer 13 or the inner one 12 Flow cross section of the respective medium is increased in this area. That is the case when the TEM 3 at this point referred to the pipe wall 2 inward 12 or abroad 13 back is.

Das Vor- oder Zurückstehen der TEM 3 bezogen zur Rohrwandung 2 kann vorteilhaft sein, als dadurch Verwirbelungen in die Strömung indiziert werden, weil diese hierdurch in ihrem Verlauf beeinträchtigt wird.The fore or aft of the TEM 3 relative to the pipe wall 2 may be advantageous as this turbulence in the flow are indexed, because this is affected thereby in their course.

Auch kann die Unter- oder Oberseite 12, 13 des TEM 3 mit der Rohrwandung 2 bündig sein.Also may be the bottom or top 12 . 13 of the TEM 3 with the pipe wall 2 be flush.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die TEM 3 beispielsweise über deren seitliche Außenkontur (seitlicher Umfang 27) und/oder über deren peripheren Bereiche der Ober- und Unterseite 12, 13 mit dem Rohr 2 oder einem Fügeblech 4 verbunden ist, während der komplette oder zumindest überwiegend mittlere Bereich der Ober- und Unterseite 12, 13 dem direkten Kontakt der strömenden Medien ausgesetzt wird. Desweiteren können die TEM 3 im Rohr 2 vor- oder zurückstehen oder mit der Wandung 2 unter- oder oberseitig 12, 13 bündig sein.In summary, it can be stated that the TEM 3 For example, on the lateral outer contour (lateral extent 27 ) and / or over their peripheral areas of the top and bottom 12 . 13 with the pipe 2 or a joining sheet 4 is connected, while the complete or at least predominantly central area of the top and bottom 12 . 13 exposed to the direct contact of the flowing media. Furthermore, the TEM 3 in the pipe 2 forward or backward or with the wall 2 lower or upper side 12 . 13 be flush.

Bezüglich des Bodens 5 lässt sich folgendes anmerken: Der Boden 5 trennt die beiden Stoffströme Medien an der Stirnseite der Wärmeübertragungsstrecke 11, also an dessen Ein- und Austritt, und somit in axialer Richtung 9.Regarding the soil 5 the following can be said: The soil 5 separates the two streams media at the front of the heat transfer path 11 , ie at its inlet and outlet, and thus in the axial direction 9 ,

Der Boden 5 besteht beispielsweise aus einem umgeformten Blech (z. B. aus Edelstahl), beispielsweise entsprechend der Darstellung aus 19. Er ist günstigerweise mit einer Vielzahl an Aussparungen 31 ausgestattet, die in ihrer Anzahl, Anordnung und Form den Rohren 2 entsprechen, welche mit den Aussparungen 31 des Bodens 5 verbunden werden (z. B. durch Laser-Schweißen).The floor 5 consists for example of a formed sheet metal (eg of stainless steel), for example as shown 19 , It is conveniently with a variety of recesses 31 equipped in their number, arrangement and shape the pipes 2 match, which with the recesses 31 of the soil 5 connected (eg by laser welding).

Dazu werden die Rohre 2 zuvor in die Aussparungen 31 des Bodens 5 gesteckt. Es wird beispielsweise jeweils ein Boden 5 am Rohr-Ein- und Austritt 2 angefügt. Die Aussparungen 31 und die umfängliche Außenkontur 32 des Bodens 5 können mit Durchzügen 33 versehen werden. Die umfängliche Kontur 32 wird mit dem Gehäuse 6 und/oder dem Diffusor 7 verbunden z. B. Laser-Schweißen.These are the pipes 2 before in the recesses 31 of the soil 5 plugged. It will be at For example, each one floor 5 at the pipe inlet and outlet 2 added. The recesses 31 and the circumferential outer contour 32 of the soil 5 can with passages 33 be provided. The circumferential contour 32 comes with the case 6 and / or the diffuser 7 connected z. B. laser welding.

