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GEBIET
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf eine thermoelektrische Vorrichtung und ein thermoelektrisches Modul.
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HINTERGRUND
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Die japanischen Patentanmeldungen
JP 2007-66 987 A und
JP 2005-64 457 A offenbaren thermoelektrische Vorrichtungen, welche beispielsweise zwei gegenüberliegende Elektrodenelemente und ein Paar thermoelektrischer Elemente, welche zwischen den Elektrodenelementen stehen, aufweisen. Thermische Energie wird direkt in elektrische Energie umgewandelt und umgekehrt, mittels des thermoelektrischen Effekts, welchen die thermoelektrischen Elemente besitzen, wie beispielsweise der Thomson-, der Peltier- oder der Seebeck-Effekt. In der Praxis ist auch ein thermoelektrisches Modul verfügbar, das mehrere nebeneinander angeordnete thermoelektrische Vorrichtungen aufweist.
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Bei einer derartigen bekannten thermoelektrischen Vorrichtung sind ein plattenartiges Durchwärmungselement (engl: soaking member) und ein plattenartiges elastisches Element (engl.: elastic member) zwischen das Elektrodenelement auf der wärmeabsorbierenden Seite und einem der thermoelektrischen Elemente eingefügt.
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Aus der
DE 10 2006 040 283 A1 ist eine thermoelektrische Vorrichtung bekannt, die ein Paar thermoelektrischer Elemente, die mit einem vorbestimmten Raum dazwischen angeordnet sind und jeweils ein Material aufweisen, das den thermoelektrischen Effekt zeigen kann, und eine erste Elektrode, die sich an einem Ende der thermoelektrischen Elemente befindet und eine erste Endseite des Paars thermoelektrischer Elemente abdeckt, aufweist. Die erste Elektrode hat, in einer geschichteten Weise, ein Elektrodenelement, ein Durchwärmungselement mit elektrischer Leitfähigkeit, das sich zwischen dem Elektrodenelement und den thermoelektrischen Elementen befindet, und ein elastisches Element, das sich an einer den thermoelektrischen Elementen gegenüberliegenden Seite des Durchwärmungselements zwischen dem Elektrodenelement und dem Durchwärmungselement befindet.
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Aus der
JP 2008-10 764 A ist eine thermoelektrische Vorrichtung bekannt, bei der eine erste Elektrode an einer Endseite eines Paars thermoelektrischer Elemente vorgesehen ist und die Elektrode ein aus einem plattenartigen Material gebogenes und gleichzeitig auch als Durchwärmungselement wirkendes Elektrodenelement aufweist, das die beiden thermoelektrischen Elemente übergreift und verbindet und bei dem zwischen umgebogenen Abschnitten im Bereich der thermoelektrischen Elemente jeweils eine Spiralfeder eingefügt und an dem Elektrodenelement mittels eines Klebemittels befestigt ist.
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Die Erfindung bringt eine thermoelektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein mit der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Vorrichtung ausgestattetes thermoelektrisches Modul gemäß Anspruch 7 in Vorschlag. Bevorzugte Ausgestaltungen der thermoelektrischen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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2 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der thermoelektrischen Vorrichtung zeigt,
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil der thermoelektrischen Vorrichtung zeigt,
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4A ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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4B ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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5A ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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5B ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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6A ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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6B ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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7A ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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7B ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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8 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der thermoelektrischen Vorrichtung,
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9 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
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10 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
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11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines thermoelektrischen Moduls gemäß der Ausführungsform von 10 zeigt,
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12 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt, und
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13 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Allgemein umfasst eine thermoelektrische Vorrichtung gemäß einer der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Ausführungsform ein thermoelektrisches Element, das ein Material, welches den thermoelektrischen Effekt zeigen kann, sowie eine erste Elektrode, die an einem Ende des thermoelektrischen Elements angeordnet ist, aufweist. Die erste Elektrode umfasst, auf eine geschichtete Weise, ein Elektrodenelement, ein Durchwärmungselement (engl.: soaking member) mit elektrischer Leitfähigkeit, das zwischen dem Elektrodenelement und dem thermoelektrischen Element angeordnet ist und einen zugewandten Abschnitt, der dem thermoelektrischen Element zugewandt ist, und einen gefalteten Abschnitt, der an einem Umfangsrand des zugewandten Abschnitts zurückgefaltet ist, derart, dass er an der dem thermoelektrischen Element gegenüberliegenden Seite liegt, besitzt, sowie ein elastisches Element, das an der dem thermoelektrischen Element gegenüberliegenden Seite des zugewandten Abschnitts angeordnet ist, wobei mindestens ein Teil des Umfangsrandes des elastischen Elements zwischen dem gefalteten Abschnitt und dem zugewandten Abschnitt des Durchwärmungselements gehalten ist.
