DE102014112826A1

DE102014112826A1 - Thermoelectric energy converter

Info

Publication number: DE102014112826A1
Application number: DE102014112826.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Wischke
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen thermoelektrischen Energiewandler (1) mit einem thermoelektrischen Generator (9), der eine Warmseite (2) und eine Kaltseite (3) aufweist, und mit einem mehrteiligen Gehäuse (4), das ein erstes Gehäuseteil (5) aufweist, das einerseits mit der Warmseite (2) und andererseits mit einer Wärmequelle (23) thermisch verbunden ist und das ein zweites Gehäuseteil (6) aufweist, das einerseits mit der Kaltseite (3) und andererseits mit einer Wärmesenke (24) thermisch verbunden ist. Das erste Gehäuseteil (5) und das zweite Gehäuseteil (6) weisen jeweils wenigstens ein Mittel (8; 17) zur thermischen Verbindung des thermoelektrischen Energiewandlers (1) mit einer Wärmequelle (23) beziehungsweise einer Wärmesenke (24) auf. Weiterhin sind das erste Gehäuseteil (5) und das zweite Gehäuseteil (6) durch ein drittes Gehäuseteil (7) thermisch voneinander isoliert.The invention relates to a thermoelectric energy converter (1) comprising a thermoelectric generator (9) having a hot side (2) and a cold side (3) and a multi - part housing (4) having a first housing part (5) on the one hand with the hot side (2) and on the other hand with a heat source (23) and having a second housing part (6) which is thermally connected on the one hand to the cold side (3) and on the other hand with a heat sink (24). The first housing part (5) and the second housing part (6) each have at least one means (8; 17) for the thermal connection of the thermoelectric energy converter (1) to a heat source (23) or a heat sink (24). Furthermore, the first housing part (5) and the second housing part (6) are thermally insulated from each other by a third housing part (7).

Description

Die Erfindung beschreibt einen thermoelektrischen Energiewandler mit einem thermoelektrischen Generator, der eine Warmseite und eine Kaltseite aufweist, und mit einem mehrteiligen Gehäuse, das ein erstes Gehäuseteil aufweist, das einerseits mit der Warmseite und andererseits mit einer Wärmequelle thermisch verbunden ist und ein zweites Gehäuseteil aufweist, das einerseits mit der Kaltseite und andererseits mit einer Wärmesenke thermisch verbunden ist. The invention relates to a thermoelectric energy converter with a thermoelectric generator having a hot side and a cold side, and a multi-part housing having a first housing part, which is thermally connected on the one hand to the hot side and on the other hand with a heat source and a second housing part, on the one hand with the cold side and on the other hand thermally connected to a heat sink.

Ein geeigneter thermoelektrischer Generator ist beispielsweise ein Peltierelement. Ein Peltierelement ist ein Halbleiterbauelement, das in Form eines Silizium-Chips realisiert wird. Dieser Chip ist sehr empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Der Chip muss daher zum Schutz vor mechanischen Belastungen in einem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse muss einerseits den Chip vor mechanischen Belastungen schützen, aber andererseits die Wärme möglichst verlustfrei zum Chip leiten. Das Gehäuse weist dazu, wie das Peltierelement selbst, eine Warm- und eine Kaltseite, die jeweils mit den entsprechenden Seiten des Chips thermisch verbunden sind. In der Regel ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet, wobei die Warmseite und die Kaltseite jeweils mindestens ein Gehäuseteil aufweisen. Das Peltierelement wird dabei praktisch zwischen diesen beiden Gehäuseteilen eingeklemmt, so dass eine gute mechanische und thermische Verbindung besteht. Diese beiden Gehäuseteile sind im Stand der Technik durch Schrauben miteinander verbunden, wodurch auch ein Anpressdruck zwischen dem Gehäuse und dem thermoelektrischen Generator erzielbar ist, der einen guten thermischen Kontakt gewährleistet. A suitable thermoelectric generator is, for example, a Peltier element. A Peltier element is a semiconductor device that is realized in the form of a silicon chip. This chip is very sensitive to mechanical stress. The chip must therefore be arranged in a housing for protection against mechanical stress. On the one hand, the housing must protect the chip against mechanical stresses, but on the other hand, conduct the heat as loss-free as possible to the chip. The housing has, like the Peltier element itself, a hot and a cold side, which are each thermally connected to the corresponding sides of the chip. In general, the housing is designed in several parts, wherein the hot side and the cold side each have at least one housing part. The Peltier element is practically clamped between these two housing parts, so that there is a good mechanical and thermal connection. These two housing parts are connected to each other in the prior art by screws, whereby a contact pressure between the housing and the thermoelectric generator can be achieved, which ensures a good thermal contact.

