DE102016122893A1 - Leistungsgenerator für Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Ein Leistungsgenerator (10) beinhaltet thermoelektrische Wandler (12), die so konfiguriert sind, dass die Bandlückenenergie eines intrinsischen Halbleiterteils (12c), welches zwischen einem n-Typ-Halbleiterteil (12a) und einem p-Typ-Halbleiterteil (12b) angeordnet ist, niedriger ist als jede Bandlückenenergie des n-Typ-Halbleiterteils (12a) und des p-Typ-Halbleiterteils (12b). Der Leistungsgenerator (10) wird in einem Fahrzeug verwendet, das ein Abgasrohr (2) beinhaltet, in dem Abgas strömt, welches den thermoelektrischen Wandlern (12) Wärme zuführt. Die thermoelektrischen Wandler (12) sind in dem Abgasrohr (2) derart eingebaut, dass die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils (12c) der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Leistungsgenerator für ein Fahrzeug und insbesondere einen Leistungsgenerator für ein Fahrzeug, der einen thermoelektrischen Wandler umfasst.
  • Stand der Technik
  • Es gibt verschiedene thermoelektrische Wandler, die auf dem Seebeck-Effekt basieren. Damit ein solcher thermoelektrischer Wandler eine elektromotorische Spannung erzeugen kann, muss zwischen den beiden Arten von Metallen oder Halbleitern, die den thermoelektrischen Wandler bilden, eine Temperaturdifferenz bestehen. Somit erfordert eine Leistungserzeugung unter Verwendung des thermoelektrischen Wandlers eine Vorrichtung, die die Temperaturdifferenz aufrechterhält, wie etwa einen Kühler. WO 2015125823 A1 offenbart ein Halbleitereinkristall, das als ein thermoelektrischer Wandler verwendbar ist, der Leistung ohne die Temperaturdifferenz erzeugen kann.
  • Konkret beinhaltet das in WO 2015125823 A1 offenbarte Halbleitereinkristall ein n-Typ-Halbleiterteil, ein p-Typ-Halbleiterteil und ein intrinsisches bzw. eigenleitendes Halbleiterteil, das zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil und dem p-Typ-Halbleiterteil angeordnet ist, und die Bandlückenenergie des intrinsischen Halbleiterteils ist niedriger eingestellt als jede Bandlückenenergie des n-Typ-Halbleiterteils und des p-Typ-Halbleiterteils. Wenn das Halbleitereinkristall mit dieser Konfiguration erwärmt wird, so dass es in einen vorbestimmten Temperaturbereich fällt, dann werden Elektronen in dem Valenzband des intrinsischen Halbleiterteils in das Leitungsband angeregt, selbst wenn keine Temperaturdifferenz zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil und dem p-Typ-Halbleiterteil besteht. Die in das Leitungsband angeregten Elektronen bewegen sich zu dem n-Typ-Halbleiterteil, welches eine niedrigere Energie besitzt, und die in dem Valenzband gebildeten Löcher bewegen sich zu dem p-Typ-Halbleiterteil, welches eine höhere Energie besitzt. Infolge dieser Bewegungen sind die Träger (Elektron und Löcher) ungleichmäßig verteilt, und das Halbleitereinkristall dient als ein leistungserzeugendes Material, wobei das p-Typ-Halbleiterteil als eine positive Elektrode dient und das n-Typ-Halbleiterteil als eine negative Elektrode dient. Das Halbleitereinkristall mit dieser Konfiguration, das als ein thermoelektrischer Wandler verwendet wird, kann elektrische Leistung erzeugen, wenn die Temperatur des thermoelektrischen Wandlers innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, selbst wenn keine Temperaturdifferenz zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil und dem p-Typ-Halbleiterteil besteht.
  • Neben WO 2015125823 A1 ist JP 2004-011512A ein Patentdokument, das mit der vorliegenden Offenbarung in Zusammenhang stehen mag.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Um die in einem Fahrzeug, wie etwa einem Automobil, erzeugte Wärme effektiv zu nutzen, kann das in WO 2015125823 A1 als ein thermoelektrischer Wandler offenbarte Halbleitereinkristall in einem Fluid angeordnet werden, das durch irgendeine Art von Strömungskanal des Fahrzeugs strömt. Die Strömungsgeschwindigkeit oder Temperatur des Fluids kann in Abhängigkeit von einer Anforderung eines Fahrers des Fahrzeugs oder verschiedener anderer Anforderungen vorübergehend variieren. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit oder Temperatur des Fluids in Abhängigkeit von einer Anforderung eines Fahrers oder einer anderen Anforderung vorübergehend variiert, dann ist eine Wärmeübertragung auf jedes aus dem n-Typ-Halbleiterteil, dem p-Typ-Halbleiterteil und dem intrinsischen Halbleiterteil nicht gleichmäßig, und infolgedessen kann zwischen diesen Teilen eine Temperaturdifferenz entstehen. Falls infolge der Entstehung der soeben beschriebenen Temperaturdifferenz die Temperatur des n-Typ-Halbleiterteils 12a oder des p-Typ-Halbleiterteils 12b, welche eine relativ höhere Bandlückenenergie besitzen, höher wird als die Temperatur des intrinsischen Halbleiterteils, dann wird die effiziente Erzeugung der elektromotorischen Spannung des thermoelektrischen Wandlers mit der in WO 2015125823 A1 offenbarten Konfiguration schwierig. Infolgedessen mag eine effiziente Leistungserzeugung unter Verwendung dieses thermoelektrischen Wandlers schwer zu erreichen sein.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde getätigt, um das oben beschriebene Problem zu beheben, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Leistungsgenerators für ein Fahrzeug, der einen thermoelektrischen Wandler beinhaltet, welcher so konfiguriert ist, dass die Bandlückenenergie eines zwischen einem n-Typ-Halbleiterteil und einem p-Typ-Halbleiterteil angeordneten intrinsischen Halbleiterteils niedriger ist als jede Bandlückenenergie des n-Typ-Halbleiterteils und des p-Typ-Halbleiterteils, und bei dem der thermoelektrische Wandler derart in einem Strömungskanal des Fahrzeugs eingebaut ist, dass er auf effiziente Weise elektrische Leistung erzeugt.
  • Ein Leistungsgenerator für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet einen thermoelektrischen Wandler, der ein n-Typ-Halbleiterteil, ein p-Typ-Halbleiterteil und ein zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil und dem p-Typ-Halbleiterteil angeordnetes intrinsisches Halbleiterteil beinhaltet. Eine Bandlückenenergie des intrinsischen Halbleiterteils ist niedriger als jede Bandlückenenergie des n-Typ-Halbleiterteils und des p-Typ-Halbleiterteils. Der Leistungsgenerator wird in einem Fahrzeug verwendet, das einen Strömungskanal beinhaltet, in dem ein Fluid strömt, welches dem thermoelektrischen Wandler Wärme zuführt. Der thermoelektrische Wandler ist derart in dem Strömungskanal eingebaut, dass eine Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils einer Strömung des Fluids entgegengerichtet ist.
  • Der Leistungsgenerator kann ferner eine Hochbandlückenenergie-Abschirmung beinhalten, die derart eingebaut ist, dass sie eine Oberfläche eines Hochbandlückenenergie-Teils des thermoelektrischen Wandlers zumindest auf einer Stromaufwärtsseite in einer Strömungsrichtung des Fluids bedeckt. Das intrinsische Halbleiterteil muss nicht dem Hochbandlückenenergie-Teil entsprechen, und ein Endabschnitt des n-Typ-Halbleiterteils auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil sowie ein Endabschnitt des p-Typ-Halbleiterteils auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil können dem Hochbandlückenenergie-Teil entsprechen.
  • Der thermoelektrische Wandler kann eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern beinhalten. Die Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern können als ein Wandlerstapel konfiguriert sein, bei dem die Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine Elektrode dazwischen positioniert ist. Wenn ein Endabschnitt des n-Typ-Halbleiterteils des thermoelektrischen Wandlers auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil als ein erster Endabschnitt bezeichnet wird und ein Endabschnitt des p-Typ-Halbleiterteils des thermoelektrischen Wandlers auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil als ein zweiter Endabschnitt bezeichnet wird, dann kann die Elektrode den ersten Endabschnitt eines von benachbarten thermoelektrischen Wandlern und den zweiten Endabschnitt der restlichen benachbarten thermoelektrischen Wandler elektrisch verbinden. Der Leistungserzeuger kann ferner eine Elektrodenabschirmung beinhalten, die so eingebaut ist, dass sie eine Oberfläche der Elektrode zumindest auf einer Stromaufwärtsseite in einer Strömungsrichtung des Fluids bedeckt.
  • Die Elektrodenabschirmung kann so konfiguriert sein, dass sie die Elektrode derart bedeckt, dass sie mit der Elektrode in Berührung steht, und so konfiguriert sein, dass sie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als jene der Elektrode.
  • Der Leistungsgenerator kann ferner eine Hochbandlückenenergie-Abschirmung beinhalten, die so eingebaut ist, dass sie eine Oberfläche eines Hochbandlückenenergie-Teils des thermoelektrischen Wandlers zumindest auf einer Stromaufwärtsseite in der Strömungsrichtung des Fluids bedeckt. Das intrinsische Halbleiterteil muss nicht dem Hochbandlückenenergie-Teil entsprechen, und der erste Endabschnitt sowie der zweite Endabschnitt können dem Hochbandlückenenergie-Teil entsprechen.
  • Die Hochbandlückenenergie-Abschirmung kann so konfiguriert sein, dass sie das Hochbandlückenenergie-Teil derart bedeckt, dass sie mit dem Hochbandlückenenergie-Teil in Berührung steht, und so konfiguriert sein, dass sie die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils dem Fluid aussetzt, und dass sie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als jene des thermoelektrischen Wandlers.
  • Der Wandlerstapel kann eine Mehrzahl von Einheitsstapeln beinhalten, wobei jeder Einheitsstapel mit der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern konfiguriert ist, welche mit der dazwischen positionierten Elektrode gestapelt sind. Die Mehrzahl von Einheitsstapeln können derart eingebaut sein, dass eine Stapelrichtung der in jedem der Mehrzahl von Einheitsstapeln beinhalteten thermoelektrischen Wandler auf eine erste senkrechte Richtung ausgerichtet ist, die zu der Strömungsrichtung des Fluids senkrecht ist. Die Mehrzahl von Einheitsstapeln können so angeordnet sein, dass sie um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind. Wenn eine Richtung, die sowohl zu der Strömungsrichtung des Fluids als auch zu der ersten senkrechten Richtung senkrecht ist, als eine zweite senkrechte Richtung bezeichnet wird, dann kann die Hochbandlückenenergie-Abschirmung so konfiguriert sein, dass sie sich in einer Plattenform entlang mindestens einer aus der Strömungsrichtung des Fluids und der zweiten senkrechten Richtung erstreckt, und kann so konfiguriert sein, dass sie die Hochbandlückenenergie-Abschirmung eines oder mehrerer thermoelektrischer Wandler bedeckt, welche so angeordnet sind, dass sie sich mit der Hochbandlückenenergie-Abschirmung überschneiden.
  • Die Elektrodenabschirmung und die Hochbandlückenenergie-Abschirmung können einstückig miteinander ausgebildet sein.
