DE112019005367T5

DE112019005367T5 - Thermoelektrischer generator

Info

Publication number: DE112019005367T5
Application number: DE112019005367.1T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Goto; Tomonori Murata
Original assignee: Kelk Ltd
Current assignee: Kelk Ltd
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN113243078B; JP7378925B2; KR20210074380A; KR20240017142A; WO2020110833A1; US20210408352A1; CN113243078A; JP2020089211A

Abstract

Ein thermoelektrischer Generator umfasst einen Wärmeaufnahmeabschnitt, einen Wärmeabgabeabschnitt, ein thermoelektrisches Erzeugungsmodul, das zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt angeordnet ist, und einen Wärmeübertragungsmechanismus, der einen ersten Verbindungsabschnitt, der eingerichtet ist, um mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul verbunden zu sein, und einen zweiten Verbindungsabschnitt umfasst, der eingerichtet ist, um mit mindestens einem von dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt verbunden zu sein, wobei der Wärmeübertragungsmechanismus zumindest teilweise elastisch verformt wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen thermoelektrischen Generator.
Hintergrund
Es sind thermoelektrische Generatoren bekannt, die thermoelektrische Erzeugungsmodule enthalten, die unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts elektrische Leistung erzeugen. Jedes der thermoelektrischen Erzeugungsmodule erzeugt elektrische Leistung durch eine Temperaturdifferenz, die zwischen einer Endfläche und der anderen Endfläche des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls angelegt wird.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2016-157356
Zusammenfassung
Technisches Problem
In einigen Fällen ist zur Wärmeübertragung mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul ein Wärmeübertragungselement mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul verbunden. Wenn das Wärmeübertragungselement thermisch verformt wird, kann eine übermäßige äußere Kraft auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul ausgeübt werden, oder das thermoelektrische Erzeugungsmodul und das Wärmeübertragungselement können voneinander getrennt werden. Infolgedessen kann sich die Leistung des thermoelektrischen Generators verschlechtern.
Ein Ziel eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit eines thermoelektrischen Generators zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein thermoelektrischer Generator: einen Wärmeaufnahmeabschnitt; einen Wärmeabgabeabschnitt; ein thermoelektrisches Erzeugungsmodul, das zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt angeordnet ist; und einen Wärmeübertragungsmechanismus, der einen ersten Verbindungsabschnitt, der eingerichtet ist, um mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul verbunden zu sein, und einen zweiten Verbindungsabschnitt umfasst, der eingerichtet ist, um mit mindestens einem von dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt verbunden zu sein, wobei der Wärmeübertragungsmechanismus zumindest teilweise elastisch verformt wird.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Generators unterdrückt.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen thermoelektrischen Generator nach einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des thermoelektrischen Generators nach der ersten Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein thermoelektrisches Erzeugungsmodul nach der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus nach der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus nach einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus nach einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus nach einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus nach einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus nach einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beschreibung begrenzt. Komponentenelemente nach den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden. Darüber hinaus können einige der Komponentenelemente in einigen Fällen nicht verwendet werden.
In der folgenden Beschreibung wird ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem festgelegt, und Positionsbeziehungen zwischen Abschnitten werden mit Bezug auf das orthogonale XYZ-Koordinatensystem beschrieben. Eine Richtung parallel zu einer X-Achse in einer vorbestimmten Ebene wird als X-Achsen-Richtung dargestellt, eine Richtung parallel zu einer Y-Achse orthogonal zur X-Achse in der vorbestimmten Ebene wird als Y-Achsen-Richtung dargestellt, und eine Richtung parallel zu einer Z-Achse orthogonal zur vorbestimmten Ebene wird als Z-Achsen-Richtung dargestellt. Eine XY-Ebene, die die X- und Y-Achse umfasst, ist parallel zu der vorbestimmten Ebene.
[Erste Ausführungsform]
<Thermoelektrischer Generator>
Es wird eine erste Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines thermoelektrischen Generators 1 nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des thermoelektrischen Generators 1 nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst der thermoelektrische Generator 1 einen Wärmeaufnahmeabschnitt 2, einen Wärmeabgabeabschnitt 3, ein Umfangswandelement 4, das zwischen dem Umfangsrandabschnitt des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 und dem Umfangsrandabschnitt des Wärmeabgabeabschnitts 3 angeordnet ist, ein thermoelektrisches Erzeugungsmodul 5, das zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 angeordnet ist, eine Vielzahl von elektronischen Komponenten 6, die eingerichtet sind, um durch die vom thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 erzeugte elektrische Leistung angetrieben zu werden, und ein Substrat 7, das eingerichtet ist, um zumindest einige der elektronischen Komponenten zu stützen.
Ferner umfasst der thermoelektrische Generator 1 einen Wärmeübertragungsmechanismus 10, der eingerichtet ist, um zumindest teilweise mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 verbunden zu sein.
Der Wärmeaufnahmeabschnitt 2 ist an einem Objekt B installiert. Der Wärmeaufnahmeabschnitt 2 ist ein plattenförmiges Element. Der Wärmeaufnahmeabschnitt 2 ist aus einem Metallmaterial, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, hergestellt. Das Objekt B fungiert als Wärmequelle. Der Wärmeaufnahmeabschnitt 2 nimmt Wärme vom Objekt B auf. Die Wärme des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 wird über den Wärmeübertragungsmechanismus 10 an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 übertragen.
Der Wärmeabgabeabschnitt 3 liegt dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 mit einem Zwischenraum dazwischen gegenüber. Der Wärmeabgabeabschnitt 3 ist ein plattenförmiges Element. Der Wärmeabgabeabschnitt 3 ist aus einem Metallmaterial wie Aluminium oder Kupfer hergestellt. Der Wärmeabgabeabschnitt 3 nimmt Wärme vom thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 auf. Die Wärme des Wärmeabgabeabschnitts 3 wird an einen Umgebungsluftraum um den thermoelektrischen Generator 1 abgegeben.
Der Wärmeaufnahmeabschnitt 2 weist eine Wärmeaufnahmefläche 2A, die einer Oberfläche des Objekts B gegenüberliegt, und eine Innenfläche 2B, die in eine der Wärmeaufnahmefläche 2A entgegengesetzte Richtung weist, auf. Die Wärmeaufnahmefläche 2A weist in eine -Z-Richtung. Die Innenfläche 2B weist in eine +Z-Richtung. Jede von der Wärmeaufnahmefläche 2A und der Innenfläche 2B weist eine flache Form auf. Jede von der Wärmeaufnahmefläche 2A und der Innenfläche 2B ist parallel zur XY-Ebene. In der XY-Ebene ist die äußere Form des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 im Wesentlichen viereckig.
