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DE102007063168A1 - Thermoelectric module for thermoelectric generator to produce electrical energy, has insulating layer sections that are separated from one another, where insulating layer electrically insulates electric guide elements from heat source - Google Patents

Thermoelectric module for thermoelectric generator to produce electrical energy, has insulating layer sections that are separated from one another, where insulating layer electrically insulates electric guide elements from heat source

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Publication number
DE102007063168A1
DE102007063168A1 DE200710063168 DE102007063168A DE102007063168A1 DE 102007063168 A1 DE102007063168 A1 DE 102007063168A1 DE 200710063168 DE200710063168 DE 200710063168 DE 102007063168 A DE102007063168 A DE 102007063168A DE 102007063168 A1 DE102007063168 A1 DE 102007063168A1
Authority
DE
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
layer
insulating
elements
electric
guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200710063168
Other languages
German (de)
Inventor
Cornelius Ferrari
Christian Häfele
Gabriele Dr. Karpinski
Wolf Eckhard Dr. Müller
Rainer Dr. Richter
Christian Stiewe
Peter Dr. Treffinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt eV
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date

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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L35/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. exhibiting Seebeck or Peltier effect with or without other thermoelectric effects or thermomagnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L35/28Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. exhibiting Seebeck or Peltier effect with or without other thermoelectric effects or thermomagnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof operating with Peltier or Seebeck effect only
    • H01L35/32Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. exhibiting Seebeck or Peltier effect with or without other thermoelectric effects or thermomagnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof operating with Peltier or Seebeck effect only characterised by the structure or configuration of the cell or thermo-couple forming the device including details about, e.g., housing, insulation, geometry, module
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/16Energy recuperation from low temperature heat sources of the ICE to produce additional power

Abstract

The module (10) has electric guide elements (28, 34) arranged in different positions (26, 32), respectively, where the position (32) is at a distance from the position (26). A set of thermoelectric elements (30) is arranged between the positions, and an insulating layer (22) electrically insulates the electric guide elements (28) relative to a heat source (12) formed by a waste gas system of a combustion engine or the electric guide elements (34) relative to a heat sink. The insulating layer comprises insulating layer sections (24) that are separated from one another. The insulating layer sections of the insulating layer are composed of a ceramic material, alumina, or aluminum nitride.

Description

  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Modul, mit in einer ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelementen, mit in einer zweiten, zur ersten Lage beabstandeten Lage angeordneten elektrischen Leitelementen, mit einer zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordneten Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen, und mit mindestens einer Isolierschicht, mittels welcher die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmequelle oder die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isolierbar sind. The present invention relates to a thermoelectric module having disposed in a first position electrical conducting elements, having arranged in a second, spaced apart from the first location position the electrical conducting elements, having disposed between the first layer and the second layer of the plurality of thermoelectric elements and at least an insulating layer, by means of which arranged in the first layer electric conducting elements are electrically insulated relative to a heat source or arranged in the second layer of electrical conducting elements relative to a heat sink.
  • [0002] [0002]
    Die Erfindung betrifft ferner einen thermoelektrischen Generator mit mindestens einem thermoelektrischen Modul der eingangs genannten Art, wobei mittels der mindestens einen Isolierschicht die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmequelle oder die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isoliert sind. The invention further relates to a thermoelectric generator having at least one thermoelectric module of the aforementioned type, wherein arranged in the first position the electrical conducting elements is electrically insulated by means of the at least one insulating layer relative to a heat source or arranged in the second layer of electrical conducting elements relative to a heat sink are.
  • [0003] [0003]
    Ein solcher thermoelektrischer Generator und ein eingangs genanntes thermoelektrisches Modul sind in der Such a thermoelectric generator and an aforementioned thermoelectric module are in the US 6,028,623 US 6,028,623 offenbart. disclosed.
  • [0004] [0004]
    Mit einem thermoelektrischen Generator kann eine elektrische Leistung erzeugt werden, indem Wärme aus einer Wärmequelle über die thermoelektrischen Elemente einer Wärmesenke zugeführt wird. With a thermoelectric generator, an electric power can be generated by heat supplied from a heat source through the thermoelectric elements a heat sink. Die an elektrischen Anschlüssen eines thermoelektrischen Moduls abgreifbare Spannung ist ua abhängig von den für die thermoelektrischen Elemente verwendeten Materialien und von der über den thermoelektrischen Elementen anliegenden Temperaturdifferenz. The tapped off at electrical terminals of a thermoelectric module voltage is dependent inter alia on adjacent from those used for the thermoelectric elements and materials from the higher the thermoelectric elements temperature difference.
  • [0005] [0005]
    Üblicherweise werden jeweils zwei thermoelektrische Elemente eines Moduls zu einem Paar zusammengefasst. Typically, two thermoelectric elements of a module are combined into a pair, respectively. Ein erstes thermoelektrisches Element eines solchen Paars weist ein positiv dotiertes Material auf, ein zweites thermoelektrisches Element eines solchen Paars weist ein negativ dotiertes Material auf. A first thermoelectric element of such pair has a positively doped material, a second thermoelectric element of such pair comprises a negatively doped material. Eine an einem Paar thermoelektrischer Elemente abgreifbare Spannung ist relativ klein. A tapped off to a pair of thermoelectric elements voltage is relatively small. Daher wird üblicherweise eine Mehrzahl von Paaren miteinander in Serie geschaltet, um die über diesen Paaren abgreifbare Spannung zu erhöhen. Therefore, a plurality of pairs is commonly connected to each other in series to increase the tapped off via these pairs voltage. Unterschiedliche Paare thermoelektrischer Elemente und/oder unterschiedliche Gruppen mit miteinander in Serie geschalteten Paaren können zur Einstellung einer Strom-Spannungs-Charakteristik eines thermoelektrischen Moduls oder mehrerer thermoelektrischer Module auch parallel geschaltet werden. Different pairs of thermoelectric elements and / or different groups with each other and connected in series pairs can also be connected in parallel to adjust a current-voltage characteristic of a thermoelectric module or more thermoelectric modules.