  • Der thermoelektrische Wandler kann eine Form eines Prismas oder einer Säule aufweisen, die eine Seitenfläche beinhaltet, welche die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils, einen Endabschnitt des n-Typ-Halbleiterteils auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil und einen Endabschnitt des p-Typ-Halbleiterteils auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil beinhaltet. Der thermoelektrische Wandler kann derart in dem Strömungskanal eingebaut sein, dass ein Wärmefluss, den die Seitenfläche von dem Fluid aufnimmt, größer ist als ein Wärmefluss, den jeder aus dem Endabschnitt des n-Typ-Halbleiterteils und dem Endabschnitt des p-Typ-Halbleiterteils von dem Fluid aufnimmt.
  • Der Strömungskanal kann ein innerer Kanal eines Abgasrohrs einer an dem Fahrzeug montierten Verbrennungskraftmaschine sein, und das Fluid kann Abgas sein, welches in dem Abgasrohr strömt.
  • Entsprechend dem Leistungsgenerator für ein Fahrzeug der vorliegenden Offenbarung ist der thermoelektrische Wandler so konfiguriert, dass die Bandlückenenergie des zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil und dem p-Typ-Halbleiterteil angeordneten intrinsischen Halbleiterteils niedriger ist als die Bandlückenenergie des n-Typ-Halbleiterteils und des p-Typ-Halbleiterteils, und der thermoelektrische Wandler ist derart in dem Strömungskanal eingebaut, dass die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils der Strömung des Fluids entgegengerichtet ist. Da im Randbereich der Oberfläche des thermoelektrischen Wandlers, welche der Strömung des Fluids entgegengerichtet ist, die Strömung des Fluids aufgrund des Aufpralls des Fluids auf der Oberfläche, welcher der Strömung des Fluids entgegengerichtet ist, verstärkt wird, wird die Wärmeübertragung von dem Fluid auf den thermoelektrischen Wandler erleichtert. Gemäß dem Einbauverfahren ist die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils in dieser Art von Oberfläche, welche der Strömung des Fluids entgegengerichtet ist, beinhaltet. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Temperaturdifferenz derart entsteht, dass die Temperatur des n-Typ-Halbleiterteils oder des p-Typ-Halbleiterteils, welche eine relativ höhere Bandlückenenergie besitzen, höher ist als die Temperatur des intrinsischen Halbleiterteils, und der thermoelektrische Wandler kann die elektromotorische Spannung auf effiziente Weise erzeugen. Somit lässt sich eine effiziente Leistungserzeugung erreichen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das ein Anwendungsbeispiel eines Leistungsgenerators für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration jedes thermoelektrischen Wandlers des in 1 gezeigten Leistungsgenerators zeigt;
  • 3A und 3B sind Konzeptdiagramme, die den Status der Bandlückenenergie des in 2 gezeigten thermoelektrischen Wandlers zeigen;
  • 4 ist ein Graph, der eine Relation zwischen einer elektromotorischen Spannung und der Temperatur des thermoelektrischen Wandlers zeigt;
  • 5 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Wandlerstapels gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 6 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Einbau des in 5 gezeigten Wandlerstapels in Bezug auf die Abgasströmung;
  • 7A bis 7E sind Diagramme zum ergänzenden Erläutern, welche eine Oberfläche S des thermoelektrischen Wandlers ist;
  • 8A und 8B sind Diagramme zum Veranschaulichen eines Vorteils der Art und Weise des Einbaus der thermoelektrischen Wandler gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 9 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern einer Gesamtkonfiguration eines Leistungsgenerators für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 10A und 10B sind Diagramme zum Erläutern eines Vorteils der Anordnung von Elektroden gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • 11A und 11B sind Diagramme zum Erläutern von Modifikationsbeispielen der Konfiguration einer Elektrode gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 12 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern einer Gesamtkonfiguration eines Leistungsgenerators für ein Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 13 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration um einen in 12 gezeigten Wandlerstapel zeigt;
  • 14 ist ein Diagramm zum Erläutern eines ersten Modifikationsbeispiels einer Konfiguration bezüglich einer Hochbandlückenenergie-Abschirmung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 15 ist ein Diagramm zum Erläutern eines ersten Modifikationsbeispiels einer Konfiguration bezüglich einer Hochbandlückenenergie-Abschirmung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 16 ist ein Diagramm zum Erläutern eines zweiten Modifikationsbeispiels einer Konfiguration bezüglich einer Hochbandlückenenergie-Abschirmung gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
  • 17 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer anderen Art und Weise des Stapelns der in 2 gezeigten thermoelektrischen Wandler.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen kennzeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Komponenten.
  • Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 bis 8 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das ein Anwendungsbeispiel eines Leistungsgenerators 10 für ein Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration jedes thermoelektrischen Wandlers 12 des in 1 gezeigten Leistungsgenerators 10 zeigt.
  • [Einbauort des Leistungsgenerators in Fahrzeug]
  • Der Einbauort von Wärmewandlern 12, die der Leistungsgenerator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet, unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sofern thermoelektrische Wandler 12 in irgendeiner Art von Strömungskanal des Fahrzeugs eingebaut sind. In der ersten Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, sind die thermoelektrischen Wandler 12 beispielsweise in einem Abgasrohr 2 einer an dem Fahrzeug montierten Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet. Mit anderen Worten wird in dem in 1 gezeigten Beispiel die Wärme eines Hochtemperaturabgases nach einer Verbrennung in einer Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine 1 den thermoelektrischen Wandlern 12 zugeführt. Beispiele für ein Fluid, das durch einen Strömungskanal des Fahrzeugs strömt und den thermoelektrischen Wandlern 12 Wärme zuführt, umfassen nicht nur das Abgas, sondern auch ein Maschinenkühlwasser, das durch einen Kühlwasserströmungskanal zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine 1 strömt, sowie ein Maschinenöl, das durch einen Ölströmungskanal zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine 1 strömt.
  • Bei dem Leistungsgenerator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern 12 in dem Abgas in Form eines Wandlerstapels 14 angeordnet, welcher durch die Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen thermoelektrischen Wandlern 12 gebildet wird. Details der Konfiguration des Wandlerstapels 14 werden später unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Der Leistungsgenerator 10 ist mit einem Stromkreis 16 versehen, der zum Verbinden der gegenüberliegenden Enden des Wandlerstapels 14 mittels leitfähiger Drähte konfiguriert ist. Der Stromkreis 16 wird mit einem Schalter 18 geöffnet und geschlossen. Elektrische Ausrüstung (wie etwa eine Leuchte) 20, die an dem Fahrzeug montiert ist, ist mit dem Stromkreis 16 verbunden. Der Schalter 18 wird unter Steuerung einer an dem Fahrzeug montierten elektronischen Steuereinheit (ECU) 22 geöffnet und geschlossen.
  • Mit dem wie oben beschrieben konfigurierten Leistungsgenerator 10 wird es dem Wandlerstapel 14 bei der Aktivierung des Fahrzeugsystems ermöglicht, durch Schließen des Schalters 18, wenn die Temperatur der thermoelektrischen Wandler 12 infolge einer Zufuhr von Wärme aus dem Abgas zu den thermoelektrischen Wandlern 12 eine zur Leistungserzeugung geeignete Temperatur erreicht, Leistung zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Fluid zum Zuführen von Wärme das Abgas, so dass die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 1 durch die Leistungserzeugung rückgewonnen werden kann. Darüber hinaus kann die elektrische Leistung, die durch die Leistungserzeugung durch den Wandlerstapel 14 erhalten wird, der elektrischen Ausrüstung 20 zugeführt werden. Der Schalter 18 kann durch einen variablen Widerstand ersetzt werden. In diesem Beispiel kann die von dem Wandlerstapel 14 der elektrischen Ausrüstung 20 zugeführte elektrische Leistung durch Einstellen des Widerstandwertes des variablen Widerstands im Einzelnen gesteuert werden. Fahrzeugausrüstung, die die elektrische Leistung erhält, ist nicht auf die elektrische Ausrüstung 20 beschränkt, und beispielsweise kann ein Akkumulator, der elektrische Leistung akkumuliert, anstelle der elektrischen Ausrüstung 20 oder zusätzlich zu dieser mit dem Stromkreis 16 verbunden sein.
  • [Konfiguration des thermoelektrischen Wandlers]
  • In dem in 2 gezeigten Beispiel besitzt der thermoelektrische Wandler 12 die Form eines Prismas. Der thermoelektrische Wandler 12 weist ein n-Typ-Halbleiterteil 12a an einem Ende und ein p-Typ-Halbleiterteil 12b am anderen Ende auf. Der thermoelektrische Wandler 12 weist ferner ein intrinsisches Halbleiterteil 12c zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b auf.
  • 3A und 3B sind Konzeptionsdiagramme, die den Status der Bandlückenenergie des in 2 gezeigten thermoelektrischen Wandlers 12 zeigen. In 3A und 3B geben die vertikalen Achsen die Energie eines Elektrons an, und die horizontalen Achsen geben den Abstand L (s. 2) von einer Stirnfläche 12aes des thermoelektrischen Wandlers 12 auf der Seite des n-Typ-Halbleiterteils 12a an.
  • Wie in 3A und 3B gezeigt, befindet sich bei dem n-Typ-Halbleiterteil 12a das Fermi-Niveau f in dem Leitungsband, und bei dem p-Typ-Halbleiterteil 12b befindet sich das Fermi-Niveau f in dem Valenzband. Bei dem intrinsischen Halbleiterteil 12c befindet sich das Fermi-Niveau f in der Mitte des verbotenen Bandes, welches zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband existiert. Die Bandlückenenergie entspricht der Energiedifferenz zwischen dem obersten Teil des Valenzbandes und dem untersten Teil des Leitungsbandes. Wie diesen Zeichnungen zu entnehmen ist, ist die Bandlückenenergie des intrinsischen Halbleiterteils 12c des thermoelektrischen Wandlers 12 niedriger als die Bandlückenenergien des n-Typ-Halbleiterteils 12a und des p-Typ-Halbleiterteils 12b. Es sei darauf hingewiesen, dass das Längenverhältnis zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil 12a, dem p-Typ-Halbleiterteil 12b und dem intrinsischen Halbleiterteil 12c, welche in 3A und 3B gezeigt sind, lediglich ein Beispiel ist und das Verhältnis in Abhängigkeit davon variieren kann, wie der thermoelektrische Wandler (Halbleitereinkristall) 12 gebildet ist. Die Bandlückenenergie des n-Typ-Halbleiterteils 12a, des p-Typ-Halbleiterteils 12b und des intrinsischen Halbleiterteils 12c kann beispielsweise in inverser Photoelektronenspektroskopie gemessen werden.
  • Der thermoelektrische Wandler (Halbleitereinkristall) 12 mit den oben beschriebenen Eigenschaften (das heißt, die Bandlückenenergie des intrinsischen Halbleiterteils 12c ist niedriger als die Bandlückenenergien des n-Typ-Halbleiterteils 12a und des p-Typ-Halbleiterteils 12b) kann beispielsweise aus einer Clathrat-Verbindung (Einschlussverbindung) hergestellt sein. Als ein Beispiel für die Clathrat-Verbindung kann ein Silizium-Clathrat Ba8Au8Si38 verwendet werden.