Durch die Schrauben entsteht jedoch ein zum thermoelektrischen Generator paralleler Wärmepfad von der Warm- zur Kaltseite. Über diesen Wärmepfad fließt ein Teil der Wärmeenergie der Wärmequelle am Peltierelement vorbei direkt zur Wärmesenke der Kaltseite. Dieser Teil der Wärmeenergie steht daher im Chip nicht zur Umwandlung in elektrische Energie zur Verfügung und ist somit verloren. Die Ausbeute des Energiewandlers ist daher nicht optimal. However, the screws create a heat path parallel to the thermoelectric generator from the hot side to the cold side. About this heat path, a part of the heat energy of the heat source flows past the Peltier element directly to the heat sink of the cold side. This part of the heat energy is therefore not available in the chip for conversion into electrical energy and is thus lost. The yield of the energy converter is therefore not optimal.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen thermoelektrischen Energiewandler zu schaffen, der im Vergleich zum Stand der Technik eine bessere Ausbeute besitzt und einfacher handhabbar ist. The object of the invention is therefore to provide a thermoelectric energy converter, which has a better yield compared to the prior art and is easier to handle.

Diese Aufgabe wird durch einen thermoelektrischen Energiewandler mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen gelöst. This object is achieved by a thermoelectric energy converter with the features mentioned in the main claim.

Der erfindungsgemäße thermoelektrische Energiewandler weist ein im Wesentlichen dreiteiliges Gehäuse auf. Ein erstes Gehäuseteil ist einerseits mit der Warmseite des thermoelektrischen Generators und andererseits mit einer Wärmequelle thermisch verbunden. Ein zweites Gehäuseteil ist einerseits mit der Kaltseite des thermoelektrischen Generators und andererseits mit einer Wärmesenke thermisch verbunden. Ein drittes Gehäuseteil, das Verbindungsstück, ist als thermischer Isolator zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil angeordnet, so dass keine thermische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil besteht. Dadurch wird verhindert dass neben dem thermoelektrischen Generator parallele Wärmepfade zwischen der Kaltseite und der Warmseite vorhanden sind, auf dem Wärmeenergie für die Energieumwandlung verloren geht. The thermoelectric energy converter according to the invention has a substantially three-part housing. A first housing part is thermally connected on the one hand to the hot side of the thermoelectric generator and on the other hand to a heat source. A second housing part is thermally connected on the one hand to the cold side of the thermoelectric generator and on the other hand with a heat sink. A third housing part, the connecting piece, is arranged as a thermal insulator between the first and the second housing part, so that there is no thermal connection between the first and the second housing part. This prevents that in addition to the thermoelectric generator parallel heat paths between the cold side and the hot side are present, is lost to the heat energy for energy conversion.

Weiterhin ist durch die thermischen Verbindungsmittel eine sehr gute thermische Kontaktierung der Wärmequelle und der Wärmesenke vorhanden, so dass die in der Wärmequelle vorhandene Energie verlustarm und nahezu vollständig zum thermoelektrischen Generator geleitet wird. Furthermore, the thermal connection means provides a very good thermal contacting of the heat source and the heat sink, so that the energy present in the heat source is conducted with low loss and almost completely to the thermoelectric generator.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen das erste und das zweite Gehäuseteil zusätzlich Mittel zur mechanischen Verbindung mit einer Wärmequelle beziehungsweise einer Wärmesenke auf. In an advantageous development of the invention, the first and the second housing part additionally have means for mechanical connection to a heat source or a heat sink.

Dieses Mittel kann beispielsweise ein Gewinde oder eine Bajonettverbindung sein, die eine feste mechanische Verbindung zur Wärmequelle und zur Wärmesenke gewährleistet. Dadurch ist der thermoelektrische Energiewandler einfach handhabbar. Darüber hinaus bietet das Verbindungsmittel eine sichere thermische Verbindung, so dass die Wärmeenergie möglichst ungehindert in den thermoelektrischen Energiewandler fließen kann.This means may for example be a thread or a bayonet connection, which ensures a firm mechanical connection to the heat source and the heat sink. As a result, the thermoelectric energy converter is easy to handle. In addition, the connecting means provides a secure thermal connection, so that the heat energy can flow as freely as possible into the thermoelectric energy converter.