  • [0006] [0006]
    Um einen Wärmestrom durch einen thermoelektrischen Generator zu leiten, wird ein guter Wärmekontakt des thermoelektrischen Moduls zu der Wärmequelle und/oder zu der Wärmesenke angestrebt. In order to conduct a heat flow through a thermoelectric generator, a good thermal contact of the thermoelectric module is aimed to the heat source and / or to the heat sink. Andererseits muss ein elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Leitelementen einer Lage des thermoelektrischen Moduls und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke vermieden werden. On the other hand, an electrical contact between the electrical conductor elements of a layer of the thermoelectric module and the heat source or the heat sink must be avoided. Daher werden Isolierschichten verwendet, welche eine gute Wärmeleitung von der Wärmequelle hin zu der ersten Lage und/oder von der zweiten Lage hin zu der Wärmesenke ermöglichen, hierbei jedoch die elektrischen Leitelemente relativ zu der Wärmequelle bzw. zu der Wärmesenke elektrisch isolieren. Therefore, insulating layers are used, which allow a good heat conduction from the heat source toward the first position and / or from the second position toward the heat sink, but in this case electrically insulating the electrical conducting elements relative to the heat source or to the heat sink.
  • [0007] [0007]
    Thermoelektrische Generatoren haben den Vorteil, dass sie verschleißfrei arbeiten, da sie keine bewegten Bauteile aufweisen. Thermoelectric generators is that they are non-wearing, since they have no moving parts the advantage. Nachteilig ist jedoch, dass die thermoelektrischen Generatoren einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad aufweisen und dass für einen guten Wärmekontakt der einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators Raum greifende und schwere Vorrichtungen erforderlich sind, welche die einzelnen Lagen bzw. Schichten gegeneinander verspannen. However, a disadvantage is that the thermoelectric generators have a comparatively low efficiency and that cross for good thermal contact of the individual layers or plies of the thermoelectric generator space and heavy devices are required, which clamp the individual sheets or layers against each other. Erschwerend kommt hinzu, dass sich ein thermoelektrischer Generator während des Betriebs in Abhängigkeit von der anliegenden Temperaturdifferenz ausdehnt. To make matters worse, that a thermoelectric generator expands during operation in function of the applied temperature difference. Die Vorrichtungen, mit denen die einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators miteinander verspannt werden, müssen also eine Kompensation dieser thermisch bedingten Ausdehnungen erlauben. The devices with which the individual layers or plies of the thermoelectric generator are clamped together, that must allow for a compensation of these thermally induced expansions.
  • [0008] [0008]
    Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein thermoelektrisches Modul und einen thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen guten Wirkungsgrad, eine kompakte Bauweise und einen möglichst spannungsfreien Betrieb eines thermoelektrischen Generators ermöglichen. On this basis, the present invention has for its object to provide a thermoelectric module and a thermoelectric generator of the aforementioned kind, which allow a good efficiency, a compact design and a voltage-free operation of a thermoelectric generator.
  • [0009] [0009]
    Diese Aufgabe wird bei einem thermoelektrischen Modul und bei einem thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die mindestens eine Isolierschicht eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten umfasst, welche voneinander getrennt sind. This object is achieved with a thermoelectric module, and a thermoelectric generator of the aforementioned type, the at least one insulating layer comprises a plurality of Isolierschichtabschnitten which are separated from each other.
  • [0010] [0010]
    Mit Hilfe der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten können kleinflächige Verbindungselemente zwischen einer Wärmequelle und der ersten Lage des thermoelektrischen Moduls und/oder zwischen einer Wärmesenke und der zweiten Lage des thermoelektrischen Moduls geschaffen werden. With the help of the plurality of small-area Isolierschichtabschnitten connecting elements between a heat source and the first layer of the thermoelectric module and / or between a heat sink and the second layer of the thermoelectric module can be provided. Durch die Auftrennung oder Segmentierung einer großflächigen elektrischen Isolierschicht in eine Mehrzahl kleinflächiger Isolierschichtabschnitte ist es möglich, die durch eine Erwärmung des thermoelektrischen Generators und des thermoelektrischen Moduls auftretenden thermomechanischen Spannungen zwischen einzelnen Lagen und/oder Schichten des Moduls und des Generators zu verringern. Due to the separation or segmentation of a large electrical insulating layer in a plurality of small-area Isolierschichtabschnitte it is possible to reduce the occurring by heating the thermoelectric generator and the thermoelectric module thermomechanical stresses between the individual layers and / or layers of the module and of the generator. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn aneinander angrenzende Bauteile des Moduls, beispielsweise die elektrischen Leitelemente der ersten Lage und mindestens ein Isolierschichtabschnitt, aus Materialien mit voneinander stark abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. This is particularly advantageous when adjacent components of the module, for example, the electrical conducting elements of the first layer and at least one Isolierschichtabschnitt, are made of materials having mutually different coefficients of thermal expansion greatly.
  • [0011] [0011]
    Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das thermoelektrische Modul bzw. der thermoelektrische Generator lediglich eine Isolierschicht mit voneinander getrennten Isolierschichtabschnitten aufweist. In the present invention, it is possible that the thermoelectric module and the thermoelectric generator has only an insulating layer having separate Isolierschichtabschnitten. Eine solche Isolierschicht kann eine elektrische Isolierung gegenüber einer Wärmequelle oder gegenüber einer Wärmesenke ermöglichen. Such an insulating layer can provide electrical insulation with respect to a heat source or to a heat sink. Vorteilhaft ist es, wenn der thermoelektrische Generator jeweils eine Isolierschicht zur Isolierung gegenüber einer Wärmequelle und gegenüber einer Wärmesenke aufweist. It is advantageous when the thermoelectric generator comprises a respective insulating layer for isolation from a heat source and to a heat sink.
  • [0012] [0012]
    Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens einem Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten genau ein thermoelektrisches Element zugeordnet. According to an advantageous embodiment of the invention at least one of the plurality of Isolierschichtabschnitt Isolierschichtabschnitten is assigned to a thermoelectric element. Dies ermöglicht eine weitestgehend vollständige Vermeidung von thermomechanisch bedingten Spannungen zwi schen den zueinander benachbarten Schichten des Moduls und/oder des Generators. This allows for almost complete avoidance of thermo-mechanically induced stresses Zvi rule the mutually adjacent layers of the module and / or the generator.
  • [0013] [0013]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn die Anzahl der Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht gleich der Anzahl der thermoelektrischen Elemente ist. It is particularly preferred if the number of Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer is equal to the number of the thermoelectric elements. Hierdurch ist es möglich, jedem thermoelektrischen Element des Moduls genau einen Isolierschichtabschnitt zuzuordnen. This makes it possible to assign to each thermoelectric element of the module is exactly one Isolierschichtabschnitt. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem thermoelektrischen Modul, dessen thermoelektrische Elemente über eine größere Fläche verteilt sind. This is particularly advantageous in a thermoelectric module, the thermoelectric elements are distributed over a larger area. Bei einem solchen Modul können thermomechanische Spannungen sogar dann unterbunden werden, wenn über dieser Fläche ein Temperaturgefälle anliegt. In such a module thermomechanical stresses can be even inhibited when applied across this surface, a temperature gradient.
