熱電設備、尤其熱電發電機的製作方法

2023-10-04 02:54:39

本發明涉及一種熱電設備，尤其熱電發電機。

背景技術：

術語「熱電」理解為意思是溫度和電力之間的相互作用以及它們的彼此轉換。熱電元件利用該交互作用，它們充當熱電發電機生成電能。熱電發電機將溫度差轉換為電勢差，即電壓。以該方式熱流能夠轉換成電流。例如，該類型的熱電模塊能夠用來回收廢熱，例如內燃機中的廢熱。例如，關於環境或者關於冷卻劑的過剩廢熱包括溫度差，能夠利用溫度差生成熱流，藉助於這種熱電模塊能夠將熱流轉換成電流，此事實對應於所述的回收廢熱。

熱電模塊典型地包括多個熱電元件，它們呈正及負摻雜半導體材料的形式，半導體材料經由多個導體橋電連接。熱電模塊在其冷側包括外壁，外壁能夠稱為冷側壁並且以導熱及電絕緣方式牢固地連接至多個冷側導體橋。類似於此，熱電模塊在其溫側包括形成溫側壁的外壁，其以導熱及電絕緣方式牢固地連接至多個溫側導體橋。熱電元件布置於冷側壁和溫側壁之間，使得它們在冷側及溫側導體橋之間延伸。

這種類型的熱電模塊是公知的，例如公知於de1539322a。

從現有技術還公知的是，將多個熱電模塊堆疊在彼此之上，能夠以該方式改善熱電設備的效率。

技術實現要素：

本發明的要求是提議開發熱電設備的新方式，尤其如果這些方式實現為熱電發電機。

該要求通過獨立專利權利要求滿足。優選實施例是獨立權利要求的主題。

因而，本發明的基本在於：將存在熱電元件的熱電設備的各個熱電模塊堆疊在彼此之上，以及將用作與第一或者第二儲熱器熱接觸的第一或者第二導熱元件布置在兩個相鄰模塊之間。利用該布置，第一儲熱器能夠被所謂的熱介質流經，第二儲油罐能夠被冷介質流經，反之亦然。此處在該情況下術語「熱介質」和「冷介質」理解為意思是具有不同溫度的兩個流體，其中，兩個流體中之一即熱介質包括的溫度高於第二流體即冷介質。因此熱電模塊經由第一/第二導熱元件聯接至兩個不同溫度的流體。存在於兩個流體之間的溫度差經由導熱元件傳遞至熱電模塊，根據熱電發電機的激活原理，熱電模塊能夠由溫度差生成電勢差，即電壓。這允許要橫向附接的兩個儲熱器距離熱電模塊極短距離。

總之，這導致熱電模塊和儲熱器之間非常良好的熱聯接，從而確保熱電設備的較高效率程度，尤其當其作為熱電發電機操作時。此外，根據此處提議的本發明的熱電設備僅要求較小量的構造空間。

根據本發明的熱電設備，尤其熱電發電機，包括多個熱電模塊，它們沿著堆疊方向堆疊在彼此之上。每個熱電模塊包括多個熱電元件。此外熱電設備包括多個第一導熱元件，它們將熱電模塊熱聯接至第一儲熱器，第一儲熱器能夠被熱介質流經。多個第二導熱元件以對應方式將熱電模塊熱聯接至第二儲熱器，第二儲熱器能夠被冷介質流經。根據本發明第一導熱元件沿垂直於堆疊方向的截面橫向於第二導熱元件延伸。

在優選實施例中，第一和第二導熱元件包括細長形狀，使得第一導熱元件的縱向延伸方向橫向於第二導熱元件的縱向延伸方向延伸。細長形狀理解為意思是導熱元件的長度大於導熱元件的寬度。該測量允許流體管道橫向附接在熱電模塊的中間附近。

優選至少一個熱電模塊包括熱側，其熱連接至第一導熱元件。此外，至少一個熱電模塊包括冷側，其熱連接至第二導熱元件。尤其優選這適用於所有熱電模塊。以該方式能夠確保熱電模塊和儲熱器之間有效的熱聯接。在一個變型中，第一導熱元件能夠連接至冷側，第二導熱元件能夠連接至熱側。

在另一優選實施例中，熱連接至第一儲熱器的第一導熱元件、或者熱連接至第二儲熱器的第二熱元件分別沿堆疊方向布置於兩個相鄰熱電模塊之間。以該方式能夠確保每個熱電模塊期望的熱聯接至第一和第二儲熱器兩者，同時節約構造空間。

