WO2009077468A2 - Thermoelectric module and thermoelectric generator - Google Patents

Thermoelectric module and thermoelectric generator Download PDF

Info

Publication number
WO2009077468A2
WO2009077468A2 PCT/EP2008/067463 EP2008067463W WO2009077468A2 WO 2009077468 A2 WO2009077468 A2 WO 2009077468A2 EP 2008067463 W EP2008067463 W EP 2008067463W WO 2009077468 A2 WO2009077468 A2 WO 2009077468A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermoelectric
module
heat
layer
contact surface
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/067463
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2009077468A3 (en
Inventor
Peter Treffinger
Lizhi Zhu
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. filed Critical Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Publication of WO2009077468A2 publication Critical patent/WO2009077468A2/en
Publication of WO2009077468A3 publication Critical patent/WO2009077468A3/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Definitions

  • thermoelectric module and thermoelectric generator
  • thermoelectric module comprising electrical conducting elements arranged in a first layer, electrical conducting elements arranged in a second layer spaced apart from the first layer, a plurality of thermoelectric elements arranged between the first layer and the second layer, a first insulating layer in which the electrical guide elements arranged in the first layer are electrically isolable relative to a heat source, a second insulating layer by means of which the electrical guide elements arranged in the second layer can be electrically insulated relative to a heat sink, a first contact surface for contact with a heat-emitting surface and a second abutment surface for abutment with a heat-absorbing surface.
  • thermoelectric generator having at least one thermoelectric module of the aforementioned type, wherein by means of the first insulating layer arranged in the first layer electrical guide elements are electrically insulated relative to a heat source, wherein by means of the second insulating layer arranged in the second layer electrical Guide elements are electrically insulated relative to a heat sink, wherein the first contact surface bears against a heat-emitting surface and wherein the second contact surface bears against a heat-absorbing surface.
  • thermoelectric generator and an aforementioned thermoelectric module are disclosed in US 6,028,623.
  • thermoelectric system which comprises a plurality of thermoelectric elements which form a thermoelectric arrangement with a cooling side and a heating side, wherein the thermoelectric elements are thermally separated from one another in at least a direction along the arrangement are isolated.
  • At least one heat exchanger is provided on the cooling side and / or the heating side in thermal communication with at least one thermoelectric element, wherein the heat exchanger is configured so that the thermal insulation of the thermoelectric elements is maintained.
  • Thermoelectric generators are likewise known from US Pat. No. 3,075,030, DE 10 2005 032 764 A1, DE 1 273 646, US Pat. No. 4,730,459 and DE 1 944 351.
  • US Pat. No. 3,744,560 discloses a heat transfer device for use in a thermoelectric generator which automatically compensates for shocks, vibrations and thermal expansion.
  • the device comprises a solid block composed of four slidable wedges.
  • thermoelectric device which has at least two individual thermoelectric elements, said connecting members are provided for electrical series connection and thermal parallel connection of the individual elements.
  • An absorption mass for absorbing the thermal expansion of the individual thermoelectric elements and the connecting members when the temperature difference is applied across the component is provided.
  • thermoelectric generator electrical power can be generated by applying heat from a heat source via the thermoelectric elements of a thermoelectric module of a heat sink is supplied.
  • the voltage which can be tapped on electrical connections of a thermoelectric module of a generator is dependent inter alia on the materials used for the thermoelectric elements and on the temperature difference applied across the thermoelectric elements.
  • thermoelectric elements of a module are combined to form a pair.
  • a first thermoelectric element of such a pair comprises a positively doped material
  • a second thermoelectric element of such a pair comprises a negatively doped material.
  • a voltage which can be tapped off on a pair of thermoelectric elements is relatively small. Therefore, usually a plurality of pairs are connected in series with each other to increase the voltage tapped across these pairs. Different pairs of thermoelectric elements and / or different groups with pairs connected in series can also be connected in parallel for setting a current-voltage characteristic of a thermoelectric module or a plurality of thermoelectric modules.
  • thermoelectric module On electrical guide elements, which are arranged in spaced-apart layers.
  • thermoelectric generator In order to conduct a heat flow through a thermoelectric generator, a good thermal contact of the thermoelectric module to the heat source and / or to the heat sink is desired. On the other hand, an electrical contact between the electrical guide elements of a layer of the thermoelectric module and the heat source or the heat sink must be avoided. Therefore, insulating layers are used which allow good heat conduction from the heat source to the first layer and / or from the second layer to the heat sink, but in this case electrically isolate the electrical guide elements relative to the heat source or to the heat sink.
  • Thermoelectric generators have the advantage that they work wear-free, since they have no moving components.
  • thermoelectric generators have a comparatively low efficiency and that for good heat contact of the individual layers or layers of the thermoelectric generator space-consuming and heavy devices are required, which clamp the individual layers or layers against each other.
  • space-consuming and heavy devices are required, which clamp the individual layers or layers against each other.
  • a thermoelectric generator expands during operation depending on the applied temperature difference.
  • the present invention has the object to provide a thermoelectric module and a thermoelectric generator of the type mentioned, which allow a good efficiency and a simple compensation thermally induced expansions.
  • thermoelectric module and in a thermoelectric generator of the type mentioned in that the first contact surface and the second contact surface are angled to each other.
  • thermoelectric module The contact surfaces of the thermoelectric module according to the invention are not - as known from the prior art - parallel to each other, but at an angle to each other.
  • a wedge-shaped thermoelectric module can be provided.
  • Such a module can be integrated into the structure of a thermoelectric generator in a positive manner in a simple manner and at the same time act upon a high clamping force in order to establish the thermal contact between the first contact surface of the module and a heat-emitting surface of the thermoelectric generator and around the Heat contact between the second contact surface of the module and a heat-receiving surface of the thermoelectric generator improve. Due to the wedge shape of the module, it is possible that the module for compensating thermally induced thermal expansions moves relative to the heat-emitting and / or the heat-absorbing surface by a sliding surface of the module associated with this surface slides on this surface.
  • the first contact surface extends in a straight plane. This allows for easy fabrication of the thermoelectric module and good thermal contact with a heat-emitting surface of the generator extending in a straight plane.
  • thermoelectric module can be integrated in a simple manner and space-saving in a thermoelectric generator.
  • the second contact surface extends in a straight plane. This allows for easy fabrication of the thermoelectric module and good thermal contact with a straight-plane heat-receiving surface of the generator.
  • the angle between the first contact surface and the second contact surface is at least 0.5 ° inclusive, in particular at least 1 ° inclusive. In this way, a clamping force exerted on the thermoelectric module can be used almost completely in order to clamp the module to adjacent parts of the generator.
  • the angle between the first contact surface and the second contact surface is at most 10 ° inclusive, in particular at most 5 ° inclusive.
  • the surface roughness R z of the first contact surface and / or the second contact surface is a maximum of 12 ⁇ m. With such a roughness depth, sliding of the contact surfaces of the thermoelectric module on or on heat-emitting or heat-absorbing surfaces of a thermoelectric generator is facilitated.
  • the first insulating layer distributed over the module has a varying layer thickness. In this way it is possible to produce mutually angled contact surfaces, without having to vary the height, for example, the thermoelectric elements.
  • the second insulating layer distributed over the module has a varying layer thickness. This also allows easy production of mutually angled contact surfaces.
  • thermoelectric elements distributed over the module have different heights. In this way, angled contact surfaces can be generated without having to vary the layer thickness of the insulating layers, for example.
  • the electrical guide elements arranged in the first position are distributed over the module and / or the electrical guide elements arranged in the second position are distributed over the module at different heights.
  • This also makes it possible to produce a thermoelectric module with mutually angled contact surfaces.
  • the contact surfaces of the module can each be formed by an outer surface of the first insulating layer and by an outer surface de second insulating layer.
  • the thermoelectric module has at least one additional layer, which is arranged adjacent to an outer surface of the first insulating layer and / or to an outer surface of the second insulating layer. Such an additional layer then forms a contact surface for engagement with a heat-emitting surface or a heat-absorbing surface of the generator.
  • the at least one additional layer is a temperature compensation layer.
  • the additional layer of a highly thermally conductive material, in particular copper be made in order to evenly distributed over the module applied temperature.
  • the at least one additional layer distributed over the module has a varying layer thickness.
  • the surface roughness R z of the heat-emitting surface and / or the heat-absorbing surface of the generator amounts to a maximum of 12 ⁇ m.
  • the heat source comprises at least one flow channel for the flow through with a heat-emitting fluid. This allows efficient transfer of the heat of a fluid to the heat source of the generator.
  • the heat sink comprises at least one flow channel for flowing through with a heat-absorbing fluid.
  • the heat-emitting surface may be formed by an outer wall surface of a flow channel boundary of the heat source.
  • the heat-receiving surface may be formed by an outer wall surface of a flow channel boundary of the heat sink.
  • 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 contact surface.
  • the additional element forms a heat-absorbing or a heat-emitting surface, which cooperates with one of the contact surfaces of the thermoelectric module.
  • the at least one additional element has outer surfaces facing away from each other, which are angled relative to one another.
  • the additional element can be used both as a heat transfer element and as a power transmission element.
  • the angle between the outer surfaces of the additional element is equal to the angle between the contact surfaces of the thermoelectric module. This makes it possible to use heat sources and heat sinks with the module respectively facing, mutually parallel surfaces.
  • the at least one additional element is a temperature compensation element.
  • Such an additional element may, for example, be made of a metal with a high thermal conductivity, preferably copper. In this way, with the help of the additional element distributed over the module applied temperature can be made uniform.
  • the thermoelectric generator comprises a module support device for supporting the at least one thermoelectric module, the module support device comprising at least one module support surface which extends transversely to at least one of the contact surfaces of the at least one thermoelectric Module extends.
  • the module support means makes it possible to provide an abutment on which the thermoelectric module can be supported and, starting from this abutment, can move in a direction transverse to a direction of force application.
  • thermoelectric generator comprises a surface support device for supporting the heat-emitting surface or the heat-receiving surface, wherein the surface support device comprises at least one surface support surface which extends transversely to the heat-emitting surface or to the heat-absorbing surface.
  • the thermoelectric generator comprises at least one connection device for connecting the at least one thermoelectric module, the heat source and the heat sink.
  • connection device for connecting the at least one thermoelectric module, the heat source and the heat sink.
  • thermoelectric generator comprises at least one compensating device for compensating thermally induced dimensional changes of the generator.
