DE202010018101U1 - Thermoelectric generator device - Google Patents
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Abstract
Thermoelektrische Generatorvorrichtung, umfassend ein fluiddichtes erstes Gehäuse (12), mindestens ein fluiddichtes zweites Gehäuse (22), welches in dem ersten Gehäuse (12) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Gehäuse (12) und dem mindestens einen zweiten Gehäuse (22) ein erster Mediumstrom (66) geführt ist, ein fluiddichtes drittes Gehäuse (46), welches in dem mindestens einen zweiten Gehäuse (22) angeordnet ist, wobei in dem dritten Gehäuse (46) ein zweiter Mediumstrom (60) geführt ist, und mindestens ein thermoelektrisches Modul (44), welches zwischen dem mindestens einen zweiten Gehäuse (22) und dem dritten Gehäuse (46) angeordnet ist und mit einer ersten Seite (76) in thermischem Kontakt mit dem zweiten Gehäuse (22) steht und mit einer zweiten Seite (78) in thermischem Kontakt mit dem dritten Gehäuse (46) steht.Thermoelectric generator device comprising a fluid-tight first housing (12), at least one fluid-tight second housing (22) which is arranged in the first housing (12), with a between the first housing (12) and the at least one second housing (22) first medium stream (66) is guided, a fluid-tight third housing (46) which is arranged in the at least one second housing (22), a second medium stream (60) being guided in the third housing (46), and at least one thermoelectric Module (44) which is arranged between the at least one second housing (22) and the third housing (46) and is in thermal contact with the second housing (22) with a first side (76) and with a second side (78 ) is in thermal contact with the third housing (46).
Description
Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Generatorvorrichtung.The invention relates to a thermoelectric generator device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermoelektrische Generatorvorrichtung bereitzustellen, welche auf konstruktiv einfache Weise aufgebaut ist und bei welcher im Betrieb die thermomechanischen Spannungen minimiert sind.The invention has for its object to provide a thermoelectric generator apparatus, which is constructed in a structurally simple manner and in which the thermo-mechanical stresses are minimized during operation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein fluiddichtes erstes Gehäuse vorgesehen ist, mindestens ein fluiddichtes zweites Gehäuse vorgesehen ist, welches in dem ersten Gehäuse angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Gehäuse und dem mindestens einen zweiten Gehäuse ein erster Mediumstrom geführt ist, ein fluiddichtes drittes Gehäuse vorgesehen ist, welches in dem mindestens einen zweiten Gehäuse angeordnet ist, wobei in dem dritten Gehäuse ein zweiter Mediumstrom geführt ist, und mindestens ein thermoelektrisches Modul vorgesehen ist, welches zwischen dem mindestens einen zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse angeordnet ist und mit einer ersten Seite in thermischem Kontakt mit dem zweiten Gehäuse steht und mit einer zweiten Seite in thermischem Kontakt mit dem dritten Gehäuse steht.This object is achieved in that a fluid-tight first housing is provided, at least one fluid-tight second housing is provided, which is arranged in the first housing, wherein between the first housing and the at least one second housing, a first medium flow is performed, a fluid-tight third housing is provided, which is arranged in the at least one second housing, wherein in the third housing, a second medium flow is performed, and at least one thermoelectric module is provided, which is arranged between the at least one second housing and the third housing and with a first side is in thermal contact with the second housing and is in thermal contact with the third housing with a second side.
Der zweite Mediumstrom ist beispielsweise ein Wärmestrom (Heißstrom), wobei in dem thermoelektrischen Modul Abwärme zur direkten Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund des Seebeck-Effekts genutzt werden soll. Der erste Mediumstrom ist dann ein Kühlstrom mit beispielsweise Kühlwasser als Kühlmedium. The second medium flow is, for example, a heat flow (hot flow), wherein in the thermoelectric module waste heat for direct generation of electrical energy due to the Seebeck effect is to be used. The first medium flow is then a cooling flow with, for example, cooling water as the cooling medium.
Das mindestens eine thermoelektrische Modul liegt zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse und ist zwischen diesen eingespannt, wobei jedoch keine direkte Verbindung bzw. dauerhafte Verbindung vorliegen muss. Es lässt sich ein flächiger Anpressdruck des thermoelektrischen Moduls sowohl an das zweite Gehäuse als auch an das dritte Gehäuse erreichen, wodurch ein guter thermischer Kontakt hergestellt wird. Die thermomechanischen Spannungen lassen sich dabei minimieren, da keine direkte Verbindung vorgesehen werden muss. The at least one thermoelectric module is located between the second housing and the third housing and is clamped between these, but no direct connection or permanent connection must be present. It can be a surface contact pressure of the thermoelectric module to reach both the second housing and the third housing, whereby a good thermal contact is made. The thermo-mechanical stresses can be minimized, since no direct connection must be provided.
Der Anpressdruck wird beispielsweise mittels Überdrücken des ersten Mediumstroms und des zweiten Mediumstroms bereitgestellt. Auch eine unterschiedliche Wärmeausdehnung von Heißmedium-führendem Gehäuse und Kaltmedium-führendem Gehäuse sorgt für einen Anpressdruck. Durch zusätzliche Maßnahmen wie beispielsweise Herstellung eines Unterdrucks in dem Raum zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse oder Presspassung lässt sich der Anpressdruck weiter erhöhen. Bei einer Presspassung hat beispielsweise das zweite Gehäuse Untermaß und der Verbund aus dem dritten Gehäuse und thermoelektrischen Modulen hat Übermaß. The contact pressure is provided, for example, by overpressing the first medium flow and the second medium flow. Also, a different thermal expansion of hot medium-carrying housing and cold medium-carrying housing provides a contact pressure. Additional measures, such as, for example, producing a negative pressure in the space between the second housing and the third housing or press fitting, can further increase the contact pressure. In a press fit, for example, the second housing undersize and the composite of the third housing and thermoelectric modules has excess.