In einer alternativen Ausführung der Erfindung weist das Verbindungsstück (drittes Gehäuseteil) Mittel zur mechanischen Verbindung des thermoelektrischen Energiewandlers mit einer Wärmequelle und einer Wärmesenke auf. In an alternative embodiment of the invention, the connecting piece (third housing part) has means for mechanically connecting the thermoelectric energy converter with a heat source and a heat sink.

Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil können beispielsweise jeweils mit Schrauben mit dem Verbindungsstück verbunden sein. Wichtig ist dabei, dass die Schrauben nicht durch das Verbindungsstück hindurch in das jeweils andere Gehäuseteil reichen, so dass kein paralleler Wärmepfad entsteht. Insbesondere zweckmäßig ist es, wenn das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil jeweils mit dem Verbindungsstück verklebt sind. The first housing part and the second housing part can be connected, for example, in each case with screws to the connector. It is important that the screws do not reach through the connector into the other housing part, so that no parallel heat path is formed. It is particularly expedient if the first housing part and the second housing part are each glued to the connecting piece.

Der Generator ist vorzugsweise direkt mit dem ersten und zweiten Gehäuseteil verbunden. Dadurch entsteht eine direkte und verlustarme Wärmeverbindung zum Chip (thermoelektrischer Generator). Die beiden Gehäuseteile haben dazu jeweils eine Auflagefläche für den Chip, auf der jeweils die Warmseite oder die Kaltseite des Chips aufliegen. Beim Verbinden eines Gehäuseteils mit einer Wärmequelle oder Wärmesenke, insbesondere beim Verschrauben, kann der thermoelektrische Generator (Chip) durch Drehmomente beschädigt werden. Es ist daher zweckmäßig, wenn das Verbindungsstück sowie das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil Mittel aufweisen, die eine Übertragung von Drehmomenten auf den Chip verhindern. The generator is preferably connected directly to the first and second housing parts. This creates a direct and low-loss heat connection to the chip (thermoelectric generator). The two housing parts have to each a support surface for the chip, on each of which the hot side or the cold side of the chip rest. When connecting a housing part with a heat source or heat sink, in particular when screwing, the thermoelectric generator (chip) can be damaged by torques. It is therefore expedient if the connecting piece as well as the first housing part and the second housing part have means which prevent a transmission of torques to the chip.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verbindungsstück mit dem ersten und zweiten Gehäuseteil jeweils eine Verzahnung auf, die Drehmomente aufnimmt. In an advantageous embodiment of the invention, the connecting piece with the first and second housing part each have a toothing, which receives torques.

Dadurch wird der thermoelektrische Generator beim Befestigen des Gehäuses an einer Wärmesenke oder Wärmequelle nicht Drehmomenten ausgesetzt, die beispielsweise die Bonddrähte beschädigen könnten. Thus, the thermoelectric generator is not exposed to torques when attaching the housing to a heat sink or heat source, which could damage the bonding wires, for example.

Genau wie Drehmomente können auch Kompressionskräfte den Generator zerstören. Daher ist es weiterhin zweckmäßig, wenn das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil Mittel aufweisen, die ein Übertragen von lateralen Kompressionskräften auf den Chip verhindern.Just like torques, compression forces can destroy the generator. Therefore, it is also expedient if the first housing part and the second housing part have means which prevent transmission of lateral compressive forces on the chip.

In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung, weist das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil jeweils eine Stufe auf, die in axialer Richtung auf einer Auflagefläche am Verbindungsstück aufliegen. Dadurch wird eine Übertragung von Kompressionskräften auf den Generator vollständig unterbunden. In an expedient embodiment of the invention, the first housing part and the second housing part each have a step which rest in the axial direction on a bearing surface on the connecting piece. As a result, a transfer of compression forces on the generator is completely prevented.

Das Verbindungsstück besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungsstück mechanisch ausreichend fest ist. Das Verbindungsstück besteht daher vorzugsweise aus einem Kunststoff. The connecting piece is preferably made of a material with a low thermal conductivity. Moreover, it is advantageous if the connecting piece is mechanically sufficiently strong. The connector is therefore preferably made of a plastic.

Das erste und zweite Gehäuseteil bestehen vorzugsweise aus einem thermisch gut leitfähigen Material, damit die Wärme möglichst ungehindert von der Wärmequelle zum thermoelektrischen Generator und von dort zur Wärmesenke fließen kann. The first and second housing part are preferably made of a thermally highly conductive material so that the heat can flow as freely as possible from the heat source to the thermoelectric generator and from there to the heat sink.