  • a compensation device may in particular be formed by a spring element which is under pretension and can exert a clamping force in this way.
  • the heat source is formed by an exhaust system of a discontinuously operating combustion device, in particular by an exhaust system of a motor vehicle.
  • a heat source may comprise, for example, a heat exchanger in which the hot exhaust gas of an internal combustion engine is guided. This heat exchanger transfers the heat of the exhaust gas to the at least one insulating layer of the thermoelectric module, which provides an electrical voltage. This has the advantage that the otherwise unused waste heat of a motor vehicle can be used to generate electrical energy. Thus, the overall efficiency of the motor vehicle can be increased.
  • the heat source is formed by an exhaust system of a continuously operating combustion device, in particular by a waste heat unit (for example, a combustion chamber) of a power plant.
  • a waste heat unit for example, a combustion chamber
  • FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of a thermoelectric generator
  • FIG. 2 is a sectional view of the thermoelectric generator of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a side view of an embodiment of a schematically illustrated thermoelectric module and an additional element
  • FIG. 4 shows a perspective view of an embodiment of a thermoelectric module.
  • thermoelectric generator 10 An embodiment of a thermoelectric generator designated overall by the reference numeral 10 is shown in FIG.
  • the generator 10 extends along a generator axis 12 from a flow inlet 14 to a flow outlet 16.
  • the generator 10 is flowed through by a hot fluid, for example the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle, in a flow direction 18 from the flow inlet 14 to the flow outlet 16.
  • a hot fluid for example the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle
  • the generator 10 includes a fluid manifold 20 which extends from the flow inlet 14 to a central generator portion 22.
  • the generator 10 further includes a fluid collector 24 extending from the central generator portion 22 to the flow outlet 16.
  • the central generator part 22 has a multi-part housing 26.
  • the housing 26 comprises an upper housing part 28 and a lower housing part 30.
  • the housing parts 28 and 30 are connected to one another by means of connecting elements 32 designed as screws.
  • the generator part 22 has two different heat sinks of the generator 10 associated cooling fluid inputs 34 and cooling fluid outlets 36.
  • the generator 10 further includes a heat source 38 extending between the fluid manifold 20 and the fluid collector 24.
  • the heat source 38 is connected to the fluid manifold 20 via a flange connection 40.
  • the heat source 38 is further connected via a flange 42 with the fluid collector 24.
  • the housing 26 of the generator part 22 defines a generator room 44.
  • the generator room 44 is rectangular in cross-section.
  • the heat source 38 which extends along the generator axis 12 (see FIG.
  • the heat source 38 has a flow channel 46 in fluid communication with the fluid manifold 20 and with the fluid collector 24.
  • the flow channel 46 is rectangular in cross section.
  • the flow channel 46 is bounded by a bottom-side flow channel boundary 48 and a parallel thereto, the ceiling-side flow channel boundary 50.
  • the flow channel 46 is further limited by two lateral flow channel boundaries 52nd
  • rib members 54 are provided, which project from the bottom-side flow channel boundary 48 in the flow channel 46. Furthermore, a plurality of rib elements 56, which are parallel to each other and extend along the generator axis 12, are provided, which project from the cover-side flow channel boundary into the flow channel 46.
  • the rib members 54 and 56 are arranged offset from each other.
  • the generator 10 has a first heat sink 58 which extends parallel to the generator axis 12. Furthermore, the generator 10 has a second heat sink 60 which also extends parallel to the generator axis 12.
  • the heat sinks 58 and 60 are disposed on opposite sides of the heat source 38.
  • the heat sinks 58 and 60 are fed by a respective associated cooling fluid inlet 34 with cooling fluid.
  • the cooling fluid flows through the heat sinks 58, 60 and is removed via the cooling fluid outlets 36 from the heat sinks 58, 60 (see FIG.
  • the heat sinks 58, 60 each have a bottom-side flow channel boundary 62 and a cover side arranged opposite thereto Flow channel boundary 64 on. Furthermore, the heat sinks 58 and 60 have two lateral flow channel boundaries 66.
  • the heat sinks 58 and 60 comprise a plurality of fin elements 68 extending parallel to the generator axis 12 and having a height corresponding to the distance between the flow channel boundaries 62 and 64.
  • a multiplicity of parallel flow chambers 70, 72 is formed.
  • the flow chambers 70, 72 together form a flow channel 74 which is generally rectangular in cross-section.
  • the generator 10 includes a plurality of wedge-shaped thermoelectric modules 76 which are each disposed between the heat source 38 and one of the heat sinks 58, 60. Each thermoelectric module 76 cooperates with a wedge-shaped additional element 78, which is arranged between a thermoelectric module 76 and the heat source 38.
  • the generator 10 has at least one module support device 80 which serves for positioning at least one thermoelectric module 76.
  • the module support devices 80 shown in FIG. 2 are designed in the form of a web and extend from the heat source 38 in the direction of an adjacent heat sink 58 or 60.
  • the module support devices 80 have two module support surfaces 82, 84 arranged on opposite sides. With each support surface 82, 84 a stop for a thicker end of a wedge-shaped thermoelectric module 76 is formed.
  • the generator 10 further includes a plurality of surface support means 86. These are formed by webs integrally connected to the lateral flow channel boundaries 52 of the heat source 38.
  • the surface support means 86 have surface support surfaces 88 extending parallel to the module support surfaces 82, 84.
  • the surface support surfaces 88 each serve to support the thicker end of a wedge-shaped additional element 78.
  • the generator 10 has two thermal insulation 90, which are each disposed adjacent to the lateral flow channel boundaries 52 of the heat source 38.
  • a balancing device designated overall by 92, by means of which thermally induced dimensional changes of the generator 10 can be compensated.
  • the compensation device 92 comprises a plurality of spring elements, in particular disc springs 94.
  • Each plate spring 94 is supported at one end on an inner side of the housing 26 and at an opposite end to a flow channel boundary 62, 66 of a heat sink 58, 60.
  • the heat sinks 58, 60 each have the inner side of the housing 26 facing centering 96.
  • the housing 26 and the equalizer 92 together form a connector (not numbered) for connecting the heat source 38, the thermoelectric modules 76 and the heat sinks 58, 60.
  • FIG. 3 shows a thermoelectric module 76 and an additional element 78 for use in a thermoelectric generator 10.
  • the thermoelectric module 76 has a first contact surface 100, via which the thermoelectric module 76 can absorb a heat flow.
  • the module 76 also has a second contact surface 102, by means of which a heat flow can be derived from the module 76.
  • the abutment surfaces 100 and 102 are inclined relative to each other, so that the module 76 has a wedge shape.
  • the module 76 extends from a thinner end 104 toward a thicker end 106.
  • a lower side surface 108 is provided; at the thicker end 106, a higher side surface 110 is provided.
  • a height 112 of the side surface 108 may be, for example, 5 mm.
  • a height 114 of the side surface 110 may be, for example, 7 mm.
  • the contact surfaces 100 and 102 are angled to each other.
  • An angle 116 between the contact surfaces 100 and 102 is preferably between 0.5 ° and 5 °, in particular between 1 ° and 2 °.
  • the additional element 78 is made of a highly heat conductive material, such as copper.
  • the additional element 78 has a wedge shape. It has two mutually opposite, mutually angled outer surfaces 118, 120.
  • the attachment member 78 extends from a thinner end 122 to a thicker end 124. At the thinner end 122, a lower side surface 126 is provided; at the thicker end 124, a higher side surface 128 is provided. A dimension 130 of the lower side surface 126 may be, for example, 6 mm; a dimension 132 of the higher side surface 128 may be 8 mm, for example.
  • the outer surfaces 118 and 120 enclose an angle 134 with each other.
  • the angle 134 is preferably between 0.5 ° and 5 °, in particular between 1 ° and 2 °. In particular, the angle 134 is equal to the angle 116, the bearing surfaces 100, 102 of the module 76 include each other.
  • a distance 135 between the side surfaces 126, 128 may in particular be between 50 mm and 100 mm.
  • the side surfaces 108, 110 of the module 76 may also be spaced apart in particular between 50 mm and 100 mm.
  • thermoelectric module 76 The detailed structure of the thermoelectric module 76 will be described below with reference to FIG.
  • the module 76 has electrical conduction elements 138 arranged in a first position 136. Spaced to the first layer 138, a second layer 140 is arranged, which comprises electrical guide elements 142.
  • thermoelectric elements 146 are disposed between the layers 136 and 140.
  • the thermoelectric elements 146 are connected in series by means of the electrical conducting elements 142 and 144.
  • the module 76 has a first insulating layer 148.
  • the first insulating layer 148 may be made of a ceramic material, for example.
  • the first insulating layer 148 is rectangular overall. It has a layer thickness 150 distributed over the module 76 so that the insulating layer 148 and thus the module 76 are wedge-shaped as a whole.
  • the module 76 further comprises a second insulating layer 154, by means of which the electrical conducting elements 142 of the second layer 140 are electrically insulated from a heat sink 58, 60.
  • the second insulating layer is made of a ceramic material, for example.
  • the second insulating layer 154 has a constant layer thickness 156.
  • thermoelectric elements 146 When the first contact surface 100 of the module 76 abuts a heat-emitting surface of the generator 10 and when the second contact surface 102 of the module 76 abuts a heat-receiving surface of the generator 10, a heat flow flows through the module 76 therethrough. In this way, with the aid of the thermoelectric elements 146, a voltage can be generated, which can be tapped off at electrical connections 158, 160.
  • thermoelectric generator 10 With further reference to Figure 2, the operation of the thermoelectric generator 10 will be described below.
  • the flow channel 46 of the heat source 38 is flowed through by a hot fluid.
  • This fluid gives off heat to the flow channel boundaries 48 and 50 of the heat source 38, which introduce the heat into the additional elements 78.
  • the outer surface 118 of an additional element 78 facing a module 76 forms a heat-emitting surface 162 of the generator 10 (see FIG. 3), which rests against the first contact surface 100 of a module 76. Due to the contact between the outer surface 162 and the first contact surface 100, the heat flow can be conducted further into the module 76, so that with the aid of the module 76 - as described above - a voltage can be generated, which can be tapped off at the terminals 158, 160 ,
  • the heat flow is conducted via the second contact surface 102 of a module 76 in the direction of one of the heat sinks 58, 60.
  • the second contact surface 102 of a module 76 is in contact with a heat-absorbing surface 164 of the heat sinks 58, 60.
  • the heat dissipation by means of the heat sinks 58, 60 takes place via a cooling fluid flowing through the flow channels 74.
  • the additional elements 78 and the modules 76 heat.
  • the said parts expand.
  • the first contact surface 100 of the module 76 and the outer surface 118 of the additional element 78 glide against each other. This sliding can be assisted by the surfaces 100 and 118 have a low roughness, in particular a roughness R z of less than 12 microns.
  • the higher side surface 110 of the module 76 is supported on a module support surface 82 assigned to this side surface.
  • the higher side surface 128 of the additional element 78 bears against a surface supporting surface 88 supporting the additional element 78 and thus the outer surface 118.
  • Each opposing surface support surfaces 88 and module support surfaces 82 are spaced from each other by an amount which is greater than the distance 135 between the side surfaces 126, 128 of an additional element and a distance (no reference numeral) between the side surfaces 108, 110 of a module 76th In this way, the additional element 78 can expand in the direction of a module support device 80.
  • the module 76 may expand toward a surface support 86.
  • a module 76 and an associated additional element 78 are positively embedded between a heat source 38 and a heat sink 58, 60.
  • the heat-absorbing surface 164 of the generator 10 is formed by an outer wall surface of a flow channel boundary 64 of a heat sink 58, 60.
  • the heat-absorbing surface 164 of the generator 10 may also are formed by a particular wedge-shaped additional element which is arranged between the second contact surface 102 of a module 76 and a heat sink.
  • the heat-emitting surface 162 of the generator 10 can not be formed by an additional element 78, but by an outer wall surface of a flow channel boundary 48, 50 of the heat source 38th