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Eine thermoelektrische Vorrichtung 10 und ein thermoelektrisches Modul 100 gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die 1 bis 10 beispielhaft beschrieben. In jeder dieser schematischen Figuren sind die Strukturen vergrößert, verkleinert oder je nach Anforderung weggelassen, um die Erläuterungen zu vereinfachen. In diesen Figuren bezeichnen Pfeile X, Y und Z jeweils eine von drei orthogonalen Richtungen.
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Die 1 bis 3 sind Schnittansichten, Draufsichten und perspektivische Ansichten, die jeweils die Struktur der thermoelektrischen Vorrichtung 10 gemäß der einen Ausführungsform zeigen. Die thermoelektrische Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Paar thermoelektrische Elemente 11 und 12 und erste bis dritte Elektroden 13, 14a und 14b. Die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 sind aus einem Material gebildet, das den thermoelektrischen Effekt zeigen kann. Die erste Elektrode 13 befindet sich auf einer Seite (obere Seite) der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 bzgl. der Z-Richtung. Die zweite Elektrode 14a befindet sich auf der anderen Seite (untere Seite) des thermoelektrischen Elements 11 bzgl. der Z-Richtung. Die dritte Elektrode 14b befindet sich auf der anderen Seite (untere Seite) des thermoelektrischen Elements 12 bzgl. der Z-Richtung.
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Die beiden thermoelektrischen Elemente 11 und 12 sind voneinander in der X-Richtung beabstandet und stehen zwischen der ersten Elektrode 13 und den zweiten bzw. dritten Elektroden 14a und 14b. Die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 sind einzeln aus thermoelektrischen Materialien hergestellt, welche den thermoelektrischen Effekt wie den Peltier-, Seebeck- oder Thomson-Effekt zeigen können. Ein Material, welches den thermoelektrischen Effekt zeigen kann, kann beispielsweise eine Substanz sein, die eine Eismut-Tellur-Verbindung oder eine Eismut-Antimon-Verbindung als Hauptphase enthält. Alternativ kann das Material eine Substanz sein, die als Hauptphase eine gefüllte Skutteruditverbindung enthält, deren Zwischenräume in einem CoSb3-Verbindungskristall mit einer Skutterudit-Kristallstruktur mit einem chemischen Element oder einer Halb-Heusler-Verbindung mit einer MgAgAs-Kristallstruktur gefüllt sind. Weiter alternativ kann das Material, welches den thermoelektrischen Effekt zeigen kann, eine Clathratverbindung sein, die Barium und Gallium enthält. Außerdem kann das Material eine Mischung oder ein Komplex aus diesen Substanzen sein. Diese Substanzen sind durch ihre relativ geringen thermischen Leitfähigkeiten gekennzeichnet. Wenn die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 aus diesen Substanzen hergestellt sind, kann der Temperaturgradient in ihnen deshalb leicht eingehalten werden, sodass die Leistung der thermoelektrischen Vorrichtung 10 verbessert sein kann. Beispielsweise sind die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 Leiter vom n- bzw. p-Typ.
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Die erste Elektrode 13 ist durch Schichten eines Elektrodenelements 15, eines Durchwärmungselements 16 und eines elastischen Elements 17 in der Z-Richtung gebildet. Die erste Elektrode 13 ist ausgestaltet, um die jeweiligen Endflächen einer Seite der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 in der Z-Richtung abzudecken.
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Das Durchwärmungselement 16 ist durch Biegen eines dünnen plattenartigen Elements gebildet und es ist elektrisch leitfähig. Das Durchwärmungselement 16 ist thermisch leitfähiger als die thermoelektrischen Elemente 11 und 12. Das Durchwärmungselement 16 ist insbesondere aus einem dünnen Plattenmaterial wie eine Metallfolie gebildet.