  • [0014] [0014]
    Günstig ist es ferner, wenn mindestens einem Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten mindestens zwei thermoelektrische Elemente zugeordnet sind. It is also favorable, if at least one of the plurality of Isolierschichtabschnitt Isolierschichtabschnitten are assigned to at least two thermoelectric elements. Hierdurch kann die Anzahl der bereitzustellenden Isolierschichtabschnitte verringert werden, wodurch sich der Aufbau des Moduls vereinfacht. This can reduce the number of which Isolierschichtabschnitte, thereby simplifying the structure of the module simplified.
  • [0015] [0015]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn zwei Isolierschichtabschnitten genau ein elektrisches Leitelement zugeordnet ist. It is particularly preferred if two Isolierschichtabschnitten is assigned to an electrical conducting element is. Hierdurch ist es möglich, dass die üblicherweise aus einem metallischen Material hergestellten elektrischen Leitelemente sich stark ausdehnen können und dabei trotzdem in einem großflächigen Kontakt mit zwei voneinander getrennten Isolierschichtabschnitten stehen können, ohne dass erhöhte thermomechanische Spannungen auftreten. This makes it possible that the electrical conducting elements typically made of a metallic material may expand greatly and thereby may nevertheless be in a large-area contact with two separate Isolierschichtabschnitten occur without increased thermomechanical stresses.
  • [0016] [0016]
    Günstig ist es ferner, wenn mindestens einem Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten mindestens zwei elektrische Leit elemente zugeordnet sind. It is also favorable, if at least one of the plurality of Isolierschichtabschnitt Isolierschichtabschnitten at least two electrical conductivity elements are assigned. Hierdurch kann der Aufbau des Moduls vereinfacht werden. Thereby, the construction of the module can be simplified.
  • [0017] [0017]
    Bevorzugt ist es, wenn mindestens ein Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten eine den thermoelektrischen Elementen zugewandte Kontaktfläche aufweist. It is preferred if at least one of the plurality of Isolierschichtabschnitt Isolierschichtabschnitten having a surface facing the thermoelectric elements contact surface. Diese Kontaktfläche ermöglicht einen guten Wärmeübergang von dem Isolierschichtabschnitt hin zu einem elektrischen Leitelement. This contact surface allows a good heat transfer from the Isolierschichtabschnitt towards an electrical conductive element. Hierdurch kann ein Wärmestrom in effektiver Weise von der Wärmequelle den thermoelektrischen Elementen zugeleitet und/oder von den thermoelektrischen Elementen über ein elektrisches Leitelement einer Wärmesenke zugeleitet werden. This allows supplied from the heat source to the thermoelectric elements and / or be supplied from the thermoelectric elements through an electrical conducting element of a heat sink, a heat flow in an effective way.
  • [0018] [0018]
    Vorzugsweise ist die Kontaktfläche mindestens so groß wie ein zu der Kontaktfläche paralleler Querschnitt mindestens eines thermoelektrischen Elements. Preferably, the contact surface is at least as large as a parallel to the contact surface cross-section of at least one thermoelectric element. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Trennung der Isolierschicht in eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitte keinen negativen Einfluss auf den Wärmeübergang zwischen einer Wärmequelle und den thermoelektrischen Elementen und/oder den thermoelektrischen Elementen und der Wärmesenke hat. This ensures that the separation of the insulating layer into a plurality of Isolierschichtabschnitte has no negative influence on the heat transfer between a heat source and the thermoelectric elements and / or the thermoelectric elements and the heat sink.
  • [0019] [0019]
    Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten eine den thermoelektrischen Elementen zugewandte, rechteckförmige, insbesondere quadratische Kontaktfläche auf. In a further embodiment of the invention, a surface facing the thermoelectric elements, rectangular, at least one of the plurality of Isolierschichtabschnitt Isolierschichtabschnitten, in particular square contact surface. Solche Kontaktflächen eignen sich besonders gut für im Querschnitt quadratische thermoelektrische Elemente. Such contact surfaces are particularly suitable for square in cross section thermoelectric elements.
  • [0020] [0020]
    Bevorzugt ist es, wenn die Kontaktfläche mindestens 0,1 mm 2 groß ist. It is preferred if the contact area is at least 0.1 mm 2 is large. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Kontaktfläche maximal 600 mm 2 groß ist. Furthermore, it is preferred if the contact area a maximum of 600 mm 2 is large.
  • [0021] [0021]
    Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Kontaktfläche maximal 400 mm 2 groß ist. In particular, it is preferable that the contact area a maximum of 400 mm 2 is large. Kontaktflächen mit den genannten Größen ermöglichen einerseits eine gute Wärmeübertragung und tragen andererseits zu einer effektiven Vermeidung von thermomechanischen Spannungen des Moduls bei. Contact surfaces with these sizes allow one hand, a good heat transfer and wear on the other hand to the effective prevention of thermomechanical stresses of the module.
  • [0022] [0022]
    Günstig ist es, wenn mindestens ein Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten eine den thermoelektrischen Elementen abgewandte Fläche zur Kontaktierung einer Wärmequelle oder einer Wärmesenke aufweist, um einen guten Wärmeübergang zwischen der Isolierschicht und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke zu ermöglichen. It is advantageous if at least one Isolierschichtabschnitt the plurality of Isolierschichtabschnitten having an opposite to the thermoelectric elements surface for contacting a heat source or a heat sink to allow a good heat transfer between the insulating layer and the heat source or the heat sink.
  • [0023] [0023]
    Vorteilhaft ist es, wenn zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht unmittelbar aneinander anliegen. when two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer lie directly on one another is advantageous. Dies bedeutet, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte "auf Stoß" aneinander angrenzen. This means that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte "butt" adjacent to each other. Hierdurch können die Wärme übertragenden Kontaktflächen der zueinander benachbarten Isolierschichtabschnitte maximiert werden. In this way, the heat-transferring contact surfaces of mutually adjacent Isolierschichtabschnitte can be maximized.
  • [0024] [0024]
    Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht relativ zueinander beabstandet sind. According to a further advantageous embodiment of the invention it is provided that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte of spaced at least one insulating layer relative to each other. Dieser Abstand kann wenige Mikrometer, beispielsweise 50 μm oder auch mindestens 1 mm betragen, so dass sich zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte relativ zueinander ausdehnen können. This distance may be a few microns, for example 50 microns or at least 1 mm, so that mutually adjacent Isolierschichtabschnitte can extend relative to each other.