Der Wärmeabgabeabschnitt 3 weist eine Wärmeabgabefläche 3A, die dem Umgebungsluftraum zugewandt ist, und eine Innenfläche 3B, die in eine der Wärmeabgabefläche 3A entgegengesetzte Richtung weist, auf. Die Wärmeabgabefläche 3A weist in die +Z-Richtung. Die Innenfläche 3B weist in die -Z-Richtung. Jede von der Wärmeabgabefläche 3A und der Innenfläche 3B weist eine flache Form auf. Jede von der Wärmeabgabefläche 3A und der Innenfläche 3B ist parallel zur XY-Ebene. In der XY-Ebene ist die äußere Form des Wärmeabgabeabschnitts 3 im Wesentlichen viereckig.
In der XY-Ebene sind die äußere Form und die Abmessungen des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 und die äußere Form und die Abmessungen des Wärmeabgabeabschnitts 3 im Wesentlichen gleich.
Das periphere Wandelement 4 ist zwischen dem peripheren Randabschnitt der inneren Oberfläche 2B des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 und dem peripheren Randabschnitt der inneren Oberfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 angeordnet. Das periphere Wandelement 4 verbindet den Wärmeaufnahmeabschnitt 2 und den Wärmeabgabeabschnitt 3. Das periphere Wandelement 4 ist aus einem Kunstharz hergestellt.
In der XY-Ebene weist das periphere Wandelement 4 eine ringförmige Form auf. In der XY-Ebene ist die äußere Form des peripheren Wandelements 4 im Wesentlichen viereckig. Der Wärmeaufnahmeabschnitt 2, der Wärmeabgabeabschnitt 3 und das periphere Wandelement 4 definieren einen Innenraum 8 des thermoelektrischen Generators 1. Das periphere Wandelement 4 weist eine Innenfläche 4B auf, die dem Innenraum 8 zugewandt ist. Die Innenfläche 2B des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 ist dem Innenraum 8 zugewandt. Die Innenfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 ist dem Innenraum 8 zugewandt. Der Umgebungsluftraum um den thermoelektrischen Generator 1 ist ein Außenraum des thermoelektrischen Generators 1.
Ein Dichtungselement 9A ist zwischen dem Umfangsrandabschnitt der Innenfläche 2B des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 und einer Endfläche auf der -Z-Seite des Umfangswandelements 4 angeordnet. Ein Dichtungselement 9B ist zwischen dem Umfangsrandabschnitt der Innenfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 und einer Endfläche auf der +Z-Seite des Umfangswandelements 4 angeordnet. Jedes von dem Dichtungselement 9A und dem Dichtungselement 9B umfasst z. B. einen O-Ring. Das Dichtungselement 9A ist in einer Aussparung 2BT angeordnet, die am Umfangsrandabschnitt der Innenfläche 2B vorgesehen ist. Das Dichtungselement 9B ist in einer Aussparung 3BT angeordnet, die am Umfangsrandabschnitt der Innenfläche 3B vorgesehen ist. Das Dichtungselement 9A und das Dichtungselement 9B verhindern das Eindringen von Fremdkörpern im Außenraum des thermoelektrischen Generators 1 in den Innenraum 8.
Das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 nutzt den Seebeck-Effekt zur Erzeugung elektrischer Leistung. Eine Endfläche 51 auf der -Z-Seite des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 wird erwärmt, um eine Temperaturdifferenz zwischen der Endfläche 51 auf der -Z-Seite und einer Endfläche 52 auf der +Z-Seite des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 anzuwenden, und dadurch erzeugt das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 elektrische Leistung.
Die Endfläche 51 weist in -Z-Richtung. Die Endfläche 52 weist in die +Z-Richtung. Jede der Endflächen 51 und der Endflächen 52 weist eine flache Form auf. Jede von der Endfläche 51 und der Endfläche 52 ist parallel zur XY-Ebene. In der XY-Ebene ist die äußere Form des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 im Wesentlichen viereckig.
Die Endfläche 52 liegt der Innenfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 gegenüber. In der Innenfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 ist eine Aussparung 3BU ausgebildet. In der Aussparung 3BU ist zumindest ein Teil des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 angeordnet. Das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 ist an dem Wärmeabgabeabschnitt 3 befestigt. Der Wärmeabgabeabschnitt 3 und das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 sind z. B. durch einen Klebstoff miteinander verbunden.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 umfasst thermoelektrische P-Typ-Halbleitervorrichtungen 5P, thermoelektrische N-Typ-Halbleitervorrichtungen 5N, erste Elektroden 53, zweite Elektroden 54, ein erstes Substrat 51S und ein zweites Substrat 52S. In der XY-Ebene sind die thermoelektrischen P-Typ-Halbleitervorrichtungen 5P und die thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtungen 5N abwechselnd angeordnet. Jede der ersten Elektroden 53 ist mit jeder der thermoelektrischen P-Typ-Halbleitervorrichtungen 5P und der thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtungen 5N verbunden. Jede der zweiten Elektroden 54 ist mit jeder der thermoelektrischen P-Typ-Halbleitervorrichtungen 5P und thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtungen 5N verbunden. Eine untere Fläche der thermoelektrischen P-Typ-Halbleitereinrichtung 5P und eine untere Fläche der thermoelektrischen N-Typ-Halbleitereinrichtung 5N sind mit der ersten Elektrode 53 verbunden. Eine obere Fläche der thermoelektrischen P-Typ-Halbleitereinrichtung 5P und eine obere Fläche der thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtung 5N sind mit der zweiten Elektrode 54 verbunden. Die erste Elektrode 53 ist mit dem ersten Substrat 51S verbunden. Die zweite Elektrode 54 ist mit dem zweiten Substrat 52S verbunden.
Jede von der thermoelektrischen P-Typ-Halbleitervorrichtung 5P und der thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtung 5N umfasst beispielsweise ein thermoelektrisches Material auf BiTe-Basis. Jedes der ersten Substrate 51S und zweiten Substrate 52S ist aus einem elektrisch isolierenden Material wie Keramik oder Polyimid hergestellt.