尤其方便地，第一導熱元件和第二導熱元件分別沿堆疊方向交替。這使得能夠以構造非常簡單的方式實現將熱電模塊操作上所需的聯接至第一和第二儲熱器兩者。

已經證明本發明的一個有利的進一步發展是尤其節約空間的，其中，導熱元件包括兩個縱向側以及兩個橫向側。在該變型中，第一導熱元件的縱向側橫向於第二導熱元件的縱向側延伸。

在一個有利的進一步發展中，第一儲熱器包括兩個第一流體管道，它們能夠被熱介質流經，並且其在垂直於堆疊方向的截面中彼此對置，並且它們布置在第一導熱元件的兩個縱向端部。可替換地或者額外地，第二儲熱器包括兩個第二流體管道，它們在垂直於堆疊方向的截面上彼此對置，並且布置在第二導熱元件的兩個縱向端部。

尤其優選兩個第一流體管道在垂直於堆疊方向的截面上，基本布置成從兩個第二流體管道偏置90°。以該方式能夠保持熱電設備沿橫向方向即正交於堆疊方向所需的構造空間較小。

在另一優選實施例中，上文討論的縱向延伸方向由第一導熱元件的縱向側限定。類似地，橫向延伸方向由第一導熱元件的橫向側限定。在各部件定位成尤其靠近彼此的該變型中，兩個第一流體管道沿著橫向延伸方向定位成彼此對置。

方便地，流體管道在垂直於堆疊方向的截面中能夠基本包括長方形幾何形狀。相應的第一或者第二流體管道沿著其縱向側布置於在相應的導熱元件的橫向側上。該測量允許導熱元件和流體管道之間的較大接觸表面，以確保高效的熱接觸。

優選兩個第一流體管道和兩個第二流體管道分別沿著堆疊方向延伸。以該方式原則上能夠將隨機數量的多個熱電模塊堆疊在彼此之上並且聯接至流體管道。

在優選實施例中，至少一個熱電模塊在垂直於堆疊方向的截面中布置成相對於第一和第二導熱元件居中。

尤其方便的是，至少一個熱電模塊在垂直於堆疊方向的截面中包括正方形幾何形狀。得自於該測量的熱電設備的整個幾何形狀導致導熱元件與熱電模塊尤其均勻的熱接觸。

優選地，流體管道沿著相應的縱向延伸方向加長第一/第二導熱元件。

在另一優選實施例中，至少一個流體管道構造為具有管道底板和管道蓋的兩件式。尤其優選地，這適用於熱電設備的所有流體管道。在該變型中，管道底板機械地熱連接至導熱元件。包括至少兩件式流體管道的這種構造使得更易於組裝流體管道。

尤其方便的是，導熱元件形成為成型金屬板部件。當使用該測量時製造成本尤其低。

如果導熱元件與熱電模塊形成壓配合，能夠實現將導熱元件尤其良好的機械附接至熱電模塊。

優選地，導熱元件依靠材料黏結、尤其依靠釺焊連接附接至流體管道。該測量確保將導熱元件可靠的機械附接至流體管道。同時確保良好的熱接觸。

尤其方便的是，熱電模塊在垂直於堆疊方向的截面中包括正方形幾何形狀。關聯與此的90°旋轉對稱允許將第一和第二導熱元件製造為相同部分。這引起不可忽略的製造成本降低。

參考附圖，本發明的進一步重要的特徵及優勢顯示於從屬權利要求、關聯的附圖說明中。

應理解的是，以上提到的以及以下將進一步解釋的特徵不僅能夠使用在分別引證的組合中，而且能夠使用在其他組合中或者單獨使用，這並未脫離本發明的範圍。

附圖說明

本發明的優選示範實施例圖示於附圖並且進一步解釋在以下說明中，其中，相同參考標記指代相同或者類似或者功能相同的部件。

在示意圖中，

圖1示出了在沿著其堆疊方向的縱向截面中根據本發明的熱電設備的例子，

圖2示出了在垂直於堆疊方向的截面中圖1的熱電設備。

具體實施方式

圖1示出了根據本發明的熱電設備1的例子，其能夠用作熱電發電機。熱電設備1包括多個熱電模塊2，多個熱電模塊2沿著堆疊方向s堆疊在彼此之上，它們中的每個包括多個熱電元件(圖中未示出)。各個熱電模塊2的熱電活性元件的構造和布置是本領域技術人員公知的，這不是本發明的核心主題，從而省略了對此的詳細描述。圖1示出了在沿著其堆疊方向s的縱向截面中的熱電設備1。圖2示出了在垂直於堆疊方向s的截面中的熱電設備1。