Abstract

The invention relates to a thermoelectric module comprising electrical conductive elements disposed in a first course, electrical conductive elements disposed in a second course at a distance from the first course, a plurality of thermoelectric elements disposed between the first course and the second course, a first insulation layer by means of which the electrical conductive elements disposed in the first course can be electrically insulated relative to a heat source, a second insulation layer by means of which the electrical conductive elements disposed in the second course can be electrically insulated relative to a heat sink, a first contact surface for contacting a heat-emitting surface, and a second contact surface for contacting a heat-absorbing surface, improved to allow good efficiency and simple compensation for thermally induced expansions, wherein it is proposed that the first contact surface and the second contact surface are at an angle to each other.

Description

Thermoelektrisches Modul und thermoelektrischer Generator Thermoelectric module and thermoelectric generator
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 Wär- mequelle 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 electrical conducting elements arranged in a first layer, electrical conducting elements arranged in a second layer spaced apart from the first layer, a plurality of thermoelectric elements arranged between the first layer and the second layer, a first insulating layer in which the electrical guide elements arranged in the first layer are electrically isolable relative to a heat source, a second insulating layer by means of which the electrical guide elements arranged in the second layer can be electrically insulated relative to a heat sink, a first contact surface for contact with a heat-emitting surface and a second abutment surface for abutment with a heat-absorbing surface.
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 arranged in the first layer electrical guide elements are electrically insulated relative to a heat source, wherein by means of the second insulating layer arranged in the second layer electrical Guide elements are electrically insulated relative to a heat sink, wherein the first contact surface bears against a heat-emitting surface and wherein the second contact surface bears against a heat-absorbing surface.
Ein solcher thermoelektrischer Generator und ein eingangs genanntes thermoelektrisches Modul sind in der US 6,028,623 offenbart.Such a thermoelectric generator and an aforementioned thermoelectric module are disclosed in US 6,028,623.
Aus der US 6,539,725 B2 ist ein thermoelektrisches System bekannt, welches eine Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen umfasst, welche eine ther- moelektrische Anordnung mit einer Kühlseite und einer Erhitzungsseite bilden, wobei die thermoelektrischen Elemente thermisch voneinander in mindestens einer Richtung längs der Anordnung isoliert sind. Es ist mindestens ein Wärmetauscher auf der Kühlungsseite und/oder der Erhitzungsseite in thermischer Verbindung mit mindestens einem thermoelektrischen Element vorgesehen, wobei der Wärmetauscher so konfiguriert ist, dass die thermische Isolierung der thermoelektrischen Elemente aufrechterhalten wird.From US Pat. No. 6,539,725 B2, a thermoelectric system is known, which comprises a plurality of thermoelectric elements which form a thermoelectric arrangement with a cooling side and a heating side, wherein the thermoelectric elements are thermally separated from one another in at least a direction along the arrangement are isolated. At least one heat exchanger is provided on the cooling side and / or the heating side in thermal communication with at least one thermoelectric element, wherein the heat exchanger is configured so that the thermal insulation of the thermoelectric elements is maintained.
Aus der US 3,075,030, der DE 10 2005 032 764 Al, der DE 1 273 646, der US 4,730,459 und der DE 1 944 351 sind ebenfalls thermoelektrische Generatoren bekannt.Thermoelectric generators are likewise known from US Pat. No. 3,075,030, DE 10 2005 032 764 A1, DE 1 273 646, US Pat. No. 4,730,459 and DE 1 944 351.
Aus der US 7,120,023 B2 ist eine thermische Schnittstellenanordnung mit variabler Höhe bekannt.From US Pat. No. 7,120,023 B2, a variable height thermal interface arrangement is known.
Aus der US 3,744,560 ist eine Wärmeübertragungsvorrichtung zur Verwen- düng in einem thermoelektrischen Generator bekannt, die automatisch für eine Kompensation von Stößen, Vibrationen und thermischer Ausdehnung sorgt. Die Vorrichtung umfasst einen Festblock, welcher aus vier gleitbeweglichen Keilen zusammengesetzt ist.US Pat. No. 3,744,560 discloses a heat transfer device for use in a thermoelectric generator which automatically compensates for shocks, vibrations and thermal expansion. The device comprises a solid block composed of four slidable wedges.
Aus der DE 33 14 891 Al ist ein thermoelektrisches Bauelement bekannt, welches wenigstens zwei thermoelektrische Einzelelemente aufweist, wobei Verbindungsorgane zum elektrischen Reihenverbinden und thermischen Parallelverbinden der Einzelelemente vorgesehen sind. Eine Absorptionsmasse zur Aufnahme der Wärmeausdehnung der thermoelektrischen Einzelelemente und der Verbindungsorgane, wenn die Temperaturdifferenz quer durch das Bauelement anliegt, ist vorgesehen.From DE 33 14 891 Al a thermoelectric device is known which has at least two individual thermoelectric elements, said connecting members are provided for electrical series connection and thermal parallel connection of the individual elements. An absorption mass for absorbing the thermal expansion of the individual thermoelectric elements and the connecting members when the temperature difference is applied across the component is provided.
Mit einem thermoelektrischen Generator kann eine elektrische Leistung erzeugt werden, indem Wärme aus einer Wärmequelle über die thermo- elektrischen Elemente eines thermoelektrischen Moduls einer Wärmesenke zugeführt wird. Die an elektrischen Anschlüssen eines thermoelektrischen Moduls eines Generators abgreifbare Spannung ist u.a. abhängig von den für die thermoelektrischen Elemente verwendeten Materialien und von der über den thermoelektrischen Elementen anliegenden Temperaturdifferenz.With a thermoelectric generator, electrical power can be generated by applying heat from a heat source via the thermoelectric elements of a thermoelectric module of a heat sink is supplied. The voltage which can be tapped on electrical connections of a thermoelectric module of a generator is dependent inter alia on the materials used for the thermoelectric elements and on the temperature difference applied across the thermoelectric elements.
Üblicherweise werden jeweils zwei thermoelektrische Elemente eines Moduls zu einem Paar zusammengefasst. 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. Eine an einem Paar thermoelektrischer Elemente abgreifbare Spannung ist relativ klein. Daher wird üblicherweise eine Mehrzahl von Paaren miteinander in Serie geschaltet, um die über diesen Paaren abgreifbare Spannung zu erhöhen. 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.Usually, two thermoelectric elements of a module are combined to form a pair. A first thermoelectric element of such a pair comprises a positively doped material, a second thermoelectric element of such a pair comprises a negatively doped material. A voltage which can be tapped off on a pair of thermoelectric elements is relatively small. Therefore, usually a plurality of pairs are connected in series with each other to increase the voltage tapped across these pairs. Different pairs of thermoelectric elements and / or different groups with pairs connected in series can also be connected in parallel for setting a current-voltage characteristic of a thermoelectric module or a plurality of thermoelectric modules.
Zur elektrischen Verbindung der thermoelektrischen Elemente weist ein thermoelektrisches Modul elektrische Leitelemente auf, welche in zueinander beabstandeten Lagen angeordnet sind.For the electrical connection of the thermoelectric elements, a thermoelectric module on electrical guide elements, which are arranged in spaced-apart layers.
Um einen Wärmestrom durch einen thermoelektrischen Generator zu leiten, wird ein guter Wärmekontakt des thermoelektrischen Moduls zu der Wärme- quelle und/oder zu der Wärmesenke angestrebt. Andererseits muss ein elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Leitelementen einer Lage des thermoelektrischen Moduls und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke vermieden werden. 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. Thermoelektrische Generatoren haben den Vorteil, dass sie verschleißfrei arbeiten, da sie keine bewegten Bauteile aufweisen. Nachteilig ist jedoch, dass die thermoelektrischen Generatoren einen vergleichsweise niedrigen Wir- kungsgrad aufweisen und dass für einen guten Wärme kontakt der einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators Raum greifende und schwere Vorrichtungen erforderlich sind, welche die einzelnen Lagen bzw. Schichten gegeneinander verspannen. Erschwerend kommt hinzu, dass sich ein thermoelektrischer Generator während des Betriebs in Abhängigkeit von der anliegenden Temperaturdifferenz ausdehnt. Die Vorrichtungen, mit denen die einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators miteinander verspannt werden, müssen also eine Kompensation dieser thermisch bedingten Ausdehnungen erlauben.In order to conduct a heat flow through a thermoelectric generator, a good thermal contact of the thermoelectric module to the heat source and / or to the heat sink is desired. On the other hand, an electrical contact between the electrical guide elements of a layer of the thermoelectric module and the heat source or the heat sink must be avoided. Therefore, insulating layers are used which allow good heat conduction from the heat source to the first layer and / or from the second layer to the heat sink, but in this case electrically isolate the electrical guide elements relative to the heat source or to the heat sink. Thermoelectric generators have the advantage that they work wear-free, since they have no moving components. A disadvantage, however, is that the thermoelectric generators have a comparatively low efficiency and that for good heat contact of the individual layers or layers of the thermoelectric generator space-consuming and heavy devices are required, which clamp the individual layers or layers against each other. To make matters worse, that a thermoelectric generator expands during operation depending on the applied temperature difference. The devices with which the individual layers or layers of the thermoelectric generator are clamped together, so must allow compensation of these thermally induced expansions.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein thermoelektrisches Modul und einen thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen guten Wirkungsgrad und eine einfache Kompensation thermisch bedingter Ausdehnungen ermöglichen.On this basis, the present invention has the object to provide a thermoelectric module and a thermoelectric generator of the type mentioned, which allow a good efficiency and a simple compensation thermally induced expansions.
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 in a thermoelectric module and in a thermoelectric generator of the type mentioned in that the first contact surface and the second contact surface are angled to each other.