Das erste Substrat 51S weist die Endfläche 51 auf. Das zweite Substrat 52S weist die Endfläche 52 auf. Als Reaktion auf die Erwärmung des ersten Substrats 51S wird eine Temperaturdifferenz zwischen den Endabschnitten auf der +Z-Seite und der -Z-Seite jeder thermoelektrischen P-Typ-Halbleitervorrichtung 5P und der thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtung 5N angewendet. Als Reaktion auf die Anwendung der Temperaturdifferenz zwischen den Endabschnitten auf der +Z-Seite und der -Z-Seite der thermoelektrischen P-Typ-Halbleitervorrichtung 5P bewegen sich Löcher in der thermoelektrischen P-Typ-Halbleitervorrichtung 5P. Als Reaktion auf die Anwendung der Temperaturdifferenz zwischen den Endabschnitten auf der +Z-Seite und der -Z-Seite der thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtung 5N bewegen sich Elektronen in der thermoelektrischen N-Typ-Halbleitervorrichtung 5N. Die thermoelektrische P-Typ-Halbleiteranordnung 5P und die thermoelektrische N-Typ-Halbleiteranordnung 5N sind über die erste Elektrode 53 und die zweite Elektrode 54 verbunden. Zwischen der ersten Elektrode 53 und der zweiten Elektrode 54 wird durch Löcher und Elektronen eine Potentialdifferenz erzeugt. Das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 erzeugt aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 53 und der zweiten Elektrode 54 elektrischen Strom. Eine Verbindungsleitung 55 ist mit einer ersten Elektrode 53 verbunden. Das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 gibt elektrische Leistung über die Verbindungsleitung 55 ab.
Die elektronischen Komponenten 6 werden jeweils durch elektrische Energie angetrieben, die von dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 erzeugt wird. Der thermoelektrische Generator 1 umfasst die Vielzahl der elektronischen Komponenten 6. Zumindest ein Teil der elektronischen Komponenten 6 ist im Innenraum 8 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die elektronischen Komponenten 6 einen Sensor 6A und einen Sender 6B, der eingerichtet ist, um Erfassungsdaten vom Sensor 6A zu übertragen. Darüber hinaus enthalten die elektronischen Komponenten 6 einen Verstärker 6C, der eingerichtet ist, um die Erfassungsdaten vom Sensor 6A zu verstärken, und einen Mikrocomputer 6D, der eingerichtet ist, um sowohl den Sensor 6A, den Sender 6B als auch den Verstärker 6C zu steuern.
Das Substrat 7 umfasst eine Steuerplatine, die eingerichtet ist, um zumindest einige der elektronischen Komponenten 6 zu stützen. Das Substrat 7 ist in dem Innenraum 8 angeordnet. Das Substrat 7 ist über ein Stützelement 7A mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 verbunden. Das Substrat 7 ist über ein Stützelement 7B mit dem Wärmeabgabeabschnitt 3 verbunden. Das Substrat 7 ist durch das Stützelement 7A und das Stützelement 7B abgestützt, um von jedem von dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 getrennt zu sein.
Der Sensor 6A umfasst z. B. einen Temperatursensor. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Sensoren 6A angeordnet. Die Sensoren 6A sind jeweils an dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2, dem Wärmeabgabeabschnitt 3 und dem Substrat 7 angeordnet. Die Erfassungsdaten von jedem der Sensoren 6A werden durch den Verstärker 6C verstärkt und dann durch den Sender 6B an eine Verwaltungsvorrichtung übertragen, die sich außerhalb des thermoelektrischen Generators 1 befindet.
<Wärmeübertragungsmechanismus>
4 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für den Wärmeübertragungsmechanismus 10 nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Der Wärmeübertragungsmechanismus 10 empfängt Wärme vom Wärmeaufnahmeabschnitt 2 und überträgt die Wärme an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5.
Wie in den 1, 2 und 4 dargestellt, umfasst der Wärmeübertragungsmechanismus 10 einen ersten Verbindungsabschnitt 11, der zur Verbindung mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 eingerichtet ist, und einen zweiten Verbindungsabschnitt 12, der zur Verbindung mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 eingerichtet ist. Zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmechanismus 10 ist elastisch verformt. Wenigstens ein Teil des Wärmeübertragungsmechanismus 10 ist im Innenraum 8 angeordnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Wärmeübertragungsmechanismus 10 ein erstes Wärmeübertragungselement 13, das den ersten Verbindungsabschnitt 11 umfasst, einen elastischen Abschnitt 15, der zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13 und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet ist, und ein zweites Wärmeübertragungselement 14, das den zweiten Verbindungsabschnitt 12 umfasst und eingerichtet ist, um das erste Wärmeübertragungselement 13 zu führen.
Das erste Wärmeübertragungselement 13 ist aus einem metallischen Material wie Aluminium oder Kupfer gefertigt. Das erste Wärmeübertragungselement 13 ist ein stabförmiges Element, das sich in Z-Achsen-Richtung ausdehnt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Wärmeübertragungselement 13 ein säulenförmiges Element.
Der erste Verbindungsabschnitt 11 umfasst einen Endabschnitt an der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13. Das erste Wärmeübertragungselement 13 ist mit der Endfläche 51 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Verbindungsabschnitt 11 über ein Wärmeübertragungsblech 16 mit der Endfläche 51 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 verbunden. Das Wärmeübertragungsblech 16 ist flexibel. Das Wärmeübertragungsblech 16 ist z. B. aus Kohlenstoff hergestellt. In 4 entfällt die Darstellung des Wärmeübertragungsblechs 16.
Das zweite Wärmeübertragungselement 14 ist aus einem metallischen Material wie Aluminium oder Kupfer gefertigt. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 ist ein zylindrisches Element, das um das erste Wärmeübertragungselement 13 herum angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Wärmeübertragungselement 14 ein zylindrisches Element.
Der zweite Verbindungsabschnitt 12 umfasst einen Endabschnitt an der -Z-Seite des zweiten Wärmeübertragungselements 14. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 ist fest mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 verbunden. Das erste Wärmeübertragungselement 13 ist in Z-Achsen-Richtung beweglich. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 führt das erste Wärmeübertragungselement 13 in Z-Achsen-Richtung.
Der elastische Abschnitt 15 verformt sich elastisch in Z-Achsen-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der elastische Abschnitt 15 ein elastisches Element, wie z. B. eine Schraubenfeder. Der elastische Abschnitt 15 ist zwischen einem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13 und der Innenfläche 2B des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 angeordnet. Ein Endabschnitt auf der +Z-Seite des elastischen Abschnitts 15 ist mit dem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13 verbunden. Wie in 1 und 2 dargestellt, ist in der Innenfläche 2B des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 eine Aussparung 2BU ausgebildet. Zumindest ein Teil des elastischen Abschnitts 15 ist in der Aussparung 2BU angeordnet. Ein Endabschnitt auf der -Z-Seite des elastischen Abschnitts 15 ist mit einer Bodenfläche der Aussparung 2BU verbunden.
Der elastische Abschnitt 15 ist komprimiert und zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13 und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet. Der elastische Abschnitt 15 ist zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13 und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet und erzeugt eine elastische Kraft, die das erste Wärmeübertragungselement 13 in die +Z-Richtung bewegt.
Wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 in einer Z-Achsen-Richtung thermisch verformt wird, dehnt sich der elastische Abschnitt 15 in der Z-Achsen-Richtung aus und zieht sich zusammen. Wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 beispielsweise thermisch so verformt wird, dass es sich in einer Z-Achsen-Richtung ausdehnt, zieht sich der elastische Abschnitt 15 in der Z-Achsen-Richtung zusammen. Wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch so verformt wird, dass es sich in Z-Achsen-Richtung zusammenzieht, dehnt sich der elastische Abschnitt 15 in Z-Achsen-Richtung aus. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 führt das erste Wärmeübertragungselement 13, das in Z-Achsen-Richtung thermisch verformt wird.
Das erste Wärmeübertragungselement 13 und mindestens ein Teil des zweiten Wärmeübertragungselements 14 stehen miteinander in Kontakt. In der vorliegenden Ausführungsform kommen die Außenumfangsfläche des ersten Wärmeübertragungselements 13 und zumindest ein Teil der Innenumfangsfläche des zweiten Wärmeübertragungselements 14 in Kontakt. Das erste Wärmeübertragungselement 13 bewegt sich in Z-Achsen-Richtung, während es mit der Innenumfangsfläche des zweiten Wärmeübertragungselements 14 in Kontakt kommt. Der Kontakt zwischen der Außenumfangsfläche des ersten Wärmeübertragungselements 13 und der Innenumfangsfläche des zweiten Wärmeübertragungselements 14 ermöglicht eine ausreichende Wärmeübertragung zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13 und dem zweiten Wärmeübertragungselement 14. Zusätzlich kann zwischen der Außenumfangsfläche des ersten Wärmeübertragungselements 13 und der Innenumfangsfläche des zweiten Wärmeübertragungselements 14 ein Schmiermittel mit einer Wärmeübertragungseigenschaft, wie z. B. Wärmeleitfett, vorgesehen werden.
< Betrieb>
Als nächstes wird ein Beispiel für den Betrieb des thermoelektrischen Generators 1 nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der thermoelektrische Generator 1 ist an dem Objekt B installiert, das in einer Industrieanlage, wie z. B. einer Fabrik, vorgesehen ist. Das Objekt B umfasst eine Vorrichtung oder eine Maschine, die in der Industrieanlage installiert ist. In einem Fall, in dem der Sensor 6A des thermoelektrischen Generators 1 ein Temperatursensor ist, erfasst der thermoelektrische Generator 1 die Temperatur des Objekts B unter Verwendung des Sensors 6A.
Das Objekt B erzeugt Wärme. Die Wärme des Objekts B wird über den Wärmeaufnahmeabschnitt 2 und den Wärmeübertragungsmechanismus 10 an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 übertragen. Der zweite Verbindungsabschnitt 12 des zweiten Wärmeübertragungselements 14 nimmt Kontakt mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 auf. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 und das erste Wärmeübertragungselement 13 stehen miteinander in Kontakt. Der erste Verbindungsabschnitt 11 des ersten Wärmeübertragungselements 13 steht in Kontakt mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5. Daher wird ausreichend Wärme des Objekts B über den Wärmeaufnahmeabschnitt 2, das erste Wärmeübertragungselement 13 und das zweite Wärmeübertragungselement 14 an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 übertragen.
Das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5, das Wärme aufgenommen hat, erzeugt elektrische Leistung. Die elektronischen Komponenten 6 werden jeweils durch die von dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 erzeugte elektrische Leistung angetrieben. Wie vorstehend beschrieben, umfassen die elektronischen Komponenten 6 in der vorliegenden Ausführungsform den Sensor 6A, den Sender 6B, den Verstärker 6C und den Mikrocomputer 6D. Der Sensor 6A erfasst die Temperatur des Objekts B. Der Mikrocomputer 6D verstärkt die Erfassungsdaten des Sensors 6A durch den Verstärker 6C und überträgt dann die Erfassungsdaten über den Sender 6B an die Verwaltungsvorrichtung in der Industrieanlage, die sich außerhalb des thermoelektrischen Generators 1 befindet. Der thermoelektrische Generator 1 ist auf jedem einer Vielzahl von Objekten B in der Industrieanlage installiert. Die Verwaltungsvorrichtung ist eingerichtet, um die Zustände der Vielzahl der Objekte B auf der Grundlage der von der Vielzahl der thermoelektrischen Generatoren 1 übertragenen Erfassungsdaten zu überwachen und zu verwalten.
Durch die Wärme des Objekts B wird wahrscheinlich zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmechanismus 10 in einer Z-Achsen-Richtung thermisch verformt. Wenn beispielsweise das erste Wärmeübertragungselement 13 in einer Z-Achsen-Richtung thermisch verformt wird, kann eine übermäßige äußere Kraft auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 ausgeübt werden oder das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 kann von dem ersten Wärmeübertragungselement 13 getrennt werden. Wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch so verformt wird, dass es sich in Z-Achsen-Richtung ausdehnt, kann das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13 und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 gequetscht werden, wodurch eine übermäßige äußere Kraft auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 ausgeübt wird. Wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch verformt wird, so dass es sich in Z-Achsen-Richtung zusammenzieht, kann das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 von dem ersten Wärmeübertragungselement 13 getrennt werden, wodurch nicht genügend Wärme zwischen dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 übertragen wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmechanismus 10 elastisch verformt, um den Abstand zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 11 und der Innenfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 in einer Z-Achsen-Richtung beizubehalten. Somit wird durch diese Konfiguration unterdrückt, dass eine übermäßige äußere Kraft auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 ausgeübt wird und dass das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 von dem Wärmeübertragungsmechanismus 10 getrennt wird.
Wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch verformt wird, so dass es sich in einer Z-Achsen-Richtung ausdehnt, wird der elastische Abschnitt 15 elastisch verformt, so dass er sich in der Z-Achsen-Richtung zusammenzieht. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 führt das erste Wärmeübertragungselement 13, das thermisch verformt wird, um sich in Z-Achsen-Richtung auszudehnen. Wenn der elastische Abschnitt 15 elastisch verformt wird, um sich in der Z-Achsen-Richtung zusammenzuziehen, wird die Position des Endabschnitts auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13 in der Z-Achsen-Richtung geändert, aber eine Änderung des Abstands in der Z-Achsen-Richtung zwischen der Innenfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 und dem ersten Verbindungsabschnitt 11, der der Endabschnitt auf der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13 ist, wird unterdrückt.
Wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch verformt wird, so dass es sich in Z-Achsen-Richtung zusammenzieht, wird der elastische Abschnitt 15 elastisch verformt, so dass er sich in Z-Achsen-Richtung ausdehnt. Der elastische Abschnitt 15 wird komprimiert und zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13 und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet. Durch die thermische Verformung des ersten Wärmeübertragungselements 13 in Z-Achsen-Richtung kann sich der elastische Abschnitt 15 thermisch verformen und in Z-Achsen-Richtung ausdehnen. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 führt das erste Wärmeübertragungselement 13, das thermisch verformt wird, so dass es sich in Z-Achsen-Richtung zusammenzieht. Wenn der elastische Abschnitt 15 elastisch verformt wird, so dass er sich in Z-Achsen-Richtung ausdehnt, wird die Position des Endabschnitts auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13 in Z-Achsen-Richtung geändert, aber eine Änderung des Abstands in Z-Achsen-Richtung zwischen der inneren Oberfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 und dem ersten Verbindungsabschnitt 11, der der Endabschnitt auf der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13 ist, wird unterdrückt.