  • Der thermoelektrische Wandler 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in irgendeinem Verfahren gefertigt werden, sofern das Verfahren den thermoelektrischen Wandler 12 mit den oben beschriebenen Eigenschaften herstellen kann. Wenn der thermoelektrische Wandler 12 beispielsweise aus dem Silizium-Clathrat Ba8Au8Si38 hergestellt ist, dann kann beispielsweise das im Detail in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2015125823 A1 beschriebene Fertigungsverfahren verwendet werden. Das Fertigungsverfahren lässt sich zusammenfassen wie folgt. Und zwar werden Ba-Pulver, Au-Pulver und Si-Pulver in dem Verhältnis (molaren Verhältnis) von 8:8:38 abgewogen. Die abgewogenen Pulver werden durch Lichtbogenschmelzen miteinander verschmolzen. Die Schmelze wird dann abgekühlt, um einen Block des Silizium-Clathrats Ba8Au8Si38 zu bilden. Der auf diese Weise bereitete Block des Silizium-Clathrats Ba8Au8Si38 wird zu Körnern zerkleinert. Die Körner des Silizium-Clathrats Ba8Au8Si38 werden im Czochralski-Verfahren in einem Schmelztiegel geschmolzen, wodurch ein Einkristall des Silizium-Clathrats Ba8Au8Si38 gebildet wird. Der in 2 gezeigte thermoelektrische Wandler 12 wird durch Schneiden des auf diese Weise bereiteten Einkristalls des Silizium-Clathrats Ba8Au8Si38 in die Form eines Prismas (genauer gesagt die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds) bereitgestellt. Die Form des thermoelektrischen Wandlers ist nicht auf das rechtwinklige Parallelepiped beschränkt, und der thermoelektrische Wandler kann irgendeine Form besitzen, die durch Schneiden des Einkristalls in eine gewünschte Form, wie etwa einen Würfel oder eine Säule, bereitgestellt wird.
  • [Prinzip der Leistungserzeugung]
  • 3A ist ein Konzeptdiagramm, das einen Status der thermischen Anregung des thermoelektrischen Wandlers 12 zeigt, wenn der thermoelektrische Wandler 12 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Wenn der thermoelektrische Wandler 12 auf eine Temperatur T0 (siehe die später beschriebene 4) oder darüber erwärmt wird, werden Elektronen (durch schwarze Punkte dargestellt) in dem Valenzband thermisch in das Leitungsband angeregt, wie in 3A gezeigt. Genauer gesagt, wenn Wärme zugeführt wird und dadurch Energie, die die Bandlückenenergie übersteigt, einem Elektron zugeführt wird, das sich in einem obersten Teil des Valenzbandes befindet, dann wird das Elektron in das Leitungsband angeregt. Im Zuge des Anstiegs der Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 12 kann ein Zustand eintreten, in dem eine solche thermische Anregung von Elektronen nur in dem intrinsischen Halbleiterteil 12c erfolgt, welches eine relativ niedrige Bandlückenenergie besitzt. 3A zeigt einen Status des thermoelektrischen Wandlers 12, bei dem der thermoelektrische Wandler 12 auf eine vorbestimmte Temperatur (wie etwa die Temperatur T0) erwärmt wird, welche das Eintreten eines solchen Zustands ermöglichen kann. In diesem Status werden keine Elektronen in dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b angeregt, welche eine relativ höhere Bandlückenenergie besitzen.
  • 3B ist ein Konzeptdiagramm, das eine Bewegung eines Elektrons (durch den schwarzen Punkt dargestellt) und eines Lochs (durch einen weißen Punkt dargestellt) zeigt, wenn der thermoelektrische Wandler 12 auf die oben beschriebene vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Wie in 3B gezeigt, bewegen sich Elektronen, die in das Leitungsband angeregt werden, in Richtung eines Teils niedrigerer Energie, das heißt, in Richtung des n-Typ-Halbleiterteils 12a. Dagegen bewegen sich Löcher, die in dem Valenzband infolge der Anregung der Elektronen gebildet werden, in Richtung eines Teils höherer Energie, das heißt, in Richtung des p-Typ-Halbleiterteils 12b. Die Träger werden auf diese Weise ungleichmäßig verteilt, so dass das n-Typ-Halbleiterteil 12a negativ geladen ist und das p-Typ-Halbleiterteil 12b positiv geladen ist, und daher tritt eine elektromotorische Kraft zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b auf. Somit kann der thermoelektrische Wandler 12 selbst dann Leistung erzeugen, wenn keine Temperaturdifferenz zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b vorliegt. Dieses Prinzip der Leistungserzeugung ist von dem Seebeck-Effekt verschieden, welcher eine elektromotorische Kraft basierend auf einer Temperaturdifferenz erzeugt. Der Leistungsgenerator 10, der den thermoelektrischen Wandler 12 verwendet, benötigt keine Temperaturdifferenz und somit kein Kühlteil, das die Temperaturdifferenz bereitstellt, und kann mithin in seiner Konfiguration vereinfacht werden.
  • 4 ist ein Graph, der eine Relation zwischen einer elektromotorischen Spannung und der Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 12 zeigt. Der hierin verwendete Begriff „elektromotorische Spannung” des thermoelektrischen Wandlers 12 bezieht sich auf die Potentialdifferenz zwischen einem Endabschnitt des thermoelektrischen Wandlers 12 auf der Seite des p-Typ-Halbleiterteils 12b, das als eine positive Elektrode dient, und einem Endabschnitt des thermoelektrischen Wandlers 12 auf der Seite des n-Typ-Halbleiterteils 12a, das als eine negative Elektrode dient. Genauer gesagt zeigt die in 4 gezeigte Relation Temperatureigenschaften der elektromotorischen Spannung, die erzeugt wird, wenn der thermoelektrische Wandler 12 derart erwärmt wird, dass keine Temperaturdifferenz zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b entsteht. Es sei darauf hingewiesen, dass der Temperaturbereich, in dem die elektromotorische Spannung erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des thermoelektrischen Wandlers verschieden ist.
  • Wie in 4 gezeigt, wird die elektromotorische Spannung erzeugt, wenn der thermoelektrische Wandler 12 auf die Temperatur T0 oder darüber erwärmt wird. Genauer gesagt nimmt mit steigender Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 12 auch die elektromotorische Spannung zu. Ein möglicher Grund dafür, warum die elektromotorische Spannung mit steigender Temperatur zunimmt, wie in 4 gezeigt, ist, dass mit steigender Menge zugeführter Wärme die Anzahl von Elektronen und Löchern, die in dem intrinsischen Halbleiterteil 12c, welches eine relativ niedrige Bandlückenenergie besitzt, angeregt werden können, zunimmt. Wie in 4 gezeigt, erreicht die elektromotorische Spannung bei einer bestimmten Temperatur T1 einen Spitzenwert und nimmt ab, wenn der thermoelektrische Wandler 12 über die Temperatur T1 hinaus weitererwärmt wird. Ein möglicher Grund hierfür ist, dass mit steigender Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 12 nicht nur Elektronen und Löcher in dem intrinsischen Halbleiterteil 12c, sondern auch Elektronen und Löcher in dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b thermisch angeregt werden.
  • [Verfahren zum Einbau des thermoelektrischen Wandlers (Wandlerstapels) in Bezug auf die Abgasströmungsrichtung]
  • Wie der oben beschriebenen 4 zu entnehmen ist, ist eine Leistungserzeugung unter Verwendung des thermoelektrischen Wandlers 12 möglich, wenn die Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 12 in einen vorbestimmten Bereich fällt. Günstiger noch ist eine effiziente Leistungserzeugung möglich, wenn die Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 12 nahe der Temperatur T1 ist, bei der die elektromotorische Spitzenspannung erreicht wird. Um somit unter Anwendung der thermoelektrischen Wandler 12 auf das Fahrzeug eine effiziente Leistungserzeugung zu erreichen, wird ein Fluid aus verschiedenen Strömungskanälen des Fahrzeugs ausgewählt, das den thermoelektrischen Wandlern 12 Wärme so zuführen kann, dass sich die Temperatur jedes der thermoelektrischen Wandler 12 einer Temperatur nähert, die sich zur Leistungserzeugung eignet, und die thermoelektrischen Wandler 12 werden in dem ausgewählten Fluid angeordnet. Genauer gesagt nimmt die Temperatur des Abgases in dem Abgasrohr 2 ab, während es stromabwärts strömt. Wenn, wie in der vorliegenden Ausführungsform, das Abgas als das Fluid verwendet wird, welches als die Wärmequelle dient, wird der Einbauort des thermoelektrischen Wandlers 12 in dem Abgasrohr 2 entlang der Strömungsrichtung des Abgases so bestimmt, dass eine Wärmequelle bereitgestellt wird, die eine effiziente Leistungserzeugung erlaubt.
  • (Problem mit effizienter Leistungserzeugung)
  • Wie oben beschrieben, ist der thermoelektrische Wandler 12 konfiguriert, um eine elektromotorische Spannung infolge der Bewegung von Elektronen und Löchern zu erzeugen, die durch thermische Anregung der Elektronen in dem intrinsischen Halbleiterteil 12c bewirkt wird, wenn der thermoelektrische Wandler 12 mit Wärme aus dem Fluid versorgt wird. Um unter Verwendung der thermoelektrischen Wandler 12 eine effiziente Leistungserzeugung zu erreichen, ist es nützlich, die folgenden Voraussetzungen hinsichtlich des Einbaus der thermoelektrischen Wandler 12 (Wandlerstapel 14) in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases zu erfüllen.
  • Es lässt sich festhalten, dass unter einem stetigen Wärmestrom, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur eines Fluids (in der vorliegenden Ausführungsform Abgas), das als eine Wärmequelle dient, stets konstant sind, sich die Temperatur jedes Teils des thermoelektrischen Wandlers 12, das mit Wärme von dem Fluid versorgt wird, im Lauf der Zeit einem konstanten Wert nähert. Jedoch kann die Strömungsgeschwindigkeit oder Temperatur eines Fluids des Fahrzeugs in Abhängigkeit von einer Anforderung eines Fahrers des Fahrzeugs oder verschiedener anderer Anforderungen vorübergehend variieren. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit oder Temperatur des Fluids vorübergehend variiert, wie soeben beschrieben, ist die Wärmeübertragung auf jedes Teil des n-Typ-Halbleiterteils 12a, des p-Typ-Halbleiterteils 12b und des intrinsischen Halbleiterteils 12c nicht gleichmäßig und infolgedessen kann zwischen diesen Teilen eine Temperaturdifferenz entstehen. Wenn in dem thermoelektrischen Wandler 12 eine Temperaturdifferenz derart entsteht, dass die Temperatur des intrinsischen Halbleiterteils 12c höher ist als die Temperatur des n-Typ-Halbleiterteils 12a und des p-Typ-Halbleiterteils 12b, dann wird die thermische Anregung von Elektronen in dem intrinsischen Halbleiterteil 12c gefördert im Vergleich zu einer thermischen Anregung von Elektronen in dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b. Dies ist eher günstig als ein Problem. Je nach dem Einbau des thermoelektrischen Wandlers 12 in Bezug auf das Fluid kann es jedoch wahrscheinlich sein, dass eine Temperaturdifferenz derart entsteht, dass die Temperatur eines oder beider des n-Typ-Halbleiterteils 12a und des p-Typ-Halbleiterteils 12b höher ist als die Temperatur des intrinsischen Halbleiterteils 12c. Wenn die Temperaturdifferenz auf diese Weise zunimmt, werden Elektronen leichter in dem einen oder beiden des n-Typ-Halbleiterteils 12a und des p-Typ-Halbleiterteils 12b thermisch angeregt. Dies kann dem thermoelektrischen Wandler 12 die Erzeugung der elektromotorischen Spannung erschweren. Infolgedessen kann eine effiziente Leistungserzeugung schwer zu erreichen sein.