Bezüglich des Gehäuses 6 lässt sich folgendes anmerken: Das Gehäuse 6 ist bezüglich seiner Form beispielsweise ein rundes oder vieleckiges Rohr mit entsprechend großem Durchmesser (siehe 20). Das Gehäuse 6 kann in axialer Richtung 9 mehrfach abgesetzt sein. Zwischen der Außenseite der Rohre 13, 2 und der Innenseite des Gehäuses 13, 6 wird eines der Medien entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11 geführt, bevorzugt das kalte. Das Gehäuse 6 trennt somit diesen Stoffstrom radial 10 entlang der Wärmeübertragungsstrecke 11 von der umgebenden Atmosphäre. Eine dem Gehäuse 6 vor- und nachgeschaltete Sammlung dieses Stoffstromes ist folglich nicht notwendig. Das Gehäuse 6 ist radial 10 und in der Nähe der axialen 9 Enden jeweils mit einer Öffnung 34 ausgestattet. Diese Öffnung 34 kann mit einem Durchzug versehen werden. Die Öffnungen 34 sind mit Anschlussleitungen verbunden. Über die Öffnungen 34 wird bevorzugt das kalte Medium in das Gehäuse 6 hinein- bzw. hinausgeleitet. Die Enden in axiale Richtung 9 des Gehäuses 6 werden über dessen Innen- oder Außendurchmesser mit den Böden 5 oder mit den Diffusoren 7 verbunden (z. B. durch Laser-Schweißen).Regarding the case 6 can be noted the following: The housing 6 is with respect to its shape, for example, a round or polygonal tube with a correspondingly large diameter (see 20 ). The housing 6 can in the axial direction 9 be discontinued several times. Between the outside of the pipes 13 . 2 and the inside of the case 13 . 6 becomes one of the media along the heat transfer path 11 guided, preferably the cold. The housing 6 thus separates this stream radially 10 along the heat transfer route 11 from the surrounding atmosphere. A the case 6 upstream and downstream collection of this stream is therefore not necessary. The housing 6 is radial 10 and near the axial 9 Ends each with an opening 34 fitted. This opening 34 can be provided with a draft. The openings 34 are connected to connecting cables. About the openings 34 the cold medium is preferred in the housing 6 in and out. The ends in the axial direction 9 of the housing 6 Be about its inner or outer diameter with the floors 5 or with the diffusers 7 connected (eg by laser welding).

In radiale Richtung 10 wird eine weitere kleine Öffnung 35 im Gehäuse 6 vorgesehen, durch die das oder die Elektrokabel 15 der TEM 3 geführt werden kann. Die Öffnung 35 sollte entsprechend abgedichtet sein (z. B. mittels Kleber).In the radial direction 10 will be another small opening 35 in the case 6 provided by the or the electric cable 15 the TEM 3 can be performed. The opening 35 should be sealed accordingly (eg by means of adhesive).

Bezüglich des Diffusors 7 lässt sich folgendes ausführen. Der Diffusor 7 besteht beispielsweise aus einem umgeformten und/oder geschweißten Blech. Er hat beispielsweise zwei Öffnungen. Auf der einen Seite (erste Öffnung) ist der Dif fusor mit einer Anschlussleitung verbunden, auf der anderen Seite (zweite Öffnung) mit dem Boden 5 und/oder mit dem Gehäuse 6. Die Öffnungen unterscheiden sich naturgemäß und im Allgemeinen in ihrem Durchmesser. Der Diffusor ist strömungstechnisch in vorteilhafter Weise gestaltet. Der Raum zwischen Diffusor-Innenwand 7 und Boden 5 bildet eine Kammer, welcher das Medium, dass mit den Rohren 2 kommuniziert, vor Ein- und nach Austritt sammelt. Demgemäß werden zwei Diffusoren 7 je TEG 1 vorgesehen.Regarding the diffuser 7 the following can be done. The diffuser 7 For example, it consists of a formed and / or welded sheet metal. For example, he has two openings. On one side (first opening) the dif fuser is connected to a connecting line, on the other side (second opening) to the floor 5 and / or with the housing 6 , The openings naturally differ, generally in diameter. The diffuser is aerodynamically designed in an advantageous manner. The space between the diffuser inner wall 7 and soil 5 forms a chamber, which is the medium that with the pipes 2 communicates, collects before entry and exit. Accordingly, two diffusers 7 per TEG 1 intended.

