TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT Strom n- & p- dotierte Halbleiter generierte Spannung Heißseite (Wärmequelle) n p Kaltseite (Wärmesenke) Bild 1: Funktionsprinzip eines TEG Bild: Y. Miyazaki et al, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 50, p. 035804, 2011 big wei ter ge nutzt werden soll. In Bild 2 ist das Prin zip des Energie wandlers dargestellt. Folgende Entwicklungsschwerpunkte sind zu nennen : • Entwicklung eines IsothermTransformators, der dadurch gekenn zeichnet ist, dass er in sta tionäre Tem pe ratur ver hält nisse und ein hohes Tem pe ratur niveau auf der Pro zess seite in eine nahe zu kon stante Tem pe ra tur mit an ge passtem Tem peratur ni veau auf der TEGSeite um wan delt. Hier zu wur den verschie dene Va ri anten mög licher Iso thermTrans for ma toren kon zi piert, ent wickelt und ver gleichend ge gen über ge stellt. Die tech nisch und wirt schaft lich aus sichts reichsten Varianten wur den dann als Demon strator gebaut, in Ver suchen zu sammen mit TEG ge testet und bewertet. • Steigerung des Systemwirkungsgrads durch Optimierung des ther mischen Wider stands in den TEGKontakt stellen. Sowohl ein zu hoher als auch ein zu nie driger ther mischer Wider stand führt zu deut lichen Ver schlech terungen der Ener gie aus nutzung, da ent weder die Wär me nicht voll ständig ge nutzt wird, oder die Tem pe ratur diff erenz zu sammenbricht und das Kühl sys tem deut lich größer als not wen dig aus gelegt werden muss. • Entwicklung eines leistungs starken und kosten günstigen Kühl sys tems für die Kaltseite der TEG. • Entwicklung und Realisierung eines Anbindungskonzepts des TEGKühl sys tems an das betriebliche Kühl sys tem, mit dem Ziel eines minimalen Energieeigenverbrauchs. Bild 2: Prinzip des Energiewandlers Bild: Autoren Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, wurde der Ener gie wandler wie folgt aufgebaut (Bild 3): Als Unterteil wird ein aus Kupfer gefertigter „Iso therm transfor mator“ ein gesetzt, dessen Unterseite schwarz be schichtet ist und als Ab sor ber fungiert. Über den Ab sor ber wird die Strahlungswärme der abkühlenden Schmiedeteile auf ge nommen. Das Innere des Iso therm trans for mators ist mit Zinn gefüllt, wo durch zwei Zie le er reicht wer den sol len. Zum ei nen soll das Zinn als latenter Wärme puff er die nen und kur ze Pro zessunter bre chung en aus gleichen. Diese Funk tion steht im Tempe ra tur be reich des Phasen über gangs (fest → fl üssig, zirka 232 °C) zur Verfügung. Zum anderen soll durch den Ein satz von Zinn und Kupfer ein möglichst guter örtlicher Wärme aus gleich statt fi n den. Um den Wärme über gang vom Zinn auf die Oberseite des Iso therm trans for ma tors zu ver bessern, wur den große Wärme über tragungs fl ächen vorgesehen. Auf der Oberseite des Isothermtransformators werden fünf Arrays mit je zehn TEG in stal liert. Über den TEG wer den zur Kühlung handels übliche Wasser kühler platziert. Eine gute Kontaktie rung zwischen TEG und Heiß sei te so wie zwischen TEG und Kalt seite ist für einen ef zienten Betrieb der Ge ne ra toren not wen dig. Hier zu wur den die TEG gegen Heiß und Kalt seite durch pneumatische Druck kissen an ge drückt, die mit 8 bar be auf schlagt wer den kön nen. Um den Druck auf die TEG aufbringen zu kön nen, wur de der Iso therm trans for mator in eine „Auf nahme“ ge stellt und über den Druck kis sen ein Schwerlast gitt er in stalliert. Auf nahme und Schwer last gitt er wur den mit ein ander ver schraubt. Jeder der fünf TEGArrays wur de mit einem MicroWechsel richter ver drah tet. Der er zeugte Strom 58 massivUMFORMUNG | MÄRZ 2016
massivUMFORMUNG Maerz 2016
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