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Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Generatormodul und ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Generatormoduls.
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Durch die Ausnutzung des Seebeck-Effekts lässt sich beispielsweise aus der Abwärme von Verbrennungskraftmaschinen elektrische Energie rückgewinnen. Hierzu werden thermoelektrische Elemente aus geeigneten Materialien, an deren Kontaktstellen eine elektrische Spannung entsteht, wenn die thermoelektrischen Elemente einer Temperaturdifferenz ausgesetzt sind, zu sogenannten thermoelektrischen Modulen zusammengefasst. Diese thermoelektrischen Module haben oft ein eigenes Gehäuse, aus denen elektrische Kontakte zum Angriff der erzeugten Spannung herausgeführt sind. Die thermoelektrischen Module werden mit einer Heißseite mit einer Wärmequelle und mit einer gegenüberliegenden Kaltseite mit einer Wärmesenke verbunden, um den Temperaturgradienten über die thermoelektrischen Elemente herzustellen. Hierbei ist ein guter thermischer Kontakt wichtig, um eine möglichst hohe Wärmeübertragung zwischen der Wärmequelle, den thermoelektrischen Modulen und der Wärmesenke zu gewährleisten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache und kostengünstige Weise die Wärmeankopplung in einem thermoelektrischen Generatormodul zu verbessern.
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Dies wird mit einem thermoelektrischen Generatormodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Das thermoelektrische Generatormodul weist wenigstens zwei Baugruppen auf, die jeweils ein Kühlelement sowie wenigstens ein thermoelektrisches Modul umfassen, das thermoelektrische Elemente zu Erzeugung einer elektrischen Spannung aufweist. Außerdem weist das thermoelektrische Generatormodul wenigstens zwei Hüllenelemente auf, wobei jede Baugruppe in einer Aufnahme eines Hüllenelements aufgenommen ist. Weiterhin weist das thermoelektrische Generatormodul wenigstens einen Wärmetauscherkanal für ein heißes Fluid auf, wobei der Wärmetauscherkanal in einer Stapelrichtung zwischen zwei Hüllenelementen angeordnet ist. Jedes Hüllenelement hat mindestens eine entlang der Stapelrichtung flexible Seitenwand, die seitlich einer Baugruppe liegt. Die Hüllenelemente sind in Stapelrichtung vorgespannt an benachbarten Hüllenelement in und/oder an benachbarten Wärmetauscherkanälen unverschieblich befestigt.
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Während der Herstellung des thermoelektrischen Generatormoduls, also beim Zusammenbau der einzelnen Komponenten, lassen sich durch eine Krafteinwirkung in Stapelrichtung die flexiblen Seitenwände der einzelnen Hüllenelemente geringfügig verformen, um Fertigungstoleranzen auszugleichen und einen guten Wärmekontakt zwischen den Kühlelementen, den thermoelektrischen Modulen und dem oder den Wärmetauscherkanälen herzustellen. Diese Vorspannung wird beim Fixieren der Hüllenelemente und somit auch im nachfolgenden Betrieb des thermoelektrischen Generatormoduls aufrechterhalten. Im Betrieb des thermoelektrischen Moduls ist eine Relativverschiebung der einzelnen Komponenten, insbesondere der Wärmetauscherkanäle und der Hüllenelemente, nicht mehr vorgesehen.
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Entlang der Stapelrichtung lassen sich aufeinanderfolgend eine beliebige Anzahl von Hüllenelementen und Wärmetauscherkanälen anordnen, wobei jeweils thermoelektrische Module, Wärmetauscherkanäle, thermoelektrische Module und Kühlelemente aufeinanderfolgen. Jedes der thermoelektrischen Module ist mit seiner Heißseite zum Wärmetauscherkanal und mit seiner Kaltseite zum Kühlelement gerichtet.