  • [0025] [0025]
    Bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Isolierschicht eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 0,5 μm und 500 μm beträgt. It is preferred if the at least one insulating layer having a Isolierschichtstärke which is between 0.5 .mu.m and 500 .mu.m. Diese geringen Schichtstärken ermöglichen einen besonders gute Wärmeleitung. These thin layers allow a particularly good heat conduction.
  • [0026] [0026]
    Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Isolierschicht eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 10 μm und 2 mm beträgt. According to a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the at least one insulating layer having a Isolierschichtstärke which is between 10 .mu.m and 2 mm. Hierdurch kann eine mechanisch stabile, insbesondere freitragende Isolierschicht bereitgestellt werden. It can hereby be provided a mechanically stable, in particular self-supporting insulating layer.
  • [0027] [0027]
    Vorteilhaft ist es, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht aus einem keramischen Material hergestellt sind. , when the Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer are made of a ceramic material is advantageous. Ein solches Material weist eine hohe Wärmebeständigkeit auf. Such a material has a high heat resistance.
  • [0028] [0028]
    Ferner ist es bevorzugt, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht Aluminiumoxid umfassen. Further, it is preferred if the Isolierschichtabschnitte comprise at least one insulating layer of aluminum oxide. Hierdurch kann ein guter elektrischer Isolator bereitgestellt werden. This can provided a good electrical insulator.
  • [0029] [0029]
    Ferner ist es bevorzugt, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht Aluminiumnitrid umfassen. Further, it is preferred that at least include the Isolierschichtabschnitte of an insulating layer of aluminum nitride. Aluminiumnitrid weist eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit auf. Aluminum nitride has a very good thermal conductivity.
  • [0030] [0030]
    Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente kraftschlüssig miteinander verbunden. According to an advantageous embodiment of the invention, the Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer and the electrical conducting elements to be isolated are frictionally connected to each other. Auf diese Weise kann ein guter Wärmeübergang zwischen den Isolierschichtabschnitten und den zu isolierenden elektrischen Leitelementen geschaffen werden. In this way, a good heat transfer between the Isolierschichtabschnitten and electrical insulating to conductive elements can be created.
  • [0031] [0031]
    Für einen besonders guten Wärmeübergang wird vorgeschlagen, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten der mindestens einen Isolierschicht und den zu isolierenden elektrischen Leitelementen eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist. For a particularly good heat transfer is proposed that the one insulating layer and the electrical conducting elements to an additional insulating heat conduction layer is arranged between the at least Isolierschichtabschnitten. Zur Herstellung der Wärmeleitschicht kann beispielsweise eine Wärmeleitpaste verwendet werden. To produce the heat conducting layer a thermally conductive paste can be used for example.
  • [0032] [0032]
    Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente stoffschlüssig miteinander verbunden sind. According to a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer and the electrical conducting elements to be isolated are bonded to each other. Dies ermöglicht einen optimalen Wärmeübergang. This allows an optimal heat transfer. Darüber hinaus ist es gegebenenfalls auch möglich, auf Spannvorrichtungen, welche einzelne Lagen und/oder Schichten des Moduls und/oder des Generators gegeneinander verspannen, zu verzichten. Moreover, it is optionally also possible to clamping devices which individual layers and / or layers of the module and / or the generator braced against each other to dispense. Hierdurch können das Gewicht und der Bauraum eines thermoelektrischen Generators wesentlich reduziert werden. In this way the weight and the installation space of a thermoelectric generator can be substantially reduced. Zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eignen sich die Fügeverfahren Kleben, Löten oder Schweißen besonders gut. To produce a material connection to the joining process of gluing, soldering or welding are particularly suitable.
  • [0033] [0033]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht durch ein Beschichtungsverfahren auf die zu isolierenden elektrischen Leitelemente aufgebracht sind. It is particularly preferred if the Isolierschichtabschnitte an insulating layer are applied by a coating method to be insulated electrical conducting elements is at least. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung von Isolierschichtabschnitten mit einer niedrigen Schichtstärke und eine zuverlässige Befestigung der Isolierschichtabschnitte der Isolierschicht an den zu isolierenden elektrischen Leitelementen. This allows easy manufacture of Isolierschichtabschnitten with a low layer thickness and a reliable fastening of the insulation Isolierschichtabschnitte to be insulated electrically conductive elements.
  • [0034] [0034]
    Im Rahmen der Erfindung ist jede der vorstehend unter Bezugnahme auf die Ansprüche 1 bis 25 beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Moduls mit einem erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generator gemäß Anspruch 26 kombinierbar. In the invention, each of the above is combined with reference to the claims 1 to 25 described embodiments of the thermoelectric module of the invention with an inventive thermoelectric generator according to claim 26th
  • [0035] [0035]
    Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators sind die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht des thermoelektrischen Moduls und die Wärmequelle kraftschlüssig miteinander verbunden. According to a development of the thermoelectric generator according to the invention the Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer of the thermoelectric module and the heat source are positively connected with each other. Hierdurch kann ein guter Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle und der mindestens einen Isolierschicht hergestellt werden. This can made a good heat transfer between the heat source and the at least one insulating layer.
  • [0036] [0036]
    Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen den Isolierschichtabschnitten der mindestens einen Isolierschicht und der Wärmequelle eine zusätzliche Wärmeleitschicht, insbesondere unter Verwendung einer Wärmeleitpaste, angeordnet sein. To improve the heat transfer between the can Isolierschichtabschnitten the at least one insulating layer and the heat source, an additional heat conducting layer, in particular using a thermal grease may be disposed.
  • [0037] [0037]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht und die Wärmequelle stoffschlüssig miteinander verbunden sind. It is particularly preferred if the Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer and the heat source are bonded to each other is. Hierdurch kann ein optimaler Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle und der Isolierschicht bereitgestellt werden. This can provided an optimal heat transfer between the heat source and the insulating layer. Die Isolierschicht und die Wärmequelle können durch Löten, Kleben oder Schweißen miteinander verbunden werden. The insulating layer and the heat source can be connected together by soldering, gluing or welding.
  • [0038] [0038]
    Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wärmequelle aufgebracht sind. A preferred embodiment of the invention provides that the Isolierschichtabschnitte an insulating layer are applied by a coating process on the heat source of at least. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung von Isolierschichtabschnitten mit einer niedrigen Schichtstärke und eine zuverlässige Befestigung der Isolierschichtabschnitte der Isolierschicht an der Wärmequelle. This allows easy manufacture of Isolierschichtabschnitten with a low layer thickness and a reliable fastening of Isolierschichtabschnitte the insulating layer on the heat source.
