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Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGER FOR RECOVERING ENERGY FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/154141
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat exchanger (1) for recovering energy for a motor vehicle, the heat exchanger (1) comprising a heat exchanger stack (2) with at least one hot fluid channel arrangement (3), at least one cold fluid channel arrangement (4), and at least one thermoelectric element (5). A hot fluid (6) can flow through the hot fluid channel arrangement (3) in a hot fluid direction (7), and a cold fluid (8) flows through the cold fluid channel arrangement (4) in a cold fluid direction (9). The heat exchanger (1) comprises a clamping arrangement (12) having a first clamping plate (13a) and a second clamping plate (13b), the first clamping plate (13a) and the second clamping plate (13b) securing the heat exchanger stack (2) in the direction (15) of the stack. According to the invention, the clamping arrangement (12) comprises a first frame plate (16a) and a second frame plate (16b), the first frame plate (16a) and the second frame plate (16b) securing the heat exchanger stack (2) with a hot fluid outlet (10a) and a hot fluid inlet (10b) in the hot fluid direction (7).

Inventors:
GANZ MATTHIAS (DE)
LUZ KLAUS (DE)
SCHROTH HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/054810
Publication Date:
August 30, 2018
Filing Date:
February 27, 2018
Export Citation:
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Assignee:
MAHLE INT GMBH (DE)
International Classes:
F01N3/04; F01N5/02; F01N13/08; F01N13/18; F28D1/00; H01L35/30
Domestic Patent References:
WO2013184972A12013-12-12
WO2013190105A12013-12-27
Foreign References:
JPH11340522A1999-12-10
FR2980038A12013-03-15
JP2015056929A2015-03-23
DE102007063173A12009-06-25
JP2007221895A2007-08-30
US5584183A1996-12-17
Attorney, Agent or Firm:
BRP RENAUD UND PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Wärmeübertrager (1 ) zur Rückgewinnung der Energie für ein Kraftfahrzeug,

- wobei der Wärmeübertrager (1 ) einen Wärmeübertragerstapel (2) mit wenigstens einer Heißfluidkanalanordnung (3), wenigstens einer Kaltfluidkanalanord- nung (4) und mit wenigstens einem zwischen der jeweiligen Heißfluidkanalanordnung (3) und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung (4) angeordneten thermoelektrischen Element (5) aufweist,

- wobei durch die Heißfluidkanalanordnung (3) ein Heißfluid (6) in eine Heißflu- idrichtung (7) und durch die Kaltfluidkanalanordnung (4) ein Kaltfluid (8) zumindest bereichsweise in eine der Heißfluidrichtung (7) im Wesentlichen orthogonale Kaltfluidrichtung (9) fließen,

- wobei der Wärmeübertrager (1 ) eine Verspannungsanordnung (12) mit einer ersten Spannplatte (13a) und mit einer zweiten Spannplatte (13b) aufweist, und

- wobei die erste Spannplatte (13a) und die zweite Spannplatte (13b) an gegenüberliegenden Stapelflächen (14a, 14b) des Wärmeübertragerstapels (2) angeordnet sind und den Wärmeübertragerstapel (2) in eine der Heißfluidrichtung (7) und der Kaltfluidrichtung (9) im Wesentlichen orthogonale Stapelrichtung (15) verspannen;

dadurch gekennzeichnet,

- dass die jeweiligen Heißfluidkanalanordnungen (3), die jeweiligen Kaltfluidka- nalanordnungen (4) und die jeweiligen thermoelektrischen Elemente (5) in dem Wärmeübertragerstapel (2) zwischen den beiden Spannplatten (13a, 13b) kraftschlüssig aneinander festgelegt sind, - dass die Verspannungsanordnung (12) eine erste Rahmenplatte (16a) und eine zweite Rahmenplatte (16b) aufweist, wobei die erste Rahmenplatte (16a) und die zweite Rahmenplatte (16b) an gegenüberliegenden Rahmenflächen (17a, 17b) des Wärmeübertragerstapels (2) angeordnet sind, und

- dass die erste Rahmenplatte (16a) und die zweite Rahmenplatte (16b) den Wärmeübertragerstapel (2) mit einem Heißfluidaustritt (10a) und mit einem Heißfluideintritt (10b) in die Heißfluidrichtung (7) verspannen und den Heißfluidaustritt (10a) und den Heißfluideintritt (10b) kraftschlüssig an den jeweiligen Heißfluidkanalanordnungen (3) festgelegen.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Heißfluidaustritt (10a) an der ersten Rahmenplatte (16a) und der Heißfluideintritt (10b) an der zweiten Rahmenplatte (10b) integral ausgebildet sind.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Rahmenplatte (16a) und die zweite Rahmenplatte (16b) mit dem dazwischen angeordneten Wärmeübertragerstapel (2) durch wenigstens ein Spannelement (18) miteinander verbunden sind.