Auf diese Weise wird der elastische Abschnitt 15, der in einer Z-Achsen-Richtung elastisch verformbar ist, vorgesehen, und dadurch wird, selbst wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 in einer Z-Achsen-Richtung thermisch verformt wird, eine Änderung des Abstands zwischen der inneren Oberfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 und dem ersten Verbindungsabschnitt 11 des ersten Wärmeübertragungselements 13 in der Z-Achsen-Richtung unterdrückt. Somit wird eine übermäßige äußere Krafteinwirkung auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 oder eine Trennung der Endfläche 51 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 vom ersten Verbindungsabschnitt 11 des ersten Wärmeübertragungselements 13 unterdrückt.
<Wirkungen>
Wie vorstehend beschrieben, ist nach der vorliegenden Ausführungsform der Wärmeübertragungsmechanismus 10 vorgesehen, der den ersten Verbindungsabschnitt 11, der eingerichtet ist, um mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 verbunden zu sein, und den zweiten Verbindungsabschnitt 12, der eingerichtet ist, um mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 verbunden zu sein, umfasst. Diese Konfiguration überträgt die Wärme des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 über den Wärmeübertragungsmechanismus 10 ausreichend an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5. Daher wird eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen der Endfläche 51 und der Endfläche 52 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 angelegt. Somit ist der thermoelektrische Generator 1 eingerichtet, um ausreichend elektrische Leistung zu erzeugen.
In einem Fall, in dem das erste Wärmeübertragungselement 13 mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 verbunden ist, um Wärme an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 zu übertragen, ist es wahrscheinlich, dass das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch verformt wird. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Wärmeübertragungsmechanismus 10 den elastischen Abschnitt 15 auf, der elastisch verformbar wird. Daher wird der elastische Abschnitt 15 selbst dann elastisch verformt, wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch verformt wird, wodurch eine übermäßige äußere Kraft, die auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 ausgeübt wird, oder eine Trennung des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 von dem ersten Wärmeübertragungselement 13 unterdrückt wird. Daher wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Generators 1 unterdrückt.
Das Umfangswandelement 4 ist aus einem Kunstharz gefertigt. Das periphere Wandelement 4 weist eine wärmeisolierende Eigenschaft auf. Daher wird die Übertragung von Wärme des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 an den Wärmeabgabeabschnitt 3 über das periphere Wandelement 4 unterdrückt. Die Wärme des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 wird ausschließlich über den im Innenraum 8 vorgesehenen Wärmeübertragungsmechanismus 10 an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 übertragen. Diese Konfiguration unterdrückt den Verlust von Wärme, die vom Wärmeaufnahmeabschnitt 2 an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 übertragen wird.
Das erste Wärmeübertragungselement 13 ist aus einem Metall, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, gefertigt und das periphere Wandelement 4 ist aus einem Kunstharz gefertigt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des peripheren Wandelements 4 ist größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Wärmeübertragungselements 13. Daher kann eine thermische Verformung des peripheren Wandelements 4 in Z-Achsen-Richtung den Abstand zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 in Z-Achsen-Richtung verändern. In der vorliegenden Ausführungsform wird das erste Wärmeübertragungselement 13 durch den elastischen Abschnitt 15 gestützt, und dadurch wird, selbst wenn sich der Abstand zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 in einer Z-Achsen-Richtung ändert, eine Änderung des Abstands zwischen der Innenfläche 3B des Wärmeabgabeabschnitts 3 und dem ersten Verbindungsabschnitt 11 des ersten Wärmeübertragungselements 13 in der Z-Achsen-Richtung unterdrückt. Daher wird eine übermäßige äußere Kraft, die auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5, das zwischen dem Wärmeabgabeabschnitt 3 und dem ersten Wärmeübertragungselement 13 angeordnet ist, ausgeübt wird, oder eine Trennung des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 von dem ersten Wärmeübertragungselement 13 unterdrückt.
Das erste Wärmeübertragungselement 13 wird durch das zweite Wärmeübertragungselement 14 geführt. Das zweite Wärmeübertragungselement 14 führt das erste Wärmeübertragungselement 13 in einer exklusiven Richtung, in der das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch verformt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Richtung, in der das erste Wärmeübertragungselement 13 thermisch verformt wird, eine Z-Achsen-Richtung. Die Richtung der Führung durch das zweite Wärmeübertragungselement 14 ist die Z-Achsen-Richtung. Daher ist das erste Wärmeübertragungselement 13 so eingerichtet, dass es sich reibungslos in Z-Achsen-Richtung bewegt.
Das erste Wärmeübertragungselement 13 und zumindest ein Teil des zweiten Wärmeübertragungselements 14 stehen miteinander in Kontakt. Daher wird ausreichend Wärme des Objekts B über den Wärmeaufnahmeabschnitt 2, das erste Wärmeübertragungselement 13 und das zweite Wärmeübertragungselement 14 an das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 übertragen.
Der erste Verbindungsabschnitt 11 ist über das Wärmeübertragungsblech 16, das eine Flexibilität aufweist, mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 verbunden. Bei dieser Konfiguration unterdrückt das Wärmeübertragungsblech 16 das Aufbringen einer lokalen äußeren Kraft auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5, selbst wenn das erste Wärmeübertragungselement 13 beispielsweise in einer zur Z-Achse geneigten Richtung thermisch verformt wird.
Zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmechanismus 10 ist in dem Innenraum 8 angeordnet, der durch den Wärmeaufnahmeabschnitt 2, den Wärmeabgabeabschnitt 3 und das periphere Wandelement 4 definiert ist. Daher ist der Wärmeübertragungsmechanismus 10 durch den Wärmeaufnahmeabschnitt 2, den Wärmeabgabeabschnitt 3 und das periphere Wandelement 4 geschützt. Der im Innenraum 8 angeordnete Wärmeübertragungsmechanismus 10 unterdrückt das Anhaften von Fremdkörpern am Wärmeübertragungsmechanismus 10. Daher sind das erste Wärmeübertragungselement 13 und das zweite Wärmeübertragungselement 14 reibungslos relativ zueinander beweglich.
