Search Images Maps Play YouTube News Gmail Drive More »
Sign in
Screen reader users: click this link for accessible mode. Accessible mode has the same essential features but works better with your reader.

Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102007063171 A1
Publication typeApplication
Application numberDE200710063171
Publication date25 Jun 2009
Filing date19 Dec 2007
Priority date19 Dec 2007
Also published asWO2009077468A2, WO2009077468A3
Publication number0710063171, 200710063171, DE 102007063171 A1, DE 102007063171A1, DE 2007/10063171 A1, DE-A1-102007063171, DE0710063171, DE102007063171 A1, DE102007063171A1, DE2007/10063171A1, DE200710063171
InventorsPeter Dr. Treffinger, Lizhi Zhu
ApplicantDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Thermoelektrisches Modul und thermoelektrischer Generator The thermoelectric module and a thermoelectric generator translated from German
DE 102007063171 A1
Abstract  translated from German
Um ein thermoelektrisches Modul, umfassend in einer ersten Lage angeordnete elektrische Leitelemente, in einer zweiten, zur ersten Lage beabstandeten Lage angeordnete elektrische Leitelemente, eine zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordnete Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen, eine erste Isolierschicht, mittels welcher die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmequelle elektrisch isolierbar sind, eine zweite Isolierschicht, mittels welcher die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isolierbar sind, eine erste Anlagefläche zur Anlage an eine wärmeabgebende Oberfläche und eine zweite Anlagefläche zur Anlage an eine wärmeaufnehmende Oberfläche, so zu verbessern, dass es einen guten Wirkungsgrad und eine einfache Kompensation thermisch bedingter Ausdehnungen ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die erste Anlagefläche und die zweite Anlagefläche zueinander winklig sind. A thermoelectric module comprising arranged in a first position electrical conducting elements, arranged in a second to the first position spaced-apart position electrical conducting elements, one disposed between the first layer and the second layer of the plurality of thermoelectric elements, a first insulating layer, by means of which the in the first layer disposed electrical conducting elements to a heat source are relatively electrically insulated, a second insulating layer, by means of which the arrayed in the second position the electrical conducting elements are relative to a heat sink electrically insulated, a first bearing surface for bearing against a heat-emitting surface and a second contact surface for to improve contact with a heat-absorbing surface so that it allows a good efficiency and a simple compensation of thermally induced expansion, it is proposed that the first contact surface and the second contact surface are angularly to one another.
Claims(33)  translated from German
  1. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ), umfassend in einer ersten Lage ( ) Comprising a first layer ( 136 136 ) angeordnete elektrische Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 138 138 ), in einer zweiten, zur ersten Lage ( ), In a second to the first position ( 136 136 ) beabstandeten Lage ( ) Spaced position ( 140 140 ) angeordnete elektrische Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 142 142 ), eine zwischen der ersten Lage ( ), One between the first layer ( 136 136 ) und der zweiten Lage ( ) And the second layer ( 140 140 ) angeordnete Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen ( ) Arranged plurality of thermoelectric elements ( 146 146 ), eine erste Isolierschicht ( ), A first insulating layer ( 148 148 ), mittels welcher die in der ersten Lage ( ), By means of which in the first position ( 136 136 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 138 138 ) relativ zu einer Wärmequelle ( ) Relative to a heat source ( 38 38 ) elektrisch isolierbar sind, eine zweite Isolierschicht ( ) Are electrically insulated, a second insulating layer ( 154 154 ), mittels welcher die in der zweiten Lage ( ), By means of which the in the second position ( 140 140 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 142 142 ) relativ zu einer Wärmesenke ( ) Relative to a heat sink ( 58 58 , . 60 60 ) elektrisch isolierbar sind, eine erste Anlagefläche ( ) Are electrically insulated, a first contact surface ( 100 100 ) zur Anlage an eine wärmeabgebende Oberfläche ( ) For contact with a heat dissipating surface ( 162 162 ) und eine zweite Anlagefläche ( ) And a second contact surface ( 102 102 ) zur Anlage an eine wärmeaufnehmende Oberfläche ( ) For contact with a heat-absorbing surface ( 164 164 ), dadurch gekennzeichnet , dass die erste Anlagefläche ( ), Characterized in that the first bearing surface ( 100 100 ) und die zweite Anlagefläche ( ) And the second contact surface ( 102 102 ) zueinander winklig sind. ) Are mutually angled.
  2. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Anlagefläche ( ) According to claim 1, characterized in that the first contact surface ( 100 100 ) in einer geraden Ebene erstreckt. ) Extends in a straight plane.
  3. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlagefläche ( ) According to claim 1 or 2, characterized in that the first bearing surface ( 100 100 ) rechteckförmig ist. ) Is rectangular.
  4. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Anlagefläche ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the second abutment surface ( 102 102 ) in einer geraden Ebene erstreckt. ) Extends in a straight plane.
  5. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anlagefläche ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the second abutment surface ( 102 102 ) rechteckförmig ist. ) Is rectangular.
  6. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the angle ( 116 116 ) zwischen der ersten Anlagefläche ( ) Between the first abutment surface ( 100 100 ) und der zweiten Anlagefläche ( ) And the second contact surface ( 102 102 ) mindestens 0,5° einschließlich beträgt. ) Is at least 0.5 °, inclusive.
  7. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the angle ( 116 116 ) zwischen der ersten Anlagefläche ( ) Between the first abutment surface ( 100 100 ) und der zweiten Anlagefläche ( ) And the second contact surface ( 102 102 ) mindestens 1° einschließlich beträgt. ) At least 1 ° inclusive.
  8. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the angle ( 116 116 ) zwischen der ersten Anlagefläche ( ) Between the first abutment surface ( 100 100 ) und der zweiten Anlagefläche ( ) And the second contact surface ( 102 102 ) höchstens 10° einschließlich beträgt. ) Not more than 10 ° inclusive.
  9. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the angle ( 116 116 ) zwischen der ersten Anlagefläche ( ) Between the first abutment surface ( 100 100 ) und der zweiten Anlagefläche ( ) And the second contact surface ( 102 102 ) höchstens 5° einschließlich beträgt. ) Not more than 5 ° inclusive.
  10. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe R z der ersten Anlagefläche ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the roughness depth R z of the first contact surface ( 100 100 ) und/oder der zweiten Anlagefläche ( ) And / or the second contact surface ( 102 102 ) maximal 12 μm beträgt. ) Up to 12 microns.
  11. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolierschicht ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the first insulating layer ( 148 148 ) über das Modul ( ) Via the module ( 76 76 ) verteilt eine variierende Schichtdicke ( ) Distributed a varying layer thickness ( 150 150 ) aufweist. ) Has.
  12. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolierschicht ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the second insulating layer ( 154 154 ) über das Modul ( ) Via the module ( 76 76 ) verteilt eine variierende Schichtdicke ( ) Distributed a varying layer thickness ( 152 152 ) aufweist. ) Has.
  13. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoelektrischen Elemente ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the thermoelectric elements ( 146 146 ) über das Modul ( ) Via the module ( 76 76 ) verteilt unterschiedliche Höhen aufweisen. ) Distributed have different heights.
  14. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Lage ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that in the first position ( 136 136 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 138 138 ) über das Modul ( ) Via the module ( 76 76 ) verteilt unterschiedliche Höhen aufweisen. ) Distributed have different heights.
  15. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zweiten Lage ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that in the second position ( 140 140 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 142 142 ) über das Modul ( ) Via the module ( 76 76 ) verteilt unterschiedliche Höhen aufweisen. ) Distributed have different heights.
  16. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Zusatzschicht, welche an eine Außenfläche der ersten Isolierschicht ( ) According to one of the preceding claims, characterized by at least one additional layer to an outer surface of the first insulating layer ( 148 148 ) und/oder an eine Außenfläche der zweiten Isolierschicht ( ) And / or on an outer surface of the second insulating layer ( 154 154 ) angrenzend angeordnet ist. ) Is disposed adjacent.
  17. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zusatzschicht eine Temperaturausgleichsschicht ist. ) According to claim 16, characterized in that the at least one additional layer is a temperature compensating layer.
  18. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 76 76 ) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zusatzschicht über das Modul ( ) According to claim 16 or 17, characterized in that the at least one additional layer over the module ( 76 76 ) verteilt eine variierende Schichtdicke aufweist. ) Distributed a varying layer thickness.
  19. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) mit mindestens einem thermoelektrischen Modul ( ) With at least one thermoelectric module ( 76 76 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der ersten Isolierschicht ( ) According to one of the preceding claims, wherein by means of the first insulating layer ( 148 148 ) die in der ersten Lage ( ) In the first position ( 136 136 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 138 138 ) relativ zu einer Wärmequelle ( ) Relative to a heat source ( 38 38 ) elektrisch isoliert sind, wobei mittels der zweiten Isolierschicht ( ) Are electrically insulated, by means of the second insulating layer ( 154 154 ) die in der zweiten Lage ( ) In the second position ( 140 140 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electrical conducting elements ( 142 142 ) relativ zu einer Wärmesenke ( ) Relative to a heat sink ( 58 58 , . 60 60 ) elektrisch isoliert sind, wobei die erste Anlagefläche ( ) Are electrically insulated, said first abutment surface ( 100 100 ) an einer wärmeabgebenden Oberfläche ( ) To a heat-emitting surface ( 162 162 ) anliegt und wobei die zweite Anlagefläche ( ) Is applied and wherein said second bearing surface ( 102 102 ) an ei ner wärmeaufnehmenden Oberfläche ( ) To egg ner heat-absorbing surface ( 164 164 ) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlagefläche ( ) Is applied, characterized in that the first bearing surface ( 100 100 ) und die zweite Anlagefläche ( ) And the second contact surface ( 102 102 ) zueinander winklig sind. ) Are mutually angled.