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Die Baugruppen und Wärmetauscherkanäle können jeweils im Wesentlichen plattenförmig gestaltet sein. Vorzugsweise sind die Flachseiten der Wärmetauscherkanäle, der Baugruppen und der Hüllenelemente senkrecht zur Stapelrichtung angeordnet, wobei die Flachseiten benachbarter Komponenten in flächigem Wärmekontakt sind.
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Die Kühlelemente sind vorzugsweise ebenfalls in etwa plattenförmig, und die thermoelektrischen Module sind mit ihren Kaltseiten auf einer oder vorzugsweise auf beiden gegenüberliegenden Flachseiten des Kühlelements angeordnet.
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Natürlich ist es möglich, herkömmlich bekannte zusätzliche dünne Schichten zwischen den thermoelektrischen Modulen und den Kühlelementen oder auch zwischen den thermoelektrischen Modulen und dem Hüllenelement oder dem Wärmetauscherkanal vorzusehen, die die Wärmeleitung verbessern. Hier kann beispielsweise ein wärmeleitender Klebstoff zur Fixierung der thermoelektrischen Module an den Kühlelementen vorgesehen sein.
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Das Kühlelement weist vorzugsweise Fluidkanäle auf, die von einem Kühlfluid durchströmbar sind. Ein- und Auslässe des Kühlfluids können beispielsweise um 90° gegenüber Ein- und Auslässen der Wärmetauscherkanäle versetzt sein. Die Stapelrichtung erstreckt sich vorzugsweise senkrecht zu den Strömungsrichtungen des heißen Fluids und des Kühlfluids.
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Vorzugsweise nimmt ein Hüllenelement jeweils eine einzige Baugruppe auf.
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Die einzelnen Hüllenelemente können die darin eingesetzte Baugruppe jeweils in Umfangsrichtung in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des heißen Fluids und zur Stapelrichtung vollständig umgeben. Es ist aber auch möglich, dass die Hüllenelemente Abschnitte der Flachseiten der jeweiligen Baugruppe freilassen.
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Die flexible Seitenwand erstreckt sich vorzugsweise geschlossen über die gesamte Länge der Baugruppe senkrecht zur Strömungsrichtung des heißen Fluids.
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Vorteilhaft ist die flexible Seitenwand zu einer Einlassöffnung eines Außengehäuses des thermoelektrischen Generatormoduls gerichtet und liegt insbesondere in etwa senkrecht zur Einströmrichtung des heißen Fluids, sodass die flexible Seitenwand eine vom heißen Fluid angeströmte Stirnseite des Stapels bildet.
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Dabei kann die flexible Seitenwand eine vom Innenraum der Aufnahme des Hüllenelements weg gerichtete Wölbung umfassen, die als Strömungsleitelement ausgebildet ist und die das heiße Fluid in zumindest einen dem Hüllenelement benachbarten Wärmetauscherkanal leitet. In diesem Fall erfüllt die flexible Seitenwand als zweite Funktion die einer Strömungsleitfläche und führt das heiße Fluid in einen oder zwei benachbarte Wärmetauscherkanäle. Vorzugsweise ist die flexible Seitenwand zumindest auf der Einströmseite des heißen Fluids gasdicht ausgebildet, um einen direkten Kontakt zwischen dem heißen Fluid und der im Inneren des Hüllenelements angeordneten Baugruppe zu verhindern.
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Diese Gestaltung bietet sich insbesondere an, wenn jeweils zwischen zwei unmittelbar benachbarten Hüllenelementen ein Wärmetauscherkanal angeordnet ist.
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Der Wärmetauscherkanal kann jeweils ein eigenes Gehäuse aufweisen, aber beispielsweise auch nur durch zwischen zwei benachbarten Hüllenelementen angeordnete durchströmbare Lamellenstrukturen und/oder wärmeleitenden Rippen oder lediglich durch einen fluiddurchströmbaren Freiraum, der durch zwei benachbarte Hüllenelemente definiert wird, gebildet sein.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Hüllenelemente als voneinander separate Bauteile vorgefertigt, die erst bei der Fertigstellung des thermoelektrischen Generatormoduls miteinander verbunden werden.
