专利名称：具有集成的预张紧的支承结构的热电发电机的制作方法
具有集成的预张紧的支承结构的热电发电机
背景技术：
为了利用比如内燃发动机的热能，已知使用热电发电机。比如公开文献DE 102006 057 662 Al涉及一种具有热电发电机的机动车，对于该发电机来说热源和散热器在其纵向延伸中彼此垂直地以堆的形式来布置，其中热电的元件处于各个热源与散热器之间。热源和散热器由多个导热的 管子来构成，其中所述热电发电机元件集成在所述管子之间。尤其在与内燃机一起使用时出现剧烈的温度波动，所述剧烈的温度波动对发电机元件与导引介质的管子之间的机械的连接产生不利的影响。细微的缝隙也会明显降低发电机元件的效率，因为其效率在很大程度上取决于温度差并且较细的气隙也引起显著的热阻抗。因此已知这样的技术方案，即从外面向管子和热敏元件施加径向的弹力，以便将发电机挤压到所述管子上。在径向上向外延伸的、在周围围绕着管子和发电机元件来布置的弹簧元件原则上不适合于也插入到所述管子或者说发电机元件之间的内部，因为已知的弹簧元件和装置必要时产生较高的热阻抗。迄今已知的具有在径向上起作用的弹簧元件的热电发电机因此具有相应的构造，对于所述构造来说首先散热器、热源和发电机元件彼此集成在一起并且弹簧元件仅仅从外面作用于所集成的结构，所集成的结构则通过外面环绕的支架得到支撑。这样的结构在文献US 2005/0172993 Al中得到描述，对于该专利文件来说排气管形成中心，围绕着该中心布置有热电的元件，在所述热电的元件上又直接布置了散热器。弹簧元件仅仅由外面的环绕的带子构成，该带子在内侧面上承载有弹簧弹性的垫片，所述散热器的外表面与所述垫片相连接。这种弹簧结构将换热器结构限制到同心的构造上，对于该同心的构造来说只能向外面的层施加弹力。将外面的弹力传递到所述发电机的内部，这没有为内部的组件提供所期望的机械的稳定性。按现有技术的热电发电机由此在其集成度方面局限于单层的同心的结构。已知的弹簧结构不适合于较高的温差或者温度变化，因为大量的发电机元件尤其内部的发电机元件在温差很大时会通过由热引起的缝隙而改变其热稱合(Wjirmeankopplung),而无法通过弹簧作用来对此进行补偿，因为通常布置的弹簧元件设置了较高的热阻抗。
发明内容
按本发明的热电发电机能够实现任意的集成度，而不会向处于里面的发电机元件施加不足的弹力。所述按本发明的装置尤其能够实现所述发电机元件及所属的管子(用作集热源或者散热器)的预应力，所述预应力不取决于相应的发电机元件的在热电发电机中的位置。如上面所说明的一样，按本发明的弹簧元件装置仅仅允许向处于外面的元件施加弹力，其中进一步靠里的发电机元件没有受到足够的弹力，以便在温度变化时或者振动时保持与散热器或者热源之间的接触。不过，所述按本发明的结构能够将任意多个管子和发电机元件合并为一台紧凑的发电机，由此可以自动地明显提高比表面、集成密度或者关于发电机体积也明显提高发电机功率。同时，所述按本发明的装置可以设有简单的机构，尤其没有围绕着本来的发电机集中的弹簧元件及支撑结构，所述弹簧元件及支撑结构形成用于整个弹力的支座。所述按本发明的装置允许以节省位置空间的方式集成相应的元件，所述元件在较宽的温度范围内将所述发电机元件挤压到相应的管子上。尤其由此相对于现有技术在功率保持相同(或者功率提高)的情况下减小发电机的周长。本发明的方案是，不是围绕着外面的管子而是以集成在发电机结构中的方式来设置弹簧元件。在现有技术中仅仅规定从外面来施加力并且仅仅向外面的管子施加弹力，而本发明规定，设置了预张紧支承装置，该预张紧支承装置将所述管子本身相互预张紧并且由此借助于所述管子将处于其之间的发电机元件压紧。产生弹力的元件在此至少部分地设置在所述管子之间、设置在所述管子中，通过所述管子本身来构成，或者比如作为部分组件设置在所述管子的端面上。所述预张紧支承元件或者通过将弹簧元件布置在所述管子本身中、布置在所述管子的端面上(作为部分组件)或者通过所述管子的合适的支承来将力直接施加到所述管子上，以便必要时让所述弹簧元件的弹力或者端面的支架的弹力直接作用于所述管子。作为按本发明的弹簧元件使用管壁本身，必要时作为替代方案或者在与构成底 板的端面的支架的组合中或者通过处于所述管子的内部并且由此在发电机元件与管子外侧面之间未设置有待克服的热阻抗的弹簧元件来使用管壁本身。除了设置在外面的壳体与处于外面的发电机元件之间的弹力之外，所述按本发明的装置尤其预张紧支承装置能够实现这一点，即同样不仅仅向处于最外面的层中的管子施加弹力。所述预张紧支承装置按本发明不仅仅设置在所述热电发电机的外侧面上，而且也与通过管壁本身构成的力分配元件或者弹簧元件一起设置在所述发电机的内部(也就是说设置在管子的内部或者设置在端面上)，以便将弹力直接分配到里面的组件上也就是说分配到所有的组件上。同样，所述按本发明的装置基本上在不取决于运行温度间隔的情况下产生预先确定的低于所限定的最大弹力的弹力。所述按本发明的热电发电机包括壳体，在该壳体中布置了至少一个热源管、至少一个散热器管和至少一个发电机元件，其中所述发电机元件布置在不同类别的管子之间(也就是说布置在热源管与散热器管之间)。