Zumindest einige der elektronischen Komponenten 6 sind in dem Innenraum 8 angeordnet, der durch den Wärmeaufnahmeabschnitt 2, den Wärmeabgabeabschnitt 3 und das periphere Wandelement 4 definiert ist. Daher sind die elektronischen Komponenten 6 durch den Wärmeaufnahmeabschnitt 2, den Wärmeabgabeabschnitt 3 und das periphere Wandelement 4 geschützt. Die Anordnung der elektronischen Komponenten 6 im Innenraum 8 unterdrückt das Anhaften von Fremdkörpern an den elektronischen Komponenten 6.
Die elektronischen Komponenten 6 enthalten den Sensor 6A und den Sender 6B, der eingerichtet ist, um Erfassungsdaten vom Sensor 6A zu übertragen. Diese Konfiguration ermöglicht es der außerhalb des thermoelektrischen Generators 1 befindlichen Verwaltungsvorrichtung, die Erfassungsdaten vom Sensor 6A problemlos zu erfassen. In einem Fall, in dem der thermoelektrische Generator 1 an jedem der Vielzahl von Objekten B in der Industrieanlage installiert ist, ist die Verwaltungsvorrichtung so eingerichtet, dass sie die Zustände der Vielzahl von Objekten B auf der Grundlage der Erfassungsdaten von den Sensoren 6A, die von der Vielzahl der thermoelektrischen Generatoren 1 übertragen werden, überwacht und verwaltet.
[Zweite Ausführungsform]
Es wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden Komponentenelemente, die mit denen der vorstehenden Ausführungsform identisch oder gleichwertig sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und die Beschreibung dieser Elemente wird vereinfacht oder weggelassen.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus 10B nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Wärmeübertragungsmechanismus 10B ein erstes Wärmeübertragungselement 13B, das den ersten Verbindungsabschnitt 11 umfasst, der eingerichtet ist, um mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 verbunden werden kann, einen elastischen Abschnitt 15B, der zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13B und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet ist, und ein zweites Wärmeübertragungselement 14B, das den zweiten Verbindungsabschnitt 12 umfasst, der eingerichtet ist, um mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 verbunden zu werden, und eingerichtet ist, um das erste Wärmeübertragungselement 13B zu führen.
Das erste Wärmeübertragungselement 13B ist ein zylindrisches Element, das einen oberen Plattenabschnitt aufweist. Der erste Verbindungsabschnitt 11 umfasst einen Endabschnitt an der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13B. Das erste Wärmeübertragungselement 13B ist mit der Endfläche 51 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 verbunden.
Das zweite Wärmeübertragungselement 14B ist ein stabförmiges Element, das innerhalb des ersten Wärmeübertragungselements 13B angeordnet ist. Der zweite Verbindungsabschnitt 12 umfasst einen Endabschnitt an der - Z-Seite des zweiten Wärmeübertragungselements 14B. Das zweite Wärmeübertragungselement 14B ist an dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 befestigt. Das erste Wärmeübertragungselement 13B und das zweite Wärmeübertragungselement 14B sind relativ zueinander in Z-Achsen-Richtung beweglich. Das zweite Wärmeübertragungselement 14B führt das erste Wärmeübertragungselement 13B in einer Z-Achsen-Richtung.
Der elastische Abschnitt 15B verformt sich elastisch in Z-Achsen-Richtung. Der elastische Abschnitt 15B umfasst ein elastisches Element, wie z. B. eine Schraubenfeder. Der elastische Abschnitt 15B ist zwischen einem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13B und der Innenfläche 2B des Wärmeaufnahmeabschnitts 2 angeordnet. Ein Endabschnitt auf der +Z-Seite des elastischen Abschnitts 15B ist mit dem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13B verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, wird auch bei der vorliegenden Ausführungsform eine übermäßige äußere Krafteinwirkung auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 oder eine Trennung des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 vom ersten Wärmeübertragungselement 13B unterdrückt. Dementsprechend wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Generators 1 unterdrückt.
[Dritte Ausführungsform]
Es wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. 6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus 10C nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 6 dargestellt, umfasst der Wärmeübertragungsmechanismus 10C ein erstes Wärmeübertragungselement 13C, das den ersten Verbindungsabschnitt 11 umfasst, ein zweites Wärmeübertragungselement 14C, das den zweiten Verbindungsabschnitt 12 umfasst und eingerichtet ist, um das erste Wärmeübertragungselement 13C zu führen, und einen elastischen Abschnitt 15C, der zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13C und dem zweiten Wärmeübertragungselement 14C angeordnet ist.
Das erste Wärmeübertragungselement 13C ist ein stabförmiges Element. Der erste Verbindungsabschnitt 11 umfasst einen Endabschnitt an der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13C. Das erste Wärmeübertragungselement 13C ist mit der Endfläche 51 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 verbunden.
Das zweite Wärmeübertragungselement 14C ist ein zylindrisches Element, das einen Bodenplattenabschnitt aufweist. Der zweite Verbindungsabschnitt 12 umfasst einen Endabschnitt an der -Z-Seite des zweiten Wärmeübertragungselements 14C. Das zweite Wärmeübertragungselement 14C ist an dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 befestigt. Das erste Wärmeübertragungselement 13C und das zweite Wärmeübertragungselement 14C sind relativ zueinander in Z-Achsen-Richtung beweglich. Das zweite Wärmeübertragungselement 14C führt das erste Wärmeübertragungselement 13C in einer Z-Achsen-Richtung.
Der elastische Abschnitt 15C verformt sich elastisch in Z-Achsen-Richtung. Der elastische Abschnitt 15C umfasst ein elastisches Element, wie z. B. eine Schraubenfeder. Der elastische Abschnitt 15C ist zwischen einem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13C und dem Bodenplattenabschnitt des zweiten Wärmeübertragungselements 14C angeordnet. Ein Endabschnitt auf der +Z-Seite des elastischen Abschnitts 15B ist mit dem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13C verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, wird auch in der vorliegenden Ausführungsform eine übermäßige äußere Krafteinwirkung auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 oder eine Trennung des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 von dem ersten Wärmeübertragungselement 13C unterdrückt. Dementsprechend wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Generators 1 unterdrückt.
[Vierte Ausführungsform]
Es wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. 7 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus 10D nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 7 dargestellt, umfasst der Wärmeübertragungsmechanismus 10D ein erstes Wärmeübertragungselement 13D, das den ersten Verbindungsabschnitt 11 umfasst, ein zweites Wärmeübertragungselement 14D, das den zweiten Verbindungsabschnitt 12 umfasst und eingerichtet ist, um das erste Wärmeübertragungselement 13D zu führen, und einen elastischen Abschnitt 15D, der zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13D und dem zweiten Wärmeübertragungselement 14D angeordnet ist.
Das erste Wärmeübertragungselement 13D ist ein stabförmiges Element. Der erste Verbindungsabschnitt 11 umfasst einen Endabschnitt an der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13D. Das erste Wärmeübertragungselement 13D ist mit der Endfläche 51 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 verbunden.