Der erste Mediumstrom und der zweite Mediumstrom lassen sich auf einfache Weise ohne Kontakt miteinander führen, wobei der konstruktive Aufwand zur Verhinderung des Kontakts minimiert ist.The first medium flow and the second medium flow can be easily performed without contact with each other, the design effort to prevent contact is minimized.
Ferner lässt sich auf einfache Weise eine Kühlung des mindestens einen zweiten Gehäuse durch Umspülen mit dem ersten Mediumstrom erreichen.Furthermore, cooling of the at least one second housing by flushing with the first medium flow can be achieved in a simple manner.
Insbesondere ist eine Seite aus der ersten Seite und der zweiten Seite eine Warmseite und die andere Seite ist eine Kaltseite. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass der erste Mediumstrom ein Wärmestrom ist und der zweite Mediumstrom ein Kühlstrom, oder der erste Mediumstrom ein Kühlstrom und der zweite Mediumstrom ein Strom mit Wärmeinhalt.In particular, one side of the first side and the second side is a hot side and the other side is a cold side. It is fundamentally possible that the first medium flow is a heat flow and the second medium flow is a cooling flow, or the first medium flow is a cooling flow and the second medium flow is a flow with heat content.
Günstig ist es, wenn eine Strömungsrichtung und insbesondere Haupt-Strömungsrichtung des ersten Mediumstroms quer zu einer Strömungsrichtung und insbesondere Haupt-Strömungsrichtung des zweiten Mediumstroms orientiert ist. Dadurch lässt sich beispielsweise auf einfache Weise eine Umspülung des mindestens einen zweiten Gehäuses zur effektiven Kühlung erreichen. Weiterhin lassen sich beispielsweise Anschlüsse für den ersten Mediumstrom und den zweiten Mediumstrom an unterschiedlichen Seiten des ersten Gehäuses anordnen. Es sind keine aufwendigen Verteilungsstrukturen insbesondere für den ersten Mediumstrom notwendig. Beispielsweise lassen sich Anschlüsse an dem ersten Gehäuse durch den ersten Mediumstrom über einfache durchgehende Öffnungen bilden. Der Aufwand zur Trennung des ersten Mediumstroms und des zweiten Mediumstroms ist verringert.It is favorable if a flow direction and in particular the main flow direction of the first medium flow is oriented transversely to a flow direction and in particular the main flow direction of the second medium flow. As a result, for example, a flushing of the at least one second housing for effective cooling can be achieved in a simple manner. Furthermore, for example, connections for the first medium flow and the second medium flow can be arranged on different sides of the first housing. There are no complicated distribution structures necessary in particular for the first medium flow. For example, connections on the first housing can be formed by the first medium flow via simple through openings. The effort to separate the first medium flow and the second medium flow is reduced.
Günstig ist es, wenn das dritte Gehäuse dem zweiten Gehäuse zugewandt mindestens einen ebenen Wandungsbereich aufweist. An den ebenen Wandungsbereich kann ein thermoelektrisches Modul mit einer ebenen zweiten Seite anliegen. Dadurch lässt sich ein gleichmäßiger, vollflächiger Anpressdruck erreichen. Dadurch lassen sich insbesondere thermomechanische Spannungen minimieren. Das thermoelektrische Modul lässt sich auf einfache Weise ausbilden.It is favorable if the third housing facing the second housing has at least one flat wall area. A thermoelectric module with a flat second side can abut against the flat wall region. As a result, a uniform, full-surface contact pressure can be achieved. As a result, in particular thermomechanical stresses can be minimized. The thermoelectric module can be easily formed.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn das zweite Gehäuse dem dritten Gehäuse zugewandt mindestens einen ebenen Wandungsbereich aufweist. An diesem ebenen Wandungsbereich kann dann das thermoelektrische Modul mit einer ebenen ersten Seite anliegen.For the same reason, it is favorable if the second housing facing the third housing has at least one flat wall area. At this flat wall area, the thermoelectric module can then rest with a flat first side.
Insbesondere ist das mindestens eine thermoelektrische Modul an dem ebenen Wandungsbereich oder den ebenen Wandungsbereichen angelegt. Dadurch steht das thermoelektrische Modul in mechanischem Kontakt mit diesen ebenen Wandungsbereichen. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein thermoelektrisches Modul zwischen dem dritten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse einspannen mit einem vollflächigen Anpressdruck. Dies wiederum reduziert die thermomechanischen Spannungen. Weiterhin lässt sich dadurch auch das dritte Gehäuse zwischen gegenüberliegenden thermoelektrischen Modulen in dem zweiten Gehäuse einspannen. In particular, the at least one thermoelectric module is applied to the flat wall region or the flat wall regions. As a result, the thermoelectric module is in mechanical contact with these flat wall regions. This makes it easy to clamp a thermoelectric module between the third housing and the second housing with a full-surface contact pressure. This in turn reduces the thermo-mechanical stresses. Furthermore, this also makes it possible to clamp the third housing between opposing thermoelectric modules in the second housing.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn an gegenüberliegenden Seiten des dritten Gehäuses jeweils mindestens ein thermoelektrisches Modul positioniert ist. Es ist dann das dritte Gehäuse in dem zweiten Gehäuse zwischen gegenüberliegenden thermoelektrischen Modulen positioniert und insbesondere zwischen diesen eingespannt. Die gegenüberliegenden thermoelektrischen Module bilden dann Abstandshalter für die Positionierung des dritten Gehäuses in dem zweiten Gehäuse.In particular, it is advantageous if in each case at least one thermoelectric module is positioned on opposite sides of the third housing. It is then the third housing positioned in the second housing between opposite thermoelectric modules and in particular clamped between them. The opposing thermoelectric modules then form spacers for positioning the third housing in the second housing.