  • Basierend auf dem oben beschriebenen Grund ist es günstig, dass die Leistungserzeugung und die mit der Leistungserzeugung durch thermoelektrische Wandler einhergehende Wärmerückgewinnung in den tatsächlichen Fahrzeugumgebungen nicht nur unter einem stetigen Wärmestrom, sondern auch unter einem Wärmestrom, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit oder Temperatur des Fluids variiert wie oben beschrieben, effizient erfolgen können. Um dies zu erreichen, ist es darüber hinaus wirkungsvoll, die Entstehung einer Temperaturdifferenz derart, dass die Temperatur eines oder beider aus dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b höher ist als die Temperatur des intrinsischen Halbleiterteils 12c, zu erschweren.
  • (Verfahren zum Einbau des thermoelektrischen Wandlers (Wandlerstapels) gemäß der ersten Ausführungsform)
  • Angesichts der obigen Beschreibung wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Wandlerstapel 14, welcher ein Stapel von thermoelektrischen Wandlern 12 ist, in der in den nachstehend beschriebenen 5 und 6 gezeigten Anordnung in dem Abgasrohr 2 (das heißt, in der Strömung des Abgases) eingebaut.
  • 5 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration des Wandlerstapels 14 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 6 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Einbau des in 5 gezeigten Wandlerstapels 14 in Bezug auf die Strömung des Abgases. In 5 und anderen Zeichnungen sind das n-Typ-Halbleiterteil 12a und das p-Typ-Halbleiterteil 12b des thermoelektrischen Wandlers 12 aus Gründen der Klarheit der Anordnung der thermoelektrischen Wandler 12 (dies gilt auch für einen thermoelektrischen Wandler 62) farblich unterschiedlich dargestellt. Das intrinsische Halbleiterteil 12c zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil 12a und dem p-Typ-Halbleiterteil 12b ist um die Grenze zwischen den Teilen 12a und 12b herum angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass der Wandlerstapel 14 in 6 zwar nicht dargestellt ist, der Wandlerstapel 14 jedoch mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Befestigung an der Innenwand des Abgasrohrs 2 fixiert ist.
  • Wie in 5 gezeigt, sind die Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern 12, welche den Wandlerstapel 14 bilden, miteinander in Reihe geschaltet, wobei eine Elektrode 24 zwischen benachbarten thermoelektrischen Wandlern 12 positioniert ist. Das heißt, der Wandlerstapel 14 beinhaltet die thermoelektrischen Wandler 12 und die Elektroden 24. Die Elektrode 24 kann aus einem Metallmaterial, wie etwa Kupfer, das einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt, hergestellt sein. Gemäß dem oben beschriebenen Prinzip der Leistungserzeugung des thermoelektrischen Wandlers 12 dient das p-Typ-Halbleiterteil 12b als eine positive Elektrode, und das n-Typ-Halbleiterteil 12a dient als eine negative Elektrode. Mithin fließt ein elektrischer Strom, der durch die aufgrund von Leistungserzeugung erzeugte elektromotorische Kraft bewirkt wird, in einer Richtung F von dem p-Typ-Teil zu dem n-Typ-Teil. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektrode 24, um sicherzustellen, dass der elektrische Strom problemlos fließt, während die Potentialdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Enden der Elektrode 24 maximiert wird, so konfiguriert, dass sie einen Endabschnitt 12ae (siehe 2) des n-Typ-Halbleiterteils 12a auf der Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil 12c eines thermoelektrischen Wandlers 12 und einen Endabschnitt 12be (siehe 2) des p-Typ-Halbleiterteils 12b auf der Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil 12c eines anderen thermoelektrischen Wandlers 12 miteinander verbindet. Mit anderen Worten ist die Elektrode 24 zum Miteinanderverbinden von Teilen, welche die höchste Bandlückenenergie besitzen, konfiguriert.
  • Genauer gesagt beinhaltet die Oberfläche des Endabschnitts 12ae des n-Typ-Halbleiterteils 12a eine Stirnfläche 12aes und einen Abschnitt der Seitenfläche des n-Typ-Halbleiterteils 12a, welcher sich nahe bei der Stirnfläche 12aes befindet. Analog beinhaltet die Oberfläche des Endabschnitts 12be des p-Typ-Halbleiterteils 12b eine Stirnfläche 12bes und einen Abschnitt der Seitenfläche des p-Typ-Halbleiterteils 12b, welcher sich nahe bei der Stirnfläche 12bes befindet. In dem in 5 gezeigten Beispiel verbindet die Elektrode 24 die Stirnfläche 12aes und die Stirnfläche 12bes miteinander. Jedoch kann gemäß der vorliegenden Offenbarung irgendeine Elektrode verwendet werden, die die Endabschnitte benachbarter thermoelektrischer Wandler miteinander verbindet (das heißt, die einen ersten Endabschnitt (den Endabschnitt des n-Typ-Halbleiterteils auf der Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil) und einen zweiten Endabschnitt (den Endabschnitt des p-Typ-Halbleiterteils auf der Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil) verbindet). Somit kann die Elektrode 24 alternativ zu dem oben beschriebenen Beispiel konfiguriert sein, um den Abschnitt der Seitenfläche des n-Typ-Halbleiterteils 12a, welcher sich nahe bei der Stirnfläche 12aes befindet, und den Abschnitt der Seitenfläche des p-Typ-Halbleiterteils 12b, welcher sich nahe bei der Stirnfläche 12bes befindet, miteinander zu verbinden.
  • In dem Wandlerstapel 14 wird jedes Teil, das die Form eines Stabs besitzt, hierin als ein „Einheitsstapel 14a” bezeichnet. Die Mehrzahl von (neun in dem in 5 gezeigten Beispiel) Einheitsstapeln 14a sind derart eingebaut, dass die Stapelrichtung der in jedem Einheitsstapel 14a beinhalteten thermoelektrischen Wandler 12 auf eine erste senkrechte Richtung D1 ausgerichtet ist, die zu der Strömungsrichtung F des Abgases senkrecht ist. Darüber hinaus sind die Mehrzahl von Einheitsstapeln 14a so angeordnet, dass sie um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind (beispielsweise gleich weit voneinander beabstandet sind). Genauer gesagt sind um den vorbestimmten Abstand beabstandete, benachbarte Einheitsstapel 14a miteinander verbunden, wobei die Elektrode 24 auf eine Art und Weise dazwischen positioniert ist, dass die Richtungen der positiven Elektrode und negativen Elektrode alternierend geändert sind. Um Wärme des Abgases, die den Einheitsstapeln 14a zugeführt wird, welche auf der Stromabwärtsseite des Abgasstroms angeordnet sind, zu maximieren, ist es günstig, wenn das Abgas durch Zwischenräume zwischen den Einheitsstapeln 14a strömt, welche in Reihe entlang der Strömungsrichtung F des Abgases angeordnet sind. Der vorbestimmte Abstand wird mithin als ein Abstand eingestellt, der zum Sicherstellen dieser Art von Strömung des Abgases benötigt wird.
  • Zusätzlich zu dem Vorstehenden sind die Einheitsstapel 14a in dem in 5 und 6 gezeigten Beispiel in Reihe entlang der Strömungsrichtung F des Abgases (in drei Reihen entlang der Strömungsrichtung F in dem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform) und auch in Reihe (beispielsweise in drei Reihen) entlang einer zweiten senkrechten Richtung D2 eingebaut, welche senkrecht zu der Strömungsrichtung F des Abgases und der ersten senkrechten Richtung D1 ist. Die Art und Weise des Stapelns der thermoelektrischen Wandler 12 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. In dem Wandlerstapel 14 sind die thermoelektrischen Wandler 12 derart in Reihe miteinander gestapelt, dass die Einheitsstapel 14a, wie in 5 gezeigt, serpentinenartig miteinander gefaltet sind, wobei die Elektrode 24 dazwischen positioniert ist. Mit dem Wandlerstapel 14 kann durch geeignetes Bestimmen der Anzahl von gestapelten thermoelektrischen Wandlern 12 unter der Temperaturbedingung der thermoelektrischen Wandler 12 irgendein gewünschter Pegel elektromotorischer Spannung, der von der Wärmezufuhr aus dem Abgasrohr 2 erwartet wird, erzeugt werden.
  • Gemäß dem wie in 5 und 6 gezeigt eingebauten Wandlerstapel 14 ist jeder thermoelektrische Wandler 12 derart in dem Abgasrohr 2 angeordnet, dass die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist (genauer gesagt derart, dass ein Abschnitt der Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c in einer Oberfläche S beinhaltet ist, welche ein Abschnitt der Oberfläche des thermoelektrischen Wandlers 12 ist und der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist). In der vorliegenden Ausführungsform besitzen die thermoelektrischen Wandler 12, wie bereits beschrieben, beispielsweise die Form eines Prismas (genauer gesagt die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds). Mithin entspricht eine Seitenfläche (siehe die nachstehend beschriebene 7A) jedes thermoelektrischen Wandlers 12, welche der Stromaufwärtsseite der Abgasströmung zugewandt ist, der Oberfläche S jedes thermoelektrischen Wandlers 12.
  • 7A bis 7E sind Diagramme zum ergänzenden Erläutern, welche die Oberfläche S des thermoelektrischen Wandlers 12 ist. Dicke Linien und schraffierte Bereiche in jeder der 7A bis 7E stellen die Oberfläche S dar, welche der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist. Zunächst umfasst 7A eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht, welche den thermoelektrischen Wandler 12 zeigen, der auf die gleiche Weise wie in 6 gezeigt eingebaut ist. In dem in 7A gezeigten Beispiel ist ein Abschnitt S1 der Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c in der Oberfläche S beinhaltet.
  • Als Nächstes umfasst 7B eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Einbaus des thermoelektrischen Wandlers 12 derart angeben, dass die Stirnfläche 12aes des n-Typ-Halbleiterteils 12a der Strömungsrichtung F des Abgases entgegengerichtet ist. Da der Endabschnitt 12aes in diesem Beispiel der Oberfläche S entspricht, ist ein Abschnitt der Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c nicht in der Oberfläche S beinhaltet. Dies gilt auch für eine Anordnung, bei der die Stirnfläche 12bes des p-Typ-Halbleiterteils 12b der Strömungsrichtung F des Abgases entgegengerichtet ist.
  • Als Nächstes umfasst 7C eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des Einbaus des thermoelektrischen Wandlers 12 derart angeben, dass der thermoelektrische Wandler 12 in Bezug auf die Strömungsrichtung F des Abgases geneigt ist (mit anderen Worten derart, dass der wie in 7A gezeigt angeordnete thermoelektrische Wandler 12 mit der Achsenlinie der zweiten senkrechten Richtung D2 als einem Mittelpunkt gedreht ist). In diesem Beispiel entsprechen eine Seitenfläche und eine Stirnfläche 12aes des thermoelektrischen Wandlers 12 der Oberfläche S. Mithin ist in diesem Beispiel, genau wie in dem in 7A gezeigten Beispiel, ein Abschnitt S1 der Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c in der Oberfläche S beinhaltet. Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Einbaupositionen des n-Typ-Halbleiterteils 12a und des p-Typ-Halbleiterteils 12b zu jenen des in 7C gezeigten Beispiels entgegengesetzt sind, eine Seitenfläche und eine Stirnfläche 12bes des thermoelektrischen Wandlers 12 der Oberfläche S entsprechen.