Das erste und zweite Gehäuseteil bestehen daher beispielsweise aus Aluminium, Messing oder Kupfer, wobei beide Gehäuseteile auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. The first and second housing part therefore consist for example of aluminum, brass or copper, wherein both housing parts may also consist of different materials.

Vorzugsweise ist das dritte Gehäuseteil des thermoelektrischen Energiewandlers derart ausgebildet, dass über das dritte Gehäuseteil Mittel bereitgestellt werden den thermoelektrischen Energiewandler elektrisch anzuschließen. Preferably, the third housing part of the thermoelectric energy converter is designed such that means are provided via the third housing part to electrically connect the thermoelectric energy converter.

In manchen bevorzugten Ausführungsformen sind die Mittel zum Anschließen des thermoelektrischen Energiewandlers zumindest teilweise durch von außen kontaktierbare Anschlussdrähte gegeben. In some preferred embodiments, the means for connecting the thermoelectric energy converter are at least partially provided by externally contactable connecting wires.

In einigen Ausführungsformen ist es besonders bevorzugt, wenn am dritten Gehäuseteil des thermoelektrischen Energiewandlers eine Leiterplatte befestigt ist, wobei an der Leiterplatte die Bonddrähte des thermoelektrischen Generators angeschlossen werden können.In some embodiments, it is particularly preferred if a printed circuit board is fastened to the third housing part of the thermoelectric energy converter, wherein the bonding wires of the thermoelectric generator can be connected to the printed circuit board.

In manchen Ausführungen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das dritte Gehäuseteil Öffnungen aufweist, die den Wärmeleitwert zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil verringern. In some embodiments of the invention it can be provided that the third housing part has openings which reduce the thermal conductivity between the first and the second housing part.

In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden am dritten Gehäuseteil Öffnungen bereitgestellt, über welche elektrische Anschlussdrähte nach außen geführt werden um den Energiewandler elektrisch anzuschließen. In some preferred embodiments, openings are provided on the third housing part via which electrical connection wires are led to the outside in order to connect the energy converter electrically.

Insbesondere kann es der Fall sein, dass die Bonddrähte des thermoelektrischen Energiewandlers an einer im dritten Gehäuseteil befindlichen Leiterplatte angeschlossen werden und dass die Leiterplatte Kontakte für Anschlussdrähte bereitstellt, die über Öffnungen des dritten Gehäuseteils aus dem thermolektrischen Energiewandler geführt werden.In particular, it may be the case that the bonding wires of the thermoelectric energy converter are connected to a circuit board located in the third housing part and that the circuit board provides contacts for connecting wires, which are guided via openings of the third housing part of the thermoelectric energy converter.

Die elektrischen Anschlüsse des thermoelektrischen Energiewandlers können aber auch anders ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass Anschlussdrähte von der Leiterplatte, oder die Leiterplatte selbst, bis zur Wand des dritten Gehäuseteils geführt sind, wobei an der Wand Mittel vorgesehen sind, um Kontakte der Anschlussdrähte oder der Leiterplatte nach außen zu führen. Auf diese Art und Weise können somit an der Außenseite des dritten Gehäuseteils Kontakte zum Anschluss des Energiewandlers bereitgestellt sein. Beispielsweise können an der Außenseite des dritten Gehäuseteils Buchsen bereitgestellt werden, um entsprechende Stecker eines Anschlusskabels aufzunehmen. In anderen, alternativen Ausführungen, kann es vorgesehen sein, dass zum Bereitstellen des elektrischen Anschlusses die Leiterplatte aus dem dritten Gehäuseteil herausgeführt wird. However, the electrical connections of the thermoelectric energy converter can also be designed differently. For example, it may be provided that leads from the circuit board, or the circuit board itself, are guided to the wall of the third housing part, wherein on the wall means are provided to guide contacts of the leads or the circuit board to the outside. In this way, contacts for connecting the energy converter can thus be provided on the outside of the third housing part. For example, sockets can be provided on the outside of the third housing part in order to receive corresponding plugs of a connecting cable. In other, alternative embodiments, it may be provided that for providing the electrical connection, the circuit board is led out of the third housing part.