Die Anlageflächen des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Moduls sind nicht - wie aus dem Stand der Technik bekannt - zueinander parallel, sondern zueinander winklig. Auf diese Weise kann ein keilförmiges thermoelektrisches Modul bereitgestellt werden. 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 Wärme- kontakt zwischen der ersten Anlagefläche des Moduls und einer wärmeabgebenden Oberfläche des thermoelektrischen Generators und um den Wärme kontakt zwischen der zweiten Anlagefläche des Moduls und einer wärmeaufnehmenden Oberfläche des thermoelektrischen Generators verbessern. Bedingt durch die Keilform des Moduls ist es möglich, dass sich das Modul zur Kompensation von thermisch bedingten Wärmeausdehnungen rela- tiv zu der wärmeabgebenden und/oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche verschiebt, indem eine dieser Oberfläche zugeordnete Anlagefläche des Moduls auf dieser Oberfläche abgleitet.The contact surfaces of the thermoelectric module according to the invention are not - as known from the prior art - parallel to each other, but at an angle to each other. In this way, a wedge-shaped thermoelectric module can be provided. Such a module can be integrated into the structure of a thermoelectric generator in a positive manner in a simple manner and at the same time act upon a high clamping force in order to establish the thermal contact between the first contact surface of the module and a heat-emitting surface of the thermoelectric generator and around the Heat contact between the second contact surface of the module and a heat-receiving surface of the thermoelectric generator improve. Due to the wedge shape of the module, it is possible that the module for compensating thermally induced thermal expansions moves relative to the heat-emitting and / or the heat-absorbing surface by a sliding surface of the module associated with this surface slides on this surface.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sich die erste Anlagefläche in einer gera- den Ebene erstreckt. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des thermoelektrischen Moduls und einen guten Wärmekontakt zu einer sich in einer geraden Ebene erstreckenden wärmeabgebenden Oberfläche des Generators.In particular, it is advantageous if the first contact surface extends in a straight plane. This allows for easy fabrication of the thermoelectric module and good thermal contact with a heat-emitting surface of the generator extending in a straight plane.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die erste Anlagefläche und/oder die zweite An- lagefläche rechteckförmig, insbesondere quadratisch ist oder sind. Auf diese Weise kann ein thermoelektrisches Modul in einfacher Weise und Platz sparend in einen thermoelektrischen Generator integriert werden.Furthermore, it is preferred if the first contact surface and / or the second contact surface is or are rectangular, in particular square. In this way, a thermoelectric module can be integrated in a simple manner and space-saving in a thermoelectric generator.
Bevorzugt ist es ferner, wenn die zweite Anlagefläche sich in einer geraden Ebene erstreckt. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des thermoelektrischen Moduls und einen guten Wärmekontakt zu einer sich einer geraden Ebene erstreckenden wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators.It is further preferred if the second contact surface extends in a straight plane. This allows for easy fabrication of the thermoelectric module and good thermal contact with a straight-plane heat-receiving surface of the generator.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche mindestens 0,5° einschließlich, insbesondere mindestens 1° einschließlich beträgt. Auf diese Weise kann eine auf das ther- moelektrische Modul ausgeübte Spannkraft fast vollständig genutzt werden, um das Modul mit anliegenden Teilen des Generators zu verspannen.It is particularly preferred if the angle between the first contact surface and the second contact surface is at least 0.5 ° inclusive, in particular at least 1 ° inclusive. In this way, a clamping force exerted on the thermoelectric module can be used almost completely in order to clamp the module to adjacent parts of the generator.
Bevorzugt ist es ferner, wenn der Winkel zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche höchstens 10° einschließlich, insbesondere höchstens 5° einschließlich beträgt. 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.It is furthermore preferred if the angle between the first contact surface and the second contact surface is at most 10 ° inclusive, in particular at most 5 ° inclusive. With the increase in the angle between the contact surfaces is accompanied by an enlargement of the installation space, which can be saved due to the lateral deflection of the thermoelectric module in this direction perpendicular.
In vorteilhafter Weise beträgt die Rautiefe Rz der ersten Anlagefläche und/oder der zweiten Anlagefläche maximal 12 μm. Mit einer solchen Rautiefe wird ein Abgleiten der Anlageflächen des thermoelektrischen Moduls auf oder an wärmeabgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Oberflächen eines thermo- elektrischen Generators erleichtert.Advantageously, the surface roughness R z of the first contact surface and / or the second contact surface is a maximum of 12 μm. With such a roughness depth, sliding of the contact surfaces of the thermoelectric module on or on heat-emitting or heat-absorbing surfaces of a thermoelectric generator is facilitated.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Isolierschicht über das Modul verteilt eine variierende Schichtdicke auf. Auf diese Weise ist es möglich, zueinander winklige Anlageflächen zu erzeugen, ohne dabei die Höhe beispielsweise der thermoelektrischen Elemente variieren zu müssen.According to an advantageous embodiment of the invention, the first insulating layer distributed over the module has a varying layer thickness. In this way it is possible to produce mutually angled contact surfaces, without having to vary the height, for example, the thermoelectric elements.
In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn die zweite Isolierschicht über das Modul verteilt eine variierende Schichtdicke aufweist. Auch dies ermöglicht eine einfache Herstellung von zueinander winklig stehenden Anlageflächen.In a corresponding manner, it is advantageous if the second insulating layer distributed over the module has a varying layer thickness. This also allows easy production of mutually angled contact surfaces.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die thermoelektrischen Elemente über das Modul verteilt unterschiedliche Höhen auf. Auf diese Weise können zueinander winklige Anlageflächen erzeugt werden, ohne dabei die Schichtstärke beispielsweise der Isolierschichten variieren zu müssen.According to a further embodiment of the invention, the thermoelectric elements distributed over the module have different heights. In this way, angled contact surfaces can be generated without having to vary the layer thickness of the insulating layers, for example.
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. Auch hierdurch ist es möglich, ein thermoelektrisches Modul mit zueinander winkligen Anlageflächen herzustellen. 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. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch möglich, dass das thermo- elektrische Modul mindestens eine Zusatzschicht aufweist, welche an eine Außenfläche der ersten Isolierschicht und/oder an eine Außenfläche der zweiten Isolierschicht angrenzend angeordnet ist. Eine solche Zusatzschicht bildet dann eine Anlagefläche zur Anlage an einer wärmeabgebenden Oberfläche oder einer wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators.In accordance with a further advantageous embodiment of the invention, the electrical guide elements arranged in the first position are distributed over the module and / or the electrical guide elements arranged in the second position are distributed over the module at different heights. This also makes it possible to produce a thermoelectric module with mutually angled contact surfaces. In the embodiments of the thermoelectric module according to the invention described above, the contact surfaces of the module can each be formed by an outer surface of the first insulating layer and by an outer surface de second insulating layer. According to an advantageous development of the invention, however, it is possible that the thermoelectric module has at least one additional layer, which is arranged adjacent to an outer surface of the first insulating layer and / or to an outer surface of the second insulating layer. Such an additional layer then forms a contact surface for engagement with a heat-emitting surface or a heat-absorbing surface of the generator.
In vorteilhafter Weise ist die mindestens eine Zusatzschicht eine Temperaturausgleichsschicht. Beispielsweise kann die Zusatzschicht aus einem hoch wärmeleitfähigen Material, insbesondere Kupfer, hergestellt sein, um eine über das Modul verteilt anliegende Temperatur zu vergleichmäßigen.Advantageously, the at least one additional layer is a temperature compensation layer. For example, the additional layer of a highly thermally conductive material, in particular copper, be made in order to evenly distributed over the module applied temperature.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die mindestens eine Zusatzschicht über das Modul verteilt eine variierende Schichtdicke auf. Auf diese Weise ist es möglich, ein thermoelektrisches Modul mit zueinander parallelen Isolierschichtaußenflächen zu verwenden und mit Hilfe der Zusatzschicht zueinander winklige Anlageflächen herzustellen.According to a development of the invention, the at least one additional layer distributed over the module has a varying layer thickness. In this way it is possible to use a thermoelectric module with mutually parallel Isolierschichtaußenflächen and produce with the help of the additional layer to each other angled contact surfaces.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Gene- rators beträgt die Rautiefe Rz der wärmeabgebenden Oberfläche und/oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators maximal 12 μm. Auf diese Weise kann ein Abgleiten des thermoelektrischen Moduls an der wärmeabgebenden Oberfläche und/oder an der wärmeaufnehmenden Oberfläche unterstützt werden. Bevorzugt ist es, wenn die Wärmequelle mindestens einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem wärmeabgebenden Fluid umfasst. Dies ermöglicht eine effiziente Übertragung der Wärme eines Fluids auf die Wärmequelle des Generators.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 amounts to a maximum of 12 μm. In this way, a sliding of the thermoelectric module can be supported on the heat-emitting surface and / or on the heat-absorbing surface. It is preferred if the heat source comprises at least one flow channel for the flow through with a heat-emitting fluid. This allows efficient transfer of the heat of a fluid to the heat source of the generator.
In entsprechender Weise ist es vorteilhaft, wenn die Wärmesenke mindestens einen Strömungskanal zur Durchströmung mit einem wärmeaufnehmenden Fluid umfasst.Correspondingly, it is advantageous if the heat sink comprises at least one flow channel for flowing through with a heat-absorbing fluid.
Bei einem vorstehend beschriebenen thermoelektrischen Generator kann die wärmeabgebende Oberfläche beispielsweise durch eine äußere Wandfläche einer Strömungskanalbegrenzung der Wärmequelle gebildet sein. In entsprechender Weise kann die wärmeaufnehmende Oberfläche durch eine äußere Wandfläche einer Strömungskanalbegrenzung der Wärmesenke gebildet sein.For example, in a thermoelectric generator described above, the heat-emitting surface may be formed by an outer wall surface of a flow channel boundary of the heat source. Similarly, the heat-receiving surface may be formed by an outer wall surface of a flow channel boundary of the heat sink.