Insbesondere ist ein Innenraum zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse vollständig fluiddicht abgeschlossen. Dadurch lässt sich beispielsweise bei der Herstellung der thermoelektrischen Generatorvorrichtung ein Unterdruck in diesem Innenraum herstellen. Durch diesen Unterdruck lässt sich das thermoelektrische Modul sowohl an das zweite Gehäuse als auch an das dritte Gehäuse anpressen. Es wird dadurch eine Verspannung erreicht, ohne dass besondere Verspannungselemente wie Verspannungsbügel oder dergleichen vorgesehen werden müssen. Weiterhin lässt sich ein gleichmäßiger vollflächiger Anpressdruck mit der Folge der Reduzierung von thermomechanischen Spannungen erreichen.In particular, an inner space between the second housing and the third housing is completely sealed fluid-tight. As a result, for example, in the production of the thermoelectric generator device, a negative pressure in this interior can be produced. Due to this negative pressure, the thermoelectric module can be pressed against both the second housing and the third housing. It is achieved by a bracing without special bracing elements such as bracing straps or the like must be provided. Furthermore, a uniform full-surface pressure can be achieved with the result of reducing thermo-mechanical stresses.
Insbesondere herrscht dann in einem Innenraum zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse ein Unterdruck gegenüber einem Innenraum des dritten Gehäuses und einem Innenraum zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse. Dadurch lässt sich ein vollflächiger Anpressdruck erreichen, ohne dass zusätzliche Verspannungselemente wie Bügel oder dergleichen vorgesehen werden müssen. Diese Anpressung erlaubt auch grundsätzlich eine gleitbare Verschieblichkeit eines thermoelektrischen Moduls zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse, da beispielsweise eine (dauerhafte) stoffschlüssige Verbindung oder formschlüssige Verbindung nicht vorgesehen werden muss und in gewissen Grenzen ein Ausweichen des thermoelektrischen Moduls in dem Innenraum ermöglicht ist. Auch dadurch werden thermomechanische Spannungen reduziert.In particular, a negative pressure then prevails in an interior space between the second housing and the third housing relative to an interior of the third housing and an interior space between the first housing and the second housing. As a result, a full contact pressure can be achieved without additional bracing elements such as brackets or the like having to be provided. This contact pressure also basically allows a slidable displaceability of a thermoelectric module between the second housing and the third housing, since, for example, a (permanent) cohesive connection or positive connection does not have to be provided and within certain limits an escape of the thermoelectric module in the interior is possible. This also reduces thermo-mechanical stresses.
Das mindestens eine thermoelektrische Modul ist an einer Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet. Dadurch lässt sich eine Wärmeübertragung zur Bereitstellung eines Wärmestroms an dem thermoelektrischen Modul bereitstellen. Der Wärmestrom wiederum bewirkt eine teilweise Wandlung von thermischer Energie direkt in elektrische Energie.The at least one thermoelectric module is arranged on a heat transfer device. This can provide heat transfer to provide a heat flow to the thermoelectric module. The heat flow in turn causes a partial conversion of thermal energy directly into electrical energy.
Insbesondere ist das dritte Gehäuse ein Gehäuse der Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei in dem dritten Gehäuse mindestens ein Kanal von dem zweiten Mediumstrom gebildet ist. In dem dritten Gehäuse ist der zweite Mediumstrom geführt, wobei entsprechend Wärme abgegeben wird zur thermoelektrischen Nutzung.In particular, the third housing is a housing of the heat transfer device, wherein in the third housing at least one channel is formed by the second medium stream. In the third housing, the second medium flow is performed, with corresponding heat is given off for thermoelectric use.
Insbesondere ist in dem dritten Gehäuse eine Mehrzahl von parallelen, fluiddicht getrennten Kanälen gebildet. Dadurch lässt sich eine große Wärmemenge übertragen, d. h. es lässt sich eine große Wärmestromdichte erreichen.In particular, a plurality of parallel, fluid-tightly separated channels is formed in the third housing. This allows a large amount of heat transferred, d. H. it is possible to achieve a high heat flux density.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine thermoelektrische Modul gleitbar zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse gelagert ist. Dadurch ist keine starre Verbindung vorgesehen und thermomechanische Spannungen werden reduziert.It is particularly advantageous if the at least one thermoelectric module is slidably mounted between the second housing and the third housing. As a result, no rigid connection is provided and thermo-mechanical stresses are reduced.
Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform weist ein Innenraum zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse einen Bereich auf, welcher eine kleinere Höhe hat als das mindestens eine thermoelektrische Modul. Die Bereichsgrenzen stellen dann eine Sperrfläche für eine Beweglichkeit des mindestens einen thermoelektrischen Moduls in dem Innenraum bereit. Dadurch wird ein ”Herumwandern” des mindestens einen thermoelektrischen Moduls in dem Innenraum verhindert.In a structurally simple embodiment, an inner space between the second housing and the third housing has an area which has a smaller height than the at least one thermoelectric module. The area boundaries then provide a barrier to mobility of the at least one thermoelectric module in the interior. This prevents a "wandering" of the at least one thermoelectric module in the interior space.