In einer vorteilhaften Ausführung ist das Gehäuse des thermoelektrischen Energiewandlers im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist es zweckmäßig, wenn an den beiden Gehäuseteilen jeweils ein stirnseitiges Gewinde angeordnet ist, mittels dem das Gehäuse mit der Wärmequelle und der Wärmesenke verbunden werden kann. In an advantageous embodiment, the housing of the thermoelectric energy converter is substantially cylindrical. In this embodiment, it is expedient if in each case a front-side thread is arranged on the two housing parts, by means of which the housing can be connected to the heat source and the heat sink.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt: It shows:

1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Energiewandlers, 1 a front view of a thermoelectric energy converter according to the invention,

2 einen Längsschnitt des thermoelektrischen Energiewandlers der 1, 2 a longitudinal section of the thermoelectric energy converter of 1 .

3 eine Schrägansicht des thermoelektrischen Energiewandlers der 1, 3 an oblique view of the thermoelectric energy converter of 1 .

4 einen Schrägansicht des thermoelektrischen Energiewandlers der 1 ohne Warmseite, 4 an oblique view of the thermoelectric energy converter of 1 without warm side,

5 eine Vorderansicht eines weiteren erfindungsgemäßen thermoelektrischen Energiewandlers, 5 a front view of another thermoelectric energy converter according to the invention,

6 einen Längsschnitt des thermoelektrischen Energiewandlers der 5, 6 a longitudinal section of the thermoelectric energy converter of 5 .

7 eine Schrägansicht des thermoelektrischen Energiewandlers der 5, 7 an oblique view of the thermoelectric energy converter of 5 .

8 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Energiewandlers, 8th a cross section through a further embodiment of an energy converter according to the invention,

9 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Energiewandlers und 9 a cross section through a further embodiment of an energy converter according to the invention and

10 eine Schrägansicht des Energiewandlers der 9. 10 an oblique view of the energy converter the 9 ,

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen thermoelektrischen Energiewandler 1 mit einer Warmseite 2 und einer Kaltseite 3. Der thermoelektrische Energiewandler hat ein mehrteiliges, im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 4. Ein erstes Gehäuseteil 5 ist thermisch der Warmseite 2 zugeordnet. Ein zweites Gehäuseteil 6 ist thermisch der Kaltseite 3 zugeordnet. Ein drittes Gehäuseteil dient als Verbindungsstück 7 und ist zwischen dem ersten 5 und dem zweiten 6 Gehäuseteil angeordnet. The 1 shows a thermoelectric energy converter according to the invention 1 with a warm side 2 and a cold side 3 , The thermoelectric energy converter has a multipart, substantially cylindrical housing 4 , A first housing part 5 is thermally the warm side 2 assigned. A second housing part 6 is thermally the cold side 3 assigned. A third housing part serves as a connector 7 and is between the first 5 and the second 6 Housing part arranged.

Das erste Gehäuseteil 5 hat im Beispiel an der freien Seite ein metrisches Außengewinde 8. Mit diesem Gewinde 8 kann der thermoelektrische Energiewandler 1 in das Gewinde einer Wärmequelle 23 eingeschraubt werden. Dadurch werden eine feste mechanische und eine gute thermische Verbindung zur Wärmequelle hergestellt. Dabei spielt die Art des Gewindes keine Rolle für die Erfindung. Anstelle des Gewindes kann beispielsweise auch eine Bajonettverbindung vorhanden sein oder eine beliebige andere gute thermische und mechanische Verbindung. The first housing part 5 has in the example on the free side a metric external thread 8th , With this thread 8th can the thermoelectric energy converter 1 in the thread of a heat source 23 be screwed. As a result, a solid mechanical and a good thermal connection to the heat source are produced. The nature of the thread plays no role in the invention. Instead of the thread, for example, a bayonet connection may be present or any other good thermal and mechanical connection.

Da das erste Gehäuseteil 5 die thermische Verbindung des thermoelektrischen Generators 9 (2) zur Wärmequelle darstellt, ist es zweckmäßig, wenn es aus einem Material besteht, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Daneben muss es auch eine gewisse mechanische Festigkeit aufweisen. Geeignete Metalle sind beispielsweise Aluminium, Messing, Magnesium oder Kupfer. Es können auch keramische Werkstoffe verwendet werden, die zum Teil wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Because the first housing part 5 the thermal connection of the thermoelectric generator 9 ( 2 ) to the heat source, it is expedient if it consists of a material which has a good thermal conductivity. In addition, it must also have a certain mechanical strength. Suitable metals include aluminum, brass, magnesium or copper. It is also possible to use ceramic materials, some of which have significantly higher thermal conductivities.