  • [0039] [0039]
    Die vorstehend unter Bezugnahme auf die Unteransprüche 27 bis 30 beschriebenen Vorteile einzelner Ausgestaltungen zur Verbindung der Isolierschicht mit einer Wärmequelle ergeben sich sinngemäß auch bei entsprechender Ausgestaltung der Verbindung zwischen einer Isolierschicht und einer Wärmesenke. Those described above with reference to the dependent claims 27 to 30. Advantages of individual embodiments for the connection of the insulating layer with a heat source resulting mutatis mutandis, with an appropriate configuration of the connection between an insulating layer and a heat sink. Diese Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 31 bis 34 beschrieben. These embodiments are described in the subclaims 31 to 34.
  • [0040] [0040]
    Besonders bevorzugt ist es, wenn die Wärmequelle durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist, insbesondere durch ein Abgassystem des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. It is particularly preferred when the heat source is formed by an exhaust system of a discontinuously operating combustion means, in particular through an exhaust system of the internal combustion engine of a motor vehicle. Eine solche Wärmequelle kann beispielsweise einen Wärmeübertrager umfassen, in welchem das heiße Abgas eines Verbrennungsmotors geführt ist. Such a heat source may for example comprise a heat exchanger in which the hot exhaust gas of an internal combustion engine is guided. Dieser Wärmeübertrager überträgt die Wärme des Abgases hin zu der mindestens einen Isolierschicht des thermoelektrischen Moduls, welches eine elektrische Spannung bereitstellt. This heat exchanger transfers the heat of the exhaust gas toward the at least one insulating layer of the thermoelectric module, which provides an electrical voltage. Dies hat den Vorteil, dass die sonst ungenutzte Abwärme eines Kraftfahrzeugs genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen und in ein Bordnetz einzuspeisen. This has the advantage that the otherwise unused waste heat of a motor vehicle can be used to generate electricity and feed it into a vehicle electrical system. Somit kann der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht werden. Thus, the overall efficiency of the vehicle can be increased.
  • [0041] [0041]
    Ferner ist es bevorzugt, wenn die Wärmequelle durch ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist, beispielsweise durch ein Abgassystem einer Brennkammer oder eines Heizkessels insbesondere eines Kraftwerks. Further, it is preferred that the heat source is formed by an exhaust system of a continuous combustion device, for example through an exhaust system of a combustion chamber of a boiler or in particular of a power plant. Hierdurch kann der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks erhöht werden. In this way, the overall efficiency of a power plant can be increased.
  • [0042] [0042]
    Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Other features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings illustrating preferred embodiments.
  • [0043] [0043]
    In den Zeichnungen zeigen: In the drawings:
  • [0044] [0044]
    1 1 : eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators; Is a perspective view of an embodiment of a thermoelectric generator according to the invention;
  • [0045] [0045]
    2 2 : eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Isolierschicht eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators. Is a plan view of an embodiment of an insulating layer of a thermoelectric generator according to the invention.
  • [0046] [0046]
    Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Similar or functionally equivalent elements are designated in all the figures with the same references.
  • [0047] [0047]
    Eine Ausführungsform eines mit dem Bezugszeichen One embodiment of the reference mark 8 8th bezeichneten thermoelektrischen Generators ist in der designated thermoelectric generator is in the 1 1 dargestellt. shown. Der Generator the generator 8 8th umfasst eine insgesamt mit comprises a total of 12 12 bezeichnete Wärmequelle. Marked heat source. Die Wärmequelle The heat source 12 12 weist einen Wärmeübertrager has a heat exchanger 14 14 auf, mit einer umfangsseitig geschlossenen Heißgasführung on, with a circumferentially closed hot gas guide 16 16 zur Durchführung von Heißgas, beispielsweise dem Abgas eines Verbrennungsmotors. for carrying hot gas, such as the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • [0048] [0048]
    Die Heißgasführung The hot gas guidance 16 16 ist durch eine Wandung is defined by a wall 18 18 begrenzt. limited. Die Wandung the wall 18 18 kann insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt sein. may in particular be made of a metallic material.
  • [0049] [0049]
    Die Wandung the wall 18 18 weist auf einer der Heißgasführung has one of the hot gas guide 16 16 abgewandten Außenseite eine ebene Wandfläche Outer side facing away from a planar wall surface 20 20 auf. on. Die Wandfläche The wall surface 20 20 dient zur Anordnung eines insgesamt mit is used with the arrangement of a total of 10 10 bezeichneten thermoelektrischen Moduls oder einer Mehrzahl von Modulen designated thermoelectric module or a plurality of modules 10 10 . , Ein Modul a module 10 10 kann sich über einen Teilabschnitt der Wandfläche may extend over a section of the wall surface 20 20 oder auch über die gesamte Wandfläche or even over the entire wall surface 20 20 erstrecken. extend.
  • [0050] [0050]
    Das Modul The module 10 10 weist eine flächige Isolierschicht has a surface insulating layer 22 22 auf. on. Die Isolierschicht the insulating layer 22 22 ist in eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten is divided into a plurality of Isolierschichtabschnitten 24 24 segmentiert. segmented. Die einzelnen Isolierschichtabschnitte The individual Isolierschichtabschnitte 24 24 sind voneinander getrennt. are separated. Die Isolierschichtabschnitte the Isolierschichtabschnitte 24 24 sind auf der Wandfläche are on the wall surface 20 20 des Wärmeübertragers the heat exchanger 14 14 verteilt angeordnet. distributed.
  • [0051] [0051]
    Das Modul The module 10 10 weist ferner eine erste Lage further comprises a first layer 26 26 von elektrischen Leitelementen electrical conducting elements 28 28 auf. on. Die erste Lage The first layer 26 26 ist benachbart zu der Isolierschicht is adjacent to the insulating layer 22 22 angeordnet. arranged. Die elektrischen Leitelemente The electrical conducting elements 28 28 erstrecken sich in einer zu der Isolierschicht extending in a to the insulating 22 22 zumindest annähernd parallelen Ebene. at least approximately parallel plane.