  • Als Nächstes umfasst 7D Ansichten (genauer gesagt eine Ansicht aus einer zu der Stirnfläche 12bes senkrechten Richtung und eine perspektivische Ansicht), die ein anderes Beispiel des Einbaus des thermoelektrischen Wandlers 12 derart angeben, dass der thermoelektrische Wandler 12 in Bezug auf die Strömungsrichtung F des Abgases geneigt ist (mit anderen Worten derart, dass der wie in 7A gezeigt angeordnete thermoelektrische Wandler 12 mit der Achsenlinie der ersten senkrechten Richtung D1 als einem Mittelpunkt gedreht ist). In diesem Beispiel entsprechen zwei Seitenflächen des thermoelektrischen Wandlers 12 auf der Stromaufwärtsseite der Strömungsrichtung F des Abgases der Oberfläche S. Mithin ist in diesem Beispiel wiederum ein Abschnitt S1 der Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c in der Oberfläche S beinhaltet.
  • Als Nächstes umfasst 7E Ansichten (genauer gesagt eine Ansicht aus einer zu einer Stirnfläche eines n-Typ-Halbleiterteils oder eines p-Typ-Halbleiterteils senkrechten Richtung und eine Ansicht aus der Strömungsrichtung F des Abgases), die ein Beispiel für einen thermoelektrischen Wandler angeben, der die Form einer Säule besitzt und in der gleichen Ausrichtung eingebaut ist wie der in 7A gezeigte. In diesem Beispiel entspricht ein halbrundes Säulenteil des thermoelektrischen Wandlers auf der Seite, die der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist, der Oberfläche S. Mithin ist in diesem Beispiel, genau wie in dem in 7A gezeigten Beispiel, ein Abschnitt S1 der Oberfläche eines intrinsischen Halbleiterteils in der Oberfläche S beinhaltet.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 6 wird die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform weiter erläutert. Die Oberfläche S, die der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist, wird leicht erwärmt, wenn der thermoelektrische Wandler 12 dem Abgas ausgesetzt ist, dessen Temperatur höher ist als jene des thermoelektrischen Wandlers 12. Dies liegt daran, dass im Randbereich der Oberfläche S, welche dem Abgas entgegengerichtet ist, die Verwirbelung (Strömung) des Abgases aufgrund des Aufpralls des Abgases auf der Oberfläche S verstärkt wird und mit einer Verstärkung dieser Verwirbelung (Strömung) eine Wärmeübertragung von dem Abgas auf den thermoelektrischen Wandler 12 erleichtert wird. Diese Wirkung wird nicht nur bei den thermoelektrischen Wandlern 12 der Einheitsstapel 14a in der ersten Reihe auf der Stromaufwärtsseite des Abgases, sondern auch bei den thermoelektrischen Wandlern 12 der Einheitsstapel in der zweiten und dritten Reihe erreicht. Dies liegt daran, dass das Abgas, welches durch den Randbereich der Einheitsstapel 14a in der ersten Reihe hindurchgetreten ist, in Richtung jeder Oberfläche S der Einheitsstapel 14a in der zweiten und dritten Reihe strömt. Basierend auf dem Vorstehenden ist festzustellen, dass bei Berücksichtigung eines Wärmeflusses (Menge an Wärme, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit hindurchtritt), welcher von jedem Teil des thermoelektrischen Wandlers 12 aus dem Abgas aufgenommen wird, die Art des Einbaus jedes thermoelektrischen Wandlers 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform es ermöglicht, dass ein Wärmefluss, der von einer Seitenfläche des thermoelektrischen Wandlers 12, welche der Oberfläche S entspricht, aus dem Abgas aufgenommen wird, größer ist als ein Wärmefluss, der von jeder aus der Stirnfläche 12aes des n-Typ-Halbleiterteils 12a und der Stirnfläche 12bes des p-Typ-Halbleiterteils 12b mit den höchsten Bandlückenenergien aus dem Abgas aufgenommen wird. Dies trifft nicht nur auf eine Konfiguration zu, bei der die thermoelektrischen Wandler 12, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds besitzen, sondern auch auf eine Konfiguration, bei der ein thermoelektrischer Wandler irgendeine Form besitzt, wie etwa ein Würfel, welcher ein Beispiel für ein Prisma ist, oder eine Säule.
  • [Vorteil eines Verfahrens zum Einbau des thermoelektrischen Wandlers (Wandlerstapels) gemäß der ersten Ausführungsform]
  • 8A und 8B sind Diagramme zum Veranschaulichen eines Vorteils der Art und Weise des Einbaus der thermoelektrischen Wandler 12 gemäß der ersten Ausführungsform. 8B zeigt einen in einem anderen Verfahren als dem Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung eingebauten thermoelektrischen Wandler. Genauer gesagt ist bei dem in 8B gezeigten Einbauverfahren die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils nicht in der Oberfläche S beinhaltet, welche einem leicht zu erwärmenden Abschnitt entspricht (das heißt, einem Abschnitt mit dem höchsten Wärmeübertragungskoeffizienten), wie in dem in 7B gezeigten Beispiel. In dem in 8B gezeigten Beispiel ist ein Abschnitt, der der Oberfläche S entspricht, ein Abschnitt mit der höchsten Bandlückenenergie (in diesem Beispiel die Stirnfläche des n-Typ-Halbleiterteils). Aufgrund dessen ist bei der Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils, das eine relativ niedrige Bandlückenenergie besitzt, eine Erleichterung der Wärmeübertragung des Abgases schwieriger möglich als bei der vorgenannten Stirnfläche, die die höchste Bandlückenenergie besitzt. Infolgedessen ist es wahrscheinlich, dass eine Temperaturdifferenz derart entsteht, dass die Temperatur des n-Typ-Halbleiterteils mit einer relativ hohen Bandlückenenergie höher ist als die Temperatur des intrinsischen Halbleiterteils, und es kann schwierig werden, eine elektromotorische Spannung des thermoelektrischen Wandlers auf effiziente Weise bereitzustellen.
  • Dagegen zeigt 8A den thermoelektrischen Wandler 12, der genau wie bei der in 6 gezeigten Konfiguration auf die Art und Weise gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingebaut ist. Da gemäß dieser Art von Konfiguration ein Abschnitt der Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c in der Oberfläche S beinhaltet ist, welche ein leicht zu erwärmender Abschnitt (das heißt, ein Abschnitt mit dem höchsten Wärmeübertragungskoeffizienten) ist, ist eine Erleichterung der Wärmeübertragung von dem Abgas auf die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c leicht möglich. Dies erschwert die Entstehung einer Temperaturdifferenz auf die oben beschriebene Weise, und eine elektromotorische Spannung des thermoelektrischen Wandlers 12 kann mithin effizient erzeugt werden. Infolgedessen kann eine effiziente Leistungserzeugung unter Verwendung dieses thermoelektrischen Wandlers selbst dann erreicht werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit oder die Temperatur des Abgases, welches die Wärmequelle ist, in Abhängigkeit beispielsweise von einer Anforderung des Fahrers des Fahrzeugs vorübergehend variiert.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der in der Strömung des Abgases eingebaute thermoelektrische Wandler 12 – anstelle des in 7A gezeigten Beispiels gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform – wie in 7C oder 7D gezeigt ausgerichtet sein kann. Darüber hinaus, wie bereits beschrieben, ist die Form eines thermoelektrischen Wandlers gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds beschränkt und kann beispielsweise ein Würfel oder eine Säule sein. Wenn ein thermoelektrischer Wandler eingebaut wird, der die Form eines Würfels besitzt, dann kann die Einbauausrichtung des thermoelektrischen Wandlers wie bei dem in 7A, 7C oder 7D gezeigten Beispiel bestimmt werden. Wenn ferner ein thermoelektrischer Wandler in Form einer Säule eingebaut wird, dann kann die Einbauausrichtung des thermoelektrischen Wandlers wie bei dem in 7E gezeigten Beispiel bestimmt werden, oder der thermoelektrische Wandler kann derart eingebaut werden, dass er in Bezug auf die Strömungsrichtung F des Abgases wie bei dem in 7C gezeigten Beispiel aufgenommen ist.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 und 10 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
  • 9 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern einer Gesamtkonfiguration eines Leistungsgenerators 30 für ein Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der Leistungsgenerator 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Wandlerstapel 32 mit einer Mehrzahl von Einheitsstapeln 32a. Wie in 9 gezeigt, sind eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern 12, die jeden Einheitsstapel 32a bilden, miteinander in Reihe geschaltet, wobei eine Elektrode 34 jeweils zwischen jeder zweiten der benachbarten thermoelektrischen Wandler 12 positioniert ist. Das Stapelschema des Wandlerstapels 32 ist das gleiche wie beispielsweise jenes des Wandlerstapels 14 gemäß der ersten Ausführungsform. Der Leistungsgenerator 30 unterscheidet sich von dem Leistungsgenerator 10 gemäß der ersten Ausführungsform in der Anordnung der Elektroden 34. Die folgende Beschreibung stellt auf diesen Unterschied ab.
  • Wie in 9 gezeigt, beinhaltet der Leistungsgenerator 30 eine Abschirmung 36 für jede Elektrode 34, die benachbarte thermoelektrische Wandler 12 verbindet. Jede der Abschirmungen 36 ist derart vorgesehen, dass sie nicht nur die Oberfläche eines Abschnitts der Elektrode 34 auf der Stromaufwärtsseite des Abgases bedeckt, sondern auch die gesamte Oberfläche der Elektrode 34 bedeckt. Genauer gesagt bedeckt in dem in 9 gezeigten Beispiel jede der Abschirmungen 36 die Elektrode 34 derart, dass die gesamte Innenfläche der Abschirmung 36 mit der gesamten Oberfläche der ihr entsprechenden Elektrode 34 in Berührung steht. Die Abschirmungen 36 besitzen eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als jene sowohl der Elektrode 34 als auch des thermoelektrischen Wandlers 12. Konkret können die Abschirmungen 36 beispielsweise aus einem Keramikmaterial hergestellt sein. Das heißt, die Abschirmungen 36 der vorliegenden Ausführungsform dienen als ein Wärmeisolator.
  • 10A und 10B sind Diagramme zum Erläutern eines Vorteils der Anordnung der Elektroden 34 gemäß der zweiten Ausführungsform. 10B zeigt die Anordnung der Elektrode 24 gemäß der ersten Ausführungsform. In dieser Anordnung steht die Elektrode 24 in direkter Berührung mit dem Abgas. Mithin entspricht in dieser Anordnung die Oberfläche der Elektrode 24 auch einem oben beschriebenen Abschnitt der Oberfläche S (das heißt, einem leicht zu erwärmenden Teil). Die aus Metall hergestellte Elektrode 24 besitzt eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der thermoelektrische Wandler 12. Mithin besitzt die Elektrode 24 bei der in 10B gezeigten Anordnung eine stärkere Tendenz zur Aufnahme von Wärme aus dem Abgas als der thermoelektrische Wandler 12. Aufgrund dessen wird im Zuge des durch einen Anstieg der Temperatur des Abgases bedingten Anstiegs der dem Wandlerstapel 14 zugeführten Wärmemenge leicht die Temperatur der Elektrode 24 vor der Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 12 erhöht. Infolgedessen wird die der Elektrode 24 zugeführte Wärme leicht auf jene Teile des thermoelektrischen Wandlers 12 übertragen, die mit der Elektrode 24 in Berührung stehen (das heißt, die Stirnflächen 12aes und 12bes des n-Typ-Halbleiterteils 12a und des p-Typ-Halbleiterteils 12b, welche die höchste Bandlückenenergie besitzen).