4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass das wenigstens ein Spannelement (18) eine Gewindestange oder eine Klammer oder ein Spanngurt ist.

5. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannplatte (13a) und die zweite Spannplatte (13b) an der ersten Rahmenplatte (16a) und an der zweiten Rahmenplatte (16b) kraftschlüssig oder formschlüssig festgelegt sind und dadurch einen Rahmengurt (19) um den Wärmeübertragerstapel (2) bilden.

6. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Verspannungsanordnung (12) wenigstens eine Dichtungsplatte (20a, 20b) aufweist, die zwischen einer der Rahmenfläche (17a, 17b) des Wärmeübertragerstapels (2) und der jeweiligen Rahmenplatte (16a, 16b) der Verspannungsanordnung (12) angeordnet ist.

7. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Kaltfluidaustritt (1 1 a) mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen (4) durch ein Dichtelement und/oder ein Kaltfluideintritt (1 1 b) mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen (4) durch ein Dichtelement (1 1 ) fluidleitend verbunden sind.

8. Wärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Verspannungsanordnung (12) wenigstens eine Druckplatte (21 ) aufweist, die an einer der Stapelflächen (14a, 14b) des Wärmeübertragerstapels (2) anliegt und die zu der jeweiligen Spannplatte (13a, 13b) durch wenigstens ein Federelement (22) beabstandet festgelegt ist.

9. Wärmeübertrager nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) eine Tellerfeder, eine Blattfeder oder eine Druckfeder ist.

10. Wärmeübertrager nach Anspruch 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass wenigstens an einer der Stapelflächen (14a, 14b) des Wärmeübertragerstapels (2) eine Kaltfluidkanalanordnung (4) angeordnet ist und dass die Druckplatte (21 ) an der Kaltfluidkanalanordnung (4) anliegend angeordnet ist.

1 1 . Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Federelement (22) und die Druckplatte (21 ) an der jeweiligen Spannplatte (13a, 13b) durch wenigstens einen Führungsbolzen (23) und wenigstens eine Gewindehülse (24) in die Stapelrichtung (7) verschiebbar festgelegt sind.

Description:
Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie für ein Kraftfahrzeug.

In einem Wärmeübertrager wird die Wärme von einem heißeren Fluid - beispielsweise von Abgasen - an ein kälteres Fluid - beispielsweise an ein Kühlmittel - übertragen. In dem Wärmeübertrager sind mehrere Fluidrohre mit mehreren Kanälen für das kältere Fluid und für das heißere Fluid abwechselnd zu einem Wärmeübertragerstapel angeordnet. Das heißere Fluid sowie das kältere Fluid wird jeweils durch einen Zulaufsammler und einen Ablaufsammler in die einzelnen Fluidrohre verteilt oder von den einzelnen Fluidrohren eingesammelt.

Zwischen den angrenzenden Fluidrohren für das kältere Fluid und für das heißere Fluid können thermoelektrische Elemente angeordnet und dadurch ein ther- moelektrischer Generator gebildet werden, der eine Rückgewinnung der Energie ermöglicht. Der Wärmeübertragerstapel kann dabei - wie in den Druckschriften DE 10 2007 063 173 A1 , JP 2007 221 895 A und US 5,584,183 beschrieben - durch Verspannungselemente in eine Stapelrichtung verspannt werden.