  • [0052] [0052]
    Ferner umfasst das Modul Furthermore, the module comprises 10 10 eine Mehrzahl von mit with a plurality of 30 30 bezeichneten thermoelektrischen Elementen. designated thermoelectric elements. Die Elemente The Elements 30 30 sind zwischen der ersten Lage are between the first layer 26 26 und einer zweiten Lage and a second layer 32 32 des Generators of the generator 8 8th angeordnet. arranged. Die zweite Lage The second layer 32 32 umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Leitelementen includes a plurality of electrical conducting elements 34 34 . , Die elektrischen Leitelemente The electrical conducting elements 34 34 erstrecken sich in einer Ebene, welche zumindest annähernd parallel zu der Isolierschicht extending in a plane at least approximately parallel to the insulating layer 22 22 verläuft. runs.
  • [0053] [0053]
    In der In the 1 1 sind zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nur jeweils eine Teilmenge der Isolierschichtabschnitte are to improve clarity in each case only a subset of the Isolierschichtabschnitte 24 24 , der elektrischen Leitelemente , The electrical conducting elements 28 28 und and 34 34 sowie der thermoelektrischen Elemente as well as the thermoelectric elements 30 30 des Moduls of module 10 10 dargestellt. shown.
  • [0054] [0054]
    Die Isolierschichtabschnitte the Isolierschichtabschnitte 24 24 der Isolierschicht the insulating layer 22 22 weisen jeweils eine den thermoelektrischen Elementen each have an the thermoelectric elements 30 30 zugeordnete Kontaktfläche assigned contact surface 36 36 auf. on. Die Kontaktflächen The contact surfaces 36 36 sind quadratisch und jeweils mindestens genauso groß wie ein zu den Kontaktflächen are square and at least the same size as one of the contact surfaces 36 36 paralleler Querschnitt eines thermoelektrischen Elements parallel cross section of a thermoelectric element 30 30 . ,
  • [0055] [0055]
    Bei dem in der In the in the 1 1 dargestellten Modul module shown 10 10 ist jedem thermoelektrischen Element is each thermoelectric element 30 30 ein eigener Isolierschichtabschnitt A separate Isolierschichtabschnitt 24 24 zugeordnet. assigned. Ferner ist zwei zueinander benachbarten Isolierschichtabschnitten Further, two adjacent Isolierschichtabschnitten 24 24 genau ein elektrisches Leitelement exactly one electric conducting element 28 28 der ersten Lage the first layer 26 26 zugeordnet. assigned.
  • [0056] [0056]
    Die elektrischen Leitelemente The electrical conducting elements 28 28 und and 34 34 der ersten Lage the first layer 26 26 und and 32 32 des Moduls of module 10 10 sind so angeordnet, dass die thermoelektrischen Elemente are arranged so that the thermoelectric elements 30 30 miteinander in Reihe geschaltet sind, um eine an dem Modul are connected together in series to form a module in the 10 10 abgreifbare Spannung zu erhöhen. tappable voltage to increase. Es können auch Gruppen von thermoelektrischen Elementen It can also groups of thermoelectric elements 30 30 miteinander parallel geschaltet werden. are connected in parallel with each other. Für den Abgriff einer mit einem Modul For the tap of a module 10 10 erzeugbaren Spannung weist dieses zwei elektrische Anschlüsse producible this voltage has two electrical terminals 38 38 und and 40 40 auf. on.
  • [0057] [0057]
    Die Isolierschichtabschnitte the Isolierschichtabschnitte 24 24 der Isolierschicht the insulating layer 22 22 sind jeweils über eine den thermoelektrischen Elementen are each an the thermoelectric elements 30 30 abgewandte Fläche remote area 42 42 insbesondere stoffschlüssig mit der Wandfläche in particular cohesively with the wall surface 20 20 des Wärmeübertragers the heat exchanger 14 14 verbunden. connected. Ein solcher Stoffschluss kann beispielsweise hergestellt werden, indem die Isolierschichtabschnitte Such a material bond, for example, be prepared by the Isolierschichtabschnitte 24 24 auf die Wandfläche on the wall surface 20 20 aufgeklebt, gelötet oder aufgeschweißt werden. be glued, soldered or welded. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Isolierschicht abschnitte It is particularly preferred if the insulating sections 24 24 durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wandfläche by a coating method on the wall surface 20 20 aufgetragen sind. are plotted.
  • [0058] [0058]
    Die Verbindung zwischen der Isolierschicht The connection between the insulating layer 22 22 und den elektrischen Leitelementen and the electrical conducting elements 28 28 der ersten Lage the first layer 26 26 kann durch einen Kraftschluss hergestellt werden, insbesondere unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Wärmeleitschicht. can be prepared by a force fit, in particular with the interposition of an additional heat conduction layer. Alternativ hierzu können auch die elektrischen Leitelemente Alternatives include the electrical conducting elements 28 28 der ersten Lage the first layer 26 26 und die Isolierschichtabschnitte and the Isolierschichtabschnitte 24 24 der Isolierschicht the insulating layer 22 22 stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere durch Kleben, Löten oder Schweißen. are bonded to each other, in particular by adhesive bonding, soldering or welding.
  • [0059] [0059]
    Die elektrischen Leitelemente The electrical conducting elements 34 34 der zweiten Lage the second layer 32 32 und die thermoelektrischen Elemente and the thermoelectric elements 30 30 können ebenfalls kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. may also be non-positively or materially connected to one another.
  • [0060] [0060]
    Das Modul The module 10 10 kann eine in der can be a in the 1 1 nicht dargestellte weitere Isolierschicht aufweisen, welche auf der den thermoelektrischen Elementen not shown include additional insulating layer on the thermoelectric elements 30 30 abgewandten Seite der elektrischen Leitelemente Side of the electrical conducting elements facing away 34 34 angeordnet ist. is arranged. Auch diese weitere Isolierschicht weist vorzugsweise voneinander getrennte Isolierschichtabschnitte These additional insulating layer preferably has separate Isolierschichtabschnitte 24 24 auf. on. Diese weitere Isolierschicht kann in Berührkontakt mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Wärmesenke stehen. This additional insulating layer may be in touching contact with a not shown in the drawing the heat sink. Diese Wärmesenke kann beispielsweise einen Wärmeübertrager umfassen, der in seinem Aufbau dem Wärmeübertrager This heat sink may for example comprise a heat exchanger, which in its construction to the heat exchanger 14 14 der Wärmequelle the heat source 12 12 entspricht. equivalent. Durch einen solchen Wärmeübertrager kann anstelle von Heißgas ein gekühltes Medium, beispielsweise Kühlwasser, geleitet werden, um die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle By such a heat exchanger can be used instead of hot gas, a cooled medium, for example cooling water, to be passed to the temperature difference between the heat source 12 12 und der Wärmesenke zu erhöhen. and to increase the heat sink.