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Weiter vorzugsweise ist das Durchwärmungselement 16 aus einer dünnen Platte aus Eisen, Nickel, Tantal, Titan, Wolfram, Molybdän, Niob, Kupfer oder Kohlenstoff gebildet, welches relativ kostengünstig und thermisch hoch leitfähig ist. Alternativ kann das Durchwärmungselement 16 aus einer Substanz gebildet sein, die hauptsächlich aus einem dieser Elemente oder einer Legierung, einer Verbindung oder einer Mischung bestehend aus zwei oder mehr dieser Substanzen oder Elemente besteht. Ferner kann das Durchwärmungselement 16 durch miteinander-Verbinden von zwei oder mehr der Elemente, Substanzen oder Legierung oder dgl., wie sie oben beschrieben wurden, gebildet sein.
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Das Durchwärmungselement 16 umfasst integral ein Paar zugewandter Abschnitte 21, Faltabschnitte 22 und eine Verbindung 23. Die zugewandten Abschnitte 21 sind einzeln in Kontakt mit den jeweiligen einen Endflächen (ober Oberflächen gemäß der Darstellung in der Zeichnung) der thermoelektrischen Elemente 11 und 12. Die Faltabschnitte 22 sind an den Umfangsrändern der zugewandten Abschnitte 21 zurückgefaltet und liegen an der den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 gegenüberliegenden Seite. Die Verbindung 23 ist so gebildet, dass sie die zugewandten Abschnitte 21 verbindet und zwischen die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 eindringt.
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Jeder der zugewandten Abschnitte 21 besitzt eine Form entsprechend der einen Endfläche seines entsprechenden thermoelektrischen Elements 11 oder 12, die in diesem Beispiel rechteckig ist. Die Verbindung 23, die sich zwischen den zugewandten Abschnitten 21 befindet, ist V-förmig gebogen, so dass sie in einen Zwischenraum zwischen den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 hineinragt und eine Vertiefung 24 in der Z-Richtung zwischen den Elementen 11 und 12 bildet. Die Vertiefung 24 ist so ausgestaltet, dass sie die Relativpositionen der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 reguliert.
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Die gegenüberliegenden Endkanten bzw. -ränder der zugewandten Abschnitte 21 in der Y-Richtung bilden die Faltabschnitte 22, die so zurückgefaltet sind, dass sie die Endkanten bzw. -ränder des elastischen Elements 17 abdecken.
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Das elastische Element 17 ist eine rechteckige, elektrisch leitfähige Platte mit vorbestimmter Elastizität. Das elastische Element 17 ist so ausgestaltet, dass es leichter verformbar ist als die thermoelektrischen Elemente 11 und 12. Es ist insbesondere vorteilhaft, das elastische Element 17 netzförmig, gitterförmig oder wabenartig auszubilden. Das in der vorliegenden Ausführungsform verwendete elastische Element 17 ist aus einem geflochtenen Draht, beispielsweise einem Metalldrahtnetz gebildet. Der intrinsische Elastizitätsmodul des Materials des elastischen Elements 17 sollte vorzugsweise höher sein als der der Materialien der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 und des Elektrodenelements 15, obwohl das nicht begrenzend ist. Falls das elastische Element 17 irgendeine der obengenannten Formen besitzt, kann seine Elastizität insgesamt höher sein als die der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 und gleich oder höher als die des Elektrodenelements 15, unabhängig von dem Elastizitätsmodul des Materials.
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Das elastische Element 17 befindet sich in Kontakt mit denjenigen Oberflächen der zugewandten Abschnitte 21 gegenüber den thermoelektrischen Elementen 11 und 12. Das elastische Element 17 ist so ausgestaltet, dass des die Verbindung 23 und die zugewandten Abschnitte 21 des Durchwärmungselements 16 von oben abdeckt. Die Endkanten bzw. -ränder des elastischen Elements 17 in der Y-Richtung sind durch die Faltabschnitte 22 des Durchwärmungselements 16 abgedeckt und die Endkantenabschnitte des elastischen Elements 17 sind zwischen die Faltabschnitte 22 und die zugewandten Abschnitte 21 des Durchwärmungselements 16 eingefügt. Bei dieser Ausgestaltung sind die Relativpositionen des elastischen Elements 17 und des Durchwärmungselements 16 bestimmt bzw. reguliert. In diesem Beispiel sind 60% oder mehr der Fläche der oberen Oberfläche des elastischen Elements 17 durch die Faltabschnitte 22 abgedeckt.