  20. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe R z der wärmeabgebenden Oberfläche ( ) According to claim 19, characterized in that the roughness depth R z of the heat-emitting surface ( 162 162 ) und/oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche ( ) And / or the heat-absorbing surface ( 164 164 ) maximal 12 μm beträgt. ) Up to 12 microns.
  21. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ( ), As claimed in claim 19 or 20, that the heat source ( 38 38 ) mindestens einen Strömungskanal ( ) At least one flow channel ( 46 46 ) zur Durchströmung mit einem wärmeabgebenden Fluid umfasst. ) Comprises for the circulation of a heat-emitting fluid.
  22. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke ( ) According to one of claims 19 to 21, characterized in that the heat sink ( 58 58 , . 60 60 ) mindestens einen Strömungskanal ( ) At least one flow channel ( 74 74 ) zur Durchströmung mit einem wärmeaufnehmenden Fluid umfasst. ) Comprises for the circulation of a heat-absorbing fluid.
  23. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, gekennzeichnet durch mindestens ein Zusatzelement ( ) According to one of claims 19 to 22, characterized by at least one additional element ( 78 78 ), welches zwischen der Wärmequelle ( ) Interposed between the heat source ( 38 38 ) und der ersten Anlagefläche ( ) And the first contact surface ( 100 100 ) angeordnet ist oder zwischen der Wärmesenke ( ) Or is disposed between the heat sink ( 58 58 , . 60 60 ) und der zweiten Anlagefläche ( ) And the second contact surface ( 102 102 ). ).
  24. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zusatzelement ( ) According to claim 23, characterized in that the at least one additional element ( 78 78 ) einander abgewandte Außenflächen ( ) Having opposing outer surfaces ( 118 118 , . 120 120 ) aufweist, welche zueinander winklig sind. ), Which are mutually angled.
  25. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ( ) According to claim 23 or 24, characterized in that the angle ( 134 134 ) zwischen den Außenflächen ( ) Between the outer surfaces ( 118 118 , . 120 120 ) des Zusatzelements ( ) Of the additional element ( 78 78 ) gleich dem Winkel ( ) Is equal to the angle ( 116 116 ) zwischen den Anlageflächen ( ) Between the contact surfaces ( 100 100 , . 102 102 ) des thermoelektrischen Moduls ( ) Of the thermoelectric module ( 76 76 ) ist. ) Is.
  26. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zusatzelement ( ) According to one of claims 19 to 25, characterized in that the at least one additional element ( 78 78 ) ein Temperaturausgleichselement ist. ) Is a temperature compensation element.
  27. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 26, gekennzeichnet durch eine Modul-Abstützeinrichtung ( ) According to one of claims 19 to 26, characterized by a module support means ( 80 80 ) zur Abstützung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls ( ) For supporting the at least one thermoelectric module ( 76 76 ), wobei die Modul-Abstützeinrichtung ( ), Wherein the module support means ( 80 80 ) mindestens eine Modul-Abstützfläche ( ) At least one module supporting surface ( 82 82 , . 84 84 ) umfasst, welche sich quer zu mindestens einer der Anlageflächen ( ) Comprises, extending transversely to at least one of the contact surfaces ( 100 100 , . 102 102 ) des mindestens einen thermoelektrischen Moduls ( ) Of the at least one thermoelectric module ( 76 76 ) erstreckt. ) Extends.
  28. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 27, gekennzeichnet durch eine Oberflächen-Abstützeinrichtung ( ) According to one of claims 19 to 27, characterized by a surface support means ( 86 86 ) zur Abstützung der wärmeabgebenden Oberfläche ( ) For supporting the heat-emitting surface ( 162 162 ) oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche ( ) Or the heat-absorbing surface ( 164 164 ), wobei die Oberflächen-Abstützeinrichtung ( ), Wherein said surface support means ( 86 86 ) mindestens eine Oberflächen-Abstützfläche ( ) At least one surface-supporting surface ( 88 88 ) umfasst, welche sich quer zu der wärmeabgebenden Oberfläche ( ) Comprises, extending transversely to the heat-emitting surface ( 162 162 ) oder zu der wärmeaufnehmenden Oberfläche ( ) Or to the heat-receiving surface ( 164 164 ) erstreckt. ) Extends.
  29. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 28, gekennzeichnet durch mindestens eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls ( ) According to one of claims 19 to 28, characterized by at least one connecting means for connecting the at least one thermoelectric module ( 76 76 ), der Wärmequelle ( ), The heat source ( 38 38 ) und der Wärmesenke ( ) And the heat sink ( 58 58 , . 60 60 ). ).
  30. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Verbindungseinrichtung eine quer zu mindestens einer der Anlageflächen ( ) According to one of claims 19 to 29, characterized in that by means of the at least one connecting means comprises a transversely to at least one of the contact surfaces ( 100 100 , . 102 102 ) des Moduls ( ) Of the module ( 76 76 ) gerichtete Spannkraft ( ) Directed clamping force ( 98 98 ) erzeugbar ist. ) Can be generated.
  31. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 30, gekennzeichnet durch mindestens eine Ausgleichseinrichtung ( ) According to one of claims 19 to 30, characterized by at least one compensating means ( 92 92 ) zum Ausgleich thermisch bedingter Maßänderungen des Generators ( ) To compensate for thermally induced dimensional changes of the generator ( 10 10 ). ).
  32. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ( ) According to one of claims 19 to 31, characterized in that the heat source ( 38 38 ) durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist. ) Is formed by an exhaust system of a discontinuously operating combustor.
  33. Thermoelektrischer Generator ( Thermoelectric Generator ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ( ) According to one of claims 19 to 31, characterized in that the heat source ( 38 38 ) durch ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist. ) Is formed by an exhaust system of a continuous combustion device.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Modul, umfassend in einer ersten Lage angeordnete elektrische Leitelemente, in einer zweiten, zur ersten Lage beabstandeten Lage angeordnete elektrische Leitelemente, eine zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordnete Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen, eine erste Isolierschicht, mittels welcher die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmequelle elektrisch isolierbar sind, eine zweite Isolierschicht, mittels welcher die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isolierbar sind, eine erste Anlagefläche zur Anlage an eine wärmeabgebende Oberfläche und eine zweite Anlagefläche zur Anlage an eine wärmeaufnehmende Oberfläche. The present invention relates to a thermoelectric module, comprising arranged in a first layer of electrical conducting elements, arranged in a second to the first position spaced-apart position electrical conducting elements, one disposed between the first layer and the second layer of the plurality of thermoelectric elements, a first insulating layer, by means of wherein arranged in the first position the electrical conducting elements to a heat source are relatively electrically insulated, a second insulating layer, by means of which arranged in the second layer of electrical conducting elements to a heat sink are relatively electrically insulated, a first bearing surface for bearing against a heat-emitting surface and a second contact surface for contact with a heat-absorbing surface.
  • [0002] [0002]
    Die Erfindung betrifft ferner einen thermoelektrischen Generator mit mindestens einem thermoelektrischen Modul der eingangs genannten Art, wobei mittels der ersten Isolierschicht die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmequelle elektrisch isoliert sind, wobei mittels der zweiten Isolierschicht die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isoliert sind, wobei die erste Anlagefläche an einer wärmeabgebenden Oberfläche anliegt und wobei die zweite Anlagefläche an einer wärmeaufnehmenden Oberfläche anliegt. The invention further relates to a thermoelectric generator having at least one thermoelectric module of the aforementioned type, wherein by means of the first insulating layer which are arranged in the first position the electrical conducting elements are relatively electrically isolated to a heat source, wherein arranged in the second position by means of the second insulating layer electric guide elements are electrically insulated relative to a heat sink, wherein the first bearing surface bears against a heat-emitting surface, and wherein the second bearing surface bears against a heat-absorbing surface.
  • [0003] [0003]
    Ein solcher thermoelektrischer Generator und ein eingangs genanntes thermoelektrisches Modul sind in der Such a thermoelectric generator and an aforementioned thermoelectric module are in the US 6,028,623 US 6,028,623 offenbart. disclosed.
  • [0004] [0004]
    Mit einem thermoelektrischen Generator kann eine elektrische Leistung erzeugt werden, indem Wärme aus einer Wärmequelle über die thermoelektrischen Elemente eines thermoelektrischen Moduls einer Wärmesenke zugeführt wird. With a thermoelectric generator, an electric power can be generated by heat supplied from a heat source on the thermoelectric elements of a thermoelectric module to a heat sink. Die an elektrischen Anschlüssen eines thermoelektrischen Moduls eines Generators abgreifbare Spannung ist ua abhängig von den für die thermoelektrischen Elemente verwendeten Materialien und von der über den thermoelektrischen Elementen anliegenden Temperaturdifferenz. The tapped off at electrical terminals of a thermoelectric module of a generator voltage is dependent on the used materials for the thermoelectric elements and of the adjacent thermoelectric elements over the temperature difference.