所述按本发明的预张紧支承装置设置了弹力，该弹力在所述管子之间起作用，也就是说用于将所述管子相互预张紧。所述弹力直接作用于所述管子本身并且不是从外面从管子到管子向里面传递，其中这样的传递会让弹力的量从外面向里明显下降。按本发明，所述预张紧支承装置直接作用于所述管子本身，这一点不取决于所述预张紧支承装置的相对于所述热电发电机的中心的间距。所述预张紧支承装置就这样通过将压力施加到直接与发电机元件邻接的管子上这种方式来将发电机元件压紧。此外，所述预张紧支承装置在发电机的横截面的范围内分配并且直接将力施加到所述管子上，方法是该预张紧支承装置或者直接布置在所述管子的端面上或者通过管壁本身来构成或者通过在所述管子中存在的弹簧元件来产生。由此在预张紧支承装置与管子之间尤其通过预张紧支承装置与管子之间的(部分)同一性、通过预张紧支承装置与管子之间的传力配合连接或者通过预张紧支承装置与管子之间的形状配合连接来产生直接的机械的接触。这一点适用于所述热电发电机的所有管子，尤其适用于处于里面的管子。对于所述预张紧支承装置来说，所述壳体的内侧面用作支座。所述壳体的内侧面由此为所述预张紧支承装置设置了支架，其中由于弹力的平衡向所述支架施加了所述预张紧支承装置的弹力的反作用力。所述反作用力的量可以相当于由所述预张紧支承装置施加到管子上的弹力。但是尤其所述预张紧支承装置的施加到管子上的弹力的总量大于所述反作用力的量，因为也向所述管子彼此间施加应力，其中这不一定导致相同大小的作用于所述壳体的反作用力，因为所述力在管子本身之间起作用并且因此由所述支承装置来分配。所述预张紧支承装置一方面用于支承管子并且另一方面用于产生预应力。所述支承结构允许管子彼此间的移动，以便在出现剧烈的温度变化时对起因于不同的热膨胀的运动进行平衡。此外，由所述预张紧支承装置设置的支承结构可以通过弹回的、也就是预张紧的支承结构来构成，其中能够通过所述管子的运动或者也通过其变形对作用于所述管子的弹力进行平衡。第一种实施方式规定，为了实现所述预张紧支承装置将所述管子夹紧在底板之间。所述底板的表面具有微观结构或者宏观结构，用于将所述管子的端面保持在其位置上。所述底板以相应的力挤压到所述管子的端面上，利用该相应的力与从材料并且尤其从所述微观结构中产生的所限定的最大的附着力并且与压紧力(也就是法向力)一起产生传力配合连接，所述管子以所述压紧力作用于所述底板。尤其比如通过刷拂(BtoSten)或者类似 处理来打毛的金属表面适合作为微观结构。比如冲压的或者以其它方式引入到表面中的轮廓、凸起或者凹部适合作为宏观结构。下面对用于所述表面的专门的实施方式进行详细描述。所述预张紧支承装置通过所述底板尤其通过所述底板并且通过所述管子的端面来形成。所述底板本身可以设置为有弹性的结构。替代地或者与此方案的组合地，所述管子本身也可以设置为弹性的结构，从而使得管壁本身具有弹簧作用。尤其所述管子用于在所述管子的长度的范围内传递弹簧作用，从而构造具有微小的弹性管子。按照一种优选的实施方式，所述管子基本上是刚性的并且在偏移较小时也施加强大的弹力。为了避免用来将所述发电机元件或者说所述管子夹紧的弹力不受控制并且尤其保持在最大值之下，其中对于所述最大值来说所述结构尤其所述发电机元件会遭受损坏，管子与表面之间的非材料配合连接的连接设置了一个轴承，该轴承对于较小的力来说首先将所述管子保持定位，但是对较大的超过最大径向力或者最大附着力的力来说所述轴承则设置了管子的移动，以便由此减少偏移。这一点能够得到实现，方法是所述底板或者管子(或者这二者)至少设置为有细微的弹性的结构，也就是说其由弹性的材料构成并且设有弹性的结构。借助于底板和管子的弹性和尺寸，可以根据所述管子的沿纵向力方向的预应力来精确地设置最大附着力和最大径向力，自所述最大附着力和最大径向力起管子与底板之间的传力配合连接或者形状配合连接松弛并且允许滑动。形状配合连接与传力配合连接之间的区别主要取决于对底板表面的结构的考虑。如果将所述微观结构的凸起视为形状配合连接的形式，所述微观结构的凸起由于其弹性或者塑性会松弛，那么在彼此上面摩擦的微观结构也可以视为能够脱开的形状配合连接。所述最大附着力和最大径向力的大小由此也取决于所述微观及宏观结构的大小、取决于所述底板或者说管子的所使用的材料及弯曲能力。因为可以以简单的方式比如在使用具有弹性说明及附着力说明的材料表格的情况下来求得所有必要的参数，所以对于本领域的技术人员来说熟悉如果应该产生特定的最大附着力或者最大径向力则应该以何种方式来构造单个的组件。以相同的方式，所述管子的沿纵向方向的预应力取决于所述组件的材料常数和尺寸、尤其取决于底板的厚度、管子的壁厚、管子的长度及其材料。所述表面或者底板本身可以通过任意的方法来打毛并且由此可以具有微观结构，通过所述微观结构来限定所述附着力。此外，可以有针对性地将层涂覆到所述底板上，用于提高或者减小所述附着力。但是，一种优选的实施方式规定，所述底板的表面或者所述底板本身可以设有宏观结构，所述宏观结构比如大于100 Ii m、大于200 u m或者大于500 y m,尤其大于Imm或者2_。在使用波纹轮廓的底板时，其表面也具有重复的凸起和凹部。所述宏观结构可以具有栅格(Rasterung)，所述栅格由笔直的沟槽比如沿着两个不同的方向笔直地沿着表面延伸的沟槽所组成。