  • [0061] [0061]
    Für den Aufbau des Generators For the construction of the generator 8 8th werden vorzugsweise folgende Materialien verwendet: Die Wandung The following materials are preferably used: The wall 18 18 des Wärmeübertragers the heat exchanger 14 14 ist vorzugsweise aus einem metallischen und somit wärmebeständigen Material hergestellt. is preferably made of a metal and therefore the heat-resistant material.
  • [0062] [0062]
    Die Isolierschichtabschnitte the Isolierschichtabschnitte 24 24 der Isolierschicht the insulating layer 22 22 sind vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellt. are preferably made of a ceramic material. Insbesondere umfasst ein solches Material Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid. In particular, such a material comprises aluminum oxide and / or aluminum nitride.
  • [0063] [0063]
    Die elektrischen Leitelemente The electrical conducting elements 28 28 und and 34 34 sind vorzugsweise aus einem metallischen Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, hergestellt. are preferably made of a metallic material having a high thermal conductivity, in particular copper or aluminum.
  • [0064] [0064]
    Die thermoelektrischen Elemente The thermoelectric elements 30 30 können beispielsweise Bleitelluride und/oder Wismuttelluride umfassen. may include, for example, lead tellurides and / or Wismuttelluride.
  • [0065] [0065]
    Während des Betriebs des thermoelektrischen Generators During operation of the thermoelectric generator 8 8th wird Heißgas durch die Heißgasführung Hot gas through the hot gas conduit 16 16 des Wärmeübertragers the heat exchanger 14 14 geleitet. directed. Hierdurch erwärmt sich die Wandung Thereby, the wall is heated 18 18 und somit die Wandfläche and thus the wall surface 20 20 des Generators of the generator 8 8th . , Die Wandfläche The wall surface 20 20 überträgt die Wärme auf die Isolierschichtabschnitte transfers the heat to the Isolierschichtabschnitte 24 24 der Isolierschicht the insulating layer 22 22 , welche ihrerseits die Wärme über die elektrischen Leitelemente Which, in turn, the heat via the electrical conducting elements 28 28 den thermoelektrischen Elementen the thermoelectric elements 30 30 zuleiten. forward. Von diesen aus führt der Wärmestrom über die elektrischen Leitelemente Of these, from the heat flow through the electrical conducting elements leads 34 34 der zweiten Lage the second layer 32 32 hin zu einer nicht dargestellten Wärmesenke, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer weiteren Isolierschicht, welche insbesondere voneinander getrennte Isolierschichtabschnitte towards a not shown heat sink, preferably with the interposition of a further insulating layer which, in particular separate Isolierschichtabschnitte 24 24 aufweist. having.
  • [0066] [0066]
    Durch den beschriebenen Wärmestrom wird mit Hilfe der thermoelektrischen Elemente By the described heat flow is by means of the thermoelectric elements 30 30 unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts eine elektrische Spannung erzeugt, welche an den elektrischen Anschlüssen generating an electric voltage by making use of the Seebeck effect, which on the electrical connections 38 38 und and 40 40 des Moduls of module 10 10 abgreifbar ist. can be tapped.
  • [0067] [0067]
    In In 2 2 ist eine Ausführungsform einer Isolierschicht is an embodiment of an insulating layer 22 22 dargestellt, welche ebenfalls eine Mehrzahl von voneinander getrennten Isolierschichtabschnitten shown which also includes a plurality of spaced apart Isolierschichtabschnitten 24 24 aufweist. having. Diese Isolierschichtabschnitte this Isolierschichtabschnitte 24 24 sind im Unterschied zu den in are in contrast to the in 1 1 dargestellten Isolierschichtabschnitten nicht relativ zueinander beabstandet, sondern liegen unmittelbar aneinander an. not spaced Isolierschichtabschnitten shown relative to each other but lie directly on one another.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0068] [0068]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
  • [0069] [0069]
    • - US 6028623 [0003] - US 6028623 [0003]

Claims (36)

  1. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ), mit in einer ersten Lage ( (), Which in a first position 26 26 ) angeordneten elektrischen Leitelementen ( ) Arranged electric conducting elements ( 28 28 ), mit in einer zweiten, zur ersten Lage ( ), With in a second (to the first position 26 26 ) beabstandeten Lage ( ) Spaced location ( 32 32 ) angeordneten elektrischen Leitelementen ( ) Arranged electric conducting elements ( 34 34 ), mit einer zwischen der ersten Lage ( ), (At a first location between the 26 26 ) und der zweiten Lage ( ) And the second layer ( 32 32 ) angeordneten Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen ( ) Arranged plurality (of thermoelectric elements 30 30 ), mit mindestens einer Isolierschicht ( ), (Having at least one insulating layer 22 22 ), mittels welcher die in der ersten Lage ( ) By which the (in the first position 26 26 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electric conducting elements ( 28 28 ) relativ zu einer Wärmequelle ( ) (Relative to a heat source 12 12 ) oder die in der zweiten Lage ( ) Or (in the second layer 32 32 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electric conducting elements ( 34 34 ) relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isolierbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens eine Isolierschicht ( ) Are relatively electrically insulated to a heat sink, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 22 ) eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten ( ) A plurality of Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) umfasst, welche voneinander getrennt sind. ) Comprises, separated from each other.
  2. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Isolierschichtabschnitt ( ) According to claim 1, characterized in that at least one Isolierschichtabschnitt ( 24 24 ) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten ( ) Of the plurality of Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) genau ein thermoelektrisches Element ( ) Exactly one thermoelectric element ( 30 30 ) zugeordnet ist. ) assigned.
  3. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Isolierschichtabschnitte ( ) According to claim 1 or 2, characterized in that the number of Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) gleich der Anzahl der thermoelektrischen Elemente ( ) Is equal to (the number of the thermoelectric elements 30 30 ) ist. ) Is.
  4. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Isolierschichtabschnitt ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that at least one Isolierschichtabschnitt ( 24 24 ) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten ( ) Of the plurality of Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) mindestens zwei thermoelektrische Elemente ( ) At least two thermoelectric elements ( 30 30 ) zugeordnet sind. ) assigned.
  5. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Isolierschichtabschnitten ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that two Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) genau ein elektrisches Leitelement ( ) Exactly one electrical conducting element ( 28 28 , . 34 34 ) zugeordnet ist. ) assigned.
  6. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Isolierschichtabschnitt ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that at least one Isolierschichtabschnitt ( 24 24 ) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten ( ) Of the plurality of Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) mindestens zwei elektrische Leitelemente ( ) At least two electric conducting elements ( 28 28 , . 34 34 ) zugeordnet sind. ) assigned.