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Bezugnehmend auf die 4A bis 8 wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer geschichteten Struktur des Durchwärmungselements 16 und des elastischen Elements 17, welche einen Teil der ersten Elektrode 13 bilden, beschrieben. Gemäß der Darstellung in den Draufsichten und Schnittansichten der 4A und 4B ist das Durchwärmungselement 16 in einem ungebogenen Zustand eine dünne rechteckige Platte. In dem Durchwärmungselement 16 sind das Paar zugewandter Abschnitte 21, welche nebeneinander in der X-Richtung angeordnet sind, die Verbindung 23, welche die zugewandten Abschnitte 21 verbindet, und ein Paar Streifenabschnitte 25 an den gegenüberliegenden Endabschnitten der Verbindung 23 in der Y-Richtung in einer Reihe bzw. Linie in eine plattenartige Struktur angeordnet. Um die Faltabschnitte 22 und die Streifenabschnitte 25 einfach verformbar zu machen, wie später noch beschrieben werden wird, sind zuvor Schlitze bzw. Einschnitte 26 in der Y-Richtung, zwischen den Streifenabschnitten 25 und den Faltabschnitten 22 und in der Mitte der Streifenabschnitte 25 in der X-Richtung ausgebildet. Alternativ können die Streifenabschnitte 25 vorab gemäß folgender Beschreibung abgeschnitten sein.
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In diesem Zustand wird die Verbindung 23 in der Mitte wie ein Tal gebogen, so dass die in der Z-Richtung vertiefte Ausnehmung 24 gemäß der Darstellung in den 5A und 5B gebildet wird.
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Dann wird das elastische Element 17 auf der oberen Oberfläche des zentralen Abschnitts des Durchwärmungselements 16 gemäß der Darstellung in den 6A und 6B angebracht. Danach wird das elastische Element 17 so angeordnet, dass es den zugewandten Abschnitten 21 und der Verbindung 23 zugewandt ist.
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Gemäß der Darstellung in den 7A und 7B werden außerdem die Faltabschnitte 22 an den gegenüberliegenden Endkanten bzw. -ränder der zugewandten Abschnitte 21 nach oben gebogen und zurückgefaltet, so dass sie die obere Oberfläche des elastischen Elements 17 abdecken. Auf diese Weise wird das elastische Element 17 durch das Durchwärmungselement 16 gehalten und bildet eine integrale Struktur.
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Danach werden die rechteckigen Streifenabschnitte 25 einzeln an den Endrändern der Verbindung 23 in der Y-Richtung und zwischen den Faltabschnitten 22, die nebeneinander in der Y-Richtung angeordnet sind, ausgebildet. Gemäß der Darstellung in der Aufsicht von beispielsweise 8 befinden sich die Streifenabschnitte 25 zwischen den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 und liegen paarweise vor, wenn sie abgebogen sind. In diesem Fall dienen die Streifenabschnitte 25, die sich zwischen den zwei thermoelektrischen Elementen 11 und 12 befinden, als Anschläge gegen eine vertikale Lageveränderung des Durchwärmungselements 16. Anders ausgedrückt machen die Streifenabschnitte 25 das Durchwärmungselement 16 weniger anfällig für eine Lageveränderung. Außerdem können die Streifenabschnitte 25 entweder zur Außenseite der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 gemäß der Aufsicht von 9 gebogen werden, oder sie können abgeschnitten und entfernt werden, wie in der Aufsicht von 10 gezeigt ist. Die 8 bis 10 sind Aufsichten, die das Durchwärmungselement 16 auf den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 zeigen. Die perspektivische Ansicht von 3 zeigt den Fall, bei dem die Streifenabschnitte 25 abgetrennt sind.
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Das plattenartige Elektrodenelement 15 ist ferner auf der Schichtstruktur des Durchwärmungselements 16 und des elastischen Elements 17, die auf diese Weise angeordnet sind, geschichtet. Die erste Elektrode 13 ist so ausgestaltet, dass sie die jeweiligen oberen Endflächen der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 abdeckt. Insbesondere befindet sich das Durchwärmungselement 16 auf dem Paar thermoelektrischer Elemente 11 und 12, das elastische Element 17 befindet sich auf dem Durchwärmungselement 16, sodass es durch die Faltabschnitte 22 desselben gehalten ist, und das Elektrodenelement 15 ist auf der oberen Fläche des elastischen Elements 17 angebracht. Die erste Elektrode 13 ist weder mit den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 verbunden noch haftend an diesen angeklebt, sondern berührt diese nur.