此外，所述宏观结构可以用较浅的具有0. 5_或者1_的深度的槽来产生。所述凸起和凹部可以是一维的结构并且仅仅从所述表面上延伸开来，或者可以离开表面并且沿着一个方向沿着表面延伸。尤其如此构造所述宏观结构，使得其不会与所述管子的端面一起倾斜。为此所述凸起或者凹部在横截面中设有相应的平面，所述平面相对于所述表面以明显小于90°的角度延伸，比如以最大60°、45°或者30°的角度延伸。由此，即使所述宏观结构特别大也防止了倾斜。优选使用具有沿多个移动方向不会倾斜的表面的结构。对于较小的宏观结构来说，可以通过其弹性就已经获得这一点，即这些宏观结构不会与管子一起倾斜，从而这些宏观结构不一定具有这样的横截面。此外，所述结 构的连续的曲线走向比如波纹走向或者三角形走向是优选的(不是锯齿走向)。所述底板本身与所述壳体材料配合连接地连接或者以其它的方式如此固定在所述壳体上，从而使得所述底板在所述壳体中不会沿着管子的纵向延伸方向运动。其它的实施方式规定，仅仅一种管子通过传力配合连接或者形状配合连接与所述底板相连接，其中另一种管子比如可以通过焊接与所述底板进行材料配合连接。因此，尤其所述热源比如可以通过焊接连接与所述底板进行材料配合连接，并且仅仅冷却通道以能够移动的方式布置在所述底板上。此外，一块底板可以与一种管子焊接在一起，并且另一块底板可以与另一种管子焊接在一起，其中总是一种管子通过形状配合连接或者说传力配合连接布置在每块底板上并且另一种管子通过材料配合连接与所述底板相连接。一方面所有热源管并且另一方面所有散热器管都称为管子种类。如果所述散热器管与所述底板焊接在一起并且所述热源管通过材料配合连接或者形状配合连接布置在所述底板上，那么在出现工作温度的剧烈变化时也不会产生结构上的问题，因为所述热源管总是经受比所述散热器管高的温度并且由此自动地受到更高的热膨胀。此外，所描述的实施方式可以设有一个共同的总管，该总管布置在相应的管子的端部上并且将所述管子彼此连接起来。所述总管垂直于所述散热器管或者热源管的纵向延伸部延伸，并且优选构造为弹性的或者柔性的结构。在柔性的设计方案中，所述总管对于相对于其垂直地延伸的管子来说没有产生预应力，因而所述预张紧支承装置基本上产生全部的应力。但是，作为替代方案，所述总管也可以设置为弹性的结构，以便至少构成所述预张紧支承装置的一部分。下面还要对这样的实施方式进行描述。按照本发明的另一个方面，所述预张紧支承装置包括弹簧元件，所述弹簧元件不是通过管壁或者说通过所述热源管或者散热器管本身必要时与所述底板一起来构成，而是所述预张紧支承装置通过单个的弹簧元件来构成。这些弹簧元件在所述散热器管的内部或者在所述热源管的内部在预应力下布置在这样的管子中。所述散热器管或者热源管在此具有壁体，该壁体有弹性并且能够将通过所述管子中的弹簧元件的预应力产生的变形传递到将该管子包围的区域(外部区域)中。所述弹簧元件的预应力作用于所述管子的内侧面的对置的区段上。所述关于集热管(Sammelquellenrohr)或者散热器管的纵轴线的作用方向是径向方向，在所述集源管或者说散热器管设中有所述弹簧元件。因为所述弹簧元件所在的管子构造为有弹性的结构(通过管壁的有弹性的构造)，所以尤其通过发电机元件来将所述预应力传递给相邻的管子。换句话说，通过所述管子的柔性的或者说有弹性的构造，将通过处于里面的弹簧元件引起的变形用于将发电机元件夹紧。所述弹簧元件本身具有明显地比通过所述管子来限定的通道的横截面面积小的横截面面积，其中在所述通道中设置了所述弹簧元件。因此所述弹簧元件以及尤其其横截面构造用于在所述管子的内部能够实现(介质的)流动并且仅仅对所述流动产生细微的影响。在一种作为替代方案的实施方式中，同样使用单独的弹簧元件，但是所述单独的弹簧元件布置在多个散热器管 的端部区段之间(也就是端面上)。所述端部区段超过所述热源管伸出。此外，所述弹簧元件可以布置在所述热源管的端部区段之间，其中这些弹簧元件沿管子的纵向方向超过所述散热器延伸。一般所述散热器管或者热源管中的一些管子在其长度方面超出其它的管子，其中在伸出来的管子之间设置了所述弹簧元件并且向所述弹簧元件施加预应力尤其施加将通过所述弹簧元件连接起来的管子挤压分开的预应力。所述弹簧元件本身由此将力直接施加到所述沿纵向方向相对于其它的管子伸出来的端部区段本身上。作用在所述管子的端部区段上的弹簧元件可以占据所述底板的位置。通过所述散热器管和热源管的刚性，由所述弹簧元件施加的力沿着所述管子的纵向延伸部分配。尤其通过所述弹簧元件将所述管子的处于发电机的同一端部上的对置的端部区段相互预张紧。在一种实施方式中，所述弹簧元件布置在所述散热器管的内部以及所述热源管的内部，对于该实施方式来说所述管子构造为有弹性的结构或者也构造为柔性的结构，方法是如此选择所述管子的壁厚和材料，从而可以通过所述弹簧元件引起变形，以便对高度公差进行补偿。因为这取决于所述弹簧元件的弹力，所以所述管子的壁厚或者材料也通过所述弹簧元件来确定。根据在所述管子中导送的介质，所述壁厚可以极薄，比如所述壁体构造为钢箔(Stahlfolie)或者类似结构的形式。所述弹簧元件尤其通过轮廓的构造来设有让介质流通过(str5mungsdurchljissig)的结构。