Eine Wärmeausdehnung der Fluidrohre und der thermoelektrischen Elemente in die Stapelrichtung führt jedoch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragern zu einer Verzerrung der Fluidrohre an Kontaktstellen mit dem Zulaufsammler und mit dem Ablaufsammler. Diese Verzerrung kann zu einer Beschädigung des Wärmeübertragers führen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile überwunden werden und ein Schadensrisiko an Kontaktstellen reduziert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmeübertrager zur Rückgewinnung der Energie bereitzustellen, bei dem ein Schadensrisiko reduziert wird. Dazu weist der Wärmeübertrager einen Wärmeübertragerstapel mit wenigstens einer Heißfluidkanalanordnung, wenigstens einer Kalt- fluidkanalanordnung und mit wenigstens einem thermoelektrischen Element auf, wobei das thermoelektrische Element zwischen der jeweiligen Heißfluidkanalanordnung und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung angeordnet ist. Durch die Heißfluidkanalanordnung kann ein Heißfluid in eine Heißfluidrichtung und durch die Kaltfluidkanalanordnung kann ein Kaltfluid zumindest bereichsweise in eine der Heißfluidrichtung im Wesentlichen orthogonale Kaltfluidrichtung strömen. Der Wärmeübertrager weist auch eine Verspannungsanordnung mit einer ersten Spannplatte und einer zweiten Spannplatte auf, wobei die erste Spannplatte und die zweite Spannplatte an gegenüberliegenden Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels angeordnet sind und den Wärmeübertragerstapel in eine der Heißfluidrichtung und der Kaltfluidrichtung im Wesentlichen orthogonale Stapelrichtung verspannen. Erfindungsgemäß weist die Verspannungsanordnung eine erste Rahmenplatte und eine zweite Rahmenplatte auf, wobei die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte an gegenüberliegenden Rahmenflächen/Rahmenenden des Wärmeübertragerstapels angeordnet sind. Die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte verspannen den Wärmeübertragerstapel mit einem Heißfluideintritt und mit einem Heißfluidaustritt in die Heißfluidrichtung. Das jeweilige thermoelektrische Element ist zwischen der jeweiligen Heißfluidka- nalanordnung und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung angeordnet, so dass in dem Wärmeübertrager die Wärmeenergie von der jeweiligen Heißfluidkanalan- ordnung und der jeweiligen Kaltfluidkanalanordnung an das jeweilige thermische Element übertragen wird. Der Wärmeübertrager ermöglicht folglich eine Rückgewinnung der Energie und ist im Sinne der vorliegenden Erfindung als ein thermo- elektrischer Generator zu verstehen.

Der Wärmeübertragerstapel wird in die Stapelrichtung zwischen der ersten Spannplatte und der zweiten Spannplatte verspannt, so dass ein besserer Flächenkontakt der Heißfluidkanalanordnung sowie der Kaltfluidkanalanordnung mit dem jeweiligen thermoelektrischen Element erreicht wird. Dadurch kann die Wärmeübertragung gesteigert und folglich eine höhere Effizienz des thermoelektrischen Elements erreicht werden. Vorteilhafterweise können in dem Wärmeübertrager dadurch auch Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten - wie beispielsweise Metalle, Metalllegierungen, Keramiken, Kunststoffe oder weitere Materialien - verwendet werden.

Zusätzlich werden die jeweiligen Heißfluidkanalanordnungen, die jeweiligen Kalt- fluidkanalanordnungen und die jeweiligen thermoelektrischen Elemente zwischen den Spannplatten kraftschlüssig aneinander festgelegt, so dass die Heißfluidkanalanordnungen, die Kaltfluidkanalanordnungen und die thermoelektrischen Elemente unabhängig voneinander in die Kaltfluidrichtung oder in die Heißfluidrich- tung ausdehnbar bleiben und dadurch mechanische Zwänge in dem Wärmeübertragerstapel minimiert werden. Auch weitere Wärmeleitschichten zur Verbesserung der Wärmeübertragung können auf eine aufwandreduzierte Weise zwischen dem thermoelektrischen Element und der Kaltfluidkanalanordnung sowie der Heißfluidkanalanordnung festgelegt werden. Durch die Wärmeleitschichten kann die Effizienz des thermoelektrischen Elements weiter verbessert werden. Durch die erste Rahmenplatte und durch die zweite Rahmenplatte wird der Wär- meübertragestapel erfindungsgemäß in die Heißfluidrichtung verspannt und der Heißfluidaustritt und der Heißfluideintritt werden kraftschlüssig an der jeweiligen Heißfluidkanalanordnung festgelegt. Bei einer Wärmeausdehnung des Wärme- übertragerstapels in die Stapelrichtung wird dadurch eine Verzerrung der Heißflu- idkanalanordnungen an Kontaktstellen mit dem Heißfluidaustritt und mit dem Heißfluideintritt vorteilhaft reduziert, so dass das Schadensrisiko minimiert wird. Vorteilhaft werden auch mechanische Störungen - wie beispielsweise eine Vibration oder eine Erschütterung - gedämpft auf den Wärmeübertragerstapel übertragen, so dass das Schadensrisiko zusätzlich reduziert werden kann.