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Jedes einzelne Hüllenelement kann eine Röhrenform mit zwei gegenüberliegenden Flachseiten aufweisen, die über zwei gegenüberliegende flexible Seitenwände miteinander verbunden sind.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die Hüllenelemente zu einem vorgefertigten Gestell verbunden, wobei das Gestell mehrere in Stapelrichtung übereinanderliegende Aufnahmen aufweist.
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Hierbei lassen sich gegebenenfalls auch bereits zwischen den einzelnen Hüllenelementen Aufnahmen für Wärmetauscherkanäle vorfertigen. Alternativ können bereits die die Wärmetauscherkanäle definierenden inneren Strukturen wie Lamellen oder wärmeleitende Rippen zwischen die Hüllenelemente eingebracht und im Gestell fixiert werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Generatormoduls, wie es oben beschrieben wurde, mit den im Anspruch 8 genannten Schritten gelöst. Die Baugruppen werden in den Aufnahmen der Hüllenelemente angeordnet, es wird ein Stapel in Stapelrichtung aus den Hüllenelementen und den Wärmetauscherkanälen gebildet, es wird eine Vorspannung entlang der Stapelrichtung auf den Stapel aufgebracht, unter Verformung der flexiblen Seitenwände der Hüllenelemente, und die Hüllenelemente werden unter Aufrechterhaltung der Vorspannung an wenigstens einem benachbarten Hüllenelement und/oder wenigstens einem benachbarten Wärmetauscherkanal fixiert. Die Fixierung erfolgt dabei bevorzugt so, dass die Baugruppen und die Wärmetauscherkanäle gegen die Hüllenelemente nicht mehr verschiebbar sind.
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Zur Fertigung eines thermoelektrischen Generatormoduls gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden die Baugruppen in die separat gefertigten einzelnen Hüllenelemente eingesetzt und die Hüllenelemente zu einem Stapel zusammengesetzt und erst dann fest miteinander und/oder mit den Wärmetauscherkanälen verbunden.
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Bei der Fertigung eines thermoelektrischen Generatormoduls gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform werden zur Bildung des Stapels die Baugruppen in die Aufnahmen der zu einem vorgefertigten Gestell verbundenen Hüllenelemente eingesetzt. Die oben beschriebenen Schritte müssen daher nicht in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
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Die Baugruppe aus wenigstens einem Kühlelement und wenigstens einem thermoelektrischen Modul lässt sich grundsätzlich als Einheit vorfertigen, sodass das Einsetzen in die Aufnahme des Hüllenelements vereinfacht wird.
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Das Einsetzen der Baugruppe in die Aufnahme des Hüllenelements erfolgt vorzugsweise durch Einschieben in einer Einschubrichtung parallel zu flexiblen Seitenwand des Hüllenelements.
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Die Befestigung der einzelnen Hüllenelemente aneinander und/oder an den dazwischenliegenden Wärmetauscherkanälen kann auf jede geeignete Art erfolgen. Insbesondere ist eine Verbindung durch Schweißen, aber auch durch Löten, insbesondere Hartlöten, möglich. Beim Einsatz eines Lötverfahren kann vorteilhaft das Lötmaterial bereits vor dem Zusammenbau des Stapels insbesondere an in Stapelrichtung weisenden Fortsätzen der Hüllenelemente aufgebracht sein.
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Das thermoelektrische Generatormodul kann beispielsweise im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine wie einem Kraftfahrzeugmotor, aber auch einem Schiffsmotor oder einem Heizkraftwerk eingesetzt werden. In diesem Fall ist das heiße Fluid das von der Verbrennungskraftmaschine gelieferte Abgas.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatormoduls gemäß einer ersten Ausführungsform, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;
- - 2 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts des thermoelektrischen Generatormoduls aus 1;
- - 3 eine schematische Explosionsdarstellung des Abschnitts des thermoelektrischen Generatormoduls aus 1;
- - 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatormoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;
- - 5 eine schematische Schnittansicht eines Abschnitts des thermoelektrischen Generatormoduls aus 4; und
- - 6 eine schematische Explosionsdarstellung des Abschnitts des thermoelektrischen Generatormoduls aus 4.