所述弹簧元件比如借助于板簧或者钢丝弹簧来构成，所述板簧或者钢丝弹簧必要时沿着所述管子的纵向延伸部来定向并且通过所述定向在管子横截面的内部设置了最小轮廓表面。尤其所述弹簧元件可以通过在所述管子中预张紧的金属泡沫来构成。为此，可以将所述金属泡沫要么在剧烈冷却的情况下引入到所述管子中，要么可以在引入金属泡沫(必要时经过冷却)之前首先对所述管子进行加热。通过所述温度的均衡来产生所述金属泡沫的指向管子的壁体的预应力。所述金属泡沫构造为开孔的结构并且能够导引流体。尤其在将液体比如冷却水用作流体时，所述金属泡沫能够实现明显高得多的比表面，从而大大提高传递给液态的介质的热传导。所述金属泡沫与壁体之间的连接以材料配合连接的形式进行，由此产生良好的传热效果。在此通过预挤压的方式进行安装。在一种实施方式中所述弹簧元件设置在所述管子的端部区段之间(也就是说设置在管子的相对于其它管子伸出的端部区段之间)，对于该实施方式来说，所述弹簧元件通过一个沿其纵向方向有弹性的管子的区段来构成。这样的总管借助于其它区段将所述管子的端部区段连接起来。由此所述热源管或者散热器管通过所述总管以流体连通的形式彼此相连接，这些热源管或者散热器管相对于没有与所述总管相连接的端部区段的散热器管或者说热源管伸出来。所述弹性的总管特别是其沿其纵向方向的弹性设置了所述端部区段之间的预应力。所述总管基本上垂直于所述管子也就是垂直于所述散热器管及热源管并且垂直于其端部区段延伸。 在一种作为替代方案的实施方式中，设置了类似的总管，但是该总管是柔性的并且基本上没有将力施加到所述管子上尤其没有将力施加到所述端部区段上。除了变形特性之外，所述柔性的总管像所述弹性的总管一样构成。但是，在使用柔性的总管时，设置了按本发明的预张紧支承装置，该预张紧支承装置基本上在所述管子之间设置了全部的预应力。在如上面所描述的一样使用有弹性的总管时，所述总管本身设置了所述预张紧支承装置。有弹性的总管一方面用于以活动的方式支承所述热源管或者散热器管并且另一方面用于在所述管子之间施加预应力。所述柔性的以及所述弹性的总管连接到所述形成伸出的端部的区段的管子上。此外，所述按本发明的热电发电机可以包括导流机构(Str5mungsfiihrung),该导流机构布置在所述管子也就是散热器管及热源管的端面上。该导流机构朝所述管子变细并且朝离开管子的方向打开、也就是朝集流室的方向打开。这样的集流室布置在所述散热器管及热源管的端面中的至少一个端面上并且与所有同类的管子也就是说与所有热源管或者与所有散热器管处于流体接触之中。所述集流室也可以仅仅与同类的管子中的一部分处于流体接触之中。所述导流机构设置在所述集流室与所述管子的端面也就是管子的进口之间。所述导流机构对每根管子来说具有一个变细部、优选弧形的连续的变细部或者一种其变细角跳跃性地变化的变细部。但是，弧形的元件也可以与相应的区段相连接，所述相应的区段的变细角跳跃性地变化。尤其在包括底板的实施方式中，所述底板在所述管子的进口上也就是在所述管子的端面上具有开口，以便能够实现流体流。底板的开口仅仅配属于一种管子，也就是说分配给所述散热器管或者热源管，其中所述底板没有为另一种管子设置开口或者连接。在使用两块底板的情况下，将这些底板分配给不同的管子种类。在所述底板上在背离管子的一侧上连接着集流室，通过该集流室向所述管子施加合适的介质。在使用总管的情况下，所述总管在所述管子的一侧上仅仅连接着一种特定的管子种类，也就是相应的管子种类，其端部区段伸出超过其它的管子。另一种管子、也就是缩进的管子与集流室处于流体连通状态中，所述集流室在和所述总管相同的一侧上连接到所述管子上。通过所述集流室向缩进的管子供给介质，所述介质有别于处于所述总管中的介质。因为所述总管中的介质原则上具有不同于所述集流室中的介质的温度，所以优选设置了绝热结构，该绝热机构相对于所述集流室在热传导方面将所述总管隔开。在其它情况下，所述总管可以部分地穿过所述集流室延伸，其中但是所述总管和集流室在流体技术上隔开并且也优选相对于彼此绝热。此外，本发明通过一种用于制造按本发明的热电发电机的方法得到实现。在壳体中引入了至少一个热源管、至少一个散热器管和至少一个发电机元件，其中所述发电机元件布置在所述热源管与所述散热器管之间。此外，在所述壳体中布置了一个预张紧支承装置，该预张紧支承装置产生用于施加预应力的弹力，用所述预应力将所述管子相互预张紧并且所述管子将处于其之间的发电机元件压紧。在此要么比如如果所述预张紧支承装置包括底板就将所述管子夹紧到所述预张紧支承装置中，要么将所述预张紧支承装置引入到所述管子中也就是说在预应力下夹紧到所述管子中。比如出现这种情况，如果所述预张紧支承装置通过单个的处于所述管子中的弹簧元件来构成，比如通过在预应力下板簧元件、钢丝弹簧元件或者金属泡沫的插入来构成。除了所述管子之间的预应力之外，按照所述方法也在所述管子与所述壳体的内侧面之间通过向所述壳体的内侧面施加力的方式来设置预应力，由此所述预张紧支承装置受到所述壳体的支撑。所述管子，也就是说所述热源管、散热器管和总管以及所述壳体和底板都由金属构成，优选由钢、铝或者铜构成。