  • [0005] [0005]
    Üblicherweise werden jeweils zwei thermoelektrische Elemente eines Moduls zu einem Paar zusammengefasst. Typically, two thermoelectric elements of a module are combined into a pair each. Ein erstes thermoelektrisches Element eines solchen Paars weist ein positiv dotiertes Material auf, ein zweites thermoelektrisches Element eines solchen Paars weist ein negativ dotiertes Material auf. A first thermoelectric element of such pair has a positively doped material, a second thermoelectric element of such pair comprises a negatively doped material. Eine an einem Paar thermoelektrischer Elemente abgreifbare Spannung ist relativ klein. A tapped off to a pair of thermoelectric elements voltage is relatively small. Daher wird üblicherweise eine Mehrzahl von Paaren miteinander in Serie geschaltet, um die über diesen Paaren abgreifbare Spannung zu erhöhen. Therefore, conventionally, a plurality of pairs is connected in series to increase the voltage that can be tapped on these pairs. Unterschiedliche Paare thermoelektrischer Elemente und/oder unterschiedliche Gruppen mit miteinander in Serie geschalteten Paaren können zur Einstellung einer Strom-Spannungs-Charakteristik eines thermoelektrischen Moduls oder mehrerer thermoelektrischer Module auch parallel geschaltet werden. Different pairs of thermoelectric elements and / or different groups with each other in series connected pairs may be connected in parallel to adjust a current-voltage characteristic of a thermoelectric module or more thermoelectric modules also.
  • [0006] [0006]
    Zur elektrischen Verbindung der thermoelektrischen Elemente weist ein thermoelektrisches Modul elektrische Leitelemente auf, welche in zueinander beabstandeten Lagen angeordnet sind. For electrically connecting the thermoelectric elements comprises a thermoelectric module to electrical conducting elements, which are arranged in spaced-apart positions.
  • [0007] [0007]
    Um einen Wärmestrom durch einen thermoelektrischen Generator zu leiten, wird ein guter Wärmekontakt des thermoelektrischen Moduls zu der Wärmequelle und/oder zu der Wärmesenke angestrebt. To conduct a heat flow through a thermoelectric generator, a good thermal contact of the thermoelectric module is aimed to the heat source and / or to the heat sink. Andererseits muss ein elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Leitelementen einer Lage des thermoelektrischen Moduls und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke vermieden werden. On the other hand an electrical contact between the electrical conductor elements of a layer of the thermoelectric module and the heat source or the heat sink must be avoided. Daher werden Isolierschichten verwendet, welche eine gute Wärmeleitung von der Wärmequelle hin zu der ersten Lage und/oder von der zweiten Lage hin zu der Wärmesenke ermöglichen, hierbei jedoch die elektrischen Leitelemente relativ zu der Wärmequelle bzw. zu der Wärmesenke elektrisch isolieren. Therefore, insulating layers are used, which allow a good heat conduction from the heat source toward the first position and / or from the second position toward the heat sink, but in this case isolate the electrical conducting elements relative to the heat source or to the heat sink electrically.
  • [0008] [0008]
    Thermoelektrische Generatoren haben den Vorteil, dass sie verschleißfrei arbeiten, da sie keine bewegten Bauteile aufweisen. Thermoelectric generators have the advantage that they are non-wearing, since they have no moving parts. Nachteilig ist jedoch, dass die thermoelektrischen Generatoren einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad aufweisen und dass für einen guten Wärmekontakt der einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators Raum greifende und schwere Vorrichtungen erforderlich sind, welche die einzelnen Lagen bzw. Schichten gegeneinander verspannen. The disadvantage, however, is that the thermoelectric generators have a comparatively low efficiency and cross that to good thermal contact of the individual layers or plies of the thermoelectric generator room and heavy devices are required, which brace the individual layers or layers against each other. Erschwerend kommt hinzu, dass sich ein thermoelektrischer Generator während des Betriebs in Abhängigkeit von der anliegenden Temperaturdifferenz ausdehnt. To make matters worse, that a thermoelectric generator expands during operation as a function of the applied temperature difference. Die Vorrichtungen, mit denen die einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators miteinander verspannt werden, müssen also eine Kompensation dieser thermisch bedingten Ausdehnungen erlauben. The devices with which the individual layers or layers of the thermoelectric generator are clamped together, so as to allow for compensation of the thermally induced expansions.
  • [0009] [0009]
    Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein thermoelektrisches Modul und einen thermoelektrischen Generator der ein gangs genannten Art zu schaffen, welche einen guten Wirkungsgrad und eine einfache Kompensation thermisch bedingter Ausdehnungen ermöglichen. Proceeding from this, the present invention seeks to provide a thermoelectric module and a thermoelectric generator of an initially mentioned type which allow a good efficiency and a simple compensation of thermally induced expansion.
  • [0010] [0010]
    Diese Aufgabe wird bei einem thermoelektrischen Modul und bei einem thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die erste Anlagefläche und die zweite Anlagefläche zueinander winklig sind. This object is achieved by a thermoelectric module and a thermoelectric generator of the type mentioned above in that the first contact surface and the second contact surface are angularly to one another.
  • [0011] [0011]
    Die Anlageflächen des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Moduls sind nicht – wie aus dem Stand der Technik bekannt – zueinander parallel, sondern zueinander winklig. The contact surfaces of the thermoelectric module of the invention are not - as known from the prior art - parallel to each other, but each other at right angles. Auf diese Weise kann ein keilförmiges thermoelektrisches Modul bereitgestellt werden. In this manner a wedge-shaped thermoelectric module can be provided. Ein solches Modul lässt sich in einfacher Weise formschlüssig in den Aufbau eines thermoelektrischen Generators integrieren und gleichzeitig mit einer hohen Spannkraft beaufschlagen, um den Wärmekontakt zwischen der ersten Anlagefläche des Moduls und einer wärmeabgebenden Oberfläche des thermoelektrischen Generators und um den Wärmekontakt zwischen der zweiten Anlagefläche des Moduls und einer wärmeaufnehmenden Oberfläche des thermoelektrischen Generators verbessern. Such a module can be form-fitting integrate easily into the construction of a thermoelectric generator and apply simultaneously with a high clamping force to the thermal contact between the first contact surface of the module and a heat-emitting surface of the thermoelectric generator and to the thermal contact between the second contact surface of the module and improve a heat-receiving surface of the thermoelectric generator. Bedingt durch die Keilform des Moduls ist es möglich, dass sich das Modul zur Kompensation von thermisch bedingten Wärmeausdehnungen relativ zu der wärmeabgebenden und/oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche verschiebt, indem eine dieser Oberfläche zugeordnete Anlagefläche des Moduls auf dieser Oberfläche abgleitet. Due to the wedge shape of the module, it is possible that the module for the compensation of thermally induced thermal expansion shifts relative to the heat-emitting and / or the heat-absorbing surface by slipping one of these surface associated bearing surface of the module on this surface.
  • [0012] [0012]
    Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sich die erste Anlagefläche in einer geraden Ebene erstreckt. In particular, it is advantageous if the first contact surface extends in a straight plane. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des thermoelektrischen Moduls und einen guten Wärmekontakt zu einer sich in einer geraden Ebene erstreckenden wärmeabgebenden Oberfläche des Generators. This allows a simple manufacturing of the thermoelectric module and a good heat contact with a extending in a straight plane heat emitting surface of the generator.
  • [0013] [0013]
    Ferner ist es bevorzugt, wenn die erste Anlagefläche und/oder die zweite Anlagefläche rechteckförmig, insbesondere quadratisch ist oder sind. Further, it is preferred that the first contact surface and / or the second contact surface is rectangular, in particular square or are. Auf diese Weise kann ein thermoelektrisches Modul in einfacher Weise und Platz sparend in einen thermoelektrischen Generator integriert werden. In this way, a thermoelectric module be efficiently integrated in a simple manner and place in a thermoelectric generator.
  • [0014] [0014]
    Bevorzugt ist es ferner, wenn die zweite Anlagefläche sich in einer geraden Ebene erstreckt. It is further preferred when the second bearing face extends in a straight plane. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des thermoelektrischen Moduls und einen guten Wärmekontakt zu einer sich einer geraden Ebene erstreckenden wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators. This allows a simple manufacturing of the thermoelectric module and a good heat contact with a straight plane extending the one heat receiving surface of the generator.
  • [0015] [0015]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche mindestens 0,5° einschließlich, insbesondere mindestens 1° einschließlich beträgt. It is particularly preferable if the angle between the first abutment surface and the second bearing surface including at least 0.5 °, especially at least 1 ° inclusive. Auf diese Weise kann eine auf das thermoelektrische Modul ausgeübte Spannkraft fast vollständig genutzt werden, um das Modul mit anliegenden Teilen des Generators zu verspannen. In this way, a force exerted on the thermoelectric module clamping force can be almost completely used to brace the module with adjacent parts of the generator.
  • [0016] [0016]
    Bevorzugt ist es ferner, wenn der Winkel zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche höchstens 10° einschließlich, insbesondere höchstens 5° einschließlich beträgt. It is also preferable if the angle between the first abutment surface and the second bearing surface including at most 10 °, particularly at most 5 °, inclusive. Mit der Vergrößerung des Winkels zwischen den Anlageflächen geht eine Vergrößerung des Bauraums einher, der aufgrund des seitlichen Ausweichens des thermoelektrischen Moduls in hierzu senkrechter Richtung eingespart werden kann. With the increase of the angle between the contact surfaces enlargement of the building space is associated, which can be saved in this vertical direction due to the lateral evasion of the thermoelectric module.
  • [0017] [0017]
    In vorteilhafter Weise beträgt die Rautiefe R z der ersten Anlagefläche und/oder der zweiten Anlagefläche maximal 12 μm. Advantageously, the surface roughness Rz of the first contact surface and / or the second bearing surface is 12 microns. Mit einer solchen Rautiefe wird ein Abgleiten der Anlageflächen des thermoelektrischen Moduls auf oder an wär meabgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Oberflächen eines thermoelektrischen Generators erleichtert. With such a surface roughness of the sliding contact surfaces of the thermoelectric module is facilitated on or would meabgebenden or heat-absorbing surfaces of a thermoelectric generator.