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Die 1 bis 3 zeigen ein thermoelektrisches Generatormodul 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Das thermoelektrische Generatormodul 10 weist ein Außengehäuse 12 auf, das einen trichterförmigen Einlass 14 für heißes Fluid und auf der gegenüberliegenden Seite einen nicht dargestellten, trichterförmigen Auslass aufweist, über den das heiße Fluid das thermoelektrische Generatormodul wieder verlässt. Die Strömungsrichtung des heißen Fluids durch das thermoelektrische Generatormodul 10 ist in den Figuren mit einem Pfeil R verdeutlicht.
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Am Einlass 14 und am Auslass sind (nicht dargestellte) Flansche vorgesehen, mittels derer sich das thermoelektrische Generatormodul 10 beispielsweise in den Abgasstrom in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine einsetzen lässt. Alternativ wird das Generatormodul 10 direkt in die Abgasanlage geschweißt.
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Im Inneren des Außengehäuses 12 ist ein Stapel 16 aufgenommen, in dem in einer Stapelrichtung S plattenförmige Hüllenelemente 18 und plattenförmige Wärmetauscherkanäle 20 im Wechsel angeordnet sind. Die Hüllenelemente 18 und die Wärmetauscherkanäle 20 sind so angeordnet, dass die größten Flachseiten 22 der Hüllenelemente 18 senkrecht zur Stapelrichtung S übereinander liegen. Die Hüllenelemente 18 sind jeweils an benachbarten Hüllenelementen 18 und/oder an benachbarten Wärmetauscherkanälen 20 fest fixiert, sodass der Stapel 16 in sich selbsttragend ist.
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Die Abmessung der Hüllenelemente 18 sowie der Wärmetauscherkanäle 20 ist in der Ebene senkrecht zur Stapelrichtung S erheblich größer als entlang der Stapelrichtung S.
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Das Außengehäuse 12 umgibt den Stapel 16 an allen Seiten und fixiert den Stapel 16 auf geeignete Weise gegen eine übermäßige Bewegung im Außengehäuse 12. In den Figuren sind beispielhaft nur zwei Seitenteile sowie die Einlassseite des Außengehäuses 12 dargestellt.
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Jedes der Hüllenelemente 18 hat eine Aufnahme 24 (siehe 2), in die jeweils eine plattenförmige Baugruppe 26 eingeschoben ist. Jede der Baugruppen 26 besteht wiederum aus einem plattenförmigen Kühlelement 28 sowie einer Vielzahl von auf den beiden Flachseiten 27 des Kühlelements 28 angeordneten thermoelektrischen Modulen 30. Die thermoelektrischen Module 30 können nach herkömmlich bekannter Art gestaltet sein und weisen jeweils (nicht dargestellte) thermoelektrische Elemente auf, die nach dem Seebeck-Effekt bei Anliegen einer Temperaturdifferenz eine elektrische Spannung liefern. Dementsprechend verfügt jede Baugruppe 26 auch über (nicht dargestellte) elektrische Anschlüsse, über die die erzeugte Spannung abgegriffen werden kann.
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Das Kühlelement 28 weist (nicht näher dargestellte) Kühlkanäle auf, die von einem Kühlfluid durchströmbar sind und die jeweils mit einem Einlass 32 und einem Auslass 34 verbunden sind. Der Einlass 32 und der Auslass 34 ragen jeweils aus dem Hüllenelement 18 heraus.
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Alle Einlässe 32 und Auslässe 34 sind an einer Seite des Stapels 16 angeordnet, sodass sämtliche Kühlelemente 28 des Stapels 16 strömungsmäßig auf einfache Weise über einen (nicht dargestellten) Verteiler miteinander verbunden werden können.