Günstig ist es, wenn in das dritte Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse und/oder das erste Gehäuse mindestens ein Faltenbalg integriert ist. Wenn beispielsweise der zweite Mediumstrom ein Heißstrom ist, dann erfährt das dritte Gehäuse eine stärkere Wärmeausdehnung als das zweite Gehäuse. It is advantageous if at least one bellows is integrated in the third housing and / or the second housing and / or the first housing. For example, if the second medium stream is a hot stream, then the third casing experiences greater thermal expansion than the second casing.
Durch die Integration mindestens eines Faltenbalgs lässt sich eine entsprechende Wärmeausdehnung des dritten Gehäuses kompensieren. Dadurch wird beispielsweise eine Verbindung des dritten Gehäuses mit dem ersten Gehäuse minimal beansprucht. Wenn der erste Mediumstrom ein Heißstrom ist, dann erfährt das zweite Gehäuse eine stärkere Wärmeausdehnung als das dritte Gehäuse. Durch die Integration mindestens eines Faltenbalgs lassen sich dadurch entsprechende Längendehnungen kompensieren. Da das erste Gehäuse auf einem ähnlichen Temperaturniveau wie das mindestens eine zweite Gehäuse liegt, kann auch eine Integration eines Faltenbalgs in das erste Gehäuse sinnvoll sein.By integrating at least one bellows, a corresponding thermal expansion of the third housing can be compensated. As a result, for example, a connection of the third housing to the first housing is minimally stressed. If the first medium stream is a hot stream, then the second housing experiences greater thermal expansion than the third housing. By integrating at least one bellows can be compensated by corresponding elongations. Since the first housing is at a similar temperature level as the at least a second housing is, an integration of a bellows in the first housing may be useful.
Fertigungstechnisch günstig ist es, wenn das mindestens eine zweite Gehäuse und/oder das dritte Gehäuse an mindestens einer Stirnwand des ersten Gehäuses fixiert ist. Dadurch ergibt sich eine einfache konstruktive Ausbildung; die thermoelektrische Generatorvorrichtung lässt sich auf einfache Weise herstellen.It is favorable in terms of manufacturing technology if the at least one second housing and / or the third housing is fixed to at least one end wall of the first housing. This results in a simple structural design; The thermoelectric generator device can be easily manufactured.
Es ist dann besonders günstig, wenn das erste Gehäuse und das mindestens eine zweite Gehäuse und/oder das dritte Gehäuse eine gemeinsame Wand aufweisen. Dadurch lässt sich auch das Gewicht der thermoelektrischen Generatorvorrichtung minimieren. Die Anzahl von beispielsweise Lötschritten lässt sich minimieren. Die gemeinsame Wand ist beispielsweise ein eigenes Bauteil wie eine Stirnplatte.It is particularly favorable when the first housing and the at least one second housing and / or the third housing have a common wall. This also minimizes the weight of the thermoelectric generator device. The number of, for example, soldering steps can be minimized. The common wall is for example a separate component such as a face plate.
Insbesondere ist die mindestens eine gemeinsame Wand eine Stirnwand. Die entsprechende gemeinsame Wand kann dazu genutzt werden, das zweite Gehäuse und/oder das dritte Gehäuse relativ zu dem ersten Gehäuse zu fixieren.In particular, the at least one common wall is an end wall. The corresponding common wall can be used to fix the second housing and / or the third housing relative to the first housing.
Insbesondere ist das zweite Gehäuse und/oder das dritte Gehäuse über die mindestens eine gemeinsame Wand an dem ersten Gehäuse gehalten. Dadurch ergibt sich bei einfacher Herstellbarkeit ein einfacher Aufbau.In particular, the second housing and / or the third housing is held on the first housing via the at least one common wall. This results in ease of manufacture a simple structure.
Bei einer Ausführungsform ist das mindestens eine zweite Gehäuse und/oder das dritte Gehäuse an dem ersten Gehäuse über eine Lötverbindung gehalten. Dadurch lässt sich die Verbindung auf einfache Weise herstellen. Insbesondere lässt sich ein Innenraum zwischen dem dritten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse auf einfache Weise fluiddicht schließen.In one embodiment, the at least one second housing and / or the third housing is held on the first housing via a solder connection. This allows the connection to be made in a simple manner. In particular, an interior space between the third housing and the second housing can be closed in a fluid-tight manner in a simple manner.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Gehäuse und/oder das dritte Gehäuse an dem ersten Gehäuse über eine Steckverbindung gehalten ist. Zur Ausbildung der Steckverbindung weist beispielsweise das erste Gehäuse eine oder mehrere Nuten oder Ausnehmungen auf, in welchen ein oder mehrere Gegenelemente des zweiten Gehäuses bzw. dritten Gehäuses eingetaucht sind. Solch eine Steckverbindung kann beispielsweise während der Herstellung der thermoelektrischen Generatorvorrichtung vorteilhaft sein, um beispielsweise vor einem Lötvorgang eine relative Fixierung des zweiten Gehäuses an dem ersten Gehäuse bzw. des dritten Gehäuses an dem ersten Gehäuse zu erreichen. Insbesondere ist eine Wandung des zweiten Gehäuses bzw. des dritten Gehäuses an einer Stirnplatte des ersten Gehäuses über eine Steckverbindung gehalten.It can be provided that the second housing and / or the third housing is held on the first housing via a plug connection. To form the connector, for example, the first housing has one or more grooves or recesses in which one or more counter-elements of the second housing or third housing are immersed. Such a plug connection can be advantageous, for example, during the production of the thermoelectric generator device in order, for example, to achieve a relative fixing of the second housing to the first housing or the third housing to the first housing before a soldering operation. In particular, a wall of the second housing or the third housing is held on a front plate of the first housing via a plug connection.