在使用板簧或者钢丝弹簧的情况下，这些板簧或者钢丝弹簧由弹簧钢构成，尤其设有耐气候的涂层，以便防止所述弹簧元件受到相应的热介质的影响。在使用金属泡沫的情况下，该金属泡沫优选由铝构成或者由其它的金属或者合金构成。在将金属泡沫用作预张紧的弹簧元件的情况下，通过气孔大小的合适的选择并且通过引起预应力的变形的强度来调节所述预应力。此外，所述壳体本身可以具有法兰，所述法兰布置在所述发电机的两侧。在所述法兰与所述管子的端面之间在所述壳体的内部构造了所述集流室。除此以外，可以设置接头，所述接头通过柔性的连接管与相应的散热器管或者热源管相连接。尤其所述法兰用于输入 气态的介质、尤其是热的燃烧气体。由此对于有待连接到所述法兰上的内燃机来说产生微小的后滑(Rilckstau)。此外，所述发电机优选在两侧包括一个柔性的或者弹性的总管，该总管在所述发电机的两侧相应地将所述散热器管彼此连接起来，用于将冷却液输送给所述发电机并且将其从所述发电机中排出。尤其赛贝克(Seebeck)元件或者珀耳贴(Peltier)元件适合作为发电机元件。所述发电机元件优选包括掺杂的半导体材料尤其至少一个n掺杂的本体和至少另一个p掺杂的本体。此外，所述发电机元件包括导电的连接触点，该导电的连接触点将不同地掺杂的半导体元件彼此连接起来，并且所述发电机元件包括用于正极或者负极的联接触点。
图I是按本发明的热发电机的第一种实施方式的纵剖面 图2是热发电机的第二种实施方式的部分视 图3是热电发电机的第三种实施方式的原理图；并且 图4是按本发明的热电发电机的第四种实施方式的纵剖面图。
具体实施例方式在图I中示出的热电发电机的第一种实施方式包括发电机元件10，所述发电机元件围绕着多个热源管20中的一个热源管20来布置。用于冷却液的冷却通道的形式的散热器管30位于所述发电机元件10的背离热源管20的侧面上。每个发电机元件由此在两侧连接在排气通道20的形式的热源管与冷却通道30的形式的散热器管之间，所述管子20、30以及所述发电机元件10布置在壳体50中，该壳体50沿着其圆周是封闭的并且具有两个敞开的端部，以便将热源介质导入到发电机中并且从发电机中排出。所述开口是法兰60的形式。所述散热器管相应地在两个端部上具有接头32、34，其中发电机一侧的所有散热器管的接头32彼此相连接并且所述散热器管的相反的端部的所有接头34彼此相连接。两个端部的总管路分别具有一个向外引出的接头，该接头出于简明的原因未在图I中示出。这些接头相应地穿过所述壳体向外引出。所述散热器管在两侧上分别由一块底板40进行保持，其中所述底板40将所述散热器管30保持在压合座(Presssitz)中。如象征性地示出的那样，所述底板为波形。通过所述底板40的波形并且通过其厚度，所述底板有弹性并且提供用于处于其之间的热源管20的预应力。所述底板40由此相应地具有一个表面，该表面朝向所述热源管20的端面，以便将其压紧。此外，由于所述波形可能出现以下这种情况，即所述热源管尤其在出现较为剧烈的热膨胀时会相对于彼此滑动并且尤其相对于毗邻的底板40滑动，其中所述滑动的偏移间距(Versatzdistanz)通过所述波形来限定。由此在每个时刻都存在固定的支点,其中在超过最大径向力时所述管子的端面会滑动到相邻的(或者通常其它的)波谷中。在所述热源管的高度上或者说在其端面上或者说端面的开口上，在所述底板40中设置了开口，所述开口形成了所述热源管与所述壳体的空间之间的流体连通，所述壳体的空间继续连接到所述壳体内部的管子的纵向延伸部上。所述壳体由此形成所述热源管或者说散热器管的腔室70。如此构成所述底板40中的开口，从而虽然比如废气基本上会不受阻拦地穿过所述底板进入到所述热源管20中，但是同时通过所述热源管的结构防止所述热源管穿过所述底板。在所述热源管20的纵向延伸部中，所述热源管的端面相对于所述散热器管30的端面偏移，其中所述热源管在两侧超过所述散热器管伸出。这能够使所述底板仅仅与所述热源管相接触。所述底板比如通过焊缝或者材料的连接固定地与所述壳体50相连接。但是，所述热源管20的端面可以相对于所述底板尤其相对于所述壳体50执行相对运动。此外，在所述底板上能够可选地安置比如构造为在所述热源管的两个相互朝向的侧面之间延伸的半圆形式的或者抛物曲面形式的弧形的元件42。所述弧形元件42可以焊接在所述底板上或者可以与所述底板一体地并且连续地实施，其中所述底板在所述弧形元件的位置上并不沿着一个平面延伸。但是，在所述热源管20的端面与所述底板之间的接触位置上，所述底板在其总形状方面实施为平坦的结构(但是设有作为宏观结构的波形)。所述弧形元件以其横向延伸部遮盖在相邻的热源管20之间产生的间距并且进而在投影中沿所述发电机的纵向方向将所述散热器管30和发电机元件10遮盖。用实线示出的箭头代表着废气的流动，所述废气在所述热电发电机的一侧上进入到相应的法兰中，通过所述热源管20得到导引并且在相反的一侧上流出来。在箭头80上能够看出，用虚线示出的可选的弧形元件42将气流基本上无涡流地分配到相邻的热源管20上。所述散热器管30的流动方向通过所述接头32、34的分配来限定并且可以平行或者反平行于通过所述热源管20流动的介质的流动方向。