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Das Außengehäuse 12 hat in einer Seitenwand Anschlüsse 39 zur Versorgung der Kühlelemente 28 mit Kühlfluid.
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Jedes der Hüllenelemente 18 weist eine flexible Seitenwand 36 auf, die sich seitlich neben der Aufnahme 24 und somit neben der in die Aufnahme 24 eingeschobenen Baugruppe 26 erstreckt und die im gezeigten Beispiel einstückig in die Flachseiten 22 übergeht.
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Die flexible Seitenwand 36 bildet eine entgegen der Strömungsrichtung R weisende Stirnseite des Hüllenelements 18, die zur Einlassöffnung 14 des Außengehäuses 12 gerichtet ist. Die flexible Seitenwand 36 ist als Strömungsleitelement ausgebildet und leitet das einströmende heiße Fluid in den oder die Wärmetauscherkanäle 20, die dem Hüllenelement 18 unmittelbar benachbart sind.
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Die Seitenwand 36 kann z. B. aus austenitischem Stahl (1.4301) oder ferritischem Stahl (1.4509) sein.
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Die Seitenwand 36 ist in diesem Beispiel als eine vom Inneren der Aufnahme 24 weg gerichtete Wölbung 41 realisiert, die über die gesamte Länge I (siehe 3) der Baugruppe 26 und des Hüllenelements 18 senkrecht zur Strömungsrichtung R des heißen Fluids verläuft. In dieser Ausführungsform ist die Wölbung 41 im Querschnitt etwa halbkreisförmig.
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Außerdem weist jedes der Hüllenelemente 18 eine zweite flexible Seitenwand 136 auf, wobei die beiden flexiblen Seitenwände 36, 136 gegenüberliegend am Hüllenelement 18 angeordnet und identisch ausgebildet sind. Die Wölbung 41 erlaubt eine gewisse elastische Verformung der flexiblen Seitenwände 36, 136 entlang der Stapelrichtung S.
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Im Stapel 16 sind jeweils aufeinanderfolgend thermoelektrische Module 30, Kühlelemente 28, thermoelektrische Module 30 und Wärmetauscherkanäle 20 angeordnet, wobei, wie beschrieben, die Baugruppen aus Kühlelementen 28 und thermoelektrischen Modulen 30 jeweils in einem Hüllenelement 18 aufgenommen sind.
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In dem hier gezeigten Beispiel sind im Stapel 16 fünf Hüllenelemente 18 jeweils mit einer Baugruppe 26 sowie vier zwischen den Hüllenelementen 18 angeordnete Wärmetauscherkanäle 20 vorgesehen. Der Stapel 16 kann im Ermessen des Fachmanns nach Belieben erweitert oder verkleinert werden.
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Die Wärmetauscherkanäle 20 können jeweils ein eigenes Gehäuse aufweisen, sind aber in diesem Beispiel lediglich durch eine durchströmbare Lamellenstruktur 38 definiert, die zwischen zwei direkt benachbarten Hüllenelementen 18 angeordnet ist. Über die Lamellenstruktur 38 wird die Wärmeleitung vom heißen Fluid zum Hüllenelement 18 verbessert. Anstelle der Lamellenstruktur 38 oder zusätzlich dazu könnten auch wärmeleitende Rippen vorgesehen sein. Die Lamellenstruktur 38 könnte auch weggelassen werden.
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Der Wärmetauscherkanal ist in diesem Fall lediglich durch den Freiraum zwischen den unmittelbar benachbarten Hüllenelementen 18 definiert.
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In diesem Beispiel sind die Hüllenelemente 18 im Schnitt nach 2 als umfangsmäßig geschlossene abgeflachte Röhren ausgebildet, die die gegenüberliegende Flachseiten 22 der Baugruppe 26 sowie deren in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung weisende Seiten komplett bedecken und nur an den beiden Stirnseiten 40 offen sind. Der Innenraum des Hüllenelements 18 bildet die Aufnahme 24.