  • Dagegen ist in der in 10A gezeigten Anordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abschirmung 36 zwischen der Elektrode 34 und dem Abgas vorhanden. Da die Oberfläche der Elektrode 34 auf der Stromaufwärtsseite des Abgases bei dieser Art von Anordnung durch die Abschirmung 36 bedeckt ist, kann vermieden werden, dass eine Wärmeübertragung von dem Abgas auf die Elektrode 34 aufgrund des Aufpralls der Strömung des Abgases auf der Elektrode 34 erleichtert wird.
  • Ferner bedeckt jede der Abschirmungen 36 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Elektrode 34 derart, dass die gesamte Innenfläche der Abschirmung 36 mit der gesamten Oberfläche der ihr entsprechenden Elektrode 34 in Berührung steht. Wenn im Gegensatz zu dieser Konfiguration die Abschirmung 36 von der Elektrode 34 getrennt ist, dann kann aufgrund des durch die Zwischenräume zwischen der Abschirmung 36 und der Elektrode 34 strömenden Abgases die Wärme von dem Abgas auf die Elektrode 34 übertragen werden. Gemäß der vorliegenden Konfiguration lässt sich jedoch auch die derart erfolgende Wärmeübertragung verringern. Ferner ist die Wärmeleitfähigkeit der Abschirmung 36 niedriger als jene der Elektrode 34. Somit kann auch die Wärmeleitung von der Abschirmung 36 auf die Elektrode 34 verringert werden. Infolgedessen kann lässt sich Wärmeeintrag von der Elektrode 34 in das n-Typ-Halbleiterteil 12a und das p-Typ-Halbleiterteil 12b verringern. Infolgedessen wird es unwahrscheinlicher, dass eine Temperaturdifferenz derart entsteht, dass die Temperatur des n-Typ-Halbleiterteils 12a oder des p-Typ-Halbleiterteils 12b höher ist als die Temperatur des intrinsischen Halbleiterteils 12c. Somit lässt sich eine effiziente Leistungserzeugung erreichen. Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform die Wärmeleitfähigkeit der Abschirmung 36 niedriger als jene des thermoelektrischen Wandlers 12. Mithin lässt sich auch ein Wärmeeintrag von der Abschirmung 36 in den thermoelektrischen Wandler 12 verringern.
  • Eine Abschirmung zum Verringern eines Wärmeeintrags in die Elektrode 34 (welche einer „Elektrodenabschirmung” gemäß der vorliegenden Offenbarung entspricht) kann anstelle der Abschirmung 36 gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform beispielsweise wie folgt konfiguriert sein. 11A und 11B sind Diagramme zum Erläutern von Modifikationsbeispielen der Konfiguration einer Elektrode gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Zunächst wird in der in 11A gezeigten Konfiguration eine Abschirmung 38 derart eingebaut, dass sie nicht die ganze Oberfläche der Elektrode 34 bedeckt und sie die Oberfläche der Elektrode 34 an einer Stelle auf der Stromaufwärtsseite des Abgases bedeckt, welche aus dem Grund, dass die Stelle der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist, leicht erwärmbar ist. Mit anderen Worten wird die Abschirmung 38 derart eingebaut, dass sie nicht mit der Elektrode 34 in Berührung steht. Die Elektrodenabschirmung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann, wie bei der Abschirmung 38, derart eingebaut werden, dass sie nur einen Abschnitt der Oberfläche einer Elektrode auf der Stromaufwärtsseite der Strömungsrichtung des Fluids bedeckt. Da diese Art von Ausgestaltung auch verhindern kann, dass die Strömung des Abgases direkt mit der Elektrode 34 zum Zusammenprall gelangt, kann eine durch diese Art von Zusammenprall des Abgases bedingte Erleichterung der Wärmeübertragung von dem Abgas auf die Elektrode 34 verhindert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Abschirmung 38 an dem thermoelektrischen Wandler 12 oder dem Abgasrohr 2 mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Befestigung fixiert ist.
  • Überdies, obzwar auch eine in 11B gezeigte Abschirmung 40 die Oberfläche der Elektrode 34 nur an einem Teil derselben auf der Stromaufwärtsseite des Abgases bedeckt, bedeckt die Abschirmung 40 die Elektrode 34 derart, dass sie mit der Elektrode 34 in Berührung steht. Aufgrund dessen ist die Abschirmung 40 in dem Beispiel dieser Abschirmung 40 wie bei der Abschirmung 36 gemäß der zweiten Ausführungsform als ein Wärmeisolator konfiguriert, um im Gegensatz zu der in 11A gezeigten Abschirmung 38 die Wärmeleitung von der Abschirmung 40 zu der Elektrode 34 zu verringern. Gemäß der in 11B gezeigten Konfiguration kann ein Wärmeeintrag in die Elektrode 34 aufgrund des durch die Zwischenräume zwischen der Abschirmung 40 und der Elektrode 34 strömenden Abgases effektiver vermieden werden als bei der in 11A gezeigten Konfiguration, und die Wärmeleitung von der Abschirmung 40 zu der Elektrode 34 kann auch verringert werden. Folglich kann die in 11B gezeigte Konfiguration einen Wärmeeintrag in die Elektrode 34 effektiver verringern als die in 11A gezeigte Konfiguration.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben.
  • 12 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern einer Gesamtkonfiguration eines Leistungsgenerators 50 für ein Fahrzeug gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 13 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration um den in 12 gezeigten Wandlerstapel 14 zeigt. Der Leistungsgenerator 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet den Wandlerstapel 14 wie in der ersten Ausführungsform.
  • Wie in 12 gezeigt, wird ein Abschnitt, der so spezifiziert ist, dass er das intrinsische Halbleiterteil 12c nicht beinhaltet und er den Endabschnitt 12ae des n-Typ-Halbleiterteils 12a sowie den Endabschnitt 12be des p-Typ-Halbleiterteils 12b beinhaltet (welche beide Teile mit der höchsten Bandlückenenergie sind), als ein Hochbandlückenenergie-Teil (nachstehend vorwiegend als ein „Hoch-BE-Teil” abgekürzt) 12d bezeichnet.
  • Der Einheitsstapel 14a ist ein Stapel einer Mehrzahl von (beispielsweise zwei) thermoelektrischen Wandlern 12. Der Leistungsgenerator 50 beinhaltet beispielsweise neun Einheitsstapel 14a. Diese Einheitsstapel 14a sind so angeordnet, dass sie voneinander um einen vorbestimmten Abstand entlang jeder aus der Strömungsrichtung F des Abgases und der zweiten senkrechten Richtung D2 beabstandet sind, wie in 12 und 13 gezeigt. Ferner ist der Wandlerstapel 14 derart konfiguriert, dass die Positionen der thermoelektrischen Wandler 12 (und der Elektroden 24), die diese Einheitsstapel 14a beinhalten, entlang der ersten senkrechten Richtung D1 miteinander fluchten.
  • Der Wandlerstapel 14 des Leistungsgenerators 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet Abschirmungen 52. Für den Wandlerstapel 14, der die oben beschriebene Konfiguration besitzt, ist jede der Abschirmungen 52 derart konfiguriert, dass sie das Hoch-BE-Teil jedes der thermoelektrischen Wandler 12 bedeckt, welche so angeordnet sind, dass sie sich mit den Abschirmungen 52 in der ersten senkrechten Richtung D1 überschneiden, und derart konfiguriert, dass sie sich in einer Plattenform entlang sowohl der Strömungsrichtung F des Abgases als auch der zweiten senkrechten Richtung D2 erstrecken. Genauer gesagt sind die Abschirmungen 52 so konfiguriert, dass sie derart dreigeteilt sind, dass sie sich in Verbindung mit der oben beschriebenen Konfiguration des Wandlerstapels 14 parallel zu sowohl der Strömungsrichtung F des Abgases als auch der zweiten senkrechten Richtung D2 erstrecken.
  • Entsprechend den Abschirmungen 52 mit der oben beschriebenen Konfiguration wird damit jedes der Hoch-BE-Teile 12d der thermoelektrischen Wandler 12 des Wandlerstapels 14 nicht nur an der Oberfläche eines Abschnitts jedes Hoch-BE-Teils 12d auf der Stromaufwärtsseite des Abgases, sondern auch an der gesamten Oberfläche jedes Hoch-BE-Teils 12d bedeckt. Genauer gesagt bedeckt jede der Abschirmungen 52 die gesamte Oberfläche jedes Hoch-BE-Teils 12d derart, dass sie mit der Oberfläche jedes Hoch-BE-Teils 12d in Berührung steht, und exponiert jedes intrinsische Halbleiterteil 12c sowie dessen nahe Umgebung (das heißt Teile, die von jedem Hoch-BE-Teil 12d verschieden sind) gegenüber dem Abgas. Da darüber hinaus die Abschirmungen 52 mit den Hoch-BE-Teilen 12d in Berührung stehen, sind die Abschirmungen 52 so konfiguriert, dass sie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzen als jene des thermoelektrischen Wandlers 12. Konkret können die Abschirmungen 52 aus einem Material wie etwa Keramik hergestellt sein.
  • Ferner bedeckt jede der Abschirmungen 52 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Gegensatz zu der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, bei der jede der Abschirmungen 36 nur die Elektrode 34 bedeckt, sowohl die Elektrode 24 als auch das Hoch-BE-Teil 12d jedes thermoelektrischen Wandlers 12. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform sind eine Elektrodenabschirmung für die Elektrode 24 und eine Hochbandlückenenergie-Abschirmung (welche einer „Hochbandlückenenergie-Abschirmung” entspricht) für das Hoch-BE-Teil 12d einstückig miteinander ausgebildet.
  • Genauer gesagt bedecken die Abschirmungen 52 die Elektroden 24 sowie die Hoch-BE-Teile 12d der n-Typ-Halbleiterteile 12a und der p-Typ-Halbleiterteile 12b, die mit den Elektroden 24 verbunden sind. Die Abschirmungen 52 bedecken die Elektroden 24 derart, dass sie in Berührung damit stehen. Mithin werden die Abschirmungen 52 unter Verwendung eines Materials (beispielsweise Keramik, wie oben beschrieben) konfiguriert, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit nicht nur als jene des thermoelektrischen Wandlers 12, sondern auch als jene der Elektrode 24 besitzt.
  • Ein Teil des Strömungskanals des Abgasrohrs 2 wird durch die Abschirmungen 52 mit der bisher beschriebenen Konfiguration blockiert, und infolgedessen wird die Kanalquerschnittsfläche des Abgasrohrs 2 verkleinert. Wie oben beschrieben, sind die intrinsischen Halbleiterteile 12c und ihre nahe Umgebung dem Abgas ausgesetzt, ohne von den Abschirmungen 52 bedeckt zu sein. Mit anderen Worten wird ein Teil des Strömungskanals des Abgasrohrs 2 durch die Abschirmungen 52 derart blockiert, dass der Randbereich der intrinsischen Halbleiterteile 12c und deren nahe Umgebung als ein Strömungskanal des Abgases sichergestellt sind.