  • [0018] [0018]
    Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Isolierschicht über das Modul verteilt eine variierende Schichtdicke auf. According to an advantageous embodiment of the invention, the first insulating layer over the module distributes a varying layer thickness. Auf diese Weise ist es möglich, zueinander winklige Anlageflächen zu erzeugen, ohne dabei die Höhe beispielsweise der thermoelektrischen Elemente variieren zu müssen. In this way, it is possible to generate each other angled support surfaces, without having to vary the height, for example of the thermoelectric elements.
  • [0019] [0019]
    In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn die zweite Isolierschicht über das Modul verteilt eine variierende Schichtdicke aufweist. In a corresponding manner, it is advantageous if the second insulating layer over the distributed module has a varying layer thickness. Auch dies ermöglicht eine einfache Herstellung von zueinander winklig stehenden Anlageflächen. This also allows for easy production of each other angularly projecting contact surfaces.
  • [0020] [0020]
    Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die thermoelektrischen Elemente über das Modul verteilt unterschiedliche Höhen auf. According to a further embodiment of the invention, the thermoelectric elements on the module distributes different heights. Auf diese Weise können zueinander winklige Anlageflächen erzeugt werden, ohne dabei die Schichtstärke beispielsweise der Isolierschichten variieren zu müssen. In this way, each angled bearing surfaces can be generated without having to vary the thickness of the insulating layers, for example.
  • [0021] [0021]
    Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente über das Modul verteilt und/oder die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente über das Modul verteilt unterschiedliche Höhen auf. According to a further advantageous embodiment of the invention, distributed over the module and / or arranged in the second position the electrical conducting elements on the module distributed to the different heights arranged in the first position the electrical conducting elements. Auch hierdurch ist es möglich, ein thermoelektrisches Modul mit zueinander winkligen Anlageflächen herzustellen. This also makes it possible to manufacture a thermoelectric module having mutually angled bearing faces.
  • [0022] [0022]
    Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Moduls können die Anlageflächen des Moduls jeweils durch eine Außenfläche der ersten Isolierschicht und durch eine Außenfläche de zweiten Isolierschicht gebildet werden. In the above described embodiments of the thermoelectric module according to the invention the contact surfaces of the module may be formed respectively by an outer surface of the first insulating layer and by an outer surface de second insulating layer. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch möglich, dass das thermoelektrische Modul mindestens eine Zusatzschicht aufweist, welche an eine Außenfläche der ersten Isolierschicht und/oder an eine Außenfläche der zweiten Isolierschicht angrenzend angeordnet ist. However, according to an advantageous development of the invention it is possible that the thermoelectric module has at least one additional layer disposed adjacent to an outer surface of the first insulating layer and / or on an outer surface of the second insulating layer. Eine solche Zusatzschicht bildet dann eine Anlagefläche zur Anlage an einer wärmeabgebenden Oberfläche oder einer wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators. Such an additional layer then forms a bearing surface for bearing against a heat-emitting surface or a heat-absorbing surface of the generator.
  • [0023] [0023]
    In vorteilhafter Weise ist die mindestens eine Zusatzschicht eine Temperaturausgleichsschicht. Advantageously, the at least one additional layer is a temperature compensating layer. Beispielsweise kann die Zusatzschicht aus einem hoch wärmeleitfähigen Material, insbesondere Kupfer, hergestellt sein, um eine über das Modul verteilt anliegende Temperatur zu vergleichmäßigen. For example, the additional layer of a highly heat conductive material, particularly copper, can be made to equalize a distributed via the module applied temperature.
  • [0024] [0024]
    Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die mindestens eine Zusatzschicht über das Modul verteilt eine variierende Schichtdicke auf. In a further development of the invention, the at least one additional layer on the module distributes a varying layer thickness. Auf diese Weise ist es möglich, ein thermoelektrisches Modul mit zueinander parallelen Isolierschichtaußenflächen zu verwenden und mit Hilfe der Zusatzschicht zueinander winklige Anlageflächen herzustellen. In this way, it is possible to use a thermoelectric module having mutually parallel Isolierschichtaußenflächen and produce by means of the additional layer to each other angled support surfaces.
  • [0025] [0025]
    Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators beträgt die Rautiefe R z der wärmeabgebenden Oberfläche und/oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators maximal 12 μm. According to a development of the thermoelectric generator according to the invention, the surface roughness R z of the heat-emitting surface and / or the heat-absorbing surface of the generator is up to 12 microns. Auf diese Weise kann ein Abgleiten des thermoelektrischen Moduls an der wärmeab gebenden Oberfläche und/oder an der wärmeaufnehmenden Oberfläche unterstützt werden. In this way, sliding of the thermoelectric module to the heat dissipation forming surface and / or on the heat receiving surface may be supported.
  • [0026] [0026]
    Bevorzugt ist es, wenn die Wärmequelle mindestens einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem wärmeabgebenden Fluid umfasst. It is preferred if the heat source comprises at least one flow channel for the circulation of a heat-emitting fluid. Dies ermöglicht eine effiziente Übertragung der Wärme eines Fluids auf die Wärmequelle des Generators. This allows efficient transfer of heat from a fluid to the heat source of the generator.
  • [0027] [0027]
    In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn die Wärmesenke mindestens einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem wärmeaufnehmenden Fluid umfasst. In a corresponding manner, it is advantageous if the heat sink comprises at least one flow channel for the circulation of a heat-absorbing fluid.
  • [0028] [0028]
    Bei einem vorstehend beschriebenen thermoelektrischen Generator kann die wärmeabgebende Oberfläche beispielsweise durch eine äußere Wandfläche einer Strömungskanalbegrenzung der Wärmequelle gebildet sein. In a thermoelectric generator described above, the heat-emitting surface can be formed for example by an outer wall surface of a flow passage restriction of the heat source. In entsprechender Weise kann die wärmeaufnehmende Oberfläche durch eine äußere Wandfläche einer Strömungskanalbegrenzung der Wärmesenke gebildet sein. Similarly, the heat-absorbing surface may be formed by an outer wall surface of a flow passage restriction of the heat sink.
  • [0029] [0029]
    Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der thermoelektrische Generator mindestens ein Zusatzelement, welches zwischen der Wärmequelle und der ersten Anlagefläche angeordnet ist oder zwischen der Wärmesenke und der zweiten Anlagefläche. According to a development of the invention, the thermoelectric generator comprises at least one additional element, which is arranged between the heat source and the first contact surface or between the heat sink and the second bearing surface. In diesem Fall bildet das Zusatzelement eine wärmeaufnehmende oder eine wärmeabgebende Oberfläche, die mit einer der Anlageflächen des thermoelektrischen Moduls zusammenwirkt. In this case, the additional element forms a heat-absorbing or heat-emitting surface, which cooperates with one of the contact surfaces of the thermoelectric module.
  • [0030] [0030]
    Besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Zusatzelement einander abgewandte Außenflächen aufweist, welche zueinander winklig sind. It is particularly advantageous if the at least one additional element facing away from each other outside surfaces, which are mutually angled. Auf diese Weise ist es möglich, ein vorstehend beschriebenes thermoelektrisches Modul, welches eine erfindungsgemäße Keilform aufweist, in einfacher Weise in einen thermoelektrischen Generator zu integrieren. In this way, it is possible to integrate an above-described thermoelectric module having a wedge shape in a simple manner according to the invention in a thermoelectric generator. Hierbei kann das Zusatzelement sowohl als Wärmeübertragungselement als auch als Kraftübertragungselement genutzt werden. Here, the additional element can be used as a heat transfer element as well as a power transmission element.
  • [0031] [0031]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel zwischen den Außenflächen des Zusatzelements gleich dem Winkel zwischen den Anlageflächen des thermoelektrischen Moduls ist. It is particularly preferable if the angle between the outer surfaces of the additional element is equal to the angle between the contact surfaces of the thermoelectric module is. Dies ermöglicht es, Wärmequellen und Wärmesenken mit dem Modul jeweils zugewandten, zueinander parallelen Oberflächen zu verwenden. This makes it possible to heat sources and heat sinks with the module in each case facing to use mutually parallel surfaces.
  • [0032] [0032]
    Bevorzugt ist es, wenn das mindestens eine Zusatzelement ein Temperaturausgleichselement ist. It is preferred if the at least one additional element is a temperature compensation element. Ein solches Zusatzelement kann beispielsweise aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, hergestellt sein. One such additional element may for example consist of a metal with a high thermal conductivity, preferably, be made of copper. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Zusatzelements eine über das Modul verteilt anliegende Temperatur vergleichmäßigt werden. In this way can be equalized with the aid of the additional element a distributed over the module applied temperature.
  • [0033] [0033]
    Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der thermoelektrische Generator eine Modul-Abstützeinrichtung zur Abstützung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls, wobei die Modul-Abstützeinrichtung mindestens eine Modul-Abstützfläche umfasst, welche sich quer zu mindestens einer der Anlageflächen des mindestens einen thermoelektrischen Moduls erstreckt. According to a preferred embodiment of the invention, the thermoelectric generator comprises a module-supporting means for supporting the at least one thermoelectric module, wherein the module support means comprises at least one module-supporting surface which extends transversely to at least one of the contact surfaces of the at least one thermoelectric module. Die Modul-Abstützeinrichtung ermöglicht es, ein Gegenlager zu schaffen, an dem sich das thermoelektrische Modul abstützen und von diesem Ge genlager ausgehend in einer Richtung quer zu einer Kraftbeaufschlagungsrichtung ausweichen kann. The module support device makes it possible to create an abutment on which the thermoelectric module support and, starting back out of this Ge cheek displaced in a direction transverse to a Kraftbeaufschlagungsrichtung.