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An jedem Hüllenelement 18 sind außerdem an jeder der Stirnseiten 40 jeweils zwei entlang der Stapelrichtung S weisende Fortsätze 42 ausgebildet.
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Jedes der Hüllenelemente 18 ist in dieser Ausführungsform ein separat vorgefertigtes Bauteil.
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Zur Herstellung des thermoelektrischen Generatormoduls 10 werden zunächst die Baugruppen 26 in die zugeordneten Hüllenelemente 18 von den offenen Stirnseiten aus eingeschoben. Dann wird der Stapel 16 gebildet, indem abwechselnd Hüllenelemente 18 und Lamellenstrukturen 38 in der Stapelrichtung S aufeinander gesetzt werden, wobei die flexiblen Seitenwände 36 der einzelnen Hüllenelemente 18 entlang der Stapelrichtung S übereinanderliegen.
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Selbstverständlich können zwischen den thermoelektrischen Modulen 30, der Innenseite der Aufnahme 24 und den Flachseiten 27 der Kühlelemente 28 weitere wärmeleitende und/oder Unebenheiten ausgleichende Schichten, wie im Stand der Technik bekannt, vorgesehen sein.
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Gegebenenfalls können die Hüllenelemente 18 und die Lamellenstrukturen 38 bereits in diesem Verfahrensschritt fest miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Löten. Zu diesem Zweck kann beispielsweise an den Fortsätzen 42 der Hüllenelemente 18 und/oder an den Lamellenstrukturen 38 ein vorab aufgebrachtes Lotmaterial insbesondere induktiv erhitzt werden.
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Auf den Stapel 16 wird entlang der Stapelrichtung S eine Vorspannkraft aufgebracht, die ausreichend ist, um die flexiblen Seitenwände 36 der Hüllenelemente 18 entlang der Stapelrichtung S so weit zu verformen, dass ein flächiger thermischer Kontakt zwischen den thermoelektrischen Modulen 30 und den Flachseiten 22 der Hüllenelemente 18 sowie den gegenüberliegenden Flachseiten 27 der Kühlelemente 28 entsteht. Durch aufgebrachte Kraft werden vor allem Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten ausgeglichen.
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Unter Aufrechterhaltung der Vorspannkraft werden nun die einzelnen Hüllenelemente 18 an den Fortsätzen 42 miteinander und/oder mit den dazwischenliegenden Wärmetauscherkanälen 20 fest verbunden. Dies kann insbesondere durch Schweißen oder durch ein Lötverfahren erfolgen.
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Im fertigen thermoelektrischen Generatormodul 10 sind sämtliche Komponenten unverschieblich miteinander verbunden, wobei die flexiblen Seitenwände 36 nach wie vor eine Vorspannung aufweisen, die bei der Fertigung über die Vorspannkraft auf die Hüllenelemente 18 aufgebracht wurde. Somit besteht auch im fertigen thermoelektrischen Generatormodul 10 ein guter Wärmekontakt zwischen den thermoelektrischen Modulen 30, den Kühlelementen 28 und den Hüllenelementen 18, die wiederum in gutem thermischen Kontakt mit den Wärmetauscherkanälen 20 und deren Lamellenstrukturen 38 stehen.
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Das Außengehäuse 12 übt in diesem Beispiel keine wesentliche Vorspannkraft in Stapelrichtung S auf die Hüllenelemente 18 aus.
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Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform eines thermoelektrischen Generatormoduls 100. Für diejenigen Komponenten, die im Wesentlichen identisch zu denen der ersten Ausführungsform sind, werden die bereits eingeführten Bezugszeichen weiterverwendet.
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Der hauptsächliche Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, dass die einzelnen Hüllenelemente 118 nicht als separate Bauteile ausgebildet, sondern zu einem vorgefertigten Gestell 150 zusammengesetzt sind. Dies ist insbesondere in 6 gut zu erkennen. Jeweils zwei gegenüberliegende flexible Seitenwände 36, 136 bilden ein Hüllenelement 118 mit einer zwischen den flexiblen Seitenwänden 36, 136 gebildeten Aufnahme 124.