  7. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Isolierschichtabschnitt ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that at least one Isolierschichtabschnitt ( 24 24 ) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten ( ) Of the plurality of Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) eine den thermoelektrischen Elementen ( ) One (the thermoelectric elements 30 30 ) zugewandte Kontaktfläche ( ) Facing contact surface ( 36 36 ) aufweist. ) having.
  8. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche ( ) According to claim 7, characterized in that the contact surface ( 36 36 ) mindestens so groß ist wie ein zu der Kontaktfläche ( ) Is at least as great as a (to the contact surface 36 36 ) paralleler Querschnitt mindestens eines thermoelektrischen Elements ( ) Of parallel cross-section of at least one thermoelectric element ( 30 30 ). ).
  9. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche ( ) According to claim 7 or 8, characterized in that the contact surface ( 36 36 ) rechteckförmig ist. ) Is rectangular.
  10. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche ( ) According to one of claims 7 to 9, characterized in that the contact surface ( 36 36 ) quadratisch ist. ) Is square.
  11. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche ( ) According to one of claims 7 to 10, characterized in that the contact surface ( 36 36 ) mindestens 0,1 mm 2 groß ist. ) At least 0.1 mm 2 is large.
  12. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche ( ) According to one of claims 7 to 11, characterized in that the contact surface ( 36 36 ) maximal 600 mm 2 groß ist. ) Maximum of 600 mm 2 is large.
  13. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche ( ) According to one of claims 7 to 12, characterized in that the contact surface ( 36 36 ) maximal 400 mm 2 groß ist. ) Up to 400 mm 2 is large.
  14. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Isolierschichtabschnitt ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that at least one Isolierschichtabschnitt ( 24 24 ) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten ( ) Of the plurality of Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) eine den thermoelektrischen Elementen ( ) One (the thermoelectric elements 30 30 ) abgewandte Fläche ( ) Facing away from surface ( 42 42 ) zur Kontaktierung einer Wärmequelle ( ) (For making contact with a heat source 12 12 ) oder einer Wärmesenke aufweist. has) or a heat sink.
  15. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) unmittelbar aneinander anliegen. ) Abut directly against one another.
  16. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) relativ zueinander beabstandet sind. ) Are spaced relative to each other.
  17. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolierschicht ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 22 ) eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 0,5 μm und 500 μm beträgt. having) a Isolierschichtstärke which is between 0.5 microns and 500 microns.
  18. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolierschicht ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 22 ) eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 10 μm und 2 mm beträgt. having) a Isolierschichtstärke which is between 10 .mu.m and 2 mm.
  19. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) aus einem keramischen Material hergestellt sind. ) Are made of a ceramic material.
  20. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) Aluminiumoxid umfassen. ) Include alumina.
  21. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) Aluminiumnitrid umfassen. include) aluminum nitride.
  22. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente ( ) And the (to be insulated electrical conducting elements 28 28 , . 34 34 ) kraftschlüssig miteinander verbunden sind. ) Are non-positively connected together.
  23. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that (between the Isolierschichtabschnitten 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und den zu isolierenden elektrischen Leitelementen ( ) And the electrical conducting elements to be isolated ( 28 28 , . 34 34 ) eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist. ), An additional heat conducting layer is disposed.
  24. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente ( ) And the (to be insulated electrical conducting elements 28 28 , . 34 34 ) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. ) Are bonded to each other.
  25. Thermoelektrisches Modul ( The thermoelectric module ( 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of the preceding claims, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) durch ein Beschichtungsverfahren auf die zu isolierenden elektrischen Leitelemente ( ) (By a coating method to be insulated electrical conducting elements 28 28 , . 34 34 ) aufgebracht sind. ) Are applied.
  26. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) mit mindestens einem thermoelektrischen Modul ( ) (With at least one thermoelectric module 10 10 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der mindestens einen Isolierschicht die in der ersten Lage ( ) According to one of the preceding claims, wherein the (in the first position by means of the at least one insulating layer 26 26 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electric conducting elements ( 28 28 ) relativ zu einer Wärmequelle ( ) (Relative to a heat source 12 12 ) oder die in der zweiten Lage ( ) Or (in the second layer 32 32 ) angeordneten elektrischen Leitelemente ( ) Arranged electric conducting elements ( 34 34 ) relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolierschicht ( ) Are electrically insulated relative to a heat sink, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 22 ) eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten ( ) A plurality of Isolierschichtabschnitten ( 24 24 ) umfasst, welche voneinander getrennt sind. ) Comprises, separated from each other.
  27. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to claim 26, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und die Wärmequelle ( ) And the heat source ( 12 12 ) kraftschlüssig miteinander verbunden sind. ) Are non-positively connected together.
  28. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten ( ) According to claim 26 or 27, characterized in that (between the Isolierschichtabschnitten 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und der Wärmequelle ( ) And the heat source ( 12 12 ) eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist. ), An additional heat conducting layer is disposed.
  29. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of claims 26 to 28, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und die Wärmequelle ( ) And the heat source ( 12 12 ) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. ) Are bonded to each other.
  30. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of claims 26 to 29, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wärmequelle ( ) (By a coating process on the heat source 12 12 ) aufgebracht sind. ) Are applied.
  31. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of claims 26 to 30, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und die Wärmesenke kraftschlüssig miteinander verbunden sind. ) And the heat sink are frictionally connected to each other.
  32. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten ( ), Characterized in any one of claims 26 to 31 that (between the Isolierschichtabschnitten 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) und der Wärmesenke eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist. ) And the heat sink an additional heat conducting layer is disposed.
  33. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of claims 26 to 32, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 8 8th ) und die Wärmesenke stoffschlüssig miteinander verbunden sind. ) And the heat sink are bonded to each other.
  34. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte ( ) According to one of claims 26 to 33, characterized in that the Isolierschichtabschnitte ( 24 24 ) der mindestens einen Isolierschicht ( ) Of the at least one insulating layer ( 22 22 ) durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wärmesenke aufgebracht sind. ) Are applied by a coating process on the heat sink.
  35. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ( ), According to any one of claims 26 to 34, that the heat source ( 12 12 ) durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist. ) Is formed by an exhaust system of a discontinuously operating combustor.
  36. Thermoelektrischer Generator ( The thermoelectric generator ( 8 8th ) nach einem Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ( ) According to claims 26 to 35, characterized in that the heat source ( 12 12 ) durch ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist. ) Is formed by an exhaust system of a continuous combustion device.
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