  • [0034] [0034]
    Ferner ist es vorteilhaft, wenn der thermoelektrische Generator eine Oberflächen-Abstützeinrichtung zur Abstützung der wärmeabgebenden Oberfläche oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche umfasst, wobei die Oberflächen-Abstützeinrichtung mindestens eine Oberflächen-Abstützfläche umfasst, welche sich quer zu der wärmeabgebenden Oberfläche oder zu der wärmeaufnehmenden Oberfläche erstreckt. Further, it is advantageous if the thermoelectric generator comprises a surface supporting means for supporting the heat-emitting surface or the heat-absorbing surface, wherein said surface support means comprises at least one surface-supporting surface which extends transversely to the heat-emitting surface or the heat-absorbing surface. Auf diese Weise ist es möglich, ein Gegenlager für eine nicht ortsfeste wärmeabgebende oder wärmeaufnehmende Oberfläche zu schaffen, was insbesondere bei der Verwendung eines vorstehend beschriebenen Zusatzelements vorteilhaft ist. In this way, it is possible to provide an abutment for a non-stationary heat-emitting or heat-absorbing surface, which is particularly advantageous in the use of an additional element as described above.
  • [0035] [0035]
    Vorzugsweise umfasst der thermoelektrische Generator mindestens eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls, der Wärmequelle und der Wärmesenke. Preferably, the thermoelectric generator comprises at least one connecting means for connecting the at least one thermoelectric module, the heat source and the heat sink. Mit Hilfe einer solchen Verbindungseinrichtung kann insbesondere eine quer zu mindestens einer der Anlageflächen gerichtete Spannkraft erzeugt werden. With the aid of such a connecting device can be produced in particular a transversely directed to at least one of the bearing surfaces clamping force. Diese Spannkraft bewirkt, dass die einzelnen Schichten des thermoelektrischen Generators aufeinander gedrückt werden, so dass der Wärmeübergang zwischen den einzelnen Schichten, also insbesondere zwischen der Wärmequelle und dem thermoelektrischen Modul sowie zwischen dem thermoelektrischen Modul und der Wärmesenke verbessert wird. This clamping force causes the individual layers of the thermoelectric generator are pressed onto each other, so that the heat transfer between the individual layers, that in particular between the heat source and the thermoelectric module, and between the thermoelectric module and the heat sink is improved.
  • [0036] [0036]
    Ferner ist es bevorzugt, wenn der thermoelektrische Generator mindestens eine Ausgleichseinrichtung zum Ausgleich thermisch bedingter Maßänderungen des Generators umfasst. Further, it is preferable that the thermoelectric generator comprises at least one compensating means for compensating thermally induced dimensional changes of the generator. Eine solche Ausgleichseinrichtung kann insbesondere durch ein Federelement gebildet sein, welches unter Vorspannung steht und auf diese Weise eine Spannkraft ausüben kann. Such compensation device may in particular be formed by a spring element which is under tension and can thus exercise a clamping force.
  • [0037] [0037]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn die Wärmequelle durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist, insbesondere durch ein Abgassystem eines Kraftfahrzeugs. It is particularly preferred if the heat source is formed by an exhaust system of a discontinuously operating combustion means, in particular through an exhaust system of a motor vehicle. Eine solche Wärmequelle kann beispielsweise einen Wärmeübertrager umfassen, in welchem das heiße Abgas eines Verbrennungsmotors geführt ist. Such a heat source may for example comprise a heat exchanger in which the hot exhaust gas of an internal combustion engine is guided. Dieser Wärmeübertrager überträgt die Wärme des Abgases hin zu der mindestens einen Isolierschicht des thermoelektrischen Moduls, welches eine elektrische Spannung bereitstellt. This heat exchanger transfers the heat of the exhaust gas toward the at least one insulating layer of the thermoelectric module, which provides an electric voltage. Dies hat den Vorteil, dass die sonst ungenutzte Abwärme eines Kraftfahrzeugs genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen. This has the advantage that the otherwise unused waste heat of a motor vehicle can be used to produce electrical energy. Somit kann der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht werden. Thus, the overall efficiency of the motor vehicle can be increased.
  • [0038] [0038]
    Ferner ist es bevorzugt, wenn die Wärmequelle durch ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist, insbesondere durch eine Abwärmeeinheit (beispielsweise einer Brennkammer) eines Kraftwerks. Further, it is preferred that the heat source is formed by an exhaust system of a continuous combustion device, in particular by a waste heat unit (such as a combustion chamber) of a power plant. Hierdurch kann der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks erhöht werden. As a result, the overall efficiency of a power plant can be increased.
  • [0039] [0039]
    Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Other features and advantages of the invention are the subject of the following description and the appended drawings of preferred embodiments.
  • [0040] [0040]
    In den Zeichnungen zeigen: In the drawings:
  • [0041] [0041]
    1 1 : eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines thermoelektrischen Generators; Is a perspective view of an embodiment of a thermoelectric generator;
  • [0042] [0042]
    2 2 : eine geschnittene Ansicht des thermoelektrischen Generators aus : Is a sectional view of the thermoelectric generator from 1 1 ; ;
  • [0043] [0043]
    3 3 : eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines schematisch dargestellten thermoelektrischen Moduls und eines Zusatzelements; A side view of an embodiment of a schematically illustrated thermoelectric module and of an additional element; und and
  • [0044] [0044]
    4 4 : eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines thermoelektrischen Moduls. Is a perspective view of an embodiment of a thermoelectric module.
  • [0045] [0045]
    Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. The same or functionally equivalent elements are denoted in all figures with the same reference numerals.
  • [0046] [0046]
    Eine Ausführungsform eines insgesamt mit dem Bezugszeichen An embodiment of a whole by the reference numeral 10 10 bezeichneten thermoelektrischen Generators ist in der thermoelectric generator is designated in the 1 1 dargestellt. shown. Der Generator The generator 10 10 erstreckt sich entlang einer Generatorachse extending along an axis generator 12 12 von einem Strömungseingang of a flow input 14 14 bis hin zu einem Strömungsausgang to a flow output 16 16 . ,
  • [0047] [0047]
    Der Generator The generator 10 10 wird während seines Betriebs von einem heißen Fluid, beispielsweise dem Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, in einer Durchströmungsrichtung during its operation from a hot fluid such as the exhaust of an internal combustion engine of a motor vehicle in a direction of flow 18 18 vom Strömungseingang from the input stream 14 14 hin zu dem Strömungsausgang toward the flow outlet 16 16 durchströmt. flows through.
  • [0048] [0048]
    Der Generator The generator 10 10 umfasst einen Fluid-Verteiler includes a fluid distribution 20 20 , welcher sich von dem Strömungseingang Which differs from the current input 14 14 bis hin zu einem zentralen Generatorteil to a central generator part 22 22 erstreckt. extends.
  • [0049] [0049]
    Der Generator The generator 10 10 umfasst ferner einen Fluid-Sammler further comprising a fluid collector 24 24 , welcher sich von dem zentralen Generatorteil Extending from the central generator part 22 22 bis hin zu dem Strömungsausgang to the output stream 16 16 erstreckt. extends.
  • [0050] [0050]
    Der zentrale Generatorteil The central generator part 22 22 weist ein mehrteiliges Gehäuse has a multi-part housing 26 26 auf. on. Das Gehäuse The housing 26 26 umfasst ein Gehäuseoberteil comprises an upper housing part 28 28 und ein Gehäuseunterteil and a lower housing part 30 30 . , Die Gehäuseteile The housing parts 28 28 und and 30 30 sind mit Hilfe von als Schrauben ausgebildeten Verbindungselementen are using the form of helical fasteners 32 32 miteinander verbunden. connected to each other.
  • [0051] [0051]
    Der Generatorteil The generator part 22 22 weist zwei unterschiedlichen Wärmesenken des Generators has two different heat sinks of the generator 10 10 zugeordnete Kühlfluideingänge associated cooling fluid inputs 34 34 und Kühlfluidausgänge and cooling fluid outlets 36 36 auf. on.
  • [0052] [0052]
    Der Generator The generator 10 10 umfasst ferner eine sich zwischen dem Fluid-Verteiler further comprising a fluid distribution between the 20 20 und dem Fluid-Sammler and the fluid collector 24 24 erstreckende Wärmequelle extending heat source 38 38 . , Die Wärmequelle The heat source 38 38 ist über eine Flanschverbindung is connected via a flanged joint 40 40 mit dem Fluid-Verteiler the fluid distributor 20 20 verbunden. connected. Die Wärmequelle The heat source 38 38 ist ferner über eine Flanschverbindung is also connected via a flanged joint 42 42 mit dem Fluid-Sammler with the fluid collector 24 24 verbunden. connected.
  • [0053] [0053]
    Unter weiterer Bezugnahme auf With further reference to 2 2 begrenzt das Gehäuse limited housing 26 26 des Generatorteils the generator portion 22 22 einen Generatorraum a generator room 44 44 . , Der Generatorraum The generator room 44 44 ist im Querschnitt rechteckförmig. is rectangular in cross section.
  • [0054] [0054]
    In dem Generatorraum In the generator room 44 44 ist die Wärmequelle is the heat source 38 38 angeordnet, welche sich entlang der Generatorachse arranged, which extend along the generator axis 12 12 (vgl. (See FIG. 1 1 ) erstreckt. ) Extends.