每個熱電模塊2包括多個熱電活性元件。熱電活性元件是p和n型半導體，它們以本領域技術人員公知的方式彼此電連接，並且形成相應的熱電模塊2的熱側3和冷側4。在示範方案中，熱電模塊2的熱側3連接至第一導熱元件5。類似地，熱電模塊2的冷側4連接至第二導熱元件7。

熱電設備1包括多個導熱元件5，它們將熱電模塊2熱聯接至第一儲熱器6。此外，熱電設備1包括多個第二導熱元件7，它們將熱電模塊2熱聯接至第二儲熱器8。

圖2示出了在垂直於堆疊方向s的截面中的熱電設備1。可見的是，第一和第二導熱元件5、7包括細長形狀，使得第一導熱元件5的縱向延伸方向l1橫向於第二導熱元件7的縱向延伸方向l2延伸。

第一和第二導熱元件5、7均包括兩個縱向側9以及兩個橫向側10。第一縱向延伸方向l1平行於第一導熱元件5的縱向側9延伸。第二縱向延伸方向l2平行於第二導熱元件7的縱向側9延伸。

正如清楚地圖示於圖2的，第一導熱元件5的縱向側9橫向於第二導熱元件7的縱向側9延伸。這同樣比照適用於第一和第二導熱元件5、7的橫向側10。因此，根據圖2，第一導熱元件5在垂直於堆疊方向s的截面中橫向於第二導熱元件7延伸。

再次查看圖1，能夠認識到，第一導熱元件5或者第二導熱元件7分別沿堆疊方向s布置於兩個相鄰熱電模塊2之間。第一導熱元件5和第二導熱元件7分別沿著堆疊方向s交替。此外，圖1和圖2示出了第一儲熱器6包括兩個第一流體管道11a、11b，它們能夠被熱介質流經。兩個第一流體管道在圖2的截面中布置在第一導熱元件5的兩個縱向端部12a、12b處。第二儲熱器8包括兩個第二流體管道13a、13b，它們被冷介質流經，並且在圖2截面中的定位成彼此對置，並且它們布置在第二導熱元件7的兩個縱向端部14a、14b處。兩個第一流體管道11a、11b在垂直於堆疊方向s的截面中基本布置成從兩個第二流體管道13a、13b偏置90°。

因而熱電模塊2的熱側3經由第一導熱元件5連接至熱介質。類似地，熱電模塊2的冷側4經由第二導熱元件7連接至冷介質。

第一縱向延伸方向l1通過第一導熱元件5的縱向側9的位置固定。類似地，第一橫向延伸方向q1由第一導熱元件5的橫向側10的位置限定。第二橫向延伸方向q2由第二導熱元件7的橫向側10的位置限定。

正如清楚地圖示於圖2的，兩個第一流體管道11a、11b沿著縱向延伸方向l1定位成彼此對置。第二兩個流體管道13a、13b沿著第一橫向延伸方向q1定位成彼此對置。在垂直於堆疊方向s的圖2的截面中，第一和第二流體管道11a、11b、13a、13b基本分別包括長方形幾何形狀。流體管道11a、11b、13a、13b沿著它們的縱向側16分別布置於相應的第一或者第二導熱元件5、7的橫向側10上。

熱電模塊2在垂直於堆疊方向s的截面中布置成相對於第一和第二導熱元件5、7居中並且具有正方形幾何形狀。流體管道11a、11b、13a、13b沿著相應的縱向延伸方向l1、l2加長第一/第二導熱元件5、7。

被熱介質流經的兩個第一流體管道11a、11b以及被冷介質流經的兩個第二流體管道13a、13b優選沿著堆疊方向s延伸。流體管道11a、11b、13a、13b構建為兩件式，每個具有管道底板18和管道蓋19。在示範附圖中，管道蓋19機械地熱連接至第一/第二導熱元件5、7。方便地，第一和第二導熱元件5、7構造為成型金屬板部件。熱電模塊2依靠壓配合連接至第一/第二導熱元件5、7。第一和第二導熱元件5、7依靠材料黏結、尤其依靠釺焊連接來附接至第一/第二流體管道11a、11b、13a、13b。