在图I所示的实施方式中，所述预张紧支承装置通过波形的底板40并且通过所述热源管20的端面来构成，其中通过所述底板一方面所述热源管受到镦粗的力，并且所述波形必要时与由热引起的长度变化一起受到垂直于所述发电机的纵轴线的径向力。图2示出了本发明的第二种实施方式，该第二种实施方式能够与借助于图I示出的实施方式相组合。在图2中示出的发电机包括构造在热源管120与散热器管130之间的发电机元件110。图2是正视图，也就是图I的纵向示意图的横截面。首先可以看出，所述热源管和散热器管具有平坦的正方形的横截面，从而由此形成的通道相对于其横截面面积具有较大的周长。由此产生了高的比容积。所述散热器管130通过柔性的连接管路或者说、其区段136彼此相连接。所述连接管路将所述散热器管也就是冷却通道的在图I中示出的接头32或者说34连接起来。所述连接管路用作用于冷却液的总管或者说总管路，并且具有穿过所述壳体150的接头138，该接头借助于密封件138’相对于所述壳体得到密封。在图2中示出的实施方式规定，所述总管路或者说所述总管136是柔性的进而基本上没有将力施加到所述散热器管130上。按照一种未示出的实施方式，所述总管136由有弹性的材料构成，以便就这样设置用于所述散热器管130的侧面的预应力。通过所述预应力将相邻的散热器管130拉向彼此，从而通过所述总管136产生预张紧支承装置。除了施加预应力之外，有弹性的总管也与设置在所述散热器管130之间的元件(也就是热源管120和发电机元件110) —起用于进行支承。所述总管136 (或者是弹性的或者是柔性的)沿着通过热源管和散热器管并且通过发电机元件构成的管束的棱边延伸。所述总管136垂直于所述管束的纵平面并且在所述管束的高度棱边(H5henkante)上延伸。但是所述总管136也可以在所述管束的侧面延伸，也就是说垂直于所述管束的延伸面并且在所述管束的沿着管子的延伸方向延伸的侧面上延伸。借助于图I和2可以看出，所述散热器管30、130沿纵向方向相对于热源管20、120缩 短，但是沿相对于此的横向方向则超过所述热源管20、120延伸出去，以便能够布置所述总管路136。图3示出了本发明的一种作为替代方案的实施方式的象征性示意图。在图3中示出的发电机包括布置在热源管220与散热器管230之间的发电机兀件210。壳体壁250在这里示范性地支撑着一个散热器管230，而另一个对置的散热器管230被紧随其后的发电机元件(以及其它热源管)支撑在区段A中。随着所述支撑部，产生预应力，所述预应力将所述两个散热器管230和这些中间线条组件210、220压紧。在所述散热器管230中设置了金属泡沫242，该金属泡沫朝相应的管子230的内壁挤压。所述管子230为薄壁结构或者说有弹性或者塑性，从而可以以变形的形式将压力向外传递。由此所述散热器管230的管壁传递着由所述金属泡沫242所施加的弹力。同时所述金属泡沫242是多孔的或者说其拥有让流体流通过的结构，从而可以穿过所述冷却通道230输送冷却剂。由于所述金属泡沫的多孔性产生明显得到改进的传热效果，因为所述金属泡沫的比表面明显高于管子的内表面。此外，通过所述金属泡沫产生管子内壁的均匀的力施加。由于弹性和其它机械特性，所述金属泡沫尤其通过以下方式起到减振的作用，即在所述金属泡沫的内部设置了液体并且因此通过(更小的)润流或者通过排气管(Abgasrohrsuptom)的外部振动引起的振动进行减振。此外，没有设置用于对管子230进行加固的筋条，从而可以制造具有矩形的横截面的管子，所述矩形的横截面具有较高的长宽比、也就是具有是厚度的许多倍的宽度。此夕卜，刚度相对于具有加强筋的通道沿所述通道的纵向方向以及沿横向方向是均匀的。所述金属泡沫的减振的性能直接造成系统的使用寿命的提高并且防止了振动引起热膨胀间隙的产生。在图3中示出的实施方式尤其适合于缓慢流动的冷却流体，其中流动的微小的速度通过所述金属泡沫的实质上经过提高的比表面更多地得到补偿。除此以外，可以通过所述通道或者说管子的微小的壁厚来节省材料，由此附加地减小重量。由于预应力通过金属泡沫而均匀地分配，所以不必使用分配力的元件。原则上可以将金属泡沫装在热源管中或者装在散热器管中。但是优选所述金属泡沫布置在所述散热器管中，因为较低的温度能够实现使用由不同的材料制成的泡沫。除了金属泡沫之外，比如也可以使用塑料泡沫或者其它的材料，只要其具有能够实现沿纵向方向的流动的结构。此外，原则上也可以代替金属泡沫而将处于径向应力之下的内管装入到所述散热器管中，所述散热器管产生向外作用的径向力。此外，这样的径向力原则上也可以通过压差来产生，所述压差存在于所述散热器管的内部与所述散热器管的周围之间。只要所述散热器管或者热源管是柔性的或者有弹性的，那就可以通过过压来实现所期望的预应力，大体上所述管子从外面通过壳体内壁受到反作用力。图4示出了所述按本发明的热电发电机的第四种实施方式的横截面，该热电发电机包括壳体350，在该壳体中设置了热电的元件310、热源管320以及散热器管330。所述发电机元件310包括成对地布置的半导体支腿，所述半导体支腿交替地不同地掺杂(p掺杂或者说n掺杂)。此外，所述发电机元件310包括处于其端面上的印制导线(未示出)。