Das Verbindungsstück 7 dient als thermischer Isolator zwischen dem ersten 5 und dem zweiten 6 Gehäuseteil und damit zwischen der Warmseite 2 und der Kaltseite 3 des thermoelektrischen Energiewandlers 1. Das Verbindungsstück 7 besteht beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) oder Polymethylmethacrylat (PMMA), oder einem anderen Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit. The connector 7 serves as a thermal insulator between the first 5 and the second 6 Housing part and thus between the hot side 2 and the cold side 3 of the thermoelectric energy converter 1 , The connector 7 For example, it consists of a plastic, in particular polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS) or polymethylmethacrylate (PMMA), or another material with a low thermal conductivity.

Das zweite Gehäuseteil 6 entspricht im Wesentlichen dem ersten Gehäuseteil 5. Im Beispiel hat auch das zweite Gehäuseteil 6 ein Außengewinde 8, mittels dem der thermoelektrische Energiewandler 1 mit einer Wärmesenke 24 mechanisch und thermisch verbindbar ist. The second housing part 6 corresponds essentially to the first housing part 5 , In the example also has the second housing part 6 an external thread 8th , by means of which the thermoelectric energy converter 1 with a heat sink 24 mechanically and thermally connectable.

Das Verbindungsstück 7 weist in axialer Richtung jeweils eine Verzahnung 10 (4) mit dem ersten 5 und dem zweiten 6 Gehäuseteil auf, die Drehmomente aufnimmt, die beispielsweise beim Einschrauben des thermoelektrischen Energiewandlers 1 in die Wärmequelle 23 und die Wärmesenke 24 auftreten. The connector 7 has in the axial direction in each case a toothing 10 ( 4 ) with the first 5 and the second 6 Housing part, which absorbs torques, for example when screwing the thermoelectric energy converter 1 in the heat source 23 and the heat sink 24 occur.

Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch den thermoelektrischen Energiewandler 1 der 1. Der thermoelektrische Energiewandler 9 ist ein Halbleiterelement in Form eines Chips. Der Chip 9 ist im Beispiel 2,3 mm auf 3,3 mm groß und 1,1 mm dick. Er liegt auf einer Kontaktinnenfläche 11 des ersten Gehäuseteils 5 auf. Zwischen dem Chip 9 und der Kontaktinnenfläche 11 ist ein Wärmeleitmedium 12 angeordnet. Dieses Wärmeleitmedium 12 ist beispielsweise eine Paste oder ein im Vergleich zum Chip dünnes Keramiksubstrat. The 2 shows a longitudinal section through the thermoelectric energy converter 1 of the 1 , The thermoelectric energy converter 9 is a semiconductor element in the form of a chip. The chip 9 in the example is 2.3 mm by 3.3 mm and 1.1 mm thick. He lies on a contact surface 11 of the first housing part 5 on. Between the chip 9 and the contact surface 11 is a heat transfer medium 12 arranged. This heat transfer medium 12 is for example a paste or a thin ceramic substrate compared to the chip.

Der Chip 9 ist elektrisch über Bonddrähte 13 mit einer Leiterplatte 14 verbunden, an der die Anschlussdrähte 15 kontaktiert sind. Die Leiterplatte 14 liegt ebenfalls auf der Innenfläche 11 des ersten Gehäuseteils 5 auf. Sie kann jedoch beispielsweise auch an dem Verbindungsstück 7 befestigt oder einteilig mit diesem ausgebildet sein. Die Anschlussdrähte 15 sind im Verbindungsstück 7 nach Außen geführt (3). The chip 9 is electrically via bonding wires 13 with a circuit board 14 connected to the connecting wires 15 are contacted. The circuit board 14 is also on the inner surface 11 of the first housing part 5 on. However, it can also, for example, on the connector 7 attached or integrally formed with this. The connecting wires 15 are in the connector 7 led to the outside ( 3 ).

Die Kontaktinnenfläche 16 des zweiten Gehäuseteils 6 liegt auf der anderen Chipfläche auf. Auch zwischen diesen beiden Kontaktflächen ist ein Wärmeleitmedium 12 angeordnet. The contact surface 16 of the second housing part 6 lies on the other chip surface. Also between these two contact surfaces is a heat transfer medium 12 arranged.

Die beiden Gehäuseteile 5, 6 und das Verbindungsstück 7 sind untereinander durch Klebstoff miteinander mechanisch fest verbunden. Dabei muss darauf geachtet werden, dass der Abstand zwischen den Kontaktinnenflächen 11, 16 der beiden Gehäuseteile 5, 6 kleiner oder höchstens gleich der Dicke des thermoelektrischen Generators 9 ist, damit eine sichere thermische Verbindung gewährleistet ist. The two housing parts 5 . 6 and the connector 7 are mutually mechanically connected by adhesive. It must be ensured that the distance between the contact surfaces 11 . 16 the two housing parts 5 . 6 less than or at most equal to the thickness of the thermoelectric generator 9 is to ensure a secure thermal connection.