Des Weiteren können durch die Verspannung des Wärmeübertragerstapels in die Heißfluidrichtung höhere Wärmeausdehnungen des Wärmeübertragerstapels in die Stapelrichtung kompensiert werden, so dass der erfindungsgemäße Wärmeübertrager im Vergleich zu einem konventionellen Wärmeübertrager mehr Heiß- fluidkanalanordnungen, mehr Kaltfluidkanalanordnungen und entsprechend mehr thermoelektrische Elemente aufweisen kann. Insgesamt kann dadurch die Rückgewinnung der Energie erhöht werden. Zusätzlich können durch die kraftschlüssige Verbindung der Heißfluidkanalanordnungen auch der Fertigungsaufwand und die Herstellungskosten reduziert werden.

Da die einzelnen Heißfluidkanalanordnungen, die einzelnen Kaltfluidkanalanordnungen und die einzelnen thermoelektrischen Elemente in die Stapelrichtung kraftschlüssig aneinander und in die Heißfluidrichtung kraftschlüssig an dem Heißfluidaustritt und an dem Heißfluideintritt festgelegt sind, können diese bei einem Schaden auf eine aufwandsreduzierte Weise ausgewechselt werden. Dadurch können sowohl die Reparaturkosten als auch der Reparaturaufwand erheblich reduziert werden. Um eine unerwünschte Deformation der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte unter der Verspannung zu reduziert und um Anforderungen an Dichtflächen zwischen dem Heißfluidaustritt sowie dem Heißfluideintritt und den Heißfluidkanalanordnungen zu erfüllen, können die Geometrie und das Material der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte entsprechend angepasst werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers ist vorgesehen, dass der Heißfluidaustritt an der ersten Rahmenplatte und der Heißfluideintritt an der zweiten Rahmenplatte integral ausgebildet sind. So können die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte jeweils einen Verspannungsrand und einen etwa mittig angeordneten Ausformbereich aufweisen, wobei durch den Verspannungsrand der Wärmeübertragestapel verspannt werden kann und an dem Ausformbereich der Heißfluidaustritt oder der Heißfluideintritt integral ausgeformt werden können. Durch eine derartige Ausführung der Rahmenplatten werden weniger Bauteile in dem Wärmeübertrager notwendig, so dass die Herstellungskosten vorteilhaft reduziert werden können.

Die Geometrie und das Material der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte können derart angepasst sein, dass eine unerwünschte Deformation der ersten Rahmenplatte und der zweiten Rahmenplatte unter der Verspannung reduziert wird und Anforderungen an Dichtflächen zwischen dem Heißfluidaustritt sowie dem Heißfluideintritt und den Heißfluidkanalanordnungen erfüllt werden.

Um die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte aneinander festzulegen und den Wärmeübertragerstapel zu verspannen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die erste Rahmenplatte und die zweite Rahmenplatte mit dem dazwischen angeordneten Wärmeübertragerstapel durch wenigstens ein Spannelement miteinander verbunden sind. Die Spannelemente können die erste Rah- menplatte und die zweite Rahmenplatte beispielsweise an den Verspannungs- rändern an gegenüberliegenden Rahmenseiten verbinden, so dass der Wärme- übertragerstapel gleichmäßig verspannt wird und der Heißfluidaustritt und der Heißfluideintritt mit den Heißfluidkanalanordnungen kraftschlüssig aneinander festgelegt werden. Das Spannelement kann beispielsweise eine Gewindestange oder eine Klammer oder ein Spanngurt sein.

Vorteilhafterweise ist bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers vorgesehen, dass die erste Spannplatte und die zweite Spannplatte an der ersten Rahmenplatte und an der zweiten Rahmenplatte kraftschlüssig o- der formschlüssig - beispielsweise durch Verbindungsbolzen - festgelegt sind und dadurch einen Rahmengurt um den Wärmeübertragerstapel bilden. Auf diese Weise kann die Verspannungsanordnung versteift werden, so dass eine unerwünschte Deformation in dem Wärmeübertragerstapel vorteilhaft verhindert wird.