Günstig ist es, wenn dem ersten Gehäuse mindestens ein Eingangsanschluss und mindestens ein Ausgangsanschluss für den ersten Mediumstrom zugeordnet sind. Dadurch lässt sich der erste Mediumstrom durch das erste Gehäuse durchführen und beispielsweise lässt sich das mindestens eine zweite Gehäuse in dem ersten Gehäuse mit dem ersten Mediumstrom umspülen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die entsprechenden Anschlüsse über einfache durchgehende Ausnehmungen gebildet sind.It is favorable if at least one input connection and at least one output connection for the first medium flow are assigned to the first housing. As a result, the first medium flow can be carried out through the first housing and, for example, the at least one second housing in the first housing can be flushed around with the first medium flow. It may be provided that the corresponding connections are formed via simple continuous recesses.
Insbesondere sind dem dritten Gehäuse mindestens ein Eingangsanschluss und mindestens ein Ausgangsanschluss für den zweiten Mediumstrom zugeordnet. Dadurch lässt sich das dritte Gehäuse mit dem zweiten Mediumstrom durchströmen.In particular, at least one input terminal and at least one output terminal for the second medium flow are assigned to the third housing. As a result, the third housing can flow through with the second medium flow.
Es ist dann weiterhin vorteilhaft, wenn der mindestens eine Eingangsanschluss und der mindestens eine Ausgangsanschluss mit dem ersten Gehäuse verbunden sind und/oder an dem ersten Gehäuse angeordnet sind. Dadurch lässt sich der erste Mediumstrom durch das erste Gehäuse hindurch durch das dritte Gehäuse durchführen.It is then also advantageous if the at least one input terminal and the at least one output terminal are connected to the first housing and / or arranged on the first housing. As a result, the first medium flow can be performed through the first housing through the third housing.
Es ist ferner günstig, wenn Anschlüsse für den ersten Mediumstrom und Anschlüsse für den zweiten Mediumstrom an quer zueinander liegenden Seiten des ersten Gehäuses angeordnet sind. Dadurch lässt sich der Aufwand für Verteilungsvorrichtungen minimieren. Ferner lassen sich der erste Mediumstrom und der zweite Mediumstrom auf einfache Weise so trennen, dass diese nicht in Kontakt miteinander kommen.It is also advantageous if connections for the first medium flow and connections for the second medium flow are arranged at transversely lying sides of the first housing. As a result, the cost of distribution devices can be minimized. Furthermore, the first medium flow and the second medium flow can be easily separated so that they do not come into contact with each other.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine zweite Gehäuse so im ersten Gehäuse angeordnet ist, dass es von dem ersten Mediumstrom umspülbar ist. Dadurch lässt sich eine effektive Kühlung erreichen. Ferner lässt sich ein Innenraum zwischen dem dritten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse optimal für thermoelektrische Module nutzen; es lassen sich gegenüberliegende Gehäuseseiten nutzen.It is favorable if the at least one second housing is arranged in the first housing such that it can be flushed around by the first medium flow. This allows effective cooling to be achieved. Furthermore, an inner space between the third housing and the second housing can be used optimally for thermoelectric modules; it can be used opposite housing sides.
Insbesondere ist ein Mediumstrom aus dem ersten Mediumstrom und dem zweiten Mediumstrom ein Kühlstrom und der andere Mediumstrom ist ein Wärmestrom (Heißstrom). Dadurch lässt sich zwischen der zweiten Seite und der ersten Seite eines thermoelektrischen Moduls ein Wärmestrom realisieren, wobei direkt nutzbare elektrische Energie erzeugbar ist.In particular, one medium flow from the first medium flow and the second medium flow is a cooling flow and the other medium flow is a heat flow (hot flow). As a result, a heat flow can be realized between the second side and the first side of a thermoelectric module, wherein directly usable electrical energy can be generated.
Günstig ist es, wenn zwischen dem mindestens einen thermoelektrischen Modul und dem zweiten Gehäuse und/oder dem dritten Gehäuse eine wärmeleitende Folie und insbesondere Graphitfolie angeordnet ist. Die wärmeleitende Folie sorgt für einen guten Wärmekontakt zwischen dem entsprechenden thermoelektrischen Modul und dem zweiten Gehäuse bzw. dritten Gehäuse. Eine Graphitfolie verringert die Reibungsfläche, so dass das entsprechende thermoelektrische Modul (direkt oder über einen Träger) gut zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse gleiten kann und dadurch thermomechanische Spannungen minimiert werden.It is favorable if between the at least one thermoelectric module and the second housing and / or the third housing a thermally conductive foil and in particular graphite foil is arranged. The thermally conductive foil provides good thermal contact between the corresponding thermoelectric module and the second Housing or third housing. A graphite foil reduces the friction surface so that the corresponding thermoelectric module (directly or via a carrier) can slide well between the second housing and the third housing, thereby minimizing thermo-mechanical stresses.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass mindestens ein thermoelektrisches Modul und insbesondere eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen an einem Träger sitzen, an welchem elektrische Leitungen und/oder elektrische Anschlüsse angeordnet sind. Eine solche Kombination aus Träger und mindestens einem thermoelektrischen Modul mit integrierten elektrischen Leitungen und/oder elektrischen Anschlüssen lässt sich als Ganzes auf einfache Weise handhaben, so dass die Herstellung vereinfacht ist. Darüber hinaus kann auch der Träger als Ganzes zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse gleiten.In one embodiment, it is provided that at least one thermoelectric module and in particular a plurality of thermoelectric modules sit on a support on which electrical lines and / or electrical connections are arranged. Such a combination of carrier and at least one thermoelectric module with integrated electrical lines and / or electrical connections can be handled as a whole in a simple manner, so that the production is simplified. In addition, the carrier as a whole can slide between the second housing and the third housing.