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. In diesem Fall bildet das Zusatzelement eine wär- meaufnehmende oder eine wärmeabgebende Oberfläche, die mit einer der Anlageflächen des thermoelektrischen Moduls zusammenwirkt.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 contact surface. In this case, the additional element forms a heat-absorbing or a heat-emitting surface, which cooperates with one of the contact surfaces of the thermoelectric module.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Zusatzelement einander abgewandte Außenflächen aufweist, welche zueinander winklig sind. 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. Hierbei kann das Zusatzelement sowohl als Wärmeübertragungselement als auch als Kraftübertragungselement genutzt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Winkel zwischen den Außenflächen des Zusatzelements gleich dem Winkel zwischen den Anlageflächen des thermo- elektrischen Moduls ist. Dies ermöglicht es, Wärmequellen und Wärmesenken mit dem Modul jeweils zugewandten, zueinander parallelen Oberflächen zu verwenden.It is particularly advantageous if the at least one additional element has outer surfaces facing away from each other, which are angled relative to one another. In this way, it is possible to integrate a thermoelectric module described above, which has a wedge shape according to the invention, in a simple manner in a thermoelectric generator. Here, the additional element can be used both as a heat transfer element and as a power transmission element. It is particularly preferred if the angle between the outer surfaces of the additional element is equal to the angle between the contact surfaces of the thermoelectric module. This makes it possible to use heat sources and heat sinks with the module respectively facing, mutually parallel surfaces.
Bevorzugt ist es, wenn das mindestens eine Zusatzelement ein Temperaturausgleichselement ist. Ein solches Zusatzelement kann beispielsweise aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, her- gestellt sein. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Zusatzelements eine über das Modul verteilt anliegende Temperatur vergleichmäßigt werden.It is preferred if the at least one additional element is a temperature compensation element. Such an additional element may, for example, be made of a metal with a high thermal conductivity, preferably copper. In this way, with the help of the additional element distributed over the module applied temperature can be made uniform.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der thermo- elektrische Generator eine Modul-Abstützeinrichtung zur Abstützung des min- destens 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. Die Modul-Abstützeinrichtung ermöglicht es, ein Gegenlager zu schaffen, an dem sich das thermoelektrische Modul abstützen und von diesem Gegenlager ausgehend in einer Richtung quer zu einer Kraftbeaufschlagungsrichtung ausweichen kann.According to a preferred embodiment of the invention, the thermoelectric generator comprises a module support device for supporting the at least one thermoelectric module, the module support device comprising at least one module support surface which extends transversely to at least one of the contact surfaces of the at least one thermoelectric Module extends. The module support means makes it possible to provide an abutment on which the thermoelectric module can be supported and, starting from this abutment, can move in a direction transverse to a direction of force application.
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. 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. Vorzugsweise umfasst der thermoelektrische Generator mindestens eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls, der Wärmequelle und der Wärmesenke. Mit Hilfe einer solchen Ver- bindungseinrichtung kann insbesondere eine quer zu mindestens einer der Anlageflächen gerichtete Spannkraft erzeugt werden. 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 thermo- elektrischen Modul sowie zwischen dem thermoelektrischen Modul und der Wärmesenke verbessert wird.Furthermore, it is advantageous if the thermoelectric generator comprises a surface support device for supporting the heat-emitting surface or the heat-receiving surface, wherein the surface support device comprises at least one surface support surface which extends transversely to the heat-emitting surface or to the heat-absorbing surface. In this way it is possible to provide an abutment for a non-stationary heat-emitting or heat-absorbing surface, which is particularly advantageous when using an additional element described above. Preferably, the thermoelectric generator comprises at least one connection device for connecting the at least one thermoelectric module, the heat source and the heat sink. With the aid of such a connection device, it is possible in particular to generate a clamping force directed transversely to at least one of the contact surfaces. This clamping force causes the individual layers of the thermoelectric generator to be pressed against each other, so that the heat transfer between the individual layers, ie in particular between the heat source and the thermoelectric module and between the thermoelectric module and the heat sink is improved.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der thermoelektrische Generator mindestens eine Ausgleichseinrichtung zum Ausgleich thermisch bedingter Maßänderungen des Generators umfasst. Eine solche Ausgleichseinrichtung kann insbesondere durch ein Federelement gebildet sein, welches unter Vorspannung steht und auf diese Weise eine Spannkraft ausüben kann.Furthermore, it is preferred if the thermoelectric generator comprises at least one compensating device for compensating thermally induced dimensional changes of the generator. Such a compensation device may in particular be formed by a spring element which is under pretension and can exert a clamping force in this way.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Wärmequelle durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist, insbesondere durch ein Abgassystem eines Kraftfahrzeugs. Eine solche Wärmequelle kann beispielsweise einen Wärmeübertrager umfassen, in welchem das heiße Abgas eines Verbrennungsmotors geführt ist. Dieser Wärmeübertrager überträgt die Wärme des Abgases hin zu der mindestens einen Isolierschicht des thermoelektrischen Moduls, welches eine elektrische Spannung bereitstellt. Dies hat den Vorteil, dass die sonst ungenutzte Abwärme eines Kraftfahrzeugs genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen. Somit kann der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht werden.It is particularly preferred if the heat source is formed by an exhaust system of a discontinuously operating combustion device, in particular by an exhaust system of a motor vehicle. Such a heat source may comprise, for example, a heat exchanger in which the hot exhaust gas of an internal combustion engine is guided. This heat exchanger transfers the heat of the exhaust gas to the at least one insulating layer of the thermoelectric module, which provides an electrical voltage. This has the advantage that the otherwise unused waste heat of a motor vehicle can be used to generate electrical energy. Thus, the overall efficiency of the motor vehicle can be increased.
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. Hierdurch kann der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks erhöht werden.Furthermore, it is preferred if the heat source is formed by an exhaust system of a continuously operating combustion device, in particular by a waste heat unit (for example, a combustion chamber) of a power plant. As a result, the overall efficiency of a power plant can be increased.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of preferred embodiments.
In den Zeichnungen zeigen :In the drawings show:
Figur 1 : eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines thermoelektrischen Generators;FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of a thermoelectric generator;
Figur 2: eine geschnittene Ansicht des thermoelektrischen Generators aus Figur 1;Figure 2 is a sectional view of the thermoelectric generator of Figure 1;
Figur 3: eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines schematisch dargestellten thermoelektrischen Moduls und eines Zusatzelements; undFIG. 3 shows a side view of an embodiment of a schematically illustrated thermoelectric module and an additional element; and
Figur 4: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines thermoelektrischen Moduls.FIG. 4 shows a perspective view of an embodiment of a thermoelectric module.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit den- selben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference numerals in all figures.
Eine Ausführungsform eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten thermoelektrischen Generators ist in der Figur 1 dargestellt. Der Generator 10 erstreckt sich entlang einer Generatorachse 12 von einem Strö- mungseingang 14 bis hin zu einem Strömungsausgang 16. Der Generator 10 wird während seines Betriebs von einem heißen Fluid, beispielsweise dem Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, in einer Durchströmungsrichtung 18 vom Strömungseingang 14 hin zu dem Strömungsausgang 16 durchströmt.An embodiment of a thermoelectric generator designated overall by the reference numeral 10 is shown in FIG. The generator 10 extends along a generator axis 12 from a flow inlet 14 to a flow outlet 16. During its operation, the generator 10 is flowed through by a hot fluid, for example the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle, in a flow direction 18 from the flow inlet 14 to the flow outlet 16.
Der Generator 10 umfasst einen Fluid-Verteiler 20, welcher sich von dem Strömungseingang 14 bis hin zu einem zentralen Generatorteil 22 erstreckt.The generator 10 includes a fluid manifold 20 which extends from the flow inlet 14 to a central generator portion 22.
Der Generator 10 umfasst ferner einen Fluid-Sammler 24, welcher sich von dem zentralen Generatorteil 22 bis hin zu dem Strömungsausgang 16 erstreckt.The generator 10 further includes a fluid collector 24 extending from the central generator portion 22 to the flow outlet 16.
Der zentrale Generatorteil 22 weist ein mehrteiliges Gehäuse 26 auf. Das Gehäuse 26 umfasst ein Gehäuseoberteil 28 und ein Gehäuseunterteil 30. Die Gehäuseteile 28 und 30 sind mit Hilfe von als Schrauben ausgebildeten Verbindungselementen 32 miteinander verbunden.The central generator part 22 has a multi-part housing 26. The housing 26 comprises an upper housing part 28 and a lower housing part 30. The housing parts 28 and 30 are connected to one another by means of connecting elements 32 designed as screws.
Der Generatorteil 22 weist zwei unterschiedlichen Wärmesenken des Generators 10 zugeordnete Kühlfluideingänge 34 und Kühlfluidausgänge 36 auf.The generator part 22 has two different heat sinks of the generator 10 associated cooling fluid inputs 34 and cooling fluid outlets 36.
Der Generator 10 umfasst ferner eine sich zwischen dem Fluid-Verteiler 20 und dem Fluid-Sammler 24 erstreckende Wärmequelle 38. Die Wärmequelle 38 ist über eine Flanschverbindung 40 mit dem Fluid-Verteiler 20 verbunden. Die Wärmequelle 38 ist ferner über eine Flanschverbindung 42 mit dem Fluid- Sammler 24 verbunden.The generator 10 further includes a heat source 38 extending between the fluid manifold 20 and the fluid collector 24. The heat source 38 is connected to the fluid manifold 20 via a flange connection 40. The heat source 38 is further connected via a flange 42 with the fluid collector 24.
Unter weiterer Bezugnahme auf Figur 2 begrenzt das Gehäuse 26 des Generatorteils 22 einen Generatorraum 44. Der Generatorraum 44 ist im Querschnitt rechteckförmig.With further reference to Figure 2, the housing 26 of the generator part 22 defines a generator room 44. The generator room 44 is rectangular in cross-section.