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Die zweite Elektrode 14a umfasst ein Elektrodenelement 27 und befindet sich unter dem einen thermoelektrischen Element 11, einem leitfähigen Abschnitt vom n-Typ. Die dritte Elektrode 14b umfasst ein Elektrodenelement 28 und befindet sich unter dem anderen thermoelektrischen Element 12, einem leitfähigen Abschnitt vom p-Typ.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die zweiten und dritten Elektroden 14a und 14b mit einem Verbindungsmaterial 30 wie Lot mit denjenigen jeweiligen Endflächen (untere Oberflächen gemäß der Darstellung in den Zeichnungen) der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 gegenüber den Oberflächen derselben, die in Kontakt mit dem Durchwärmungselement 16 sind, verbunden.
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Wenn eine Gleichspannung an die ersten bis dritten Elektroden 13, 14a und 14b angelegt wird, um sie anzuregen, wirkt bei der thermoelektrischen Vorrichtung 10 gemäß diesem Aufbau die erste Elektrode 13 als eine wärmeabstrahlende Oberfläche, wenn die Kombination der zweiten und dritten Elektroden 14a und 14b als eine wärmeabsorbierende Oberfläche wirkt, und umgekehrt. Somit kann die thermoelektrische Vorrichtung 10 als ein Temperaturregulator basierend auf einer Spannungssteuerung arbeiten. Außerdem kann die thermoelektrische Vorrichtung 10 als eine Temperaturmessvorrichtung dienen. Da eine Potentialdifferenz erzeugt wird zwischen der ersten Elektrode 13 und den zweiten und dritten Elektroden 14a und 14b, abhängig von einer Temperaturdifferenz zwischen diesen, kann die Temperatur durch die Potentialdifferenz gemessen werden.
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Gemäß der Darstellung in 11 umfasst das thermoelektrische Modul 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mehrere thermoelektrische Vorrichtungen 10, die miteinander in Reihe verbunden sind. Insbesondere sind bei dem thermoelektrischen Modul 100 die zweiten Elektroden 14a an den Unterseiten und die dritten Elektroden 14b unter den benachbarten thermoelektrischen Vorrichtungen 10 miteinander verbunden. Außerdem sind Leiter 29 so angeordnet, dass sie mit den zweiten Elektroden 14a der thermoelektrischen Vorrichtungen 10 an einer Endseite und mit den dritten Elektroden 14b der thermoelektrischen Vorrichtungen 10 an der anderen Endseite zu verbinden sind.
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Die thermoelektrische Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das thermoelektrische Modul 100, die sie verwendet, erzeugen die folgenden Wirkungen. Da das elastische Element 17 durch das Durchwärmungselement 16 in der ersten Elektrode 13 gehalten ist, kann es einfach positioniert werden.
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Da die Endränder des Durchwärmungselements 16 gegenüber den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 zurückgefaltet sind und sich zwischen dem Elektrodenelement 15 und dem elastischen Element 17 befinden, können sie einander außerdem nicht berühren, wenn die thermoelektrischen Vorrichtungen 10 in einem Modul angeordnet sind.
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Bei einer Struktur, welche hängende Abschnitte aufweist, die beispielsweise durch Abbiegen der Umfangsränder eines Durchwärmungselements entlang den Seitenflächen von thermoelektrischen Elementen gebildet sind, berühren die hängenden Abschnitte unweigerlich die Endkanten bzw. -ränder der jeweiligen Durchwärmungselemente von benachbarten thermoelektrischen Vorrichtungen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch ein Kontakt mit den Durchwärmungselementen von benachbarten thermoelektrischen Vorrichtungen verhindert werden.
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Da die Endränder der zugewandten Abschnitte 21 zurückgefaltet sind, um das elastische Element 17 zu erhalten, kann außerdem der Druck in der Richtung der Schichtung gleichmäßig auf Abschnitte entsprechend den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 aufgebracht werden.