Es ist dann insbesondere vorteilhaft, wenn der Träger mindestens eine Fensteröffnung aufweist, an welcher das mindestens eine thermoelektrische Modul zum thermischen Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse sitzt. Die Fensteröffnung ist insbesondere eine durchgehende Öffnung, durch welche das thermoelektrische Modul hindurchgetaucht sitzt. Dadurch das lässt sich das thermoelektrische Modul auf einfache Weise in einen Träger integrieren, wobei der thermische Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse auf einfache Weise herstellbar ist. Der Träger selber ist vorteilhafterweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt.It is particularly advantageous if the carrier has at least one window opening, on which the at least one thermoelectric module is seated for thermal contact with the second housing and the third housing. The window opening is in particular a through opening through which the thermoelectric module sits immersed. As a result, the thermoelectric module can be easily integrated into a carrier, wherein the thermal contact with the second housing and the third housing can be produced in a simple manner. The carrier itself is advantageously made of an electrically insulating material.
Insbesondere ragt das mindestens eine thermoelektrische Modul jeweils mit einer dem zweiten Gehäuse zugewandten ersten Seite und mit einer dem dritten Gehäuse zugewandten zweiten Seite über den Träger hinaus. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine thermische Kontaktierung erreichen.In particular, the at least one thermoelectric module projects in each case beyond the carrier with a first side facing the second housing and with a second side facing the third housing. As a result, a thermal contact can be achieved in a simple manner.
Bei einer Ausführungsform weist ein thermoelektrisches Modul ein erstes Teilmodul und ein zweites Teilmodul auf, welche durch eine erste Brücke elektrisch verbunden sind, und das zweite Teilmodul ist über eine zweite Brücke mit dem ersten Teilmodul eines benachbarten thermoelektrischen Moduls verbunden. Über die zweite Brücke wird eine Reihenschaltung von benachbarten thermoelektrischen Modulen hergestellt. Die erste Brücke und die zweite Brücke lassen sich dabei auch als thermische Kontaktelemente zur Kontaktierung des zweiten Gehäuses und des dritten Gehäuses verwenden.In one embodiment, a thermoelectric module has a first submodule and a second submodule, which are electrically connected by a first bridge, and the second submodule is connected via a second bridge to the first submodule of an adjacent thermoelectric module. Via the second bridge, a series connection of adjacent thermoelectric modules is produced. The first bridge and the second bridge can also be used as thermal contact elements for contacting the second housing and the third housing.
Insbesondere sind die erste Brücke und die zweite Brücke als thermische Kontaktelemente für das zweite Gehäuse oder dritte Gehäuse ausgebildet. Dadurch lässt sich die Anzahl der Bauteile minimieren, da die für eine elektrische Kontaktierung sorgenden Brücken gleichzeitig thermische Kontaktelemente sind.In particular, the first bridge and the second bridge are formed as thermal contact elements for the second housing or third housing. As a result, the number of components can be minimized since the bridges that provide for electrical contacting are at the same time thermal contact elements.
Insbesondere sind die erste Brücke und die zweite Brücke an unterschiedlichen Seiten bezogen auf einen Träger von thermoelektrischen Modulen angeordnet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine thermische Kontaktierung mit den zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse erreichen.In particular, the first bridge and the second bridge are arranged on different sides with respect to a support of thermoelectric modules. As a result, a thermal contact with the second housing and the third housing can be achieved in a simple manner.
Vorteilhafterweise sitzen das erste Teilmodul und das zweite Teilmodul in beabstandeten Fensteröffnungen eines Trägers. Wenn der Träger aus einem elektrisch isolierenden Material ist, dann sind die Teilmodule elektrisch getrennt voneinander. Der elektrische Kontakt wird dann nur über die Brücken hergestellt, welche außerhalb des Trägers liegen.Advantageously, the first sub-module and the second sub-module sit in spaced window openings of a carrier. If the carrier is made of an electrically insulating material, then the sub-modules are electrically isolated from each other. The electrical contact is then made only over the bridges, which are outside the carrier.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung, welches insbesondere serientauglich ist, wird in dem ersten Gehäuse ein zweites Gehäuse positioniert und in dem zweiten Gehäuse wird ein drittes Gehäuse positioniert, wobei das dritte Gehäuse Teil einer Wärmeübertragungsvorrichtung ist, und an dem dritten Gehäuse mindestens ein thermoelektrisches Modul positioniert wird, wobei das mindestens eine thermoelektrische Modul in thermischem Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse gebracht wird.In a method for manufacturing a thermoelectric generator apparatus, which is particularly suitable for series production, a second housing is positioned in the first housing and a third housing is positioned in the second housing, wherein the third housing is part of a heat transfer device, and at least one on the third housing thermoelectric module is positioned, wherein the at least one thermoelectric module is brought into thermal contact with the second housing and the third housing.