所述发电机元件通过具有比如由陶瓷构成的电气的绝缘层314的导热膏层312在一侧与所述热源管320的外面的管壁相连接并且在另一侧与散热器管330的相连接。因此对于所述发电机元件来说产生温差，从所述温差中产生这种电功率。 在所述热源管320和散热器管330的内部设置了弹簧元件322或者说332，所述弹簧元件直接将压力施加到相应的管子的内壁上。下面的热源管320由一个管壁并且对置地通过壳体350的内表面构成。所述下面的热源管320以及环绕的壳体350因此由将热源介质与发电机元件隔离开来的内壳层构成。由此可以节省材料和位置空间；通过所述热源介质或者说散热器介质之间的壳层的双重使用，至少可以为外面的管子320(或者也为管子330)节省一个管壁。在这种情况下，与上面的热源管320相反，所述壳体350的内壁通过如下方式具有双重功能，即一方面所述壳体作为用于弹力的支座(Gegenlager)设置了稳定的边框并且另一方面规定了热源管或者说散热器管的引导流体的性能。所述弹簧元件322碰到所述管子的内侧面(或者说在使用下面的热源管的情况下碰到所述壳体内侧面)并且因此施加朝相邻的发电机元件并且朝其它的管子指向的压力。为了能够实现这一点，所使用的管子320、330的壁体是弹性的或者说是柔性的，以便能够就这样通过所述弹簧元件332将变形传递到处于外面的组件上。所述弹簧元件332在图4中仅仅象征性地示出；尤其可以使用优选沿着整根管子延伸的板簧、螺旋弹簧或者钢丝弹簧。此外，必要时可以设置弹簧元件，所述弹簧元件仅仅布置在所述管子的纵向区段中或者说作用于所述管子的纵向区段，其中在这种情况下设置了力分配元件，以便将弹力基本上均匀地分配到所述管子320、330的管壁内侧上。这样的弹力传递元件或者说用于对力施加进行均勻化处理的元件可以由一个缸套(Zylindermantel)的两个半部构成,在所述两个半部之间布置有所述弹簧元件。但是根据管壁的设计方案，所述半部承担了力施加的均匀化处理的任务。图4的示图以及图I至3的示图仅仅是象征性的示图并且不按比例示出，当所述管壁实施为柔性的或者有弹性的结构时，所述示图尤其关于管壁的厚度是象征性的示图并且不按比例示出。通常所述热源管和散热器管形成具有矩形的横截面、尤其具有拥有较高的长宽比的横截面的通道。通过较高的长宽比(相当于宽度比高度)能够实现这一点，即所述管子与较小的体积相比设置了较高的外表面或者说内表面。所述管子优选彼此平行地延伸并且可以在其高度并且在其宽度方面并排地排成行。所述发电机元件尤其沿垂直于发电机的延伸方向的方向堆在管子之间。但是，所述发电机元件也可以沿发电机的横向延伸设置在所述管子之间。优选所述发电机元件通过传热的元件、比如借助于具有良好导热性能的层耦合到所述热源管或者散热器管的外表面上。优选该层构造为电气绝缘的结构，从而提供比如像陶瓷、A1203、A1N、滑石(Steatit)、镁橄榄石(Fosterit)、搪瓷(Emaille)或者类似的材料。如果所述具有良好导热性能的层没有完全电气绝缘，那就使用另一个电气绝缘的、优选具有微小的厚度的元件，以便附加地设置电气绝缘。如在图4中所示的，各个发电机元件或者说其在热电方面活性的本体通过接触层(比如印制导线)仅仅通过热连接的元件、比如电气绝缘的并且导热的层热连接到所述管子的外壁上。在图4中示出了，所有管子、也就是说所有热源管及散热器管本身承载有弹簧元件322、332。但是这可以仅仅涉及到所述管子中的几个，比如仅仅涉及散热器管或者仅仅涉及热源管，但是其中不必所有同类管子都承载有弹簧元件。所述弹簧元件尤其不仅仅设置 在直接与所述壳体邻接的管子中，而是也设置在处于所述发电机的内部并且不直接与所述壳体邻接的散热器管或者热源管中。由此产生夹紧作用，该夹紧作用的原因不仅作用在所述发电机的外边缘中、尤其作用在直接与所述壳体邻接的边缘中，而且这种夹紧作用也从所述堆的内部起作用。由此产生所述管子与发电机元件之间的更坚固的、耐振的并且更均匀的挤压作用。
权利要求
1.具有壳体(50)的热电发电机,在所述壳体中布置有至少一个热源管(20)、至少一个散热器管(30)和至少一个设置在所述热源管与所述散热器管之间的发电机元件(10)，其特征在于，在所述壳体中设置有预张紧支承装置(40 ；136 ；242 ;322、332)，所述预张紧支承装置设置了弹力，在此直接向所述管子(20、30)中的至少一部分施加所述弹力并且利用所述弹力将所述管子相互预张紧，并且所述弹力将所述管子(20、30)以及位于所述管子之间的发电机元件(10)压紧，其中所述壳体(50)的内侧面设置了用于所述预张紧支承装置的支架，向所述支架施加所述预张紧支承装置的弹力的反作用力。
2.按权利要求I所述的热电发电机，其中所述预张紧支承装置包括两块底板(40)，所述底板与所述壳体固定地连接，其中所述管子(20、30)根据长度夹紧在所述底板的朝向管 子并且具有微观结构或者宏观结构的表面之间，所述微观结构或者宏观结构与所述管子的端面形成具有所限定的最大附着力的传力配合连接，或者通过所限定的最大径向力形成能够脱开的形状配合连接，并且其中所述预张紧支承装置通过所述底板、所述底板的表面以及所述管子(20、30)的端面来形成。