  • Entsprechend der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform, welche die Abschirmungen 52 beinhaltet, kann verhindert werden, dass das Abgas mit den Hoch-BE-Teilen 12d zusammenprallt. Infolgedessen kann verhindert werden, dass Wärmeübertragung, die durch die Verwirbelung (Strömung) des Abgases im Randbereich der Hoch-BE-Teile 12d bewirkt wird, erleichtert wird. Darüber hinaus wird entsprechend dieser Konfiguration ein Zusammenprall des Abgases, dessen Strömungsgeschwindigkeit durch Verringern der Kanalquerschnittsfläche mit den Abschirmungen 52 erhöht wird, mit den intrinsischen Halbleiterteilen 12c und deren nahen Umgebung, welche eine relativ niedrige Bandlückenenergie besitzen, zugelassen. Infolgedessen kann die Strömung eines Hochgeschwindigkeitsabgases im Randbereich der intrinsischen Halbleiterteile 12c sowie deren Umgebung erzeugt werden. Mithin kann die Wärmeübertragung bei den intrinsischen Halbleiterteilen 12c sowie deren Umgebung erleichtert werden. Auf diese Weise kann gemäß dieser Konfiguration die Wärme des Abgases konzentriert bei den intrinsischen Halbleiterteilen 12c sowie deren Umgebung übertragen werden. Demgemäß lässt sich das Auftreten einer Temperaturdifferenz auf die oben beschriebene Weise zuverlässiger verringern verglichen mit der Konfiguration der zweiten Ausführungsform.
  • Ferner bedeckt jede der Abschirmungen 52 der vorliegenden Ausführungsform die Hoch-BE-Teile 12d derart, dass sie mit den Hoch-BE-Teilen 12d in Berührung steht. Somit kann verhindert werden, dass aufgrund des durch Zwischenräume zwischen den Abschirmungen 52 und den Hoch-BE-Teilen 12d strömenden Abgases die Wärme des Abgases übertragen wird. Dies gilt auch im Verhältnis zwischen den Abschirmungen 52 und den Elektroden 24. Jede der Abschirmungen 52 ist so konfiguriert, dass sie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als jene sowohl des thermoelektrischen Wandlers 12 als auch der Elektrode 24. Demgemäß kann auch die Wärmeleitung von den Abschirmungen 52 zu den Hoch-BE-Teilen 12d und den Elektroden 24 verringert werden.
  • Eine Hochbandlückenenergie-Abschirmung, welche zum Erleichtern des Zusammenpralls zwischen dem intrinsischen Halbleiterteil 12c und einem Hochgeschwindigkeitsfluid bei gleichzeitigem Verhindern des Zusammenpralls des Fluids mit den Hoch-BE-Teilen vorgesehen ist, kann statt als die oben beschriebene Abschirmung 52 der dritten Ausführungsform als eine nachstehend beschriebene Abschirmung 66 oder 72 konfiguriert sein.
  • 14 und 15 sind Diagramme zum Erläutern eines ersten Modifikationsbeispiels einer Konfiguration bezüglich der Hochbandlückenenergie-Abschirmung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 14 zeigt eine Konfiguration eines Leistungsgenerators 60 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel aus der gleichen Richtung betrachtet wie in 12, und 15 zeigt einen Teil eines in 14 gezeigten Wandlerstapels 64 aus der Strömungsrichtung F des Abgases betrachtet.
  • Der Hauptunterschied zwischen dem ersten Modifikationsbeispiel und der dritten Ausführungsform in Bezug auf einen anderen Gesichtspunkt als die Konfiguration einer Abschirmung ist die Form des thermoelektrischen Wandlers. Genauer gesagt sind eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern 62, die den Wandlerstapel 64 bilden, den der Leistungsgenerator 60 beinhaltet, als ein reguläres Oktaeder ausgebildet, wie aus 14 und 15 hervorgeht. Ein intrinsisches Halbleiterteil 62c jedes der thermoelektrischen Wandler 62 befindet sich an der Grenzfläche zweier vierseitiger Pyramiden.
  • Das Stapelschema des Wandlerstapels 64 ist beispielsweise gleich jenem des Wandlerstapels 14. Der Leistungsgenerator 60 beinhaltet eine Mehrzahl von Abschirmungen 66. Einige der Mehrzahl von Abschirmungen 66 sind für jeden Einheitsstapel 64 verteilt angeordnet und so ausgebildet, dass sie sich entlang der Stapelrichtung jedes Einheitsstapels 64a (das heißt, der ersten senkrechten Richtung D1) erstrecken. Darüber hinaus sind die restlichen der Mehrzahl von Abschirmungen 66 mit einer den oben beschriebenen Abschirmungen 52 ähnlichen Konfiguration an Endabschnitten des Wandlerstapels 64 in der ersten senkrechten Richtung D1 angeordnet. Jede der Abschirmungen 66 in der Anordnung gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel ist, wie bei den oben beschriebenen Abschirmungen 52, auch so konfiguriert, dass sie Hoch-BE-Teile 62d derart bedeckt, dass sie mit den Hoch-BE-Teilen 62d in Berührung steht und die Oberfläche jedes intrinsischen Halbleiterteils 62c gegenüber dem Abgas exponiert. Ferner ist jede der Abschirmungen 66 so konfiguriert, dass sie nicht nur die Hoch-BE-Teile 62d, sondern auch Elektroden 68 bedeckt (das heißt, derart, dass sie mit den Elektroden 68 in Berührung steht). Ferner ist jede der Abschirmungen 66 so konfiguriert, dass sie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als jene sowohl des thermoelektrischen Wandlers 62 als auch der Elektrode 68. Konkret können die Abschirmungen 66 aus einem Material wie etwa Keramik hergestellt sein.
  • In der Konfiguration gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel ist, wie bei den Ausgestaltungen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, ein Abschnitt der Oberfläche jedes der intrinsischen Halbleiterteile 62c in der Oberfläche S beinhaltet (siehe 15), welche ein leicht zu erwärmender Abschnitt ist (das heißt, ein Abschnitt mit dem höchsten Wärmeübertragungskoeffizienten). Darüber hinaus kann gemäß der vorliegenden Konfiguration der thermoelektrischen Wandler 62 mit der oben beschriebenen Form, genau wie bei der Konfiguration gemäß der dritten Ausführungsform, der Aufprall eines Hochgeschwindigkeitsabgases auf den intrinsischen Halbleiterteilen 62 erleichtert werden, während der Aufprall des Abgases auf den Hoch-BE-Teilen 62d verhindert wird.
  • Als Nächstes ist 16 ein Diagramm zum Erläutern eines zweiten Modifikationsbeispiels einer Konfiguration bezüglich einer Hochbandlückenenergie-Abschirmung gemäß der vorliegenden Offenbarung. 16 zeigt eine Konfiguration eines Leistungsgenerators 70 gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel aus der gleichen Richtung wie in 12 betrachtet. Was eine von einer Abschirmung verschiedene Konfiguration anbelangt, so wird davon ausgegangen, dass die Konfiguration dieses Leistungsgenerator 70 im Wesentlichen gleich jener des Leistungsgenerators 30 gemäß der zweiten Ausführungsform ist.
  • Bei dem in 16 gezeigten Leistungsgenerator 70 ist jede von Abschirmungen 72 so eingebaut, dass sie die Oberfläche des Hoch-BE-Teils 12d nicht gänzlich bedeckt, jedoch die Oberfläche des Hoch-BE-Teils 12d auch an einer Stelle auf der Stromaufwärtsseite des Abgases bedeckt, welche aus dem Grund leicht zu erwärmen ist, dass die Stelle der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist. Genauer gesagt ist jede der Abschirmungen 72 so eingebaut, dass sie die Oberfläche des Hoch-BE-Teils 12d derart bedeckt, dass sie nicht mit dem Hoch-BE-Teil 12d in Berührung steht. Die Hochbandlückenenergie-Abschirmung gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie etwa diese Abschirmung 72, kann so eingebaut werden, dass sie nur einen Abschnitt der Oberfläche des Hochbandlückenenergie-Teils auf der Stromaufwärtsseite der Strömungsrichtung des Fluids bedeckt. Ferner können eine Elektrodenabschirmung und eine Hochbandlückenenergie-Abschirmung voneinander getrennt sein, wie bei der in 16 gezeigten Konfiguration. Ferner kann nur die Hochbandlückenenergie-Abschirmung für den thermoelektrischen Wandler gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sein.
  • Bei der in 16 gezeigten Konfiguration kann wiederum verhindert werden, dass die Strömung des Abgases direkt mit den Hoch-BE-Teilen 12d zusammenprallt. Die Erleichterung der Wärmeübertragung von dem Abgas auf die Hoch-BE-Teile aufgrund dieser Art von Zusammenprall mit dem Abgas kann mithin verhindert werden. Da darüber hinaus die Abschirmungen 72 eingebaut sind, kann der Aufprall eines Hochgeschwindigkeitsabgases auf den intrinsischen Halbleiterteilen 12c erleichtert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass jede der Abschirmungen 72 mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Befestigung an dem thermoelektrischen Wandler 12 oder dem Abgasrohr 2 fixiert ist. Ferner kann jede der Abschirmungen 72 im Gegensatz zur vorliegenden Konfiguration unter Verwendung eines Materials konfiguriert sein, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als jene des thermoelektrischen Wandlers 12, und kann so konfiguriert sein, dass sie das Hoch-BE-Teil 12d derart bedeckt, dass sie mit dem Hoch-BE-Teil 12d in Berührung steht.
  • In der dritten Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem das intrinsische Halbleiterteil 12c und dessen nahe Umgebung als ein von dem Hoch-BE-Teil 12d verschiedener Abschnitt vorliegen. Jedoch kann das Hoch-BE-Teil, welches ein durch die Hochbandlückenenergie-Abschirmung zu bedeckendes Objekt ist, alle Abschnitte sein, die von dem intrinsischen Halbleiterteil verschieden sind.
  • Überdies sind bei dem in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform beispielhaft angegebenen Wandlerstapel 14 die Mehrzahl von (beispielsweise drei) Einheitsstapeln 14a so angeordnet, dass sie um einen vorbestimmten Abstand voneinander sowohl in der Strömungsrichtung F des Abgases als auch der zweiten senkrechten Richtung D2 voneinander beabstandet sind. Wenn entgegen dieser Art von Anordnung eine Mehrzahl von Einheitsstapeln so angeordnet sind, dass sie um einen vorbestimmten Abstand entlang einer aus der Strömungsrichtung F des Abgases und der zweiten senkrechten Richtung D2 voneinander beabstandet sind, kann die Hochbandlückenenergie-Abschirmung so konfiguriert sein, dass sie sich entlang der Strömungsrichtung F oder der zweiten senkrechten Richtung D2 erstreckt, entlang welcher eine Mehrzahl von Einheitsstapeln eingebaut sind.
  • Bei der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform und Modifikationsbeispielen hiervon ist der Leistungsgenerator 10, 30, 50, 60 oder 70 mit dem Wandlerstapel 14, 32 oder 64 versehen, welcher durch eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern 12 oder 62 gebildet ist. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht notwendigerweise auf die Leistungsgeneratoren beschränkt, die eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern in Form eines Wandlerstapels beinhalten, und der Leistungsgenerator gemäß der vorliegenden Offenbarung kann nur einen thermoelektrischen Wandler beinhalten, der derart in einem Strömungskanal eingebaut ist, dass die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils einer Strömung eines Fluids entgegengerichtet ist.
  • Ferner ist 17 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer anderen Art und Weise des Stapelns der in 2 gezeigten thermoelektrischen Wandler 12. 17 zeigt einen Wandlerstapel 80 aus der Strömungsrichtung F des Abgases betrachtet. In der in 17 gezeigten Konfiguration ist jeder thermoelektrische Wandler 12, der den Wandlerstapel 80 bildet, wiederum derart in dem Abgasrohr angeordnet, dass die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils 12c der Strömung des Abgases entgegengerichtet ist.