Das Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatorvorrichtung erläuterten Vorteile auf. The method has the advantages already explained in connection with the thermoelectric generator device according to the invention.
Durch dieses Herstellungsverfahren, bei dem beispielsweise temporär das mindestens eine thermoelektrische Modul an dem dritten Gehäuse positioniert wird und das zweite Gehäuse übergeschoben wird, lässt sich das mindestens eine thermoelektrische Modul zwischen dem dritten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse verspannen, ohne dass eine feste Verbindung vorgesehen werden muss.By virtue of this production method, in which, for example, the at least one thermoelectric module is temporarily positioned on the third housing and the second housing is pushed over, the at least one thermoelectric module can be clamped between the third housing and the second housing without a fixed connection being provided got to.
Günstig ist es, wenn thermoelektrische Module an gegenüberliegenden Seiten des dritten Gehäuses positioniert werden. Dadurch fungieren die thermoelektrischen Module als eine Art von Abstandshalter und das dritte Gehäuse lässt sich gewissermaßen zwischen den thermoelektrischen Modulen einspannen. Dadurch wiederum lässt sich eine vollflächige Anpresskraft auf die thermoelektrischen Module erzielen.It is advantageous if thermoelectric modules are positioned on opposite sides of the third housing. As a result, the thermoelectric modules act as a kind of spacer and the third housing can be effectively clamped between the thermoelectric modules. This in turn allows a full-surface contact force on the thermoelectric modules can be achieved.
Insbesondere wird das zweite Gehäuse unter Vakuumbedingungen fluiddicht abgeschlossen. Ein entsprechender Innenraum des zweiten Gehäuses ist dadurch hermetisch gekapselt. Es lässt sich dadurch ein Unterdruck bereitstellen. Dieser Unterdruck wiederum bewirkt eine Verspannung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse. Es lässt sich dadurch eine vollflächige Anpresskraft erreichen unter Minimierung von thermomechanischen Spannungen. Weiterhin sorgt ein entsprechender Überdruck in den Mediumströmen für Erhöhung des Anpressdrucks.In particular, the second housing is sealed fluid-tight under vacuum conditions. A corresponding interior of the second housing is thereby hermetically encapsulated. It can thereby provide a negative pressure. This negative pressure in turn causes a strain of the at least one thermoelectric module between the second housing and the third housing. It can thereby achieve a full-surface contact force while minimizing thermo-mechanical stresses. Furthermore, a corresponding overpressure in the medium flows ensures an increase of the contact pressure.
Günstig ist es, wenn das zweite Gehäuse an dem ersten Gehäuse fixiert wird. Dadurch lässt sich die Anzahl der Bauelemente reduzieren und das Gewicht lässt sich reduzieren.It is advantageous if the second housing is fixed to the first housing. As a result, the number of components can be reduced and the weight can be reduced.
Vorteilhafterweise ist dann eine Wand des ersten Gehäuses eine Wand des zweiten Gehäuses. Advantageously, then a wall of the first housing is a wall of the second housing.
Es ist ferner günstig, wenn eine Verbindung des ersten Gehäuses mit dem zweiten Gehäuse unter Vakuumbedingungen erfolgt. Dadurch lässt sich während der Herstellung der thermoelektrischen Generatorvorrichtung ein Unterdruck in einem Innenraum zwischen dem zweiten Gehäuse und dem dritten Gehäuse herstellen.It is also advantageous if a connection of the first housing to the second housing takes place under vacuum conditions. As a result, a negative pressure in an interior space between the second housing and the third housing can be produced during the production of the thermoelectric generator device.
Beispielsweise erfolgt die Verbindung des ersten Gehäuses mit dem zweiten Gehäuse über Löten und insbesondere Hartlöten.For example, the connection of the first housing to the second housing takes place via soldering and in particular brazing.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for further explanation of the invention. Show it:
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatorvorrichtung, welche in den
An seinen Stirnseiten ist das erste Gehäuse
Das erste Gehäuse
Ein zweites Gehäuse
Die Wandung
Das jeweilige zweite Gehäuse
In dem jeweiligen zweiten Gehäuse ist eine Kombination
Die Wärmeübertragungsvorrichtung
Das dritte Gehäuse
Dem Innenraum
Ein Strom eines Mediums (im Folgenden als zweiter Mediumstrom
Zwischen der Wandung
Weiterhin sind die zweiten Gehäuse
Die Wandung
Bei einer Ausführungsform sind der erste Wandungsbereich
Das dritte Gehäuse
Die Wandung
Bei einer Ausführungsform ist der erste Wandungsbereich
Das zweite Gehäuse
Die Bogenbereiche
Zwischen dem ersten Wandungsbereich
Bei einer Ausführungsform ist zwischen dem thermoelektrischen Modul
Zwischen dem dritten Gehäuse
Die thermoelektrischen Module
Die thermoelektrischen Module
Der Innenraum
Dies bewirkt, dass die Wandung
Bei einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Faltenbalge
Ein Faltenbalg
Der Unterdruck in dem Innenraum
An dem ersten Gehäuse
Ein Eingangsanschluss
Die zweiten Gehäuse
Ein jeweiliges thermoelektrisches Modul
Ein thermoelektrisches Modul
Die erste Seite
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht eine Breite B eines thermoelektrischen Moduls
Das erste Gehäuseelemente
In dem Innenraum
Wenn beispielsweise die zweite Seite
Über die thermoelektrischen Module
Bei einer Ausführungsform ist ein und ist insbesondere eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen
An dem Träger
Der Träger
An dem Rahmen
Der Träger
Die Einheit
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (
Das erste Teilmodul
Benachbarte thermoelektrische Module
Die zweiten Brücken
Es sind mehrere Reihen
Über eine entsprechende Brücke
Am Ende einer Spalte
Die Brücken
Ansonsten funktioniert eine Einheit
Die erfindungsgemäße thermoelektrische Generatorvorrichtung
An dem dritten Gehäuse
At the
Die Wandung
Diese Kombination wiederum wird an den Stirnwänden
Es werden dabei insbesondere mehrere Kombinationen aus zweitem Gehäuse
Die erfindungsgemäße thermoelektrische Generatorvorrichtung
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Mediumstrom
In one embodiment, the second medium flow is
Beispielsweise ist der zweite Mediumstrom
Der zweite Mediumstrom
In dem ersten Gehäuse
Aufgrund des Unterdrucks in dem Innenraum
Ein Anpressdruck zum Anpressen der thermoelektrischen Module
Es ist auch möglich, dass eine Presspassung zwischen dem zweiten Gehäuse
Die oben genannten Maßnahmen zur Erzeugung des Anpressdrucks können einzeln vorgesehen sein oder es können mehrere oder alle Maßnahmen kombiniert werden.The abovementioned measures for generating the contact pressure can be provided individually or several or all measures can be combined.