3.按权利要求2所述的热电发电机，其中所述底板(40)、管子(20、30)或者这二者由至少具有微小弹性的材料构成，其中最大附着力和最大径向力通过所述弹性的材料的弹性并且通过所述微观结构或者宏观结构的高度来限定；所述预张紧支承装置利用两个自由度沿着相应地沿着所述表面延伸的方向来支承所述管子，并且所述预张紧支承装置也沿着所述方向产生预应力，在此向所述管子施加所述预应力并且所述预应力由所述底板或者说管子的弹性来产生。
4.按权利要求2或3所述的热电发电机，其中所述表面或者所述底板(40)本身作为宏观结构具有波纹轮廓或者栅格(Rasterung)，所述波纹轮廓或者栅格沿着至少两个沿着所述表面的方向具有重复的凸起或者凹部。
5.按权利要求I所述的热电发电机，其中所述预张紧支承装置包括弹簧元件(242；322、332)，所述弹簧元件在所述散热器管内部或者在所述热源管内部在预应力下布置在所述管子中，其中所述弹簧元件(242 ;322、332)的预应力在径向上向内侧面外作用到所述管子(220、230 ;320、330)的内侧面的对置的区段上，并且在其中设置有所述弹簧元件的管子构造为弹性的，以便将所述预应力传递到相邻的管子上，或者其中所述弹簧元件(136)布置在多个散热器管或者热源管的端部区段之间，所述端部区段沿所述管子的纵向延长部或者横向延长部超过所述热源管或者说散热器管伸出，其中所述弹簧元件的预应力朝对置的端部区段挤压。
6.按权利要求5所述的热电发电机，其中所述弹簧元件(242;322、332)布置在所述散热器管或者热源管的内部，并且所述弹簧元件布置在所述管子中，所述管子的弹性的设计方案通过所述管子的壁厚或者材料的设计方案来设置，所述管子的壁厚及材料的设计方案能够使所述管子在其横截面中通过所述弹簧元件发生改变，其中所述弹簧元件具有一种让流体通过的结构，所述弹簧元件通过在所述管子中预张紧的板簧或者钢丝弹簧(322、332)来设置或者所述弹簧元件通过在所述管子中预张紧的金属泡沫(242 )来设置。
7.按权利要求5所述的热电发电机，其中所述弹簧元件(136)设置在所述管子的端部区段之间，并且所述弹簧元件通过沿其纵向方向有弹性的总管的区段来设置，所述总管使多个形成端部区段的管子(130)彼此以流体连通的形式连接，其中所述弹性的总管在所述端部区段之间设置了预应力。
8.按前述权利要求中任一项所述的热电发电机，其中所述散热器管或者热源管在其端部区段上彼此通过柔性的总管(136)以流体连通的形式相连接，所述柔性的总管基本上没有将力施加到所述管子上，并且所述预张紧支承装置的弹力基本上将全部预应力设置在所述管子之间。
9.按前述权利要求中任一项所述的热电发电机，其此外包括导流机构(42)，所述导流机构布置在所述管子的端面上并且其内侧面朝向所述管子变细，其中在所述端面中的至少一个上在所述壳体的内部设置集流室，所述集流室与所述发电机的所有热源管或者与所述发电机的所有散热器管处于流体接触之中，其中在所述集流室(70)与所述管子的端面之间设置了所述导流机构。
10.用于制造热电发电机的方法，具有以下步骤将至少一个热源管(20)、至少一个散热器管(30)和至少一个发电机元件(10)装入到壳体(50)中，其特征在于，此外在所述壳体中布置有预张紧支承装置(40 ；136 ；242 ;322、332)，所述预张紧支承装置产生用于施加预应力的弹力，利用所述预应力直接将所述管子(20、30)彼此预张紧并且所述管子将位于所述管子之间的发电机元件(10)压紧，其中将所述管子夹紧到所述预张紧支承装置(40)中或者将所述预张紧支承装置夹紧到所述管子中，并且通过所述壳体(50)的内侧面来向所述管子施加力，所述预张紧支承装置通过所述壳体得到支撑。
全文摘要
本发明涉及一种具有壳体的热电发电机，在所述壳体中布置有至少一个热源管、至少一个散热器管和至少一个设置在所述热源管与所述散热器管之间的发电机元件，其特征在于，在所述壳体中设置有预张紧支承装置，所述预张紧支承装置设置了弹力，在此直接向所述管子中的至少一部分施加所述弹力并且利用所述弹力将所述管子相互预张紧，并且所述弹力将所述管子以及位于所述管子之间的发电机元件压紧，其中所述壳体的内侧面设置了用于所述预张紧支承装置的支架，向所述支架施加所述预张紧支承装置的弹力的反作用力。此外，本发明涉及一种用于制造热电发电机的方法。将至少一个热源管、至少一个散热器管和至少一个发电机元件装入到壳体中。此外在所述壳体中布置有预张紧支承装置，所述预张紧支承装置产生用于施加预应力的弹力，利用所述预应力直接将所述管子彼此预张紧并且所述管子将位于所述管子之间的发电机元件压紧，其中将所述管子夹紧到所述预张紧支承装置中或者将所述预张紧支承装置夹紧到所述管子中，并且通过所述壳体的内侧面来向所述管子施加力，所述预张紧支承装置通过所述壳体得到支撑。
文档编号F01N5/02GK102725491SQ201080063033
公开日2012年10月10日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年2月3日
发明者F.费尔滕, F.韦茨尔, I.克林, M.克内, M.布罗萨, M.施密特, P.格拉泽, W.齐格勒 申请人:罗伯特·博世有限公司