Bezüglich einer Turbulenzeinlage 8 lässt sich folgendes anmerken: Um den Wärmeübergang im TEG 1 Rohr-innen 2, 12 – und/oder Rohr-außenseitig 2, 13 zu erhöhen, und dadurch die wirksamen Wandtemperatur-Differenzen zwischen Medium 1 und Medium 2 zu steigern, kann es vorteilhaft sein, in die Strömungen zusätzlich turbulenzsteigernde Einlagen 8 einzubringen, wie sie beispielhaft in 21 dargestellt sind. Diese Einlagen 8 können beispielsweise gestanzte Bleche sein, die Rippen-artig oder Winglet-artig beschnitten, geformt oder strukturiert sind. Diese Rippen können in vorteilhafter Weise verdreht, also nach oben gebogen sein. Auch ein vielfach gebogener oder spiralförmiger Draht oder ein in sich verdrehtes Blech kann zu diesem Zwecke herangezogen werden. Die Turbulenzeinlage 8 wird in die Rohre 2 und/oder zwischen die Rohre 2 eingesteckt. Sie kann mit beliebiger Komponente im TEG 1 stoff-, form-, oder kraftschlüssig verbunden sein, oder auch nur lose eingebracht sein.Regarding a turbulence insert 8th can be noted the following: To the heat transfer in the TEG 1 Tube inside 2 . 12 - and / or outside pipe 2 . 13 To increase, and thereby increase the effective wall temperature differences between medium 1 and medium 2, it may be advantageous in the currents additionally turbulence-enhancing deposits 8th as exemplified in 21 are shown. These deposits 8th For example, they may be stamped sheets that are truncated or winglet-like trimmed, shaped or textured. These ribs can be twisted in an advantageous manner, so bent upwards. Also, a multi-curved or spiral wire or a twisted sheet can be used for this purpose. The turbulence insert 8th gets into the pipes 2 and / or between the pipes 2 plugged in. It can be used with any component in the TEG 1 be material, form, or positively connected, or even introduced loosely.

Auch können alternative Ausführungen der Erfindung vorgesehen sein:
Eine erste Alternative kann sich dadurch auszeichnen, dass es sich hierbei nicht um einen Rohrbündel-Wärmeübertrager handelt. Die Medien werden im Gleich- oder Parallelstrom geführt. 22 zeigt eine Querschnittansicht der ersten alternativen Ausführungsform der Erfindung.Also, alternative embodiments of the invention may be provided:
A first alternative may be distinguished by the fact that this is not a shell-and-tube heat exchanger. The media are run in cocurrent or parallel current. 22 shows a cross-sectional view of the first alternative embodiment of the invention.

Das erste Medium wird in einem oder mehreren Rohren geführt, die nebeneinander angeordnet sind. Das zweite Medium wird in einem oder mehreren Roh ren geführt, die nebeneinander angeordnet sind, welche beispielsweise eine Vielzahl an Kanälen aufweisen können. Der Rohr-Verbund für das erste Medium und der Rohr-Verbund für das zweite Medium werden übereinandergelegt, wobei dazwischen noch eine Lage mit TEM eingebracht wird. Zwischen den TEM und den Rohren kann noch ein Blech eingebracht werden. TEM und Rohre, bzw. TEM und Bleche können miteinander geklebt oder stoffschlüssig verbunden sein.The first medium is carried in one or more tubes, which are arranged side by side. The second medium is in one or a plurality of tubes which are arranged side by side, which have, for example, a plurality of channels can. The tube composite for the first medium and the tube composite for the second medium are superimposed, in between a layer with TEM is still introduced. Between TEM and the tubes can still be a sheet introduced. TEM and Tubes or TEM and sheets can be glued together or be connected cohesively.

Dieser Aufbau kann beliebig häufig geschichtet werden, sodass sowohl das erste als auch das zweite Medium auf mehrere Lagen verteilt wird.This Construction can be layered as often as you like, so that both the first and the second medium distributed over several layers becomes.

Die den Medien zugeordneten Rohre werden im Ein- und Austritt jeweils an Leitungen angeschlossen. Diese Leitungen werden jeweils in Hauptleitungen zusammengeführt.The The media associated pipes are in the inlet and outlet respectively connected to lines. These lines are each in main lines merged.

Eine zweite alternative Ausführungsform der Erfindung ist in 23 in isometrischer Schnittdarstelllung wiedergegeben. Hierbei handelt es sich nicht um einen Rohrbündel-Wärmeübertrager. Die Medien werden im Kreuzstrom geführt.A second alternative embodiment of the invention is in 23 reproduced in isometric sectional representation. This is not a shell-and-tube heat exchanger. The media are cross-flowed.