Durch die Gleitbarkeit der thermoelektrischen Module
Der erste Mediumstrom
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau lässt sich eine thermoelektrische Generatorvorrichtung
Die Anschlüsse
Bei der thermoelektrischen Generatorvorrichtung
Durch eine Minimierung der thermomechanischen Spannungen lässt sich die Standzeit der entsprechenden thermoelektrischen Generatorvorrichtung
Durch das Vorsehen eines oder mehrerer Faltenbalge
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der erste Mediumstrom
Die thermoelektrische Generatorvorrichtung
Grundsätzlich ist das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatorvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- thermoelektrische Generatorvorrichtung thermoelectric generator device
- 1212
- erstes Gehäuse first housing
- 1414
- Wandung wall
- 16a, b16a, b
- Wand wall
- 18a, b18a, b
- Wand wall
- 20a, b20a, b
- Stirnwand bulkhead
- 2222
- zweites Gehäuse second housing
- 22a, b22a, b
- zweites Gehäuse second housing
- 2424
- Wandung wall
- 2626
- Achse axis
- 2828
- Längsrichtung longitudinal direction
- 3030
- Innenraum inner space
- 3232
- Teilbereich subregion
- 3434
- Teilbereich subregion
- 36a36a
- erste Stirnwand first end wall
- 36b36b
- zweite Stirnwand second end wall
- 3838
- Kombination combination
- 4040
- Wärmeübertragungsvorrichtung Heat transfer device
- 4242
- thermoelektrische Einrichtung thermoelectric device
- 4444
- thermoelektrisches Modul thermoelectric module
- 44a, b44a, b
- thermoelektrisches Modul thermoelectric module
- 4646
- drittes Gehäuse third case
- 4848
- Wandung wall
- 5050
- Innenraum inner space
- 5252
- Kanal channel
- 52a, b52a, b
- Kanal channel
- 5454
- Wandung wall
- 5656
- Eingangsanschluss input port
- 5858
- Ausgangsanschluss output port
- 6060
- zweiter Mediumstrom second medium flow
- 6262
- Strömungsrichtung flow direction
- 6464
- Innenraum inner space
- 6666
- erster Mediumstrom first medium flow
- 68a68a
- erster Wandungsbereich first wall area
- 68b68b
- zweiter Wandungsbereich second wall area
- 70a, b70a, b
- Bogenbereich arch area
- 72a72a
- erster Wandungsbereich first wall area
- 72b72b
- zweiter Wandungsbereich second wall area
- 74a, b74a, b
- Bogenbereich arch area
- 7575
- wärmeleitende Folie thermally conductive foil
- 7676
- erste Seite first page
- 7878
- zweite Seite second page
- 8080
- Faltenbalg bellow
- 8282
- Faltenbalg bellow
- 8484
- Eingangsanschluss input port
- 8686
- Ausgangsanschluss output port
- 8888
- erstes Gehäuseelement first housing element
- 9090
- zweites Gehäuseelement second housing element
- 9292
- Innenraum inner space
- 9494
- n-Leiter n-conductor
- 9696
- p-Leiter p-conductors
- 9898
- Brücke bridge
- 100100
- Wärmestrom heat flow
- 102102
- Träger carrier
- 104104
- Oberseite top
- 106106
- Unterseite bottom
- 108108
- Fenster window
- 110110
- Rahmen frame
- 112112
- Einheit unit
- 114114
- Träger carrier
- 116116
- Spalte column
- 118118
- Zeile row
- 120120
- Fensteröffnung window opening
- 122122
- erstes Teilmodul first submodule
- 124124
- zweites Teilmodul second submodule
- 126126
- erste Brücke first bridge
- 128128
- Oberseite top
- 130130
- Stirnseite front
- 132132
- zweite Brücke second bridge
- 134134
- Unterseite bottom
- 136136
- Brücke bridge
- 138138
- zweite Brücke second bridge
- 140140
- Einheit unit
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-
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20140320 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE |
|
R071 | Expiry of right |