Das zweite Wärmeübertragungselement 14D ist ein zylindrisches Element, das einen Bodenplattenabschnitt aufweist. Der zweite Verbindungsabschnitt 12 umfasst einen Endabschnitt an der -Z-Seite des zweiten Wärmeübertragungselements 14D. Das zweite Wärmeübertragungselement 14D ist an dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 befestigt. Das erste Wärmeübertragungselement 13D und das zweite Wärmeübertragungselement 14D sind relativ zueinander in Z-Achsen-Richtung beweglich. Das zweite Wärmeübertragungselement 14D führt das erste Wärmeübertragungselement 13D in einer Z-Achsen-Richtung.
Der elastische Abschnitt 15D verformt sich elastisch in Z-Achsen-Richtung. Der elastische Abschnitt 15D umfasst ein kompressibles Fluid, wie z. B. ein Gas. Der elastische Abschnitt 15D ist zwischen einem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13D und dem Bodenplattenabschnitt des zweiten Wärmeübertragungselements 14D angeordnet.
Wie vorstehend beschrieben, wird auch in der vorliegenden Ausführungsform eine übermäßige äußere Krafteinwirkung auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 oder eine Trennung des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 von dem ersten Wärmeübertragungselement 13D unterdrückt. Dementsprechend wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Generators 1 unterdrückt.
[Fünfte Ausführungsform]
Es wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben. 8 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus 10E nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 8 dargestellt, umfasst der Wärmeübertragungsmechanismus 10E ein erstes Wärmeübertragungselement 13E, das den ersten Verbindungsabschnitt 11 umfasst, und einen elastischen Abschnitt 15E, der den zweiten Verbindungsabschnitt 12 umfasst und zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13E und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet ist.
Das erste Wärmeübertragungselement 13E ist ein stabförmiges Element. Der erste Verbindungsabschnitt 11 umfasst einen Endabschnitt an der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13E. Das erste Wärmeübertragungselement 13E ist mit der Endfläche 51 des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 verbunden.
Der elastische Abschnitt 15E verformt sich elastisch in einer Z-Achsen-Richtung. Der zweite Verbindungsabschnitt 12 umfasst einen Endabschnitt auf der -Z-Seite des elastischen Abschnitts 15E. Der Endabschnitt auf der -Z-Seite des elastischen Abschnitts 15E ist an dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 befestigt. Der elastische Abschnitt 15E ist zwischen einem Endabschnitt auf der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13E und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet. Das erste Wärmeübertragungselement 13E wird durch den elastischen Abschnitt 15E gestützt.
Wie vorstehend beschrieben, wird auch in der vorliegenden Ausführungsform eine übermäßige äußere Krafteinwirkung auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 oder eine Trennung des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 von dem ersten Wärmeübertragungselement 13D unterdrückt. Dementsprechend wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Generators 1 unterdrückt.
Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform der elastische Abschnitt 15E zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13E und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 angeordnet sein kann, und das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 kann zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13E und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet sein. In dieser Konfiguration umfasst der elastische Abschnitt 15E den ersten Verbindungsabschnitt 11, der eingerichtet ist, um mit dem Wärmeabgabeabschnitt 3 verbunden zu werden, und das erste Wärmeübertragungselement 13E umfasst den zweiten Verbindungsabschnitt 12, der eingerichtet ist, um mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 verbunden zu werden.
[Sechste Ausführungsform]
Es wird eine sechste Ausführungsform beschrieben. 9 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen Wärmeübertragungsmechanismus 10F nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 6 dargestellt, umfasst der Wärmeübertragungsmechanismus 10F ein erstes Wärmeübertragungselement 13F, das den ersten Verbindungsabschnitt 11 umfasst, der eingerichtet ist, um mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul 5 verbunden zu werden, einen elastischen Abschnitt 15F, der zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement 13F und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 angeordnet ist, und ein zweites Wärmeübertragungselement 14F, das den zweiten Verbindungsabschnitt 12 umfasst, der eingerichtet ist, um mit dem Wärmeabgabeabschnitt 3 verbunden zu werden, und eingerichtet ist, um das erste Wärmeübertragungselement 13F zu führen.
Das erste Wärmeübertragungselement 13F ist ein stabförmiges Element. Der erste Verbindungsabschnitt 11 umfasst einen Endabschnitt an der -Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13F. Das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 ist zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 11 des ersten Wärmeübertragungselements 13F und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 2 angeordnet.
Das zweite Wärmeübertragungselement 14F ist ein zylindrisches Element, das um das erste Wärmeübertragungselement 13F herum angeordnet ist. Der zweite Verbindungsabschnitt 12 umfasst einen Endabschnitt an der +Z-Seite des zweiten Wärmeübertragungselements 14F. Das zweite Wärmeübertragungselement 14F ist an dem Wärmeabgabeabschnitt 3 befestigt. Das erste Wärmeübertragungselement 13F und das zweite Wärmeübertragungselement 14F sind relativ zueinander in Z-Achsen-Richtung beweglich. Das zweite Wärmeübertragungselement 14F führt das erste Wärmeübertragungselement 13F in einer Z-Achsen-Richtung.
Der elastische Abschnitt 15F verformt sich elastisch in Z-Achsen-Richtung. Der elastische Abschnitt 15F umfasst ein elastisches Element, wie z. B. eine Schraubenfeder. Der elastische Abschnitt 15F ist zwischen einem Endabschnitt auf der +Z-Seite des ersten Wärmeübertragungselements 13F und dem Wärmeabgabeabschnitt 3 angeordnet. Ein Endabschnitt auf der +Z-Seite des elastischen Abschnitts 15F ist mit dem Wärmeabgabeabschnitt 3 verbunden. Ein Endabschnitt auf der -Z-Seite des elastischen Abschnitts 5F ist an dem ersten Wärmeübertragungselement 13F befestigt.
Wie vorstehend beschrieben, wird auch in der vorliegenden Ausführungsform eine übermäßige äußere Krafteinwirkung auf das thermoelektrische Erzeugungsmodul 5 oder eine Trennung des thermoelektrischen Erzeugungsmoduls 5 von dem ersten Wärmeübertragungselement 13F unterdrückt. Dementsprechend wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Generators 1 unterdrückt.
[Andere Ausführungsformen]
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können die elastischen Abschnitte 15 (15B, 15C, 15E, 15F) möglicherweise keine Schraubenfeder aufweisen. Der elastische Abschnitt 15 kann mindestens eine von einer Blattfeder, einer Tellerfeder, einer Harzfeder oder einer Spiralfeder aufweisen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen muss ein elastischer Abschnitt 15 (15D) kein komprimierbares Gas sein, sondern kann eine Flüssigkeit sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der elastische Abschnitt 15 (15B, 15C, 15D, 15E, 15F) keine Feder sein und kann ein elastisches Element wie Gummi sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann das Wärmeübertragungsblech 16 weggelassen werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Sensor 6A nicht auf den Temperatursensor beschränkt. Der Sensor 6A kann z. B. ein Vibrationssensor sein.