Die 5 bis 7 zeigen eine weiteren erfindungsgemäßen thermoelektrischen Energiewandler 1, der im Wesentlichen dem thermoelektrischen Energiewandler der 1 entspricht. Der einzige Unterschied besteht darin, dass im ersten 5 und im zweiten 6 Gehäuseteil jeweils ein Innengewinde 17 zur Verbindung mit der Wärmequelle 23 beziehungsweise der Wärmesenke 24 angeordnet sind. The 5 to 7 show a further inventive thermoelectric energy converter 1 , which is essentially the thermoelectric energy converter of 1 equivalent. The only difference is that in the first 5 and in the second 6 Housing each one internal thread 17 for connection to the heat source 23 or the heat sink 24 are arranged.

In 8 ist eine alternative Ausführung eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Energiewandlers 1' gezeigt, die im Wesentlichen der Ausführung der 6 entspricht. Zusätzlich weist der Energiewandler 1' dieser Ausführung eine Hülse 18 aus einem thermischen Isolator auf, die den Energiewandler radial vollständig umschließt. Die Hülse 18 kann zusätzlich ein Außengewinde 19 aufweisen. In 8th is an alternative embodiment of a thermoelectric energy converter according to the invention 1' which essentially demonstrates the execution of 6 equivalent. In addition, the energy converter points 1' this embodiment, a sleeve 18 from a thermal insulator which completely encloses the energy converter radially. The sleeve 18 Can additionally an external thread 19 exhibit.

Die 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführung der Erfindung, die ähnlich zur 8 ausgebildet ist. Hier weisen das erste 5 und das zweite 6 Gehäuseteil jedoch keine Mittel zur mechanischen Verbindung mit einer Wärmequelle 23 und einer Wärmesenke 24 auf. Stattdessen weist das Verbindungsstück 7 an den Stirnseiten jeweils einen Flansch 20 auf, mit dem der thermoelektrische Energiewandler 1 an einer Wärmequelle 23 und einer Wärmesenke 24 befestigbar sind. Das erste 5 und zweite 6 Gehäuseteil weisen dabei nur eine thermische Verbindung auf. The 9 and 10 show a further embodiment of the invention which is similar to 8th is trained. Here are the first 5 and the second 6 Housing part, however, no means for mechanical connection to a heat source 23 and a heat sink 24 on. Instead, the connector points 7 at the front sides in each case a flange 20 on, with which the thermoelectric energy converter 1 at a heat source 23 and a heat sink 24 are fastened. The first 5 and second 6 Housing part have only a thermal connection.

Zusätzlich weist hier das Verbindungsstück 7 radiale Öffnungen 25 auf, die den thermischen Widerstand des Verbindungsstücks 7 erhöhen. Weiterhin dienen die Öffnungen 25 zur Durchführung der Anschlussdrähte 15. In addition, here has the connector 7 radial openings 25 on that the thermal resistance of the connector 7 increase. Furthermore, the openings serve 25 for the passage of the connecting wires 15 ,

In dieser Ausführung haben das erste Gehäuseteil 5 und das zweite Gehäuseteil 6 jeweils eine axiale Stufe 21, die in axialer Richtung nach Innen auf einer Auflagefläche 22 des Verbindungsstücks 7 aufliegt. Dadurch wird eine Übertragung von lateralen Kompressionskräften auf den Chip 9 verhindert, so dass dieser nicht beschädigt wird. In this version have the first housing part 5 and the second housing part 6 one axial step each 21 in the axial direction inwards on a support surface 22 of the connector 7 rests. This will cause a transfer of lateral compressive forces to the chip 9 prevented, so that it is not damaged.