Um eine Verzerrung der Heißfluidkanalanordnungen, der Kaltfluidkanalanordnungen und der thermoelektrischen Elemente auch bei einer höheren Wärmeausdehnung in die Stapelrichtung zu kompensieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Verspannungsanordnung wenigstens eine Dichtungsplatte aufweist, die zwischen einer der Rahmenflächen des Wärmeübertragerstapels und der jeweiligen Rahmenplatte der Verspannungsanordnung angeordnet ist. Die Dichtungsplatte bildet ein Gleitlager für die Heißfluidkanalanordnungen, für die Kaltfluidkanalanordnungen sowie für die thermoelektrischen Elemente an der Rahmenplatte und mechanische Spannungen können reduziert werden.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass ein Kaltfluidaustritt mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen durch ein Dichtelement und/oder ein Kaltfluideintritt mit wenigstens einer der Kaltfluidkanalordnungen durch ein Dichtelement fluidlei- tend verbunden sind. Die Dichtelemente können dabei abdichtend und flexibel sein, so dass mechanische Spannungen auch zwischen der Kaltfluidkanalanordnung und dem Kaltfluidauslass sowie dem Kaltfluideinlass reduziert werden können und eine abdichtende Verbindung zwischen den Kaltfluidkanalanordnungen und dem Kaltfluidaustritt sowie dem Kaltfluideintritt erreicht wird.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Verspannungsanordnung wenigstens eine Druckplatte aufweist, die an einer der Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels anliegt und die zu der jeweiligen Spannplatte durch wenigstens ein Federelement beabstandet festgelegt ist. Weist die Verspannungsanordnung eine Druckplatte auf, so wird die Wärmeausdehnung des Wärmeübertragers in die Stapelrichtung einseitig kompensiert. Um die von dem Federelement oder von den Federelementen zu kompensierende Wärmeausdehnung zu halbieren, kann die Verspannungsanordnung beidseitig jeweils eine Druckplatte mit wenigstens einem Federelement aufweisen. Das Federelement kann dabei beispielsweise eine Tellerfeder, eine Blattfeder oder eine Druckfeder sein. Auch andere Speicher der potentiellen Energie können verwendet werden.

Um ein Erhitzen der Druckplatte zu verhindern und die Wärmeübertragung in die Spannplatten und in die Rahmenplatten zu minimieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass wenigstens an einer der Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels eine Kaltfluidkanalanordnung angeordnet ist und dass die Druckplatte an der Kaltfluidkanalanordnung anliegend angeordnet ist. So können beidseitig an den Stapelflächen des Wärmeübertragerstapels die Kaltfluidkanalanordnungen angeordnet werden, die durch das Kaltfluid durchflössen werden. Die Kaltfluidkanalanordnungen weisen die niedrigste Temperatur in dem Wärmeübertragerstapel auf und die Wärmeübertragung in die anliegenden Druckplatten und weiter in die Federelemente, in die Spannplatten und in die Rahmenplatten bleibt gering. Somit werden nicht nur die Federelemente geschont, sondern auch die thermische Belastung auf den Wärmeübertrager insgesamt reduziert. Zur Lagerung der Federelemente und der Druckplatte an der Verspannungsan- ordnung ist vorgesehen, dass das Federelement und die Druckplatte an der jeweiligen Spannplatte durch einen Führungsbolzen und eine Gewindehülse in die Stapelrichtung verschiebbar festgelegt sind. Der Führungsbolzen kann dabei in der Gewindehülse in die Stapelrichtung verschiebbar angeordnet werden und an der Druckplatte beispielsweise durch eine Schraubenverbindung festgelegt sein. Die Gewindehülse kann dann an der Spannplatte festgelegt werden, so dass die Druckplatte an der Spannplatte durch den in der Gewindehülse verschiebbaren Führungsbolzen in die Stapelrichtung verschiebbar festgelegt ist. Eine Verspan- nung der Druckplatte wird durch das Federelement erreicht, das beispielsweise um den Führungsbolzen zwischen der Druckplatte und der Spannplatte angeordnet wird. Die Verschiebung des Führungsbolzens in die Stapelrichtung wird einseitig durch die Druckplatte begrenzt. Andersseitig kann die Verschiebung des Führungsbolzens in die Stapelrichtung beispielsweise durch ein Anschlagelement begrenzt werden. Auf diese Weise kann der Wärmeübertragerstapel zwischen den Druckplatten oder alternativ zwischen der Druckplatte und der gegenüberliegenden Spannplatte verspannt werden und die Wärmeausdehnung des Wärmeübertragerstapels in die Stapelrichtung vorteilhaft kompensiert werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers;

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers mit einem angezeigten Heißfluidfluss;

Fig. 3 eine weitere Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers mit einem angezeigten Kaltfluidfluss;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines verspannten Wärmeübertragerstapels des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Spannplatte des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers.