  • [0055] [0055]
    Die Wärmequelle The heat source 38 38 weist einen Strömungskanal has a flow channel 46 46 auf, der mit dem Fluid-Verteiler on coupled to the fluid distributor 20 20 sowie mit dem Fluid-Sammler as well as with the fluid collector 24 24 in Fluidverbindung steht. is in fluid communication. Der Strömungskanal The flow channel 46 46 ist im Querschnitt rechteckförmig. is rectangular in cross section. Der Strömungskanal The flow channel 46 46 ist begrenzt durch eine bodenseitige Strömungskanalbegrenzung is defined by a bottom-side flow channel boundary 48 48 sowie eine hierzu parallele, deckenseitige Strömungskanalbegrenzung and a parallel thereto, cover-side flow channel boundary 50 50 . , Der Strömungskanal The flow channel 46 46 ist ferner begrenzt durch zwei seitliche Strömungskanalbegrenzungen is further limited by two lateral flow channel limitations 52 52 . ,
  • [0056] [0056]
    In dem Strömungskanal In the flow channel 46 46 sind mehrere, zueinander parallele und sich entlang der Generatorachse are several, mutually parallel and extending along the generator axis 12 12 erstreckende Rippenelemente extending rib members 54 54 vorgesehen, welche von der bodenseitigen Strömungskanalbegrenzung provided that the bottom side of the flow channel boundary 48 48 in den Strömungskanal in the flow channel 46 46 hineinragen. protrude. Ferner sind mehrere, zueinander parallele und sich entlang der Generatorachse Further, a plurality of mutually parallel and extending along the generator axis 12 12 erstreckende Rippenelemente extending rib members 56 56 vorgesehen, welche von der deckenseitigen Strömungskanalbegrenzung in den Strömungskanal provided that the cover-side flow channel boundary into the flow channel 46 46 hineinragen. protrude. Die Rippenelemente The rib members 54 54 und and 56 56 sind zueinander versetzt angeordnet. are arranged offset from one another.
  • [0057] [0057]
    Der Generator The generator 10 10 weist eine erste Wärmesenke includes a first heat sink 58 58 auf, welche sich parallel zu der Generatorachse on which is parallel to the generator axis 12 12 erstreckt. extends. Ferner weist der Generator Further, the generator 10 10 eine zweite Wärmesenke a second heat sink 60 60 auf, welche sich ebenfalls parallel zu der Generatorachse on which is also parallel to the generator axis 12 12 erstreckt. extends.
  • [0058] [0058]
    Die Wärmesenken The heat sinks 58 58 und and 60 60 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Wärmequelle are on opposite sides of the heat source 38 38 angeordnet. arranged. Die Wärmesenken The heat sinks 58 58 und and 60 60 sind durch einen jeweils zugeordneten Kühlfluideingang are respectively associated with a cooling fluid inlet 34 34 mit Kühlfluid gespeist. supplied with cooling fluid. Das Kühlfluid durchströmt die Wärmesenken The cooling fluid flows through the heat sinks 58 58 , . 60 60 und wird über die Kühlfluidausgänge and is the cooling fluid outlets 36 36 aus den Wärmesenken from the heat sinks 58 58 , . 60 60 abgeführt (vgl. removed (see FIG. 1 1 ). ).
  • [0059] [0059]
    Die Wärmesenken The heat sinks 58 58 , . 60 60 weisen jeweils eine bodenseitige Strömungskanalbegrenzung each have a bottom flow channel boundary 62 62 und eine hierzu gegenüberliegend angeordnete deckenseitige Strömungskanalbegrenzung and this oppositely disposed side cover flow channel boundary 64 64 auf. on. Ferner weisen die Wärmesenken Further, the heat sinks have 58 58 und and 60 60 zwei seitliche Strömungskanalbegrenzungen two lateral flow channel limitations 66 66 auf. on.
  • [0060] [0060]
    Die Wärmesenken The heat sinks 58 58 und and 60 60 umfassen mehrere, sich parallel zu der Generatorachse comprise a plurality of, extending parallel to the generator axis 12 12 erstreckende Rippenelemente extending rib members 68 68 , welche eine Höhe aufweisen, die dem Abstand zwischen den Strömungskanalbegrenzungen Having a height which is the distance between the flow channel boundaries 62 62 und and 64 64 entspricht. corresponds.
  • [0061] [0061]
    Mit Hilfe der Rippenelemente With the aid of the rib members 68 68 sowie mit Hilfe der Strömungskanalbegrenzungen and with the help of the flow channel stops 62 62 und and 64 64 wird eine Vielzahl von zueinander parallelen Strömungskammern a plurality of mutually parallel flow chambers 70 70 , . 72 72 gebildet. formed. Die Strömungskammern The flow chambers 70 70 , . 72 72 bilden gemeinsam einen im Querschnitt insgesamt rechteckförmigen Strömungskanal together form a generally rectangular shaped in cross-section flow channel 74 74 . ,
  • [0062] [0062]
    Der Generator The generator 10 10 umfasst mehrere, keilförmige thermoelektrische Module comprises a plurality of wedge-shaped thermoelectric modules 76 76 , welche jeweils zwischen der Wärmequelle Which in each case between the heat source 38 38 und einer der Wärmesenken and one of the heat sinks 58 58 , . 60 60 angeordnet sind. are arranged. Jedes thermoelektrische Modul Each thermoelectric module 76 76 wirkt mit einem keilförmigen Zusatzelement interacts with a wedge-shaped additional element 78 78 zusammen, welches zwischen einem thermoelektrischen Modul together, which distinguishes between a thermoelectric module 76 76 und der Wärmequelle and the heat source 38 38 angeordnet ist. is arranged.
  • [0063] [0063]
    Der Generator The generator 10 10 weist mindestens eine Modul-Abstützeinrichtung has at least one module support means 80 80 auf, welche zur Positionierung mindestens eines thermoelektrischen Moduls on which to position at least a thermoelectric module 76 76 dient. is used. Die in The in 2 2 dargestellten Modul-Abstützeinrichtungen shown module supporting means 80 80 sind in Form eines Stegs ausgebildet und erstrecken sich von der Wärmequelle are in the form of a web and extend from the heat source 38 38 in Richtung auf eine benachbarte Wärmesenke in the direction of an adjacent heat sink 58 58 bzw. and 60 60 . ,
  • [0064] [0064]
    Die Modul-Abstützeinrichtungen The module support devices 80 80 weisen zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnete Modul-Abstützflächen have two spaced on opposing sides of the module support surfaces 82 82 , . 84 84 auf. on. Mit jeder Abstützfläche With each support face 82 82 , . 84 84 wird ein Anschlag für ein dickeres Ende eines keilförmigen thermoelektrischen Moduls A stop for a thicker end of a wedge-shaped thermoelectric module 76 76 gebildet. formed.
  • [0065] [0065]
    Der Generator The generator 10 10 umfasst ferner eine Mehrzahl von Oberflächen-Abstützeinrichtungen further comprising a plurality of surfaces supporting means 86 86 . , Diese werden durch sich einstückig an die seitlichen Strömungskanalbegrenzungen These are integrated by at the lateral flow channel limitations 52 52 der Wärmequelle the heat source 38 38 anschließende Stege gebildet. subsequent webs formed. Die Oberflächen-Abstützeinrichtungen The surface support means 86 86 weisen sich parallel zu den Modul-Abstützflächen point parallel to the module support surfaces 82 82 , . 84 84 erstreckende Oberflächen-Abstützflächen extending surface bearing surfaces 88 88 auf. on. Die Oberflächen-Abstützflächen The surface support surfaces 88 88 dienen jeweils zur Abstützung des dickeren Endes eines keilförmigen Zusatzelements each serve to support the thicker end of a wedge-shaped attachment member 78 78 . ,
  • [0066] [0066]
    Der Generator The generator 10 10 weist zwei thermische Isolierungen has two thermal insulation 90 90 auf, welche jeweils angrenzend zu den seitlichen Strömungskanalbegrenzungen in which in each case adjacent to the lateral flow channel boundaries 52 52 der Wärmequelle the heat source 38 38 angeordnet sind. are arranged.
  • [0067] [0067]
    In dem Generatorraum In the generator room 44 44 des Generators of the generator 10 10 ist eine insgesamt mit is a total of 92 92 bezeichnete Ausgleichseinrichtung angeordnet, mittels welcher thermisch bedingte Maßänderungen des Generators arranged designated compensating device by means of which thermally-induced dimensional changes of the generator 10 10 kompensiert werden können. can be compensated. Die Ausgleichseinrichtung The compensation device 92 92 umfasst eine Mehrzahl von Federelementen, insbesondere Tellerfedern includes a plurality of spring elements, in particular cup springs 94 94 . , Jede Tellerfeder Each plate spring 94 94 stützt sich an einem Ende an einer Innenseite des Gehäuses is supported at one end on an inner side of the housing 26 26 und mit einem gegenüberliegenden Ende an einer Strömungskanalbegrenzung and with an opposite end to a flow channel boundary 62 62 , . 66 66 einer Wärmesenke a heat sink 58 58 , . 60 60 ab. from. Die Wärmesenken The heat sinks 58 58 , . 60 60 weisen jeweils der Innenseite des Gehäuses each have the inner surface of the housing 26 26 zugewandte Zentrierabschnitte facing centering 96 96 auf. on.
  • [0068] [0068]
    Das Gehäuse The housing 26 26 und die Ausgleichseinrichtung and the compensation device 92 92 bilden gemeinsam eine Verbindungseinrichtung (ohne Bezugszeichen) zur Verbindung der Wärmequelle together form a connecting device (not numbered) for connecting the heat source 38 38 , der thermoelektrischen Module , The thermoelectric modules 76 76 und der Wärmesenken and the heat sink 58 58 , . 60 60 . ,
  • [0069] [0069]
    Die Federelemente The spring elements 94 94 stehen unter Vorspannung, so dass sie mit are biased, leaving them with 98 98 bezeichnete Spannkräfte auf die Wärmesenken Marked clamping forces on the heat sink 58 58 , . 60 60 ausüben. exercise. Auf diese Weise werden die Wärmequelle In this way, the heat source 38 38 , die thermoelektrischen Module , The thermoelectric modules 76 76 , die Zusatzelemente , The additional elements 78 78 und die Wärmesenken and the heat sinks 58 58 , . 60 60 aufeinander gedrückt, so dass ein guter Wärmeübergang zwischen diesen Elementen ermöglicht wird. pressed against each other, so that a good heat transfer between these elements is possible.