In dem Generatorraum 44 ist die Wärmequelle 38 angeordnet, welche sich entlang der Generatorachse 12 (vgl. Figur 1) erstreckt. Die Wärmequelle 38 weist einen Strömungskanal 46 auf, der mit dem Fluid- Verteiler 20 sowie mit dem Fluid-Sammler 24 in Fluidverbindung steht. Der Strömungskanal 46 ist im Querschnitt rechteckförmig. Der Strömungskanal 46 ist begrenzt durch eine bodenseitige Strömungskanalbegrenzung 48 sowie eine hierzu parallele, deckenseitige Strömungskanalbegrenzung 50. Der Strömungskanal 46 ist ferner begrenzt durch zwei seitliche Strömungskanalbegrenzungen 52.The heat source 38, which extends along the generator axis 12 (see FIG. The heat source 38 has a flow channel 46 in fluid communication with the fluid manifold 20 and with the fluid collector 24. The flow channel 46 is rectangular in cross section. The flow channel 46 is bounded by a bottom-side flow channel boundary 48 and a parallel thereto, the ceiling-side flow channel boundary 50. The flow channel 46 is further limited by two lateral flow channel boundaries 52nd
In dem Strömungskanal 46 sind mehrere, zueinander parallele und sich entlang der Generatorachse 12 erstreckende Rippenelemente 54 vorgesehen, welche von der bodenseitigen Strömungskanalbegrenzung 48 in den Strömungskanal 46 hineinragen. Ferner sind mehrere, zueinander parallele und sich entlang der Generatorachse 12 erstreckende Rippenelemente 56 vorge- sehen, welche von der deckenseitigen Strömungskanalbegrenzung in den Strömungskanal 46 hineinragen. Die Rippenelemente 54 und 56 sind zueinander versetzt angeordnet.In the flow channel 46 a plurality of mutually parallel and extending along the generator axis 12 rib members 54 are provided, which project from the bottom-side flow channel boundary 48 in the flow channel 46. Furthermore, a plurality of rib elements 56, which are parallel to each other and extend along the generator axis 12, are provided, which project from the cover-side flow channel boundary into the flow channel 46. The rib members 54 and 56 are arranged offset from each other.
Der Generator 10 weist eine erste Wärmesenke 58 auf, welche sich parallel zu der Generatorachse 12 erstreckt. Ferner weist der Generator 10 eine zweite Wärmesenke 60 auf, welche sich ebenfalls parallel zu der Generatorachse 12 erstreckt.The generator 10 has a first heat sink 58 which extends parallel to the generator axis 12. Furthermore, the generator 10 has a second heat sink 60 which also extends parallel to the generator axis 12.
Die Wärmesenken 58 und 60 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Wärmequelle 38 angeordnet. Die Wärmesenken 58 und 60 sind durch einen jeweils zugeordneten Kühlfluideingang 34 mit Kühlfluid gespeist. Das Kühlfluid durchströmt die Wärmesenken 58, 60 und wird über die Kühlfluidausgänge 36 aus den Wärmesenken 58, 60 abgeführt (vgl. Figur 1).The heat sinks 58 and 60 are disposed on opposite sides of the heat source 38. The heat sinks 58 and 60 are fed by a respective associated cooling fluid inlet 34 with cooling fluid. The cooling fluid flows through the heat sinks 58, 60 and is removed via the cooling fluid outlets 36 from the heat sinks 58, 60 (see FIG.
Die Wärmesenken 58, 60 weisen jeweils eine bodenseitige Strömungskanalbegrenzung 62 und eine hierzu gegenüberliegend angeordnete deckenseitige Strömungskanalbegrenzung 64 auf. Ferner weisen die Wärmesenken 58 und 60 zwei seitliche Strömungskanalbegrenzungen 66 auf.The heat sinks 58, 60 each have a bottom-side flow channel boundary 62 and a cover side arranged opposite thereto Flow channel boundary 64 on. Furthermore, the heat sinks 58 and 60 have two lateral flow channel boundaries 66.
Die Wärmesenken 58 und 60 umfassen mehrere, sich parallel zu der Gene- ratorachse 12 erstreckende Rippenelemente 68, welche eine Höhe aufweisen, die dem Abstand zwischen den Strömungskanalbegrenzungen 62 und 64 entspricht.The heat sinks 58 and 60 comprise a plurality of fin elements 68 extending parallel to the generator axis 12 and having a height corresponding to the distance between the flow channel boundaries 62 and 64.
Mit Hilfe der Rippenelemente 68 sowie mit Hilfe der Strömungskanalbegren- zungen 62 und 64 wird eine Vielzahl von zueinander parallelen Strömungskammern 70, 72 gebildet. Die Strömungskammern 70, 72 bilden gemeinsam einen im Querschnitt insgesamt rechteckförmigen Strömungskanal 74.With the aid of the rib elements 68 as well as with the aid of the flow channel boundaries 62 and 64, a multiplicity of parallel flow chambers 70, 72 is formed. The flow chambers 70, 72 together form a flow channel 74 which is generally rectangular in cross-section.
Der Generator 10 umfasst mehrere, keilförmige thermoelektrische Module 76, welche jeweils zwischen der Wärmequelle 38 und einer der Wärmesenken 58, 60 angeordnet sind. Jedes thermoelektrische Modul 76 wirkt mit einem keilförmigen Zusatzelement 78 zusammen, welches zwischen einem thermo- elektrischen Modul 76 und der Wärmequelle 38 angeordnet ist.The generator 10 includes a plurality of wedge-shaped thermoelectric modules 76 which are each disposed between the heat source 38 and one of the heat sinks 58, 60. Each thermoelectric module 76 cooperates with a wedge-shaped additional element 78, which is arranged between a thermoelectric module 76 and the heat source 38.
Der Generator 10 weist mindestens eine Modul-Abstützeinrichtung 80 auf, welche zur Positionierung mindestens eines thermoelektrischen Moduls 76 dient. Die in Figur 2 dargestellten Modul-Abstützeinrichtungen 80 sind in Form eines Stegs ausgebildet und erstrecken sich von der Wärmequelle 38 in Richtung auf eine benachbarte Wärmesenke 58 bzw. 60.The generator 10 has at least one module support device 80 which serves for positioning at least one thermoelectric module 76. The module support devices 80 shown in FIG. 2 are designed in the form of a web and extend from the heat source 38 in the direction of an adjacent heat sink 58 or 60.
Die Modul-Abstützeinrichtungen 80 weisen zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnete Modul-Abstützflächen 82, 84 auf. Mit jeder Abstützfläche 82, 84 wird ein Anschlag für ein dickeres Ende eines keilförmigen thermoelektrischen Moduls 76 gebildet. Der Generator 10 umfasst ferner eine Mehrzahl von Oberflächen-Abstützeinrichtungen 86. Diese werden durch sich einstückig an die seitlichen Strömungskanalbegrenzungen 52 der Wärmequelle 38 anschließende Stege gebildet. Die Oberflächen-Abstützeinrichtungen 86 weisen sich parallel zu den Modul-Abstützflächen 82, 84 erstreckende Oberflächen-Abstützflächen 88 auf. Die Oberflächen-Abstützflächen 88 dienen jeweils zur Abstützung des dickeren Endes eines keilförmigen Zusatzelements 78.The module support devices 80 have two module support surfaces 82, 84 arranged on opposite sides. With each support surface 82, 84 a stop for a thicker end of a wedge-shaped thermoelectric module 76 is formed. The generator 10 further includes a plurality of surface support means 86. These are formed by webs integrally connected to the lateral flow channel boundaries 52 of the heat source 38. The surface support means 86 have surface support surfaces 88 extending parallel to the module support surfaces 82, 84. The surface support surfaces 88 each serve to support the thicker end of a wedge-shaped additional element 78.
Der Generator 10 weist zwei thermische Isolierungen 90 auf, welche jeweils angrenzend zu den seitlichen Strömungskanalbegrenzungen 52 der Wärmequelle 38 angeordnet sind.The generator 10 has two thermal insulation 90, which are each disposed adjacent to the lateral flow channel boundaries 52 of the heat source 38.
In dem Generatorraum 44 des Generators 10 ist eine insgesamt mit 92 bezeichnete Ausgleichseinrichtung angeordnet, mittels welcher thermisch be- dingte Maßänderungen des Generators 10 kompensiert werden können. Die Ausgleichseinrichtung 92 umfasst eine Mehrzahl von Federelementen, insbesondere Tellerfedern 94. Jede Tellerfeder 94 stützt sich an einem Ende an einer Innenseite des Gehäuses 26 und mit einem gegenüberliegenden Ende an einer Strömungskanalbegrenzung 62, 66 einer Wärmesenke 58, 60 ab. Die Wärmesenken 58, 60 weisen jeweils der Innenseite des Gehäuses 26 zugewandte Zentrierabschnitte 96 auf.In the generator space 44 of the generator 10 there is arranged a balancing device, designated overall by 92, by means of which thermally induced dimensional changes of the generator 10 can be compensated. The compensation device 92 comprises a plurality of spring elements, in particular disc springs 94. Each plate spring 94 is supported at one end on an inner side of the housing 26 and at an opposite end to a flow channel boundary 62, 66 of a heat sink 58, 60. The heat sinks 58, 60 each have the inner side of the housing 26 facing centering 96.
Das Gehäuse 26 und die Ausgleichseinrichtung 92 bilden gemeinsam eine Verbindungseinrichtung (ohne Bezugszeichen) zur Verbindung der Wärmequelle 38, der thermoelektrischen Module 76 und der Wärmesenken 58, 60.The housing 26 and the equalizer 92 together form a connector (not numbered) for connecting the heat source 38, the thermoelectric modules 76 and the heat sinks 58, 60.
Die Federelemente 94 stehen unter Vorspannung, so dass sie mit 98 bezeichnete Spannkräfte auf die Wärmesenken 58, 60 ausüben. Auf diese Weise werden die Wärmequelle 38, die thermoelektrischen Module 76, die Zusatz- elemente 78 und die Wärmesenken 58, 60 aufeinander gedrückt, so dass ein guter Wärmeübergang zwischen diesen Elementen ermöglicht wird. In Figur 3 sind ein thermoelektrisches Modul 76 und ein Zusatzelement 78 zur Verwendung bei einem thermoelektrischen Generator 10 dargestellt. Das thermoelektrische Modul 76 weist eine erste Anlagefläche 100 auf, über wel- che das thermoelektrische Modul 76 einen Wärmestrom aufnehmen kann.The spring members 94 are biased to exert tension forces designated 98 on the heat sinks 58, 60. In this way, the heat source 38, the thermoelectric modules 76, the additional elements 78 and the heat sinks 58, 60 pressed against each other, so that a good heat transfer between these elements is made possible. FIG. 3 shows a thermoelectric module 76 and an additional element 78 for use in a thermoelectric generator 10. The thermoelectric module 76 has a first contact surface 100, via which the thermoelectric module 76 can absorb a heat flow.
Das Modul 76 weist ferner eine zweite Anlagefläche 102 auf, mittels welcher ein Wärmestrom aus dem Modul 76 abgeleitet werden kann.The module 76 also has a second contact surface 102, by means of which a heat flow can be derived from the module 76.
Die Anlageflächen 100 und 102 sind relativ zueinander geneigt, so dass das Modul 76 eine Keilform hat. Das Modul 76 erstreckt sich von einem dünneren Ende 104 hin zu einem dickeren Ende 106. An dem dünneren Ende 104 ist eine niedrigere Seitenfläche 108 vorgesehen; an dem dickeren Ende 106 ist eine höhere Seitenfläche 110 vorgesehen. Eine Höhe 112 der Seitenfläche 108 kann beispielsweise 5 mm betragen. Eine Höhe 114 der Seitenfläche 110 kann beispielsweise 7 mm betragen.The abutment surfaces 100 and 102 are inclined relative to each other, so that the module 76 has a wedge shape. The module 76 extends from a thinner end 104 toward a thicker end 106. At the thinner end 104, a lower side surface 108 is provided; at the thicker end 106, a higher side surface 110 is provided. A height 112 of the side surface 108 may be, for example, 5 mm. A height 114 of the side surface 110 may be, for example, 7 mm.
Die Anlageflächen 100 und 102 sind zueinander winklig. Ein Winkel 116 zwischen den Anlageflächen 100 und 102 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 1° und 2°.The contact surfaces 100 and 102 are angled to each other. An angle 116 between the contact surfaces 100 and 102 is preferably between 0.5 ° and 5 °, in particular between 1 ° and 2 °.
Das Zusatzelement 78 ist aus einem hochwärmeleitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt. Das Zusatzelement 78 weist eine Keilform auf. Es weist zwei einander gegenüberliegende, zueinander winklige Außenflächen 118, 120 auf.The additional element 78 is made of a highly heat conductive material, such as copper. The additional element 78 has a wedge shape. It has two mutually opposite, mutually angled outer surfaces 118, 120.