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Wenn damit nur die Endkantenabschnitte der Verbindung zurückgefaltet werden, wird beispielsweise eine Kontaktkraft auf die Verbindung konzentriert und es wird kein ausreichender Druck auf die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 ausgeübt, so dass eine elektrische Verbindung schwierig ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Umfangsrandabschnitte der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 jedoch zurückgefaltet und den Elementen überlagert. Auf diese Weise kann eine elektrische Verbindung der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 und des Elektrodenelements 15 zufriedenstellend eingehalten werden.
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Wenn das elastische Element 17 aus einer Netzstruktur gebildet ist, die durch eine angebrachte Vorrichtung nicht einfach gezogen werden kann, wird es ferner mit dem Durchwärmungselement 16 integriert, so dass es dann einfach gezogen werden kann. Damit kann das elastische Element 17 einfach gehandhabt werden, wenn es beispielsweise auf die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 aufgebracht wird.
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Die Ausnehmung 24 ist in dem Mittelabschnitt des Durchwärmungselements 16 ausgebildet und befindet sich zwischen den paarweisen thermoelektrischen Elementen 11 und 12, die elektrisch verbunden sind. Somit können das Durchwärmungselement 16 und das elastische Element 17 einfach positioniert und in gewünschten Positionen auf den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 geschichtet werden, wodurch die Möglichkeit eines Kurzschließens beseitigt werden kann.
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Da das elastische Element 17 durch das Durchwärmungselement 16 gehalten ist, kann eine thermische und elektrische Leitung zwischen den Elektroden 13 und 14 mittels eines Wegs, der sich durch das Durchwärmungselement 16, ohne Durchgang durch das elastische Element 17, erstreckt, sowie einen Weg, der sich durch das elastische Element 17 erstreckt, erreicht werden. Dadurch werden die thermischen und elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften stabilisiert. Somit kann die thermoelektrische Umwandlungsleistung der thermoelektrischen Vorrichtung 10 verbessert werden.
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Das Durchwärmungselement 16 berührt das elastische Element 17 und die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 und besitzt eine höhere thermische Leitfähigkeit als diese. Daher kann die thermische Energie von dem elastischen Element 17 auf die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 übertragen werden, nachdem sie innerhalb der Ebene des Durchwärmungselements 16 gleichmäßig gemacht ist. Wenn das elastische Element die thermoelektrischen Elemente direkt kontaktiert, ist die Kontaktfläche zwischen den thermoelektrischen Elementen und dem elastischen Element, welche beispielsweise eine netzartige Form besitzt, um die Elastizität sicherzustellen, verringert. Somit wird die thermische Leitung behindert oder die thermische Gleichmäßigkeit abgesenkt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das thermisch hoch leitfähige Durchwärmungselement 16 die thermische Gleichmäßigkeit auf seinen Kontaktflächen und auf denen der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 verbessern und dadurch die thermoelektrische Umwandlungswirksamkeit erhöhen.
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Das elastische Element 17 ist aus einem geflochtenen Draht (engl.: braided wire), beispielsweise einem Metalldrahtnetz, gebildet, das eine höhere Elastizität besitzt als das der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 und die gleich oder höher ist als die des Elektrodenelements 15, so dass eine thermische Spannung verringert sein kann. Anders ausgedrückt besitzt das elastische Element 17 eine Funktion, eine thermische Spannung bzw. Belastung zu verringern, welche durch die Differenz der thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Elektrodenelement 15 und den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 erzeugt wird. Somit ist es möglich, das Problem eines Bruchs in der thermoelektrischen Vorrichtung 10 oder einer Abschwächung der thermoelektrischen Elemente 11 und 12, welche durch thermische Belastung bzw. Spannung hervorgerufen werden kann, zu lösen. Die thermische Belastung bzw. Spannung kann weiter verringert sein, da das Durchwärmungselement 16 nur in Kontakt mit den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 ist, sodass sie relativ zueinander versetzt werden können.
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Das elastische Element 17 kann die thermische Belastung bzw. Spannung, die in der thermoelektrischen Vorrichtung 10 erzeugt wird, verringern. Außerdem ist das Durchwärmungselement 16 als ein Mittel zum gleichmäßigen Übertragen von thermischer Energie von dem elastischen Element 17 auf die Oberflächen der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 vorgesehen. Auf diese Weise kann die Oberflächentemperaturverteilung der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 gleichmäßiger gemacht werden. Dadurch kann der thermoelektrische Umwandlungswirkungsgrad des thermoelektrischen Moduls 100, welches die thermoelektrische Vorrichtung 10 verwendet, sowie das der Vorrichtung 10 verbessert sein.