Neben den gezeigten Ausführungen kann selbstverständlich auch ein Gehäuseteil ein Innen- und das andere Gehäuseteil ein Außengewinde oder eine andere beliebige Kombination aus Befestigungsmitteln aufweisen. Wichtig dabei ist nur, dass dadurch eine sichere mechanische und thermische Verbindung gewährleistet ist. Die Erfindung ist daher in keiner Weise auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. In addition to the embodiments shown can of course also have a housing part an inner and the other housing part having an external thread or any other combination of fastening means. The important thing is that this ensures a secure mechanical and thermal connection. The invention is therefore in no way limited to the exemplary embodiments shown here.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: thermoelektrischer Energiewandler thermoelectric energy converter
2 2: Warmseite warm side
3 3: Kaltseite cold side
4 4: Gehäuse casing
5 5: erstes Gehäuseteil first housing part
6 6: zweites Gehäuseteil second housing part
7 7: Verbindungsstück (drittes Gehäuseteil) Connecting piece (third housing part)
8 8th: Außengewinde external thread
9 9: thermoelektrischer Generator (Chip) thermoelectric generator (chip)
10 10: Verzahnung gearing
11 11: Kontaktinnenfläche des ersten Gehäuseteils Contact inner surface of the first housing part
12 12: Wärmeleitmedium heat transfer medium
13 13: Bonddraht bonding wire
14 14: Leiterplatte circuit board
15 15: Anschlussdraht Lead wire
16 16: Kontaktinnenfläche des zweiten Gehäuseteils Contact inner surface of the second housing part
17 17: Innengewinde inner thread
18 18: zylinderförmige Hülse cylindrical sleeve
19 19: Außengewinde external thread
20 20: Flansch flange
21 21: axiale Stufe axial step
22 22: Auflagefläche für Stufe Support surface for step
23 23: Wärmequelle heat source
24 24: Wärmesenke heat sink
25 25: radiale Öffnungen radial openings

Claims

Thermoelectric energy converter ( 1 ) with a thermoelectric generator ( 9 ), which has a warm side ( 2 ) and a cold side ( 3 ), and with a multi-part housing ( 4 ), which is a first housing part ( 5 ), which on the one hand with the hot side ( 2 ) and on the other hand with a heat source ( 23 ) is thermally connected and a second housing part ( 6 ), which on the one hand with the cold side ( 3 ) and on the other hand with a heat sink ( 24 ) is thermally connected, characterized in that the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) at least one agent ( 8th ; 17 ) for the thermal connection of the thermoelectric energy converter ( 1 ) with a heat source ( 23 ) or a heat sink ( 24 ) and that the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) by a third housing part ( 7 ) are thermally isolated from each other.

Thermoelectric energy converter according to claim 1, characterized in that the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) at least one means for mechanically connecting the thermoelectric energy converter ( 1 ) with a heat source ( 23 ) or a heat sink ( 24 ) exhibit.

Thermoelectric energy converter according to claim 2, characterized in that the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) each have a thread ( 8th ; 17 ) for the mechanical and thermal connection of the thermoelectric energy converter ( 1 ) with a heat source ( 23 ) or a heat sink ( 24 ) exhibit.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the third housing part ( 7 ) Means for mechanical connection of the energy converter ( 1 ) with a heat source ( 23 ) and a heat sink ( 24 ) having.

Thermoelectric energy converter according to claim 4, characterized in that the third housing part ( 7 ) on the front sides ( 22 ) each have a flange ( 20 ) for screwing with a heat source ( 23 ) and a heat sink ( 24 ) having.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) of the housing ( 4 ) each with the third housing part ( 7 ) are glued.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 6, characterized in that the third housing part ( 7 ) as well as the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) Medium ( 10 ), which transmit torque to the thermoelectric generator ( 9 ) prevent.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 7, characterized in that the third housing part ( 7 ) as well as the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) acting in a radial direction toothing ( 10 ) exhibit.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) Have means for transmitting lateral compressive forces to the thermoelectric generator ( 9 ) prevent.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first housing part ( 5 ) and the second housing part ( 6 ) one level each ( 21 ), which in the axial direction on a support surface ( 22 ) on the third housing part ( 7 ) rest.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 10, characterized in that via the third housing part ( 7 ) Means are provided to the thermoelectric energy converter ( 1 ) electrically connect.

Thermoelectric energy converter according to claim 11, characterized in that the means for connecting the thermoelectric energy converter ( 1 ) at least partially by externally contactable connecting wires ( 15 ) given are.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 12, characterized in that on the third housing part ( 7 ) a printed circuit board ( 14 ) is attached, wherein on the circuit board ( 14 ) Bonding wires ( 13 ) of the thermoelectric generator ( 9 ) are connected.

Thermoelectric energy converter according to one of claims 1 to 13, characterized in that on the third housing part ( 7 ) Openings ( 25 ), via which electrical connection wires ( 15 ) to the outside to the thermoelectric energy converter ( 1 ) electrically connect.