Die Rohre für das erste Medium entsprechen den vorstehenden Beschreibungen für das erste Ausführungsbeispiel bezüglich der 8–18. Das zweite Medium wird ebenfalls in Rohren geführt, welche auch den Beschreibungen zu den 8–18 entsprechen können. Die TEM sind auf einer Seite in die Öffnungen der Rohre für das erste Medium eingelassen bzw. ein/aufgesetzt, und auf der anderen Seite in die Öffnungen der Rohre für das zweite Medium. Die Fügemechanismen und Verbindungsformen von TEM-Rohr entsprechen in beiden Fällen beispielsweise den bezüglich den 8 bis 18 beschriebenen Verbindungsmechanismen. Somit sind die TEM beidseitig oben und unten an zwei unterschiedliche Rohre gebunden, und nicht wie vorstehend nur an eines auf einer Seite.The tubes for the first medium correspond to the above descriptions for the first embodiment with respect to 8th - 18 , The second medium is also fed into tubes, which are also the descriptions of the 8th - 18 can correspond. The TEM are on one side in the openings of the tubes for the first medium inserted or put on, and on the other side in the openings of the tubes for the second medium. The joining mechanisms and connection forms of TEM pipe correspond in both cases, for example, with respect to 8th to 18 described connection mechanisms. Thus, the TEM are tied on both sides at the top and bottom of two different tubes, and not as above only one on one side.

Dieser Aufbau kann beliebig häufig geschichtet werden, sodass sowohl das erste als auch das zweite Medium auf mehrere Lagen verteilt wird.This Construction can be layered as often as you like, so that both the first and the second medium distributed over several layers becomes.

Die Elektrokabel werden seitlich der TEM in der umgebenden Atmosphäre herausgeführt.The Electric cables become the side of the TEM in the surrounding atmosphere led out.

Da hier das zweite Medium in Rohren geführt wird, und nicht wie bezüglich der Beschreibung der 8 bis 18 im Gehäuse strömt, entfällt die Notwendigkeit eines Gehäuses. Stattdessen sind vier Böden und vier Diffusoren erforderlich, um die ersten und zweiten Medien jeweils im Ein- und Austritt zu sammeln.Since here the second medium is led in pipes, and not as with respect to the description of the 8th to 18 flows in the housing, eliminating the need for a housing. Instead, four trays and four diffusers are required to collect the first and second media in each ingress and egress.

Der Aufbau eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in 24 beschrieben. Dieser Aufbau entspricht dem Aufbau des zweiten alternativen Ausführungsbeispiels, wobei die Medien allerdings nicht im Kreuzstrom geführt werden, sondern im Gleich- oder Parallelstrom geführt werden.The construction of a third alternative embodiment of the invention is shown in FIG 24 described. This structure corresponds to the structure of the second alternative embodiment, wherein the media, however, are not performed in cross-flow, but are conducted in DC or parallel current.

Es sind zwei Böden und zwei Diffusoren vorgesehen, um eines der Medien im Ein- und Austritt zu sammeln. Das andere Medium kann nicht auf diese Weise gesammelt werden. Die diesem Medium zugeordneten Rohre werden im Ein- und Austritt an Leitungen angeschlossen. Diese Leitungen werden in einer Hauptleitung zusammengeführt.It Two floors and two diffusers are provided to one the media in the entry and exit to collect. The other medium can not be collected in this way. The assigned to this medium Pipes are connected to pipes in the inlet and outlet. These Lines are brought together in one main line.

In 25a und 25b sind zwei Ausführungsformen gemäß einem vierten alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesen Ausführungsformen sind die Rohre im Wesentlichen entsprechend den 8 bis 18 aufgebaut, allerdings sind die Rohre nicht mit Öffnungen ausgestattet. Die TEM werden auf der Innen- oder Außenseite der Rohre aufgebracht, wodurch die Ober- oder Unterseite der TEM mit den Rohren verbunden ist. Das Rohr kann im Bereich der Verbindungsstelle TEM-Rohr nach innen oder außen verformt/gewölbt sein.In 25a and 25b two embodiments according to a fourth alternative embodiment of the invention are shown. In these embodiments, the tubes are substantially in accordance with 8th to 18 built, however, the pipes are not equipped with openings. The TEMs are applied to the inside or outside of the tubes, connecting the top or bottom of the TEM to the tubes. The pipe may be deformed / curved inward or outward in the region of the junction TEM pipe.