  • [0070] [0070]
    In In 3 3 sind ein thermoelektrisches Modul are a thermoelectric module 76 76 und ein Zusatzelement and an additional element 78 78 zur Verwendung bei einem thermoelektrischen Generator for use in a thermoelectric generator 10 10 dargestellt. shown. Das thermoelektrische Modul The thermoelectric module 76 76 weist eine erste Anlagefläche has a first contact surface 100 100 auf, über welche das thermoelektrische Modul via which the thermoelectric module 76 76 einen Wärmestrom aufnehmen kann. can accommodate a heat flow.
  • [0071] [0071]
    Das Modul The module 76 76 weist ferner eine zweite Anlagefläche further has a second abutment surface 102 102 auf, mittels welcher ein Wärmestrom aus dem Modul , by means of which a flow of heat out of the module 76 76 abgeleitet werden kann. can be derived.
  • [0072] [0072]
    Die Anlageflächen The contact surfaces 100 100 und and 102 102 sind relativ zueinander geneigt, so dass das Modul are inclined relative to each other, so that the module 76 76 eine Keilform hat. a wedge shape. Das Modul The module 76 76 erstreckt sich von einem dünneren Ende extending from a thinner end 104 104 hin zu einem dickeren Ende towards a thicker end 106 106 . , An dem dünneren Ende At the thinner end 104 104 ist eine niedrigere Seitenfläche is a lower side surface 108 108 vorgesehen; provided; an dem dickeren Ende at the thicker end 106 106 ist eine höhere Seitenfläche is a higher side surface 110 110 vorgesehen. provided. Eine Höhe A height 112 112 der Seitenfläche the side surface 108 108 kann beispielsweise 5 mm betragen. for example, can be 5 mm. Eine Höhe A height 114 114 der Seitenfläche the side surface 110 110 kann beispielsweise 7 mm betragen. may, for example 7 mm.
  • [0073] [0073]
    Die Anlageflächen The contact surfaces 100 100 und and 102 102 sind zueinander winklig. each other at right angles. Ein Winkel An angle 116 116 zwischen den Anlageflächen between the contact surfaces 100 100 und and 102 102 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 1° und 2°. preferably between 0.5 ° and 5 °, in particular between 1 ° and 2 °.
  • [0074] [0074]
    Das Zusatzelement The additional element 78 78 ist aus einem hochwärmeleitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt. is made of a highly heat-conductive material such as copper. Das Zusatzelement The additional element 78 78 weist eine Keilform auf. has a wedge shape. Es weist zwei einander gegenüberliegende, zueinander winklige Außenflächen It has two mutually opposite, mutually angled outer surfaces 118 118 , . 120 120 auf. on.
  • [0075] [0075]
    Das Zusatzelement The additional element 78 78 erstreckt sich von einem dünneren Ende extending from a thinner end 122 122 bis zu einem dickeren Ende up to a thicker end 124 124 . , An dem dünneren Ende At the thinner end 122 122 ist eine niedrigere Seitenfläche is a lower side surface 126 126 vorgesehen; provided; an dem dickeren Ende at the thicker end 124 124 ist eine höhere Seitenfläche is a higher side surface 128 128 vorgesehen. provided. Ein Maß A measure 130 130 der niedrigeren Seitenfläche the lower side surface 126 126 kann beispielsweise 6 mm betragen; for example, can be 6 mm; ein Maß a measure 132 132 der höheren Seitenfläche the higher side surface 128 128 kann beispielsweise 8 mm betragen. for example, can be 8 mm.
  • [0076] [0076]
    Die Außenflächen The outer surfaces 118 118 und and 120 120 schließen miteinander einen Winkel close to each other at an angle 134 134 ein. a. Der Winkel The angle 134 134 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 1° und 2°. preferably between 0.5 ° and 5 °, in particular between 1 ° and 2 °. Insbesondere ist der Winkel In particular, the angle 134 134 gleich dem Winkel equal to the angle 116 116 , den die Anlageflächen That the contact surfaces 100 100 , . 102 102 des Moduls the module 76 76 miteinander einschließen. with one another.
  • [0077] [0077]
    Ein Abstand A distance 135 135 zwischen den Seitenflächen between the side surfaces 126 126 , . 128 128 kann insbesondere zwischen 50 mm und 100 mm betragen. may be in particular between 50 mm and 100 mm. Die Seitenflächen The side surfaces 108 108 , . 110 110 des Moduls the module 76 76 können ebenfalls insbesondere zwischen 50 mm und 100 mm zueinander beabstandet sein. may be spaced from each other also in particular between 50 mm and 100 mm.
  • [0078] [0078]
    Der detaillierte Aufbau des thermoelektrischen Moduls The detailed structure of the thermoelectric module 76 76 wird nachstehend unter Bezugnahme auf is described below with reference to 4 4 beschrieben. described.
  • [0079] [0079]
    Das Modul The module 76 76 weist in einer ersten Lage has in a first position 136 136 angeordnete elektrische Leitelemente arranged electrical conducting elements 138 138 auf. on. Zu der ersten Lage For the first layer 138 138 beabstandet ist eine zweite Lage is spaced a second layer 140 140 angeordnet, welche elektrische Leitelemente arranged, which electrical conducting elements 142 142 umfasst. includes.
  • [0080] [0080]
    Zwischen den Lagen Between the sheets 136 136 und and 140 140 sind schenkelförmige thermoelektrische Elemente are thigh-shaped thermoelectric elements 146 146 angeordnet. arranged. Die thermoelektrischen Elemente The thermoelectric elements 146 146 sind mittels der elektrischen Leitelemente are by means of the electrical conducting elements 142 142 und and 144 144 miteinander in Reihe geschaltet. connected in series with each other.
  • [0081] [0081]
    Um die elektrischen Leitelemente To the electrical conducting elements 138 138 der ersten Lage the first layer 136 136 relativ zu einer Wärmequelle relative to a heat source 38 38 elektrisch zu isolieren, weist das Modul to electrically isolate the module comprises 76 76 eine erste Isolierschicht a first insulating layer 148 148 auf. on. Die erste Isolierschicht The first insulating layer 148 148 kann beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt sein. can be made for example of a ceramic material. Die erste Isolierschicht The first insulating layer 148 148 ist insgesamt rechteckförmig. is generally rectangular. Sie weist eine über das Modul It has a through the module 76 76 verteilt variierende Schichtdicke distributed varying layer thickness 150 150 auf, so dass die Isolierschicht , so that the insulating layer 148 148 und somit das Modul and the device is 76 76 insgesamt keilförmig ist. is generally wedge-shaped.
  • [0082] [0082]
    Das Modul The module 76 76 umfasst ferner eine zweite Isolierschicht further comprising a second insulating layer 154 154 , mittels welcher die elektrischen Leitelemente , By means of which the electrical conducting elements 142 142 der zweiten Lage the second layer 140 140 gegenüber einer Wärmesenke to a heat sink 58 58 , . 60 60 elektrisch isoliert werden. are electrically isolated. Die zweite Isolierschicht ist beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt. The second insulating layer is for example made of a ceramic material. Die zweite Isolierschicht The second insulating layer 154 154 weist eine konstante Schichtdicke has a constant thickness 156 156 auf. on.
  • [0083] [0083]
    Wenn die erste Anlagefläche If the first bearing surface 100 100 des Moduls the module 76 76 an einer wärmeabgebenden Oberfläche des Generators to a heat emitting surface of the generator 10 10 anliegt und wenn die zweite Anlagefläche is present and when the second abutment surface 102 102 des Moduls the module 76 76 an einer wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators on a heat-absorbing surface of the generator 10 10 anliegt, fließt ein Wärmestrom durch das Modul is applied, a heat current flows through the module 76 76 hindurch. through it. Auf diese Weise kann mit Hilfe der thermoelektrischen Elemente In this manner, with the aid of thermo-electric elements 146 146 eine Spannung erzeugt werden, welche an elektrischen Anschlüssen a voltage can be generated, which on electrical terminals 158 158 , . 160 160 abgreifbar ist. be tapped.
  • [0084] [0084]
    Unter weiterer Bezugnahme auf With further reference to 2 2 wird nachstehend die Funktionsweise des thermoelektrischen Generators is given of the operation of the thermoelectric generator 10 10 beschrieben. described.
  • [0085] [0085]
    Während des Betriebs des Generators During operation of the generator 10 10 wird der Strömungskanal is the flow channel 46 46 der Wärmequelle the heat source 38 38 mit einem heißen Fluid durchströmt. passed through a hot fluid. Dieses Fluid gibt Wärme an die Strömungskanalbegrenzungen This fluid transfers heat to the flow channel limitations 48 48 und and 50 50 der Wärmequelle the heat source 38 38 ab, welche die Wärme in die Zusatzelemente from which the heat in the additional elements 78 78 einleiten. initiate. Die einem Modul The one module 76 76 zugewandte Außenfläche outer surface facing 118 118 eines Zusatzelements an additional element 78 78 bildet eine wärmeabgebende Oberfläche forms a heat dissipating surface 162 162 des Generators of the generator 10 10 (siehe (See 3 3 ), welche an der ersten Anlagefläche ) Connected to the first contact surface 100 100 eines Moduls a module 76 76 anliegt. is applied. Durch den Kontakt zwischen der Außenfläche Due to the contact between the outer surface 162 162 und der ersten Anlagefläche and the first contact surface 100 100 kann der Wärmestrom weiter in das Modul the heat flow can continue in the module 76 76 geleitet werden, so dass mit Hilfe des Moduls are directed so that by means of the module 76 76 – wie vorstehend beschrieben – eine Spannung erzeugt werden kann, welche an den Anschlüssen - As described above - a voltage can be generated, which at the terminals 158 158 , . 160 160 abgreifbar ist. be tapped.