Das Zusatzelement 78 erstreckt sich von einem dünneren Ende 122 bis zu einem dickeren Ende 124. An dem dünneren Ende 122 ist eine niedrigere Seitenfläche 126 vorgesehen; an dem dickeren Ende 124 ist eine höhere Seiten- fläche 128 vorgesehen. Ein Maß 130 der niedrigeren Seitenfläche 126 kann beispielsweise 6 mm betragen; ein Maß 132 der höheren Seitenfläche 128 kann beispielsweise 8 mm betragen. Die Außenflächen 118 und 120 schließen miteinander einen Winkel 134 ein. Der Winkel 134 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 1° und 2°. Insbesondere ist der Winkel 134 gleich dem Winkel 116, den die Anlageflächen 100, 102 des Moduls 76 miteinander einschließen.The attachment member 78 extends from a thinner end 122 to a thicker end 124. At the thinner end 122, a lower side surface 126 is provided; at the thicker end 124, a higher side surface 128 is provided. A dimension 130 of the lower side surface 126 may be, for example, 6 mm; a dimension 132 of the higher side surface 128 may be 8 mm, for example. The outer surfaces 118 and 120 enclose an angle 134 with each other. The angle 134 is preferably between 0.5 ° and 5 °, in particular between 1 ° and 2 °. In particular, the angle 134 is equal to the angle 116, the bearing surfaces 100, 102 of the module 76 include each other.
Ein Abstand 135 zwischen den Seitenflächen 126, 128 kann insbesondere zwischen 50 mm und 100 mm betragen. Die Seitenflächen 108, 110 des Moduls 76 können ebenfalls insbesondere zwischen 50 mm und 100 mm zueinander beabstandet sein.A distance 135 between the side surfaces 126, 128 may in particular be between 50 mm and 100 mm. The side surfaces 108, 110 of the module 76 may also be spaced apart in particular between 50 mm and 100 mm.
Der detaillierte Aufbau des thermoelektrischen Moduls 76 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben.The detailed structure of the thermoelectric module 76 will be described below with reference to FIG.
Das Modul 76 weist in einer ersten Lage 136 angeordnete elektrische Leitelemente 138 auf. Zu der ersten Lage 138 beabstandet ist eine zweite Lage 140 angeordnet, welche elektrische Leitelemente 142 umfasst.The module 76 has electrical conduction elements 138 arranged in a first position 136. Spaced to the first layer 138, a second layer 140 is arranged, which comprises electrical guide elements 142.
Zwischen den Lagen 136 und 140 sind schenkeiförmige thermoelektrische Elemente 146 angeordnet. Die thermoelektrischen Elemente 146 sind mittels der elektrischen Leitelemente 142 und 144 miteinander in Reihe geschaltet.Schenkeiförmige thermoelectric elements 146 are disposed between the layers 136 and 140. The thermoelectric elements 146 are connected in series by means of the electrical conducting elements 142 and 144.
Um die elektrischen Leitelemente 138 der ersten Lage 136 relativ zu einer Wärmequelle 38 elektrisch zu isolieren, weist das Modul 76 eine erste Isolier- schicht 148 auf. Die erste Isolierschicht 148 kann beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt sein. Die erste Isolierschicht 148 ist insgesamt rechteckförmig. Sie weist eine über das Modul 76 verteilt variierende Schichtdicke 150 auf, so dass die Isolierschicht 148 und somit das Modul 76 insgesamt keilförmig ist. Das Modul 76 umfasst ferner eine zweite Isolierschicht 154, mittels welcher die elektrischen Leitelemente 142 der zweiten Lage 140 gegenüber einer Wärmesenke 58, 60 elektrisch isoliert werden. Die zweite Isolierschicht ist beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt. Die zweite Isolier- schicht 154 weist eine konstante Schichtdicke 156 auf.In order to electrically insulate the electrical conducting elements 138 of the first layer 136 relative to a heat source 38, the module 76 has a first insulating layer 148. The first insulating layer 148 may be made of a ceramic material, for example. The first insulating layer 148 is rectangular overall. It has a layer thickness 150 distributed over the module 76 so that the insulating layer 148 and thus the module 76 are wedge-shaped as a whole. The module 76 further comprises a second insulating layer 154, by means of which the electrical conducting elements 142 of the second layer 140 are electrically insulated from a heat sink 58, 60. The second insulating layer is made of a ceramic material, for example. The second insulating layer 154 has a constant layer thickness 156.
Wenn die erste Anlagefläche 100 des Moduls 76 an einer wärmeabgebenden Oberfläche des Generators 10 anliegt und wenn die zweite Anlagefläche 102 des Moduls 76 an einer wärmeaufnehmenden Oberfläche des Generators 10 anliegt, fließt ein Wärmestrom durch das Modul 76 hindurch. Auf diese Weise kann mit Hilfe der thermoelektrischen Elemente 146 eine Spannung erzeugt werden, welche an elektrischen Anschlüssen 158, 160 abgreifbar ist.When the first contact surface 100 of the module 76 abuts a heat-emitting surface of the generator 10 and when the second contact surface 102 of the module 76 abuts a heat-receiving surface of the generator 10, a heat flow flows through the module 76 therethrough. In this way, with the aid of the thermoelectric elements 146, a voltage can be generated, which can be tapped off at electrical connections 158, 160.
Unter weiterer Bezugnahme auf Figur 2 wird nachstehend die Funktionsweise des thermoelektrischen Generators 10 beschrieben.With further reference to Figure 2, the operation of the thermoelectric generator 10 will be described below.
Während des Betriebs des Generators 10 wird der Strömungskanal 46 der Wärmequelle 38 mit einem heißen Fluid durchströmt. Dieses Fluid gibt Wärme an die Strömungskanalbegrenzungen 48 und 50 der Wärmequelle 38 ab, wel- che die Wärme in die Zusatzelemente 78 einleiten. Die einem Modul 76 zugewandte Außenfläche 118 eines Zusatzelements 78 bildet eine wärmeabgebende Oberfläche 162 des Generators 10 (siehe Figur 3), welche an der ersten Anlagefläche 100 eines Moduls 76 anliegt. Durch den Kontakt zwischen der Außenfläche 162 und der ersten Anlagefläche 100 kann der Wärmestrom weiter in das Modul 76 geleitet werden, so dass mit Hilfe des Moduls 76 - wie vorstehend beschrieben - eine Spannung erzeugt werden kann, welche an den Anschlüssen 158, 160 abgreifbar ist.During operation of the generator 10, the flow channel 46 of the heat source 38 is flowed through by a hot fluid. This fluid gives off heat to the flow channel boundaries 48 and 50 of the heat source 38, which introduce the heat into the additional elements 78. The outer surface 118 of an additional element 78 facing a module 76 forms a heat-emitting surface 162 of the generator 10 (see FIG. 3), which rests against the first contact surface 100 of a module 76. Due to the contact between the outer surface 162 and the first contact surface 100, the heat flow can be conducted further into the module 76, so that with the aid of the module 76 - as described above - a voltage can be generated, which can be tapped off at the terminals 158, 160 ,
Der Wärmestrom wird über die zweite Anlagefläche 102 eines Moduls 76 weiter in Richtung einer der Wärmesenken 58, 60 geleitet. Hierfür steht die zweite Anlagefläche 102 eines Moduls 76 in Kontakt mit einer wärmeaufnehmenden Oberfläche 164 der Wärmesenken 58, 60. Die Wärmeabfuhr mit Hilfe der Wärmesenken 58, 60 erfolgt über ein die Strömungskanäle 74 durchströmendes Kühlfluid.The heat flow is conducted via the second contact surface 102 of a module 76 in the direction of one of the heat sinks 58, 60. For this purpose, the second contact surface 102 of a module 76 is in contact with a heat-absorbing surface 164 of the heat sinks 58, 60. The heat dissipation by means of the heat sinks 58, 60 takes place via a cooling fluid flowing through the flow channels 74.
Wenn der Generator 10 in Betrieb genommen wird, erwärmen sich insbesondere die Strömungskanalbegrenzungen 48, 50, 52 der Wärmequelle 38, die Zusatzelemente 78 und die Module 76. Hierdurch bedingt dehnen sich die genannten Teile aus. Hierdurch bedingt gleiten die erste Anlagefläche 100 des Moduls 76 und die Außenfläche 118 des Zusatzelements 78 aneinander ab. Dieses Abgleiten kann unterstützt werden, indem die Flächen 100 und 118 eine niedrige Rautiefe, insbesondere eine Rautiefe Rz von weniger als 12 μm aufweisen.When the generator 10 is put into operation, in particular the flow channel boundaries 48, 50, 52 of the heat source 38, the additional elements 78 and the modules 76 heat. As a result, the said parts expand. As a result, the first contact surface 100 of the module 76 and the outer surface 118 of the additional element 78 glide against each other. This sliding can be assisted by the surfaces 100 and 118 have a low roughness, in particular a roughness R z of less than 12 microns.
Die höhere Seitenfläche 110 des Moduls 76 stützt sich an einer dieser Seiten- fläche zugeordneten Modul-Abstützfläche 82 ab. Die höhere Seitenfläche 128 des Zusatzelements 78 liegt an einer das Zusatzelement 78 und somit die Außenfläche 118 abstützenden Oberflächen-Abstützfläche 88 an. Jeweils einander gegenüberliegende Oberflächen-Abstützflächen 88 und Modul-Abstützflächen 82 sind zueinander um ein Maß beabstandet, welches größer ist als der Abstand 135 zwischen den Seitenflächen 126, 128 eines Zusatzelements und eines Abstands (ohne Bezugszeichen) zwischen den Seitenflächen 108, 110 eines Moduls 76. Auf diese Weise kann sich das Zusatzelement 78 in Richtung auf eine Modul-Abstützeinrichtung 80 ausdehnen. Das Modul 76 kann sich in Richtung auf eine Oberflächen-Abstützeinrichtung 86 ausdehnen. Insgesamt sind ein Modul 76 und ein zugeordnetes Zusatzelement 78 formschlüssig zwischen einer Wärmequelle 38 und einer Wärmesenke 58, 60 eingebettet.The higher side surface 110 of the module 76 is supported on a module support surface 82 assigned to this side surface. The higher side surface 128 of the additional element 78 bears against a surface supporting surface 88 supporting the additional element 78 and thus the outer surface 118. Each opposing surface support surfaces 88 and module support surfaces 82 are spaced from each other by an amount which is greater than the distance 135 between the side surfaces 126, 128 of an additional element and a distance (no reference numeral) between the side surfaces 108, 110 of a module 76th In this way, the additional element 78 can expand in the direction of a module support device 80. The module 76 may expand toward a surface support 86. Overall, a module 76 and an associated additional element 78 are positively embedded between a heat source 38 and a heat sink 58, 60.
In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die wärmeaufnehmende Oberfläche 164 des Generators 10 von einer äußeren Wand- fläche einer Strömungskanalbegrenzung 64 einer Wärmesenke 58, 60 gebildet. Bei einer alternativen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform kann die wärmeaufnehmende Oberfläche 164 des Generators 10 auch von einem insbesondere keilförmigen Zusatzelement gebildet werden, welches zwischen der zweiten Anlagefläche 102 eines Moduls 76 und einer Wärmesenke angeordnet ist.In the embodiment shown in the drawing, the heat-absorbing surface 164 of the generator 10 is formed by an outer wall surface of a flow channel boundary 64 of a heat sink 58, 60. In an alternative embodiment, not shown in the drawing, the heat-absorbing surface 164 of the generator 10 may also are formed by a particular wedge-shaped additional element which is arranged between the second contact surface 102 of a module 76 and a heat sink.
In entsprechender Weise kann bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten alternativen Ausführungsform die wärmeabgebende Oberfläche 162 des Generators 10 nicht durch ein Zusatzelement 78 gebildet werden, sondern durch eine äußere Wandfläche einer Strömungskanalbegrenzung 48, 50 der Wärmequelle 38. Similarly, in an alternative embodiment, not shown in the drawing, the heat-emitting surface 162 of the generator 10 can not be formed by an additional element 78, but by an outer wall surface of a flow channel boundary 48, 50 of the heat source 38th