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Die übereinander angeordneten Hüllenelemente 118 sind entlang der Stapelrichtung S über Stege 152 an den Längsenden der flexiblen Seitenwände 36, 136 mit den in Stapelrichtung S benachbarten flexiblen Seitenwände 36, 136 verbunden. Die Stege 152 sind im Wesentlichen starr, während die flexiblen Seitenwände 36, 136 entlang der Stapelrichtung S um ein gewisses Maß verformbar sind.
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In diesem Beispiel sind die flexiblen Seitenwände 36, 136 der einzelnen Hüllenelemente 118 nicht wie in der ersten Ausführungsform über Flachseiten der Hüllenelemente 118 verbunden. Lediglich die flexiblen Seitenwände 36, 136 der in Stapelrichtung S obersten und untersten Hüllenelemente 118 sind jeweils durch eine Deckplatte 154 miteinander verbunden, sodass ein insgesamt rahmenförmiges Gestell 150 gebildet ist.
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Die Seitenwände 36, 136 grenzen ferner an eine Wand 160, zumindest eines hier als separate Einheit ausgeführten, rohrförmigen Wärmetauscherkanals 20 an und sind gegen die Wand 160 gepresst.
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Die flexiblen Seitenwände 36, 136 sind vorzugsweise alle identisch (sie können aber auch unterschiedliche Profilformen haben) und weisen jeweils eine von der Aufnahme 124 weg gerichtete Wölbung 141 auf. Diese dient auf der zur Einlassöffnung 14 gerichteten Seite als Strömungsleitelement für das heiße fluid und erlaubt außerdem beidseitig eine elastische Verformung der flexiblen Seitenwände 36, 136 entlang der Stapelrichtung S. In diesem Beispiel hat die Wölbung 141 eine an die Strömungsverhältnisse im Außengehäuse 12 angepasste Form, die hier im Querschnitt durch eine abgerundete Spitze gebildet ist.
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Das Grundprinzip der Herstellung des thermoelektrischen Generatormoduls 100 ist identisch mit dem der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Zunächst werden die Baugruppen 26 in die Aufnahmen 124 eingeschoben.
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Zwischen die Baugruppen 26 werden die Wärmetauscherkanäle 20 eingebracht, wobei in diesem Beispiel jeder Wärmetauscherkanal 20 ein Gehäuse 156 aufweist, das eine Lamellenstruktur 38 umgibt. Das Gestell 150 ist so ausgebildet, dass die Baugruppen 26 von der Stirnseite 40 des jeweiligen Hüllenelements 118 eingeschoben werden, während die Wärmetauscherkanäle 20 entlang der Strömungsrichtung R des heißen Fluids, also um 90° versetzt zur Einschubrichtung der Baugruppen 26, zwischen den Stegen 152 in das Gestell 150 eingesteckt werden können.
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Der so gebildete Stapel 116 aus Hüllenelementen 118, Baugruppen 26 und Wärmetauscherkanälen 20 wird wie oben beschrieben einer Vorspannkraft entlang der Stapelrichtung S unterworfen, die die flexiblen Seitenwände 36, 136 so weit verformt, dass ein guter Wärmekontakt zwischen den thermoelektrischen Modulen 30, den Kühlelementen 28 und den Wärmetauscherkanälen 20 gegeben ist.
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Das Gestell 150 wird in diesem Fall, während die Vorspannkraft wirkt, beispielsweise über die Stege 152 an den Wärmetauscherkanälen 20 fest befestigt, was wie in der ersten Ausführungsform z.B. durch Schweißen oder Löten erfolgen kann.
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Auch in diesem Beispiel sind im fertigen thermischen Generatormodul 100 die einzelnen Komponenten nicht gegeneinander verschiebbar, und die flexiblen Seitenwände 36, 136 weisen entlang der Stapelrichtung S nach wie vor eine Vorspannung auf.