  • [0086] [0086]
    Der Wärmestrom wird über die zweite Anlagefläche The heat flow will via the second abutment surface 102 102 eines Moduls a module 76 76 weiter in Richtung einer der Wärmesenken in the direction of one of the heat sinks 58 58 , . 60 60 geleitet. passed. Hierfür steht die zweite Anlagefläche For this purpose the second contact surface 102 102 eines Moduls a module 76 76 in Kontakt mit einer wärmeaufnehmenden Oberfläche in contact with a heat-receiving surface 164 164 der Wärmesenken the heat sinks 58 58 , . 60 60 . ,
  • [0087] [0087]
    Die Wärmeabfuhr mit Hilfe der Wärmesenken The heat removal by means of the heat sinks 58 58 , . 60 60 erfolgt über ein die Strömungskanäle via a the flow channels 74 74 durchströmendes Kühlfluid. flowing through the cooling fluid.
  • [0088] [0088]
    Wenn der Generator If the generator 10 10 in Betrieb genommen wird, erwärmen sich insbesondere die Strömungskanalbegrenzungen is put into operation, in particular the heat flow channel limitations 48 48 , . 50 50 , . 52 52 der Wärmequelle the heat source 38 38 , die Zusatzelemente , The additional elements 78 78 und die Module and the modules 76 76 . , Hierdurch bedingt dehnen sich die genannten Teile aus. Result of this, the items referred to stretch. Hierdurch bedingt gleiten die erste Anlagefläche Result of this, slide the first contact surface 100 100 des Moduls the module 76 76 und die Außenfläche and the outer surface 118 118 des Zusatzelements the additional element 78 78 aneinander ab. from each other. Dieses Abgleiten kann unterstützt werden, indem die Flächen This slipping can be supported by the surfaces 100 100 und and 118 118 eine niedrige Rautiefe, insbesondere eine Rautiefe R z von weniger als 12 μm aufweisen. have a low surface roughness, in particular a surface roughness R z of less than 12 microns.
  • [0089] [0089]
    Die höhere Seitenfläche The higher side surface 110 110 des Moduls the module 76 76 stützt sich an einer dieser Seitenfläche zugeordneten Modul-Abstützfläche supported on a side surface associated module supporting surface 82 82 ab. from. Die höhere Seitenfläche The higher side surface 128 128 des Zusatzelements the additional element 78 78 liegt an einer das Zusatzelement located on one the additional element 78 78 und somit die Außenfläche and thus the outer surface 118 118 abstützenden Oberflächen-Abstützfläche supporting surfaces supporting surface 88 88 an. to. Jeweils einander gegenüberliegende Oberflächen-Abstützflächen Each opposing surface supporting surfaces 88 88 und Modul-Abstützflächen and module support surfaces 82 82 sind zueinander um ein Maß beabstandet, welches größer ist als der Abstand are mutually spaced by an amount which is greater than the distance 135 135 zwischen den Seitenflächen between the side surfaces 126 126 , . 128 128 eines Zusatzelements und eines Abstands (ohne Bezugszeichen) zwischen den Seitenflächen an attachment member and a distance (not numbered) between the side surfaces 108 108 , . 110 110 eines Moduls a module 76 76 . , Auf diese Weise kann sich das Zusatzelement In this way, the additional element 78 78 in Richtung auf eine Modul-Abstützeinrichtung in the direction of a module-supporting device 80 80 ausdehnen. extend. Das Modul The module 76 76 kann sich in Richtung auf eine Oberflächen-Abstützeinrichtung may be in the direction of a surface support means 86 86 ausdehnen. extend. Insgesamt sind ein Modul In total there is a module 76 76 und ein zugeordnetes Zusatzelement and an associated addition element 78 78 formschlüssig zwischen einer Wärmequelle a form fit between a heat source 38 38 und einer Wärmesenke and a heat sink 58 58 , . 60 60 eingebettet. embedded.
  • [0090] [0090]
    In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die wärmeaufnehmende Oberfläche In the embodiment shown in the drawing, the heat-absorbing surface 164 164 des Generators of the generator 10 10 von einer äußeren Wandfläche einer Strömungskanalbegrenzung from an outer wall surface of a flow channel boundary 64 64 einer Wärmesenke a heat sink 58 58 , . 60 60 gebildet. formed. Bei einer alternativen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform kann die wärmeaufnehmende Oberfläche In an alternative, not shown in the drawings embodiment, the heat-absorbing surface 164 164 des Generators of the generator 10 10 auch von einem insbesondere keilförmigen Zusatzelement gebildet werden, welches zwischen der zweiten Anlagefläche also be formed by a particular wedge-shaped auxiliary element connected between the second bearing surface 102 102 eines Moduls a module 76 76 und einer Wärmesenke angeordnet ist. and a heat sink is arranged.
  • [0091] [0091]
    In entsprechender Weise kann bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten alternativen Ausführungsform die wärmeabgebende Oberfläche In a corresponding manner, the heat-emitting surface in an alternative embodiment not shown in the drawing 162 162 des Generators of the generator 10 10 nicht durch ein Zusatzelement not by an additional element 78 78 gebildet werden, sondern durch eine äußere Wandfläche einer Strömungskanalbegrenzung are formed, but by an outer wall surface of a flow channel boundary 48 48 , . 50 50 der Wärmequelle the heat source 38 38 . ,
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0092] [0092]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA shall not be liable for any errors or omissions.
  • Zitierte Patentliteratur Patent literature cited
  • [0093] [0093]
    • - US 6028623 [0003] - US 6028623 [0003]
Patent Citations
Cited PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
DE1273646B *27 Sep 196125 Jul 1968Licentia GmbhThermoelektrische Kuehlanordnung
DE1944351U *9 Apr 196618 Aug 1966Siemens AgThermogenerator.
DE3314198A1 *19 Apr 19833 Nov 1983Energy Conversion Devices IncThermoelektrisches bauelement und herstellungsverfahren dafuer
DE102005032764A1 *14 Jul 200518 Jan 2007Hans BÖLLINGHAUSCollector for energy from all sources on a regenerative basis uses photovoltaic recombination heat and solar excess heat with heat pump and thermo-electric conversion
US3075030 *22 Dec 195922 Jan 1963Minnesota Mining & MfgThermoelectric generator
US3744560 *1 Oct 197110 Jul 1973Isotopes IncThermal block
US4730459 *23 Aug 198515 Mar 1988Air IndustrieThermoelectric modules, used in thermoelectric apparatus and in thermoelectric devices using such thermoelectric modules
US60286232 Sep 199722 Feb 2000U.S. Philips CorporationFilm scanner with data interface
US6539725 *27 Apr 20011 Apr 2003Bsst LlcEfficiency thermoelectrics utilizing thermal isolation
US7120023 *25 Aug 200310 Oct 2006Hewlett-Packard Development Company, L.P.Method of assembly of a wedge thermal interface to allow expansion after assembly
Referenced by
Citing PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
DE102009008799A15 Feb 200916 Sep 2010Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Motor vehicle comprises exhaust emitting drive unit, and exhaust system, which has exhaust after treatment unit, where exhaust after treatment unit is integrated in sections into support structure of body of motor vehicle
DE102009025032A1 *10 Jun 200916 Dec 2010Behr Gmbh & Co. KgThermoelektrische Vorrichtung
DE102010014936A1 *14 Apr 201020 Oct 2011D & K Solar GmbhUse of sliding carriage for peltier elements in modular structured thermal generator utilized for producing current using heat exchanger profiles, and profile pieces that are firmly connected with peltier element by connectors
DE102010014936B4 *14 Apr 20101 Aug 2013D & K Solar GmbhGleitschlitten für Peltier-Elemente und dessen Verwendung in einem modular aufgebauten Thermogenerator
DE102010020779A1 *19 May 201024 Nov 2011Abb Technology AgAutonomous, wireless temperature-related information transmitter for use in supply device of processing plant in industry, has thermal actuator exhibiting thermal expansion coefficient larger than that of thermoelectric transducer
DE102010020779B4 *19 May 20101 Aug 2013Abb Technology AgAutonomer Temperaturtransmitter
DE102011111954A1 *30 Aug 201128 Feb 2013Faurecia Emissions Control Technologies, Germany GmbhDevice for using exhaust gas heat from exhaust gas source in internal combustion engine of motor car, has thermoelectric generator modules which are received in outer housing, and secured on wave-shaped support walls
DE102011111954B4 *30 Aug 201118 Feb 2016Faurecia Emissions Control Technologies, Germany GmbhVorrichtung zur Abgaswärmenutzung, Abgasmodul mit einer solchen Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung
DE102013112911A122 Nov 201311 Jun 2015Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Thermoelektrische Generatorvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung
DE102015115054A18 Sep 201523 Jun 2016Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Thermoelektrische Generatorvorrichtung
US92344482 Aug 201112 Jan 2016Friedrich Boysen Gmbh & Co. KgMuffler
Classifications
International ClassificationF01N5/02, H02N11/00, H01L35/32
Cooperative ClassificationH01L35/32, H01L35/30
European ClassificationH01L35/30, H01L35/32
Legal Events
DateCodeEventDescription
25 Jun 2009OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law
23 Sep 2011R016Response to examination communication
28 Jul 2015R082Change of representative
Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE