Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einer Wandung, an deren Innenseite ein Bereich zur Führung heißer Abgase anschließt, einem Gehäuse, welches die Wandung zumindest teilweise umgibt und wobei ein Zwischenraum zwischen der Wandung und dem Gehäuse von einem zu erwärmenden Medium durchströmt wird, und einer in dem Zwischenraum angeordneten, mehrere Thermoelement-Schenkel aufweisenden thermo- elektrischen Einrichtung, die geeignet ist, aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen den Abgasen und dem zu erwärmenden Medium, eine elektrische Spannung zu erzeugen.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 102 35 601 Al bekannt. Durch die Möglichkeit, mit einer derartigen Vorrichtung Wärmeenergie in elektrische Energie umzuwandeln, gelingt es, die für den Betrieb des Heizgerätes erforderliche elektrische Energie, beispielsweise zur Versorgung eines

Gebläses und einer Steuerung, im Heizgerät selbst zu erzeugen. Ebenfalls kann die so erzeugte elektrische Energie anderen Verbrauchern im Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise durch eine Einspeisung in das elekt- rische Bordnetz. Die in der DE 102 35 601 Al gezeigte Anordnung weist eine thermoelektrische Einrichtung in Form eines thermoelektrischen Moduls auf, das zwischen einem die "heiße Seite" bildenden ersten Wandungsabschnitt und einem die "kalte Seite" bildenden Wärmetauscher angeordnet ist. Bei Betrieb des Heizgerätes kann an dem thermoelektrischen Modul somit eine Spannung abgegriffen werden, wobei allerdings Probleme im Hinblick auf die Aufrechterhaltung möglichst hoher Temperaturdifferenzen, thermische Ausdehnungen und eine mangelhafte Wärmeleitfähigkeit zwischen dem ther-

moelektrischen Modul und dem Wandungsabschnitt beziehungsweise dem Wärmetauscher auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und dabei insbesondere die thermischen und mechanischen Verhältnisse der Anordnung sowie die Gestaltungsmöglichkei- ten im Aufbau zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Heizgerät dadurch auf, dass die Wandung zumindest teilweise elektrisch isolierend ausgebildet ist, dass sich die Thermoelement- Schenkel mit einem ersten Endbereich über elektrisch leit- fähige Schichten an einem Wärmekontaktabschnitt der Wandung abstützen, dass ein zumindest teilweise elektrisch isolierender Wärmetauscher vorgesehen ist, der dem Wärtnekontakt- abschnitt der Wandung gegenüberliegend angeordnet ist, dass sich die Thermoelement-Schenkel mit einem zweiten Endbe- reich über elektrisch leitfähige Schichten an dem elektrisch isolierenden Wärmetauscher abstützen und dass die e- lektrisch leitfähigen Schichten die jeweiligen Endbereiche der Thermoelement-Schenkel zumindest teilweise miteinander verbinden. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine An- Ordnung aus einzelnen Thermoelement-Schenkeln gewählt, die sich über Schichten, insbesondere gedruckte metallische Leiterbahnen, direkt an der Wärmequelle beziehungsweise der Wärmesenke abstützen. Um dies zu ermöglichen, sind sowohl die Wandung beziehungsweise zumindest der Bereich der Wan-

düng, an dem die Thermoelement-Schenkel angeordnet sind, und der Wärmeträger aus elektrisch isolierenden aber dennoch wärmeleitfähigen Materialien gefertigt. Die elektrischen Verhältnisse werden durch die Anordnung der elekt- risch leitfähigen Schichten bestimmt, die den Endbereich der Thermoelement-Schenkel selektiv miteinander verbinden. Diese Anordnung schafft auch einen geeigneten Ausgangspunkt dafür, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird, thermische Nebenschlüsse zwischen Wärmesenke und Wärmequel- Ie zu vermeiden und eine ausreichende, mechanische Ausgleichsfähigkeit im Hinblick auf thermische Ausdehnungen zu schaffen.

Es ist bevorzugt, dass die Wandung zumindest teilweise aus einer elektrisch isolierenden Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.

Ebenso ist es vorteilhaft, dass der elektrisch isolierende Wärmetauscher zumindest teilweise aus einer Keramik mit ho- her Wärmeleitfähigkeit besteht.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Keramik für die Wandung und/oder für den elektrisch isolierenden Wärmetauscher Aluminiumnitrid aufweist. Derartige Keramiken kön- nen die Anforderungen einer hohen Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitiger elektrischer Isolierung erfüllen. Außerdem lassen sich die gedruckten Leiterbahnen beispielsweise aus Aluminium fertigen, wodurch aufgrund der hohen Affinität zwischen Aluminium und Aluminiumnitrid die Verbindung zwi- sehen den Thermoelement-Schenkeln und den Befestigungspunkten stabilisiert wird.

Im Hinblick auf die elektrische Auslegung der Anordnung kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähigen

Schichten die Thermoelement-Schenkel miteinander in Reihe schalten.

Ebenso ist es möglich, dass die elektrisch leitfähigen Schichten die Thermoelement-Schenkel zueinander parallel schalten.

In Weiterbildung der genannten Ausführungsformen kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die elektrisch leitfähigen Schichten Gruppen von Thermoelement-Schenkeln zueinander parallel schalten und diese Gruppen miteinander in Reihe schalten. Je nach den elektrischen Bedürfnissen, können so durch die Reihenschaltung der Thermoelement-Schenkel die bei gegebenen Temperaturverhältnissen gewünschten Spannun- gen erzeugt werden, wobei aufgrund der Parallelschaltung einzelner Thermoelement-Schenkel beziehungsweise der zu Gruppen zusammengefassten Thermoelement-Schenkel ausreichend hohe Ströme zur Verfügung gestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zu erwärmende Medium flüssig, insbesondere Wasser ist und dass der Wärmekontaktabschnitt einem Flammrohrende gegenüberliegt .

Die Erfindung kann also im Rahmen eines sogenannten Wasserheizgerätes eingesetzt werden. In diesem Fall ist es nützlich, den Wärmekontaktabschnitt gegenüberliegend zu einem Flammrohrende vorzusehen, das heißt im Bereich des Brennerbodens. An dieser Stelle treten die höchsten Temperaturen auf, so dass die thermoelektrische Einrichtung mit hohem

Wirkungsgrad arbeiten kann.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass ein die Thermoelement- Schenkel aufnehmender Zwischenraum zwischen der Wandung und

dem elektrisch isolierenden Wärmetauscher gegen den Eintritt des flüssigen zu erwärmenden Mediums mittels einer Dichteinrichtung abgedichtet ist und dass die Dichteinrichtung geeignet ist, thermisch bedingte Ausdehnungen aus- zugleichen. Die Dichtung stellt somit gleichzeitig sicher, dass kein Wasser mit den Thermoelement-Schenkeln in Berührung kommt und dass eine ausreichende, mechanische Flexibilität zum Ausgleich thermischer Ausdehnungen zur Verfügung gestellt wird. Die Dichtung kann insbesondere zwei Kompo- nenten aufweisen. Die eine Komponente ist im Hinblick auf die Wärmeisolierung optimiert, die andere Komponente dient der Bereitstellung der nützlichen thermische Ausdehnungen kompensierenden Elastizität. Bei geeigneter Materialauswahl kδnnen diese beiden Komponenten in Form einer einheitlichen Komponente realisiert sein, das heißt in Form einer gut wärmeisolierenden elastischen Dichtung. Eine derartige Com- pound-Dichtung kann beispielsweise als Silikon-Al ₂ 0 ₃ - Dichtung ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zu erwärmende Medium gasförmig, insbesondere Luft ist und dass der Wärmekontaktabschnitt im Bereich eines Eintritts für das gasförmige zu erwärmende Medium liegt. Die Erfindung lässt sich also auch im Rahmen soge- nannter Luftheizgeräte realisieren. Da im Bereich des Lufteintritts die Luft die geringste Temperatur hat, sich jedoch beim Durchtritt durch das Heizgerät rasch erwärmt, ist es zur Realisierung eines möglichst hohen thermoelektri- schen Wirkungsgrades nützlich, die thermoelektrische Ein- richtung im Bereich des Lufteintritts anzuordnen.

Im Zusammenhang mit dieser Anordnung der thermoelektrischen Einrichtung im Luftheizgerät ist nützlicherweise vorgesehen, dass ein die Thermoelement-Schenkel aufnehmender Zwi-

schenraum zwischen der Wandung und dem elektrisch isolierenden Wärmetauscher gegen den Eintritt des gasförmigen zu erwärmenden Mediums mittels einer Windschürze geschützt ist. Da durch die Berührung der Thermoelement-Schenkel mit Kaltluft die Funktionsfähigkeit der Einrichtung negativ be- einflusst würde, stellt die einfache Maßnahme einer Windschürze eine nützliche Weiterbildung der Erfindung dar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung muss vorgesehen sein, dass sich die thermoelektrische Einrichtung über eine elastische Verbindung an dem Gehäuse abstützt. Durch diese Lagerung der thermoelektrisehen Einrichtung wird eine Verbesserung des Ausgleichs thermisch bedingter Ausdehnungen zur Verfügung gestellt. Die thermo- elektrische Einrichtung wird so stabil gehalten, die elastische Lagerung stellt aber eine ausreichende Flexibilität zur Verfügung.

Beispielsweise kann dies so realisiert sein, dass sich die thermoelektrische Einrichtung über einen Wärmetauscher und elastische Mittel an dem Gehäuse abstützt. Der von dem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgermedium umströmte Wärmetauscher kann somit die Aufgabe der Bereitstellung einer elastischen Verbindung übernehmen.

In Weiterbildung dieses Gedankens kann vorgesehen sein, dass sich die thermoelektrische Einrichtung über einen Wärmetauscher und eine den Wärmetauscher abstützende mit elastischen Mittel ausgestattete Platte an dem Gehäuse ab- stützt.

In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass der Wärmetauscher und die mit elastischen Mittel ausgestattete Platte einstückig ausgebildet sind.

Eine einfache und wirkungsvolle Realisierung dieser thermische Ausdehnungen kompensierenden Anordnungen sieht vor, dass die elastische Verbindung Tellerfedern umfasst.

Die Erfindung ist weiterhin besonders vorteilhaft dadurch weitergebildet, dass eine mechanische Verbindung zwischen der Wandung und dem Wärmetauscher ein wärmeisolierendes Material aufweist. Auf diese Weise wird ein unerwünschter Wärmeausgleich zwischen der Wandung und dem Wärmetauscher vermieden, so dass die thermoelektrische Einrichtung mit hohem Wirkungsgrad arbeiten kann.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das wärmeisolie- rende Material Aluminiumoxid und/oder Mullit enthält.

Weiterhin ist es nützlich, dass die Verbindung zwischen dem ersten Gehäuse und dem Wärmetauscher eine Dichteinrichtung aufweist, die geeignet ist, die thermoelektrische Einrich- tung gegen das zu erwärmende Medium abzudichten und thermisch bedingte Ausdehnungen auszugleichen.

Ebenfalls ist es möglich, dass die Wandung und das wärmeisolierende Material und/oder die Dichteinrichtung einstü- ckig ausgebildet sind.

In vergleichbarer Wiese kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher und das wärmeisolierende Material und/oder die Dichteinrichtung einstückig ausgebildet sind. Die Möglich- keit, diese einstückigen Ausbildungen zu realisieren hängt wiederum von der geeigneten Materialauswahl für die verwendeten Bauteile ab.

Zur weiteren Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften ist vorgesehen, dass zwischen der thermoelektrischen Einrichtung und der Wandung und/oder zwischen der thermoelektrischen Einrichtung und dem Wärmetauscher ein Wärmeleitmittel vorgesehen ist. Durch ein solches Wärmeleitmittel werden die Thermoelement-Schenkel in verbesserter Weise thermisch an die Wärmequelle und die Wärmesenke angebunden .

Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Wärmeleitmittel eine Wärmeleitpaste aufweist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das Wärmeleitmittel eine Wärmeleitfolie aufweist.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Heizgerätes;

Figur 2 eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Heizgerätes ;

Figur 3 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizgerätes; und

Figur 4 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizgerätes.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.

Figur 1 zeigt eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Heizgerätes; Figur 2 zeigt eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Heizgerätes. Das Heizgerät 10, das heißt insbesondere die in Figur 1 dargestellte Wärmetauscheranordnung ist im Wesentlichen axialsymmetrisch aufge- baut, wobei eine innere Wandung 12 und ein äußeres Gehäuse 16 vorgesehen sind. Innerhalb der Wandung 12 ist ein Flammrohr 28 angeordnet, wobei aus dem Flammrohr 28 austretende Abgase die Innenseite der Wandung 12 erwärmen. Zwischen der Wandung 12 und dem Gehäuse 16 ist ein Zwischenraum 18 vor- gesehen, der durch ein Wärmeträgermedium, beispielsweise

Wasser, durchströmt wird, so dass due Wandung 12 als Wärmetauscher zur Übertragung von Verbrennungswärme auf das Wärmeträgermedium fungiert. An einem Boden der Wandung 12, der als Wärmekontaktabschnitt 24 vorgesehen ist, sind mehrere Thermoelement-Schenkel 20 angeordnet. Die Thermoelement-

Schenkel 20 stehen über elektrisch leitfähige Schichten 22 mit dem Wärmekontaktabschnitt 24 der Wandung 12 mit jeweils einem Endbereich in Verbindung. Über die anderen Endbereiche der Thermoelement-Schenkel 20 stehen diese mit einem Wärmetauscher 26 in Verbindung, der in dem Zwischenraum 18 zwischen der Wandung 12 und dem Gehäuse 16 angeordnet ist. Der Zwischenraum 32 zwischen dem Wärmekontaktabschnitt 24 und dem Wärmetauscher 26 ist von einer Dichtung 34 umgeben, so dass das Wärmeträgermedium nicht in dem Zwischenraum 32 eintreten kann. Die grundsätzliche Anbindung der Thermoelement-Schenkel 20 über die elektrisch leitfähigen Schichten ist in der Einzelheit A in Figur 2 dargestellt. Die elektrisch leitfähigen Schichten 22 dienen dazu, die Thermoelement-Schenkel 20 miteinander elektrisch selektiv zu verbin-

den. Dies gelingt, da sowohl die Wandung 12 beziehungsweise zumindest der Wärmekontaktabschnitt 24 und zumindest teilweise der Wärmetauscher 26 aus elektrisch isolierendem Material gefertigt sind, das aber sehr wohl eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit für den Betrieb der thermoelektrischen Einrichtung aufweist. Über die elektrisch leitfähigen Schichten 22 sind dann beispielsweise zwei benachbarte Thermoelement-Schenkel 20 auf ihrer der Wandung 12 zugewandten Seite miteinander verbunden, während der nächste Thermoelement-Schenkel auf der dem Wärmetauscher 26 zugewandten Seite elektrisch angebunden ist. Der nächste Thermoelement-Schenkel 20 ist wiederum auf der der Wandung 12 zugewandten Seite elektrisch angebunden, und so weiter. Wählt man diese elektrische Anbindung, so liegt eine Rei- henschaltung der Thermoelement-Schenkel 20 vor. Folglich lässt sich der Anordnung unter Verwendung der elektrischen Verbindung 44 eine Thermospannung entnehmen, die die Summe der ThermoSpannungen der einzelnen Thermoelement-Schenkel 20 darstellt. Ebenfalls ist es möglich, die Thermoelement- Schenkel in Gruppen elektrisch parallel zu schalten und diese Gruppen dann in Reihe zu schalten. Auf diese Weise ist bei geringer Spannung eine erhöhte Stromausbeute möglich. Der elektrisch isolierende Wärmetauscher 26 steht im Bereich des elektrischen Anschlusses 44 mit dem Gehäuse 16 in Verbindung. Die Verbindung wird über eine Dichtung 46 vermittelt .

Figur 3 zeigt eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizgerätes. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgerätes 10 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass sich der Wärmetauscher 26 über eine mit Tellerfedern 42 ausgestattete Platte 40 am Gehäuse 16 abstützt. Hierdurch steht eine

stabile Anordnung zur Verfügung, wobei durch geeignete Auslegung der Federkräfte ein sicherer thermischer Kontakt zwischen den Thermoelement-Schenkeln und der Wandung 12 sowie dem Wärmetauscher 26 zur Verfügung steht. Im Hinblick auf den Wärmekontakt kann vorteilhafterweise noch vorgesehen sein, dass zwischen den Thermoelement-Schenkeln 20 und der Wandung 12 beziehungsweise dem Wärmetauscher 26 ein Wärmeleitmittel, beispielsweise eine Wärmeleitpaste oder eine Wärmeleitfolie, vorgesehen ist.

Bei den Ausführungsformen gemäß Figur 1 und Figur 3 ist die thermoelektrische Einrichtung in dem Bereich angeordnet, in dem die höchsten Abgastemperaturen zur Verfügung stehen. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4-, die ein Luftheizge- rät betrifft, ist dies anders, was mit Bezug auf die nachfolgende Zeichnung beschrieben wird.

Figur 4 zeigt eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizgerätes. Zu- sätzlich zu den bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Komponenten sind eine BrennstoffZuführung 46, Brennluftöffnungen 48, 50, ein Abgasauslass 52 und ein Warmluftauslass 54 zu erkennen. Im Gegensatz zu dem in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausfüh- rungsformen, die ein Wasserheizgerät betreffen, ist in Figur 4 ein Luftheizgerät dargestellt, wobei hier der Wärmekontaktabschnitt 24 der Wandung 12 im Bereich des Lufteintritts 36 angeordnet ist. Auf diese Weise kommt der Wärmetauscher 26 mit der kalten eintretenden Luft- in Berührung, so dass die verschiedenen Seiten der Thermoelement-Schenkel 20 eine möglichst große Temperaturdifferenz aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Thermoelernete 20 über die elektrisch leitfähigen Schichten 22 in Reihe geschaltet. Bezüglich der anderen Schaltungsvarianten wird

auf die Ausführungen zu den Figuren 1 bis 3 hingewiesen. Die Schaltungsvarianten sollten vorzugsweise so gewählt werden, dass die bei gängigen Temperaturdifferenzen auftretenden Spannungen derart sind, dass ohne zusätzliche Gleichspannungswandlung die vom Thermoelement-Schenkel abgegebene Spannung genutzt werden kann, sei es für Komponenten des Luftheizgerätes oder andere Fahrzeugkomponenten, beispielsweise über Einspeisung ins Bordnetz.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste:

10 Heizgerät 12 Wandung

14 Bereich

16 Gehäuse

18 Zwischenraum

20 Thermoelement-Schenkel 22 elektrisch leitfähige Schichten

24 Wärmekontaktabschnitt

26 Wärmetauscher

28 Flammrohr

30 Flammrohrende 32 Zwischenraum

34 Dichteinrichtung

36 Lufteintritt

38 Windschürze 40 Platte 42 Tellerfeder

44 elektrische Verbindung

46 Dichtung

48 Brennluftöffnung

50 Brennluftöffnung 52 Abgasauslass

54 Warmluftauslass