In den 26a bis 26c sind Ausführungsformen gemäß einem fünften alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesen Ausführungsformen sind die Rohre wiederum im Wesentlichen entsprechend der 8 bis 18 ausgestaltet, jedoch sind die Rohre allerdings nicht mit Öffnungen ausgestattet. Außerdem umfasst die Wandung der Rohre ein zwei-schaliges Doppelrohr. Das Rohr besitzt also eine doppelte Wand/Hülle, eine innenliegende Hülle und eine außenliegende Hülle. Das thermoelektrisch aktive Material ist in der Wand, und somit zwischen innenliegende Hülle und eine außenliegende Hülle eingebracht. Die Rohrwandung bildet dadurch gleichzeitig den Hüllkörper des TEM. Das Rohr kann keramisch oder metallisch sein. Diese Alternative stellt eine Kombination eines Rohres und des TEM dar.In the 26a to 26c Embodiments are shown according to a fifth alternative embodiment of the present invention. In these embodiments, the tubes are again substantially according to 8th to 18 However, the tubes are not equipped with openings. In addition, the wall of the tubes comprises a two-shell double tube. The tube thus has a double wall / shell, an inner shell and an outer shell. The thermoelectrically active material is introduced in the wall, and thus between the inner shell and an outer shell. The tube wall thereby simultaneously forms the envelope of the TEM. The tube may be ceramic or metallic. This alternative represents a combination of a tube and the TEM.

11
Thermoelektrischer Generator TEGthermoelectric Generator TEG
22
Rohrpipe
33
Thermoelektrisches Modul TEMthermoelectric Module TEM
44
FügeblechAdd sheet
55
Bodenground
66
Gehäusecasing
77
Diffusordiffuser
88th
Turbulenzeinlageturbulence insert
99
Axiale Richtungaxial direction
1010
Radiale Richtungradial direction
1111
WärmeübertragungsstreckeHeat transfer distance
1212
Innenseite: Medium 1Inside: Medium 1
1313
Außenseite: Medium 2Outside: Medium 2
1414
thermoelektrisch (TE) aktive Materialienthermoelectric (TE) active materials
1515
Elektro-KabelElectric cable
1616
Innere des TEMInner of the TEM
1717
Hüllkörper des TEMenveloping body of the TEM
1818
Abdichtung des TEMseal of the TEM
1919
Länge TEMlength TEM
2020
Breite TEMwidth TEM
2121
Höhe TEMheight TEM
2222
Erhöhung im Randbereich des TEMincrease in the edge area of the TEM
2323
Durchzüge des Rohresby trains of the pipe
2424
Absatz im Randbereich des TEMparagraph in the edge area of the TEM
2525
Profilierung des TEMprofiling of the TEM
2626
Öffnungen im Rohropenings in the pipe
2727
seitliche Bereiche des TEMlateral Areas of TEM
2828
Kragen: gebogener DurchzugCollar: curved passage
2929
Sicke im DurchzugBeading in the passage
3030
Faltung im Blechfolding in the tin
3131
Aussparungen im Bodenrecesses in the ground
3232
Außenkontur des Bodensouter contour of the soil
3333
Durchzüge im Bodenby trains in the ground
3434
Öffnung im Gehäuse für Anschlussleitungenopening in the housing for connecting cables
3535
Öffnung im Gehäuse für Elektro-Kabelopening in the housing for electric cables

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (14)

Thermoelektrische Vorrichtung (1) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärme, wobei die Vorrichtung (1) die folgenden Merkmale umfasst: – ein thermoelektrisches Modul (3), das eine erste Hauptoberfläche (12, 13) und eine der ersten Hauptoberfläche (12, 13) gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche (12, 13) aufweist, wobei das thermoelektrische Modul (3) eine Mehrzahl von Elementen (14) mit einem thermoelektrisch aktiven Material aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zwischen der ersten und der zweiten Hauptoberfläche (12, 13) des thermoelektrischen Moduls (3) erstrecken und die ferner ausgebildet sind, um bei einem thermischem Kontakt mit Medien unterschiedlicher Temperatur eine elektrische Energie bereitzustellen; und – eine Haltestruktur (2, 4, 5, 6, 7), die zur Führung eines warmen und eines kalten Mediums und zur Halterung des thermoelektrischen Moduls (3) ausgebildet ist, wobei die Haltestruktur (2, 4, 5, 6, 7) ferner ausgebildet ist, um das kalte Medium derart zu führen, dass es in thermischen Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche (12, 13) tritt und das warme Medium derart zu führen, dass es in thermischen Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche (12, 13) tritt.Thermoelectric device ( 1 ) for generating electrical energy from heat, wherein the device ( 1 ) comprises the following features: a thermoelectric module ( 3 ), which has a first main surface ( 12 . 13 ) and one of the first main surfaces ( 12 . 13 ) opposite second main surface ( 12 . 13 ), wherein the thermoelectric module ( 3 ) a plurality of elements ( 14 ) having a thermoelectrically active material extending substantially perpendicularly between the first and second major surfaces ( 12 . 13 ) of the thermoelectric module ( 3 ) and further adapted to provide electrical energy upon thermal contact with different temperature media; and a holding structure ( 2 . 4 . 5 . 6 . 7 ) for guiding a hot and a cold medium and for holding the thermoelectric module ( 3 ), wherein the support structure ( 2 . 4 . 5 . 6 . 7 ) is further configured to guide the cold medium to be in thermal contact with the first major surface (10). 12 . 13 ) and to guide the warm medium such that it is in thermal contact with the second major surface ( 12 . 13 ) occurs. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Modul (3) einen Hüllkörper (17) umfasst, der ausgebildet ist, um die Elemente (14) aus dem thermoelektrischen Material gegen Einflüsse oder Verunreinigungen, insbesondere fluidische Verunreinigungen, von außerhalb des thermoelektrische Moduls (3) zu schützen, wobei die erste und zweite Hauptoberfläche (12, 13) des thermoelektrischen Moduls (3) durch Flächen des Hüllkörpers (17) gebildet werden.Thermoelectric device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the thermoelectric module ( 3 ) an enveloping body ( 17 ), which is designed to hold the elements ( 14 ) from the thermoelectric material against influences or impurities, in particular fluidic impurities, from outside the thermoelectric module ( 3 ), the first and second major surfaces ( 12 . 13 ) of the thermoelectric module ( 3 ) by surfaces of the enveloping body ( 17 ) are formed. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Modul (3) zumindest ein Anschlusselement (22, 24) aufweist, das von einer Oberfläche des thermoelektrischen Moduls (3) absteht und das ausgebildet ist, um eine mechanische Verbindung zwischen dem thermoelektrischen Modul (3) und der Haltestruktur (2, 4, 5, 6, 7) zu verbessern.Thermoelectric device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoelectric module ( 3 ) at least one connection element ( 22 . 24 ) formed by a surface of the thermoelectric module ( 3 ) and which is adapted to a mechanical connection between the thermoelectric module ( 3 ) and the support structure ( 2 . 4 . 5 . 6 . 7 ) to improve. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Hauptoberfläche (12, 13) eine Profilierung (25) aufweist.Thermoelectric device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or second main surface ( 12 . 13 ) a profiling ( 25 ) having. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (2, 4, 5, 6, 7) zumindest ein Rohr (2) aufweist, das zur Führung eines der Medien, insbesondere des warmen Mediums ausgebildet ist, wobei die erste oder zweite Hauptoberfläche (12, 13) des thermoelektrischen Moduls (3) mit dem Medium in dem Rohr (2) thermisch kontaktierbar ist.Thermoelectric device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure ( 2 . 4 . 5 . 6 . 7 ) at least one pipe ( 2 ), which is designed to guide one of the media, in particular the warm medium, wherein the first or second main surface ( 12 . 13 ) of the thermoelectric module ( 3 ) with the medium in the tube ( 2 ) is thermally contacted. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in des dem Rohr (2) oder um das Rohr (2) herum eine Turbulenzeinlage (8) angeordnet ist und/oder das das Rohr (2) an einer Außenseite und/oder an einer Innenseite der Wand des Rohres (2) eine Profilierung aufweist.Thermoelectric device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that in the pipe ( 2 ) or around the pipe ( 2 ) a turbulence insert ( 8th ) is arranged and / or that the pipe ( 2 ) on an outer side and / or on an inner side of the wall of the tube ( 2 ) has a profiling. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) zumindest eine Öffnung (26) aufweist, und wobei ein thermoelektrisches Modul (3) derart angeordnet ist, dass die Öffnung (26) im Wesentlichen durch das thermoelektrische Modul (3) verschlossen oder zumindest abgedeckt ist.Thermoelectric device ( 1 ) according to claim 5 or 6, characterized in that the tube ( 2 ) at least one opening ( 26 ), and wherein a thermoelectric module ( 3 ) is arranged such that the opening ( 26 ) essentially by the thermoelectric module ( 3 ) is closed or at least covered. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) ein Flachrohr (2) ist und die Breite der Öffnung (26) näherungsweise der Breite des Flachrohres (2) entspricht, insbesondere zumindest achtzig Prozent der Breite des Flachrohres (2) entspricht.Thermoelectric device ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the tube ( 2 ) a flat tube ( 2 ) and the width of the opening ( 26 ) Approximately the width of the flat tube ( 2 ), in particular at least eighty percent of the width of the flat tube ( 2 ) corresponds. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachrohr (2) an zwei gegenüberliegenden größeren Seiten des Flachrohres zumindest je eine Öffnung (26) aufweisen, die durch je ein thermoelektrisches Modul (3) im Wesentlichen verschlossen oder zumindest abgedeckt sind.Thermoelectric device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the flat tube ( 2 ) at two opposite major sides of the flat tube at least one opening ( 26 ), each by a thermoelectric module ( 3 ) are substantially closed or at least covered. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Rohr (2) befestigte thermoelektrische Modul (3) einen Strömungsquerschnitt für ein in dem Rohr (2) oder ein um das Rohr (2) herum strömendes Medium vergrößert oder verkleinert.Thermoelectric device ( 1 ) according to one of claims 5 to 9, characterized in that the on the pipe ( 2 ) attached thermoelectric module ( 3 ) has a flow cross-section for one in the tube ( 2 ) or around the pipe ( 2 ) flowing around medium increases or decreases. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) einen Durchzug (23), einen Kragen (28), eine Sicke (29) oder ein Fügeblech (4) zur Befestigung des thermoelektrischen Moduls (3) daran aufweist.Thermoelectric device ( 1 ) according to one of claims 5 to 10, characterized in that the tube ( 2 ) a passage ( 23 ), a collar ( 28 ), a bead ( 29 ) or a joining plate ( 4 ) for fixing the thermoelectric module ( 3 ) has. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) oder ein Fügeblech (4) zumindest eine Prägung, eine Faltung (30), eine Biegung oder eine Sicke (29) aufweist.Thermoelectric device ( 1 ) according to one of claims 5 to 11, characterized in that the tube ( 2 ) or a joining plate ( 4 ) at least one embossing, a folding ( 30 ), a bend or a bead ( 29 ) having. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (2, 4, 5, 6, 7) ein Gehäuse (6) umfasst, wobei in dem Gehäuse (6) das zumindest eine Rohr (2) derart angeordnet ist, dass in dem Rohr (2) ein erstes Medium führbar ist und zwischen einer Außenwand des zumindest einen Rohres und einer Innenwand des Gehäuses ein zweites Medium führbar ist.Thermoelectric device ( 1 ) according to any one of claims 5 to 12, characterized in that the support structure ( 2 . 4 . 5 . 6 . 7 ) a housing ( 6 ), wherein in the housing ( 6 ) that at least one pipe ( 2 ) is arranged such that in the tube ( 2 ), a first medium can be guided and a second medium can be guided between an outer wall of the at least one tube and an inner wall of the housing. Thermoelektrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (2, 4, 5, 6, 7) ferner einen Diffusor (7) aufweist, der an dem Gehäuse (6) befestigt ist und der ausgebildet ist, um das in dem Rohr (2) führbare Medium zu sammeln und in das zumindest einzuleiten oder aus dem Rohr (2) auszuleiten.Thermoelectric device ( 1 ) according to claim 13, characterized in that the support structure ( 2 . 4 . 5 . 6 . 7 ) further comprises a diffuser ( 7 ), which on the housing ( 6 ) and which is adapted to be in the pipe ( 2 ) to collect feasible medium and in that at least initiate or out of the pipe ( 2 ).
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