Bezugszeichenliste

1: THERMOELEKTRISCHER GENERATOR
2: WÄRMEAUFNAHMEABSCHNITT
2A: WÄRMEAUFNAHMEFLÄCHE
2B: INNENFLÄCHE
2BT: AUSSPARUNG
2BU: AUSSPARUNG
3: WÄRMEABGABEABSCHNITT
3A: WÄRMEABGABEFLÄCHE
3B: INNENFLÄCHE
3BT: AUSSPARUNG
3BU: AUSSPARUNG
4: UMFANGSWANDELEMENT
4B: INNENFLÄCHE
5: THERMOELEKTRISCHES ERZEUGUNGSMODUL
5P: THERMOELEKTRISCHE P-TYP-HALBLEITERVORRICHTUNG
5N: THERMOELEKTRISCHE N-TYP-HALBLEITERVORRICHTUNG
6: ELEKTRONISCHE KOMPONENTE
6A: SENSOR
6B: SENDER
6C: VERSTÄRKER
6D: MIKROCOMPUTER
7: SUBSTRAT
7A: STÜTZELEMENT
7B: STÜTZELEMENT
8: INNENRAUM
9A: DICHTUNGSELEMENT
9B: DICHTUNGSELEMENT
10: WÄRMEÜBERTRAGUNGSMECHANISMUS
10B: WÄRMEÜBERTRAGUNGSMECHANISMUS
10C: WÄRMEÜBERTRAGUNGSMECHANISMUS
10D: WÄRMEÜBERTRAGUNGSMECHANISMUS
10E: WÄRMEÜBERTRAGUNGSMECHANISMUS
10F: WÄRMEÜBERTRAGUNGSMECHANISMUS
11: ERSTER VERBINDUNGSABSCHNITT
12: ZWEITER VERBINDUNGSABSCHNITT
13: ERSTES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
13B: ERSTES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
13C: ERSTES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
13D: ERSTES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
13E: ERSTES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
13F: ERSTES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
14: ZWEITES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
14B: ZWEITES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
14C: ZWEITES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
14D: ZWEITES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
14F: ZWEITES WÄRMEÜBERTRAGUNGSELEMENT
15: ELASTISCHER ABSCHNITT
15B: ELASTISCHER ABSCHNITT
15C: ELASTISCHER ABSCHNITT
15D: ELASTISCHER ABSCHNITT
15E: ELASTISCHER ABSCHNITT
15F: ELASTISCHER ABSCHNITT
16: WÄRMEÜBERTRAGUNGSBLECH
51: ENDFLÄCHE
51S: ERSTES SUBSTRAT
52: ENDFLÄCHE
52S: ZWEITES SUBSTRAT
53: ERSTE ELEKTRODE
54: ZWEITE ELEKTRODE
55: VERBINDUNGSLEITUNG
B: OBJEKT

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

JP 2016157356 [0003]

Claims

Thermoelektrischer Generator, umfassend: einen Wärmeaufnahmeabschnitt; einen Wärmeabgabeabschnitt; ein thermoelektrisches Erzeugungsmodul, das zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt angeordnet ist; und einen Wärmeübertragungsmechanismus, der einen ersten Verbindungsabschnitt, der eingerichtet ist, um mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul verbunden zu sein, und einen zweiten Verbindungsabschnitt umfasst, der eingerichtet ist, um mit mindestens einem von dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt verbunden zu sein, wobei der Wärmeübertragungsmechanismus zumindest teilweise elastisch verformt wird.
Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 1, wobei, der Wärmeübertragungsmechanismus umfasst: ein erstes Wärmeübertragungselement, das den ersten Verbindungsabschnitt umfasst; und einen elastischen Abschnitt, der den zweiten Verbindungsabschnitt umfasst und zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement und mindestens einem von dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt angeordnet ist.
Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 1, wobei der Wärmeübertragungsmechanismus umfasst: ein erstes Wärmeübertragungselement, das den ersten Verbindungsabschnitt umfasst; einen elastischen Abschnitt, der zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement und mindestens einem von dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt angeordnet ist; und ein zweites Wärmeübertragungselement, das den zweiten Verbindungsabschnitt umfasst und eingerichtet ist, um das erste Wärmeübertragungselement zu führen.
Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 3, wobei das erste Wärmeübertragungselement ein stabförmiges Element ist, und das zweite Wärmeübertragungselement ein zylindrisches Element ist, das um das erste Wärmeübertragungselement herum angeordnet ist.
Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 3, wobei das erste Wärmeübertragungselement ein zylindrisches Element ist, und das zweite Wärmeübertragungselement ein stabförmiges Element ist, das innerhalb des ersten Wärmeübertragungselements angeordnet ist.
Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 1, wobei der Wärmeübertragungsmechanismus umfasst: ein erstes Wärmeübertragungselement, das den ersten Verbindungsabschnitt umfasst; ein zweites Wärmeübertragungselement, das den zweiten Verbindungsabschnitt umfasst und eingerichtet ist, um das erste Wärmeübertragungselement zu führen; und einen elastischen Abschnitt, der zwischen dem ersten Wärmeübertragungselement und dem zweiten Wärmeübertragungselement angeordnet ist.
Thermoelektrischer Generator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das erste Wärmeübertragungselement und mindestens ein Teil des zweiten Wärmeübertragungselements miteinander in Kontakt kommen.
Thermoelektrischer Generator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der erste Verbindungsabschnitt über ein Wärmeübertragungsblech mit dem thermoelektrischen Erzeugungsmodul verbunden ist.
Thermoelektrischer Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend ein Umfangswandelement, das zwischen einem Umfangsrandabschnitt des Wärmeaufnahmeabschnitts und einem Umfangsrandabschnitt des Wärmeabgabeabschnitts angeordnet ist und eingerichtet ist, um den Wärmeaufnahmeabschnitt und den Wärmeabgabeabschnitt zu verbinden, wobei zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmechanismus in einem Innenraum angeordnet ist, der durch den Wärmeaufnahmeabschnitt, den Wärmeabgabeabschnitt und das periphere Wandelement definiert ist.
Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 9, ferner umfassend elektronische Komponenten, die durch die vom thermoelektrischen Erzeugungsmodul erzeugte elektrische Energie angetrieben werden, wobei zumindest ein Teil der elektronischen Komponenten im Innenraum angeordnet ist.
Thermoelektrischer Generator nach Anspruch 10, wobei die elektronischen Komponenten einen Sensor und einen Sender umfassen, der eingerichtet ist, um Erfassungsdaten vom Sensor zu übertragen.