  • In der in 17 gezeigten Konfiguration sind Stirnflächen 12bes der p-Typ-Halbleiterteile 12b, die als eine positive Elektrode dienen, durch eine Elektrode 82 elektrisch miteinander verbunden, und Stirnflächen 12aes des n-Typ-Halbleiterteils 12a, das als eine negative Elektrode dient, sind durch eine Elektrode 84 elektrisch miteinander verbunden. Der Wandlerstapel aus einer Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern 12 ist nicht auf den Stapel beschränkt, der die miteinander in Reihe geschalteten thermoelektrischen Wandler 12, wie etwa jene in den oben beschriebenen Beispielen, beinhaltet, und ein Stapel, der die parallel zueinander geschalteten thermoelektrischen Wandler 12 beinhaltet, wie etwa die in 17 gezeigte Konfiguration, ist ebenfalls möglich. Wenn darüber hinaus eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern 12 gestapelt sind, dann sind eine Reihenschaltung einer Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern und eine Parallelschaltung einer Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern kombinierbar.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass es zum Unterbinden eines Leckverlusts des elektrischen Stroms aus einem thermoelektrischen Wandler gemäß der vorliegenden Offenbarung (beispielsweise dem thermoelektrischen Wandler 12) an ein Fluid, das durch einen Strömungskanal strömt, in dem der thermoelektrische Wandler eingebaut ist, erforderlich sein mag, den thermoelektrischen Wandler je nach der Art des Fluids von dem Fluid zu isolieren. Falls diese Art von Isolierung erforderlich ist, kann die Oberfläche des thermoelektrischen Wandlers mit einem Isolator in Berührung stehen. Darüber hinaus kann ein von dem Isolator verschiedenes Element, wie etwa eine Schutzvorrichtung (zum Beispiel eine Abdeckung für den thermoelektrischen Wandler), mit der Oberfläche des thermoelektrischen Wandlers in Berührung stehen. Selbst in einem Beispiel, bei dem diese Art von Element vorgesehen ist, wird die Wärme des Fluids durch einen oder beide aus dem Isolator und der Schutzvorrichtung auf den thermoelektrischen Wandler übertragen. Falls mithin in diesem Beispiel der thermoelektrische Wandler derart in dem Strömungskanal eingebaut ist, dass das intrinsische Halbleiterteil der Strömung des Fluids entgegengerichtet ist, dann kann eine Wärmeübertragung von dem Fluid auf das intrinsische Halbleiterteil wie bei den oben beschriebenen Beispielen erleichtert werden. Wenn ferner ein Leistungsgenerator ein Gehäuse beinhaltet, das den thermoelektrischen Wandler aufnimmt, dann kann ein Teil des Gehäuses durch die vorgenannte Abdeckung ausgebildet sein.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen können gegebenenfalls auf andere Arten als jene, die oben explizit beschrieben sind, kombiniert und auf unterschiedliche Weise modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2015125823 A1 [0002, 0003, 0004, 0005, 0005, 0044]
    • JP 2004-011512 A [0004]

Claims (10)

  1. Leistungsgenerator (10; 30; 50; 60; 70) für ein Fahrzeug, umfassend: einen thermoelektrischen Wandler (12; 62), der ein n-Typ-Halbleiterteil (12a), ein p-Typ-Halbleiterteil (12b) und ein zwischen dem n-Typ-Halbleiterteil (12a) und dem p-Typ-Halbleiterteil (12b) angeordnetes intrinsisches Halbleiterteil (12c; 62c) beinhaltet, wobei eine Bandlückenenergie des intrinsischen Halbleiterteils (12c; 62c) niedriger ist als jede Bandlückenenergie des n-Typ-Halbleiterteils (12a) und des p-Typ-Halbleiterteils (12b), wobei der Leistungsgenerator (10; 30; 50; 60; 70) in einem Fahrzeug verwendet wird, das einen Strömungskanal beinhaltet, in dem ein Fluid strömt, welches dem thermoelektrischen Wandler (12; 62) Wärme zuführt, und wobei der thermoelektrische Wandler (12; 62) in dem Strömungskanal derart eingebaut ist, dass eine Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils (12c; 62c) einer Strömung des Fluids entgegengerichtet ist.
  2. Leistungsgenerator (50; 60; 70) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Hochbandlückenenergie-Abschirmung (52; 66; 72), die so eingebaut ist, dass sie eine Oberfläche eines Hochbandlückenenergie-Teils (12d; 62d) des thermoelektrischen Wandlers (12; 62) zumindest auf einer Stromaufwärtsseite in einer Strömungsrichtung des Fluids bedeckt, wobei das intrinsische Halbleiterteil (12c; 62c) dem Hochbandlückenenergie-Teil (12d; 62d) nicht entspricht, und ein Endabschnitt (12ae) des n-Typ-Halbleiterteils (12a) auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil (12c; 62c) und ein Endabschnitt (12be) des p-Typ-Halbleiterteils (12b) auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil (12c; 62c) dem Hochbandlückenenergie-Teil (12d; 62d) entsprechen.
  3. Leistungsgenerator (30; 50; 60; 70) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der thermoelektrische Wandler (12; 62) eine Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern (12; 62) beinhaltet, wobei die Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern (12; 62) als ein Wandlerstapel (14; 32; 64) konfiguriert sind, bei dem die Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern (12; 62) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine Elektrode (24; 34; 68) dazwischen positioniert ist, wobei, wenn ein Endabschnitt (12ae) des n-Typ-Halbleiterteils (12a) des thermoelektrischen Wandlers (12; 62) auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil (12c; 62c) als ein erster Endabschnitt (12ae) bezeichnet wird und ein Endabschnitt (12be) des p-Typ-Halbleiterteils (12b) des thermoelektrischen Wandlers (12; 62) auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil (12c; 62c) als ein zweiter Endabschnitt (12be) bezeichnet wird, die Elektrode (24; 34; 68) den ersten Endabschnitt (12ae) eines von benachbarten thermoelektrischen Wandlern (12; 62) und den zweiten Endabschnitt (12be) der restlichen benachbarten thermoelektrischen Wandler (12; 62) elektrisch verbindet, und wobei der Leistungsgenerator (30; 50; 60; 70) ferner eine Elektrodenabschirmung (36; 38; 40; 52; 66) umfasst, die so eingebaut ist, dass sie eine Oberfläche der Elektrode (24; 34; 68) zumindest auf einer Stromaufwärtsseite in einer Strömungsrichtung des Fluids bedeckt.
  4. Leistungsgenerator (30; 50; 60; 70) für ein Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Elektrodenabschirmung (36; 40; 52; 66) so konfiguriert ist, dass sie die Elektrode (24; 34; 68) derart bedeckt, dass sie mit der Elektrode (24; 34; 68) in Berührung steht, und so konfiguriert ist, dass sie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als jene der Elektrode (24; 34; 68).
  5. Leistungsgenerator (50; 60; 70) für ein Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, ferner umfassend eine Hochbandlückenenergie-Abschirmung (52; 66; 72), die so eingebaut ist, dass sie eine Oberfläche eines Hochbandlückenenergie-Teils (12d; 62d) des thermoelektrischen Wandlers (12; 62) zumindest auf einer Stromaufwärtsseite in der Strömungsrichtung des Fluids bedeckt, wobei das intrinsische Halbleiterteil (12c; 62c) dem Hochbandlückenenergie-Teil (12d; 62d) nicht entspricht, und der erste Endabschnitt (12ae) und der zweite Endabschnitt (12be) dem Hochbandlückenenergie-Teil (12d; 62d) entsprechen.
  6. Leistungsgenerator (50; 60; 70) für ein Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Hochbandlückenenergie-Abschirmung (52; 66) so konfiguriert ist, dass sie das Hochbandlückenenergie-Teil (12d; 62d) derart bedeckt, dass sie mit dem Hochbandlückenenergie-Teil (12d; 62d) in Berührung steht, und so konfiguriert ist, dass sie die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils (12c; 62c) gegenüber dem Fluid exponiert, und dass sie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als jene des thermoelektrischen Wandlers (12; 62).
  7. Leistungsgenerator (50; 60) für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der Wandlerstapel (14; 64) eine Mehrzahl von Einheitsstapeln (14a; 64a) beinhaltet, wobei jeder Einheitsstapel (14a; 64a) mit der Mehrzahl von thermoelektrischen Wandlern (12; 62) konfiguriert ist, welche mit der dazwischen positionierten Elektrode (24; 68) gestapelt sind, wobei die Mehrzahl von Einheitsstapeln (14a; 64a) derart eingebaut sind, dass eine Stapelrichtung der thermoelektrischen Wandler (12; 62), die in jeder der Mehrzahl von Einheitsstapeln (14a; 64a) beinhaltet sind, auf eine erste senkrechte Richtung ausgerichtet ist, welche zu der Strömungsrichtung des Fluids senkrecht ist, wobei die Mehrzahl von Einheitsstapeln (14a; 64a) so angeordnet sind, dass sie um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, und wobei, wenn eine Richtung, die sowohl zu der Strömungsrichtung des Fluids als auch zu der ersten senkrechten Richtung senkrecht ist, als eine zweite senkrechte Richtung bezeichnet wird, die Hochbandlückenenergie-Abschirmung (52; 66) so konfiguriert ist, dass sie sich in einer Plattenform entlang mindestens einer aus der Strömungsrichtung des Fluids und der zweiten senkrechten Richtung erstreckt, und so konfiguriert ist, dass sie die Hochbandlückenenergie-Abschirmung (52; 66) eines oder mehrerer thermoelektrischer Wandler (12; 62) bedeckt, welche so angeordnet sind, dass sie sich mit der Hochbandlückenenergie-Abschirmung (52; 66) überschneiden.
  8. Leistungsgenerator (50; 60) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Elektrodenabschirmung (52; 66) und die Hochbandlückenenergie-Abschirmung (52; 66) einstückig miteinander ausgebildet sind.
  9. Leistungsgenerator (10; 30; 50; 60; 70) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis, 8, wobei der thermoelektrische Wandler (12; 62) eine Form eines Primas oder einer Säule besitzt, die eine Seitenfläche beinhaltet, welche die Oberfläche des intrinsischen Halbleiterteils (12c; 62c), einen Endabschnitt (12ae) des n-Typ-Halbleiterteils (12a) auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil (12c; 62c) und einen Endabschnitt (12be) des p-Typ-Halbleiterteils (12b) auf einer Seite gegenüberliegend zu dem intrinsischen Halbleiterteil (12c; 62c) beinhaltet, und wobei der thermoelektrische Wandler (12; 62) derart in dem Strömungskanal eingebaut ist, dass ein Wärmefluss, der durch die Seitenfläche von dem Fluid aufgenommen wird, größer ist als ein Wärmefluss, der durch jeden aus dem Endabschnitt (12ae) des n-Typ-Halbleiterteils (12a) und dem Endabschnitt (12be) des p-Typ-Halbleiterteils (12b) von dem Fluid aufgenommen wird.
  10. Leistungsgenerator (10; 30; 50; 60; 70) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Strömungskanal ein innerer Kanal eines Abgasrohrs (2) einer an dem Fahrzeug montierten Verbrennungskraftmaschine (1) ist, und das Fluid Abgas ist, das in dem Abgasrohr (2) strömt.
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