In Fig. 1 ist eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 und in Fig. 2 und in Fig. 3 sind Seitenansichten des in Fig. 1 dargestellten Wärmeübertragers 1 gezeigt. Der Wärmeübertrager 1 weist einen Wärmeübertragerstapel 2 mit Heißfluidkanalanordnungen 3, mit Kaltfluidkanalanordnungen 4 und mit ther- moelektrischen Elementen 5 auf. Die thermoelektrischen Elemente 5 sind zwischen den Heißfluidkanalanordnungen 3 und den Kaltfluidkanalanordnungen 4 angeordnet, so dass durch einen Temperaturgradient eine Rückgewinnung elektrischer Energie möglich ist. Der Wärmeübertrager 1 wirkt folglich als ein thermoelektrischer Generator. Durch die Heißfluidkanalanordnungen 3 fließt ein Heißfluid 6 in eine Heißfluidrichtung 7 und durch die Kaltfluidkanalanordnungen 4 fließt ein Kaltfluid 8 zumindest bereichsweise in eine der Heißfluidrichtung 7 im Wesentlichen orthogonale Kaltfluidrichtung 9. Das Heißfluid 6 wird durch einen Heißfluidaustritt 10a und einen Heißfluideintritt 10b - hier als Diffusoren aufgebaut - und das Kaltfluid 8 wird durch einen Kaltfluidaustritt 1 1 a und einen Kaltflu- ideintritt 1 1 b eingesammelt und verteilt.

Der Wärmeübertrager 1 weist auch eine Verspannungsanordnung 12 mit einer ersten Spannplatte 13a und mit einer zweiten Spannplatte 13b auf, wobei die erste Spannplatte 13a und die zweite Spannplatte 13b an gegenüberliegenden Stapelflächen 14a und 14b des Wärmeübertragerstapels 2 angeordnet sind. Die Spannplatten 13a und 13b verspannen den Wärmeübertragerstapel 2 in eine der Heißfluidrichtung 7 und der Kaltfluidrichtung 9 im Wesentlichen orthogonale Stapelrichtung 15. Durch die Verspannung des Wärmeübertragerstapels 2 wird ein besserer Flächenkontakt der Heißfluidkanalanordnungen 3 sowie der Kaltfluidkanalanordnungen 4 mit den thermoelektrischen Elementen 5 und folglich ein höherer Wirkungsgrad erreicht. Da die Heißfluidkanalanordnungen 3, die Kaltfluidkanalanordnungen 4 und die thermoelektrischen Elemente 5 aneinander kraftschlüssig festgelegt sind, können diese sich unabhängig voneinander in die Heißfluidrichtung 7 und in die Kaltfluidrichtung 9 ausdehnen. Dadurch werden mechanische Zwänge in dem Wärmeübertragerstapel 2 vorteilhaft minimiert.

Erfindungsgemäß weist die Verspannungsanordnung 12 eine erste Rahmenplatte 16a und eine zweite Rahmenplatte 16b auf, wobei die erste Rahmenplatte 16a und die zweite Rahmenplatte 16b an gegenüberliegenden Rahmenflächen 17a und 17b des Wärmeübertragerstapels 2 angeordnet sind. Der Heißfluidaustritt 10a ist an der ersten Rahmenplatte 16a und der Heißfluideintritt 10b ist an der zweiten Rahmenplatte 16b integral ausgebildet. Die Rahmenplatten 16a und 16b verspannen den Wärmeübertragerstapel 2 mit dem Heißfluidaustritt 10a und mit dem Heißfluideintritt 10b in die Heißfluidrichtung 7. Der Heißfluidaustritt 10a und der Heißfluideintritt 10b sind kraftschlüssig an den Heißfluidkanalanordnungen 3 festgelegt, so dass bei einer Wärmeausdehnung des Wärmeübertragerstapels 2 in die Stapelrichtung 15 dadurch eine Verzerrung der Heißfluidkanalanordnungen 3 an Kontaktstellen mit dem Heißfluidaustritt 10a und mit dem Heißfluideintritt 10b vorteilhaft reduziert wird. Zwischen den Kaltfluidkanalanordnungen 4 und dem Kaltfluidaustritt 1 1 a sowie dem Kaltfluideintritt 1 1 b sind dazu Dichtelemente 1 1 angeordnet. Die Dichtelemente 1 1 verbinden den Kaltkanalaustritt 1 1 a und den Kaltkanaleintritt 1 1 b nach außen abgedichtet und fluidleitend und flexibel mit den Kaltfluidkanalanordnungen 4, so dass mechanische Spannungen in die Heißfluidrichtung 7 auch hier vorteilhaft reduziert werden können.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des verspannten Wärmeübertragerstapels 2 des Wärmeübertragers 1 . Die Rahmenplatten 16a und 16b sind an den gegenüberliegenden Rahmenflächen 17a und 17b des Wärmeübertragerstapels 2 angeordnet und durch Spannelemente 18 verspannt. Die Spannelemente 18 sind hier in Form von Gewindestangen ausgeführt und verspannen den Wärmeübertragerstapel 2 in die Heißfluidrichtung 7. Die Spannplatten 13a und 13b sind an den Rahmenplatten 16a und 16b kraftschlüssig durch Verbindungsbolzen 19a und 19b festgelegt und bilden einen Rahmengurt 19 um den Wärmeübertragerstapel 2, wobei der Rahmengurt 19 eine unerwünschte Deformation in dem Wärmeübertragerstapel 2 verhindern kann. Zwischen den Rahmenflächen 17a und 17b des Wärmeübertragerstapels 2 und den Rahmenplatten 16a und 16b sind Dichtungsplatten 20a und 20b angeordnet, die ein Gleitlager für die Heißfluidkanalanordnungen 3, für die Kaltfluidkanalanordnungen 4 sowie für die thermoelektrischen Elemente 5 an den Rahmenplatten 16a und 16b bilden und mechanische Spannungen reduzieren. Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht der Verspannungsanordnung 12 an der Spannplatte 13a. Die Verspannungsanordnung 12 weist eine Druckplatte 21 auf, die an der Stapelfläche 14a des Wärmeübertragerstapels 2 anliegt und die zu der Spannplatte 13a durch Federelemente 22 beabstandet festgelegt ist. Das Fe- derelement 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Tellerfeder, kann jedoch auch eine Blattfeder oder eine Druckfeder sein. Der Wärmeübertragerstapel 2 weist an der Stapelfläche 14a die Kaltfluidkanalanordnung 4 auf, so dass die Druckplatte 21 an der Kaltfluidkanalanordnung 4 anliegt und ein Erhitzen der Druckplatte 21 vorteilhaft verhindert wird. Die Druckplatte 21 und die Federelemente 22 sind an der Spannplatte 13a durch Führungsbolzen 23 und Gewindehülsen 24 festgelegt. Die Führungsbolzen 23 sind in den Gewindehülsen 24 in die Stapelrichtung 15 verschiebbar angeordnet und sind an der Druckplatte 21 durch Schrauben 25 festgelegt. Die Gewindehülsen 24 sind an der Spannplatte 13a festgelegt und die Druckplatte 21 kann relativ zu der Spannplatte 13a in die Stapelrichtung 15 verschoben werden. Die Federelemente 22 sind um die Führungsbolzen 23 angeordnet und ermöglichen über den Rahmengurt 19 eine Ver- spannung des Wärmeübertragerstapels 2. Durch die Druckplatte 21 und Anschlagelemente 26 ist die Verschiebung der Führungsbolzen 23 in die Stapelrichtung 15 beidseitig begrenzt.

Durch die Verspannung des Wärmeübertragerstapels 2 in die Stapelrichtung 15 und in die Heißfluidrichtung 7 kann eine Wärmeausdehnung des Wärmeübertragerstapels 2 in die Stapelrichtung 15 vorteilhaft kompensiert werden, so dass das Schadensrisiko minimiert wird. Vorteilhafterweise können auch die Effizienz des Wärmeübertragers 1 erhöht werden sowie der Reparaturaufwand und Herstellungskosten reduziert werden.