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Gemäß der thermoelektrischen Vorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform gemäß obiger Beschreibung kann das thermoelektrische Modul 100 geschaffen werden, das eine Verringerung der thermischen Belastung in der thermoelektrischen Vorrichtung 10 sowie eine Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften basierend auf Oberflächentemperaturvergleichmäßigung der Elektroden der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 ermöglichen und es ist einfach zusammenzubauen und arbeitet zuverlässig. Außerdem wird ein Herstellungsverfahren dafür in Vorschlag gebracht. Gemäß der thermoelektrischen Vorrichtung 10 und dem thermoelektrischen Modul 100 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Positionieren einfach und es kann eine geeignete elektrische Verbindung hergestellt werden.
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Die vorliegende Ausführungsform ist nicht direkt auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Bei der Ausführung der Ausführungsform können ihre Bestandteile in modifizierten Formen ausgeführt sein, ohne von dem Gedanken der Ausführungsform abzuweichen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind beispielsweise die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 paarweise angeordnet. Alternativ können die thermoelektrischen Elemente 11 und 12 jedoch als ein einzelnes Teil aus einem Material, welches den thermoelektrischen Effekt zeigen kann, angeordnet sein. Entsprechend können die zweiten und dritten Elektroden 14a und 14b auch als ein einzelnes Teil angeordnet sein. Auch in diesem Fall kann die thermoelektrische Vorrichtung ihre vitalen Funktionen erfüllen und die oben beschriebenen Wirkungen erreichen. Außerdem kann die Ausführungsform mit denselben Wirkungen auch auf ein thermoelektrisches Modul angewandt werden, das mehrere thermoelektrische Elemente besitzt.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die erste Elektrode 13 als auf der Oberseite anzuordnen gezeigt und das elastische Element 17 ist auf der unteren Oberfläche des Elektrodenelements 15 anzuordnen gezeigt, um eine einfache Erläuterung zu bieten. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt und ist auch auf den Fall anwendbar, bei dem die Elemente umgekehrt angeordnet sind. Insbesondere können dieselben Wirkungen wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden, wenn die geschichtete Struktur des Durchwärmungselements 16 und des elastischen Elements 17 unter den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 angeordnet ist und sich das Elektrodenelement 15 unter der resultierenden Struktur befindet.
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Obwohl die Ausnehmung 24 des Durchwärmungselements 16 der oben beschriebenen Ausführungsform V-förmig dargestellt ist, ist sie nicht auf diese Form beschränkt. Gemäß der Darstellung in 12 kann die Ausnehmung 24 beispielsweise U-förmig sein, wie in 12 dargestellt ist, oder in einer W-Form oder in irgendeiner anderen geeigneten Form und dabei dieselben Wirkungen zeigen.
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Gemäß der Darstellung in 13 können außerdem abgebogene Abschnitte 103, die zu den thermoelektrischen Elementen 11 und 12 gebogen sind, einzeln an den in X-Richtung gegenüberliegenden Endrandabschnitten des Durchwärmungselements 16 gebildet sein. In diesem Fall erleichtern die abgebogenen Abschnitte 103 das Positionieren des Durchwärmungselements 16 bzgl. den thermoelektrischen Elementen 11 und 12.
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Obwohl die Faltabschnitte 22 an den Endrändern in der Y-Richtung angeordnet sind, können sie alternativ durch Zurückfalten irgendwelcher anderer Außenumfangsabschnitte der zugewandten Abschnitte 21 gebildet werden. Beispielsweise können die Faltabschnitte 22 durch Zurückfalten der in X-Richtung gegenüberliegenden Endränder oder des gesamten Umfanges gebildet sein.
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Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, dienen diese Ausführungsformen nur als Beispiel und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung zu begrenzen. Tatsächlich können die neuen Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, auf verschiedene andere Formen verwirklicht werden. Außerdem können verschiedene Auslassungen, Ersatz und Abänderungen in der Form der Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, durchgeführt werden, ohne von dem Gedanken der Erfindungen abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, die unter den Schutzumfang und den Kern der Erfindungen fallen.