Claims

Patentansprüche claims
1. Thermoelektrisches Modul (76), umfassend in einer ersten Lage (136) angeordnete elektrische Leitelemente (138), in einer zweiten, zur ersten Lage (136) beabstandeten Lage (140) angeordnete elektrische Leitelemente (142), eine zwischen der ersten Lage (136) und der zweiten Lage (140) angeordnete Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen (146), eine erste Isolierschicht (148), mittels welcher die in der ersten Lage (136) angeordneten elektrischen Leitelemente (138) relativ zu einer Wärmequelle (38) elektrisch isolierbar sind, eine zweite Isolierschicht (154), mittels welcher die in der zweiten Lage (140) angeordneten elektrischen Leitelemente (142) relativ zu einer Wärmesenke (58, 60) elektrisch isolierbar sind, eine erste Anlagefläche (100) zur Anlage an eine wärmeabgebende Oberfläche (162) und eine zweite Anlagefläche (102) zur Anlage an eine wärmeaufnehmende Oberfläche (164), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlagefläche (100) und die zweite Anlagefläche (102) zueinander winklig sind.1. Thermoelectric module (76), comprising in a first layer (136) arranged electrical guide elements (138), in a second, to the first layer (136) spaced layer (140) arranged electrical guide elements (142), one between the first layer (136) and the second layer (140) arranged plurality of thermoelectric elements (146), a first insulating layer (148), by means of which in the first layer (136) arranged electrical guide elements (138) relative to a heat source (38) electrically can be isolated, a second insulating layer (154) by means of which in the second layer (140) arranged electrical guide elements (142) relative to a heat sink (58, 60) are electrically isolated, a first contact surface (100) for contact with a heat-emitting Surface (162) and a second abutment surface (102) for abutment with a heat-absorbing surface (164), characterized in that the first abutment surface (100) and the second abutment surface (102) zuein other angles are.
2. Thermoelektrisches Modul (76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Anlagefläche (100) in einer geraden Ebene erstreckt.2. Thermoelectric module (76) according to claim 1, characterized in that the first contact surface (100) extends in a straight plane.
3. Thermoelektrisches Modul (76) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlagefläche (100) rechteckförmig ist.3. Thermoelectric module (76) according to claim 1 or 2, characterized in that the first contact surface (100) is rectangular.
4. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Anlagefläche (102) in einer geraden Ebene erstreckt. 4. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the second contact surface (102) extends in a straight plane.
5. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anlagefläche (102) recht- eckförmig ist.5. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the second contact surface (102) is rectangular.
6. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (116) zwischen der ersten Anlagefläche (100) und der zweiten Anlagefläche (102) mindestens 0,5° einschließlich beträgt.6. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle (116) between the first contact surface (100) and the second contact surface (102) is at least 0.5 ° inclusive.
7. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (116) zwischen der ersten Anlagefläche (100) und der zweiten Anlagefläche (102) mindestens 1° einschließlich beträgt.7. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle (116) between the first contact surface (100) and the second contact surface (102) is at least 1 ° inclusive.
8. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (116) zwischen der ersten Anlagefläche (100) und der zweiten Anlagefläche (102) höchstens 10° einschließlich beträgt.8. The thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle (116) between the first contact surface (100) and the second contact surface (102) is at most 10 ° inclusive.
9. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (116) zwischen der ersten Anlagefläche (100) und der zweiten Anlagefläche (102) höchstens 5° einschließlich beträgt.9. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle (116) between the first contact surface (100) and the second contact surface (102) is at most 5 ° inclusive.
10. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe Rz der ersten Anlagefläche (100) und/oder der zweiten Anlagefläche (102) maximal 12 μm beträgt.10. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the roughness R z of the first contact surface (100) and / or the second contact surface (102) is a maximum of 12 microns.
11. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolierschicht (148) über das Modul (76) verteilt eine variierende Schichtdicke (150) aufweist. 11. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first insulating layer (148) distributed over the module (76) has a varying layer thickness (150).
12. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolierschicht (154) über das Modul (76) verteilt eine variierende Schichtdicke (152) aufweist.12. The thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the second insulating layer (154) distributed over the module (76) has a varying layer thickness (152).
13. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoelektrischen Elemente (146) über das Modul (76) verteilt unterschiedliche Höhen aufweisen.13. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoelectric elements (146) distributed over the module (76) have different heights.
14. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Lage (136) angeordneten elektrischen Leitelemente (138) über das Modul (76) verteilt unterschiedliche Höhen aufweisen.14. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the first layer (136) arranged electrical guide elements (138) distributed over the module (76) have different heights.
15. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zweiten Lage (140) angeordneten elektrischen Leitelemente (142) über das Modul (76) verteilt unterschiedliche Höhen aufweisen.15. Thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the second layer (140) arranged electrical guide elements (142) distributed over the module (76) have different heights.
16. Thermoelektrisches Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Zusatzschicht, welche an eine Außenfläche der ersten Isolierschicht (148) und/oder an eine Außenfläche der zweiten Isolierschicht (154) angrenzend angeordnet ist.16. A thermoelectric module (76) according to any one of the preceding claims, characterized by at least one additional layer which is disposed adjacent to an outer surface of the first insulating layer (148) and / or to an outer surface of the second insulating layer (154).
17. Thermoelektrisches Modul (76) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zusatzschicht eine Temperaturausgleichsschicht ist.17. Thermoelectric module (76) according to claim 16, characterized in that the at least one additional layer is a temperature compensation layer.
18. Thermoelektrisches Modul (76) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zusatzschicht über das Modul (76) verteilt eine variierende Schichtdicke aufweist. 18. Thermoelectric module (76) according to claim 16 or 17, characterized in that the at least one additional layer distributed over the module (76) has a varying layer thickness.
19. Thermoelektrischer Generator (10) mit mindestens einem thermo- elektrischen Modul (76) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der ersten Isolierschicht (148) die in der ersten Lage (136) angeordneten elektrischen Leitelemente (138) relativ zu einer Wärmequelle (38) elektrisch isoliert sind, wobei mittels der zweiten Isolierschicht (154) die in der zweiten Lage (140) angeordneten elektrischen Leitelemente (142) relativ zu einer Wärmesenke (58, 60) elektrisch isoliert sind, wobei die erste Anlagefläche (100) an einer wärmeabgebenden Oberfläche (162) anliegt und wobei die zweite Anlagefläche (102) an einer wärmeaufnehmenden Oberfläche (164) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlagefläche (100) und die zweite Anlagefläche (102) zueinander winklig sind.19. A thermoelectric generator (10) having at least one thermoelectric module (76) according to one of the preceding claims, wherein by means of the first insulating layer (148) in the first layer (136) arranged electrical guide elements (138) relative to a heat source ( 38) are electrically isolated, wherein by means of the second insulating layer (154) in the second layer (140) arranged electrical guide elements (142) relative to a heat sink (58, 60) are electrically insulated, wherein the first contact surface (100) on a heat dissipating surface (162) and wherein the second abutment surface (102) on a heat receiving surface (164) is applied, characterized in that the first abutment surface (100) and the second abutment surface (102) are angled to each other.
20. Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe Rz der wärmeabgebenden Oberfläche (162) und/oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche (164) maximal 12 μm beträgt.20. The thermoelectric generator (10) according to claim 19, characterized in that the roughness depth R z of the heat-emitting surface (162) and / or the heat-absorbing surface (164) is a maximum of 12 microns.
21. Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (38) mindestens einen Strömungskanal (46) zur Durchströmung mit einem wärmeabgebenden Fluid umfasst.21. A thermoelectric generator (10) according to claim 19 or 20, characterized in that the heat source (38) comprises at least one flow channel (46) for flow through with a heat-emitting fluid.
22. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (58, 60) mindestens einen Strömungskanal (74) zur Durchströmung mit einem wärmeaufnehmenden Fluid umfasst. 22. The thermoelectric generator according to claim 19, wherein the heat sink comprises at least one flow channel for flowing through a heat-absorbing fluid
23. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, gekennzeichnet durch mindestens ein Zusatzelement (78), welches zwischen der Wärmequelle (38) und der ersten Anlagefläche (100) angeordnet ist oder zwischen der Wärmesenke (58, 60) und der zweiten Anlagefläche (102).23. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 22, characterized by at least one additional element (78) which is arranged between the heat source (38) and the first contact surface (100) or between the heat sink (58, 60) and the second contact surface (102).
24. Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zusatzelement (78) einander abgewandte Außenflächen (118, 120) aufweist, welche zueinander winklig sind.24. A thermoelectric generator (10) according to claim 23, characterized in that the at least one additional element (78) facing away from each other outer surfaces (118, 120), which are angled to each other.
25. Thermoelektrischer Generator (10) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (134) zwischen den Außenflächen (118, 120) des Zusatzelements (78) gleich dem Winkel (116) zwischen den Anlageflächen (100, 102) des thermoelektrischen Moduls (76) ist.25. Thermoelectric generator (10) according to claim 23 or 24, characterized in that the angle (134) between the outer surfaces (118, 120) of the additional element (78) equal to the angle (116) between the abutment surfaces (100, 102) of the thermoelectric module (76).
26. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zusatzelement (78) ein Temperaturausgleichselement ist.26. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 25, characterized in that the at least one additional element (78) is a temperature compensation element.
27. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 26, gekennzeichnet durch eine Modul-Abstützeinrichtung (80) zur Abstützung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls (76), wobei die Modul-Abstützeinrichtung (80) mindestens eine Modul-Abstützfläche (82, 84) umfasst, welche sich quer zu mindestens einer der Anlageflächen (100, 102) des mindestens einen thermoelektrischen Moduls (76) erstreckt. 27. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 26, characterized by a module support means (80) for supporting the at least one thermoelectric module (76), wherein the module support means (80) at least one module support surface (82 , 84) extending transversely to at least one of the abutment surfaces (100, 102) of the at least one thermoelectric module (76).
28. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 27, gekennzeichnet durch eine Oberflächen-Abstützeinrichtung (86) zur Abstützung der wärmeabgebenden Oberfläche (162) oder der wärmeaufnehmenden Oberfläche (164), wobei die Oberflächen-Abstützeinrichtung (86) mindestens eine Oberflächen-Abstützfläche (88) umfasst, welche sich quer zu der wärmeabgebenden Oberfläche (162) oder zu der wärmeaufnehmenden Oberfläche (164) erstreckt.28. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 27, characterized by a surface support means (86) for supporting the heat-emitting surface (162) or the heat-absorbing surface (164), wherein the surface support means (86) at least one Surface support surface (88) which extends transversely to the heat-emitting surface (162) or to the heat-absorbing surface (164).
29. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 28, gekennzeichnet durch mindestens eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung des mindestens einen thermoelektrischen Moduls (76), der Wärmequelle (38) und der Wärmesenke (58, 60).29. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 28, characterized by at least one connecting means for connecting the at least one thermoelectric module (76), the heat source (38) and the heat sink (58, 60).
30. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Verbindungseinrichtung eine quer zu mindestens einer der Anlageflächen (100, 102) des Moduls (76) gerichtete Spannkraft (98) erzeugbar ist.30. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 29, characterized in that by means of at least one connecting device transversely to at least one of the contact surfaces (100, 102) of the module (76) directed clamping force (98) can be generated.
31. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 30, gekennzeichnet durch mindestens eine Ausgleichseinrichtung (92) zum Ausgleich thermisch bedingter Maßänderungen des Generators (10).31. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 30, characterized by at least one compensating means (92) for compensating thermally induced dimensional changes of the generator (10).
32. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (38) durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist.32. Thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 31, characterized in that the heat source (38) is formed by an exhaust system of a discontinuous combustion device.
33. Thermoelektrischer Generator (10) nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (38) durch ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist. 33. A thermoelectric generator (10) according to any one of claims 19 to 31, characterized in that the heat source (38) is formed by an exhaust system of a continuously operating combustion device.
PCT/EP2008/067463 2007-12-19 2008-12-12 Thermoelectric module and thermoelectric generator WO2009077468A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007063171.7 2007-12-19
DE102007063171A DE102007063171A1 (en) 2007-12-19 2007-12-19 Thermoelectric module and thermoelectric generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009077468A2 true WO2009077468A2 (en) 2009-06-25
WO2009077468A3 WO2009077468A3 (en) 2009-12-23

Family

ID=40481890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/067463 WO2009077468A2 (en) 2007-12-19 2008-12-12 Thermoelectric module and thermoelectric generator

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007063171A1 (en)
WO (1) WO2009077468A2 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009008799A1 (en) 2009-02-05 2010-09-16 Deutsches 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 (en) * 2009-06-10 2010-12-16 Behr Gmbh & Co. Kg Thermoelectric device
DE102010014936B4 (en) * 2010-04-14 2013-08-01 D & K Solar Gmbh Sliding carriage for Peltier elements and its use in a modular thermogenerator
DE102010020779B4 (en) * 2010-05-19 2013-08-01 Abb Technology Ag Autonomous temperature transmitter
DE102010033607A1 (en) 2010-08-06 2012-02-09 Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg silencer
DE102011111954B4 (en) 2011-08-30 2016-02-18 Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh Device for using exhaust heat, exhaust module with such a device and method for producing the device
DE102011056153C5 (en) * 2011-12-08 2019-02-28 Benteler Automobiltechnik Gmbh Impact surface heat exchanger for arrangement in an exhaust system of a motor vehicle
DE102013112911A1 (en) 2013-11-22 2015-06-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Thermoelectric generator apparatus and method of manufacturing a thermoelectric generator apparatus
DE102015115054A1 (en) 2014-12-23 2016-06-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Thermoelectric generator device
DE102017202791A1 (en) 2017-02-21 2018-08-23 Mahle International Gmbh Thermoelectric heat exchanger

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005032764A1 (en) * 2005-07-14 2007-01-18 Hans BÖLLINGHAUS Collector for energy from all sources on a regenerative basis uses photovoltaic recombination heat and solar excess heat with heat pump and thermo-electric conversion

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3075030A (en) * 1959-12-22 1963-01-22 Minnesota Mining & Mfg Thermoelectric generator
DE1273646B (en) * 1961-09-27 1968-07-25 Licentia Gmbh Thermoelectric cooling arrangement
DE1944351U (en) * 1966-04-09 1966-08-18 Siemens Ag THERMOGENERATOR.
US3744560A (en) * 1971-10-01 1973-07-10 Isotopes Inc Thermal block
US4459428A (en) * 1982-04-28 1984-07-10 Energy Conversion Devices, Inc. Thermoelectric device and method of making same
FR2570169B1 (en) * 1984-09-12 1987-04-10 Air Ind IMPROVEMENTS IN THERMOELECTRIC MODULES WITH MULTIPLE THERMOELEMENTS FOR THERMOELECTRIC INSTALLATION, AND THERMOELECTRIC INSTALLATION COMPRISING SUCH THERMOELECTRIC MODULES
DE19636788A1 (en) 1996-09-11 1998-03-12 Philips Patentverwaltung Film scanner with data interface
US6539725B2 (en) * 2001-02-09 2003-04-01 Bsst Llc Efficiency thermoelectrics utilizing thermal isolation
US7120023B2 (en) * 2003-08-25 2006-10-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of assembly of a wedge thermal interface to allow expansion after assembly

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005032764A1 (en) * 2005-07-14 2007-01-18 Hans BÖLLINGHAUS Collector for energy from all sources on a regenerative basis uses photovoltaic recombination heat and solar excess heat with heat pump and thermo-electric conversion

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007063171A1 (en) 2009-06-25
WO2009077468A3 (en) 2009-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009077468A2 (en) Thermoelectric module and thermoelectric generator
DE102007063196A1 (en) Thermoelectric generator, has connecting device comprising strapping element that sectionally encloses stack axis, where compressive force exerts on stack axis and is approximately aligned parallel to stack axis
EP3303788B1 (en) Thermoelectric generator
DE112014002402T5 (en) HEAT CARRIER HEATING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING AUTO AND VEHICLE AIR CONDITIONING USING THE OWN
DE102012210627B4 (en) Thermoelectric module, heat exchanger, exhaust system and internal combustion engine
DE202010018101U1 (en) Thermoelectric generator device
DE112014006676B4 (en) Power module device
DE19913450A1 (en) Power electronics for controlling electrical power machine performance/power section with capacitors connecting splint rings and screw joints while the lid connects to the housing with connections to the cooling device
DE112014006636B4 (en) Thermoelectric converter and method of manufacturing a thermoelectric converter
DE102013112911A1 (en) Thermoelectric generator apparatus and method of manufacturing a thermoelectric generator apparatus
WO2017068115A1 (en) Heat exchanger, in particular a thermoelectric heat pump, for the temperature control of a battery
WO2017021018A1 (en) Traction battery for a motor vehicle, comprising a cooling device
DE102007063168A1 (en) Thermoelectric module for thermoelectric generator to produce electrical energy, has insulating layer sections that are separated from one another, where insulating layer electrically insulates electric guide elements from heat source
WO2007012402A1 (en) Valve arrangement and cooling device
DE112014006604T5 (en) Power module device and power conversion device
DE102013100396A1 (en) Thermoelectric generator device for incineration-motor propelled motor car, has supporting structure arranged between first and second walls using supporting element and supported on first and second walls
DE102018117059B4 (en) Battery module for a traction battery of an electrically driven motor vehicle
EP0585611A2 (en) Power resistor for liquid cooling
WO2018104081A1 (en) Heat transfer device
EP3453069B1 (en) Cooling arrangement for at least one battery module, battery module and battery unit
DE202010007872U1 (en) Thermoelectric generator
EP2859598B1 (en) Thermoelectric module and method for operating same
DE102017216732A1 (en) Power converter, electric drive arrangement with a power converter
DE3311712C2 (en)
DE102019132827A1 (en) Heat sink and electrical system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08861746

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08861746

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2