JP2013543656A - 熱電装置、特に、自動車において電流を発生させるための熱電装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の流体が、第１の流体の温度が低下する経路に従って流れ得る、高温回路と呼ばれる第１の回路（１）と、第２の流体が、第１の流体の温度より低温で、第２の流体の温度が上昇する経路に従って流れ得る、低温回路と呼ばれる第２の回路（２）と、温度勾配の存在下で電流を発生させるために使用可能であり、勾配を作るように構成されて設けられた高温回路（１）および低温回路（２）に沿って分布する熱電素子と呼ばれる素子（３ｐ、３ｎ）とを備える熱電装置に関する。
本発明によれば、この装置は、第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って略一定である電気の発生に熱電素子が寄与するように構成される。

Description

本発明は、熱電装置に関し、特に、自動車において電流を発生させるための熱電装置に関する。

ゼーベック効果として知られる現象によって対向する素子面の２面間の温度勾配の存在下において電流を発生可能な、熱電素子と呼ばれる素子を使用する熱電装置がすでに提案されてきた。これらの装置は、エンジンから排気ガスを循環させるための第１のパイプと、冷却回路の熱伝達流体を循環させるための第２のパイプのスタックとを備える。熱電素子は、高温の排気ガスと低温の冷却材との間の温度差から生じる温度勾配に晒されるように、パイプ間に挟まれる。

このような装置は、エンジンの排気ガスから生じる熱の変換から電気を生成できるため、特に注目されている。したがって、このような装置は、エンジンのクランクシャフトによって駆動されるベルトから電気を発生させるように、一般に自動車に設けられているオルタネータの代わりを少なくとも部分的に担うことによって、自動車の燃料消費量の削減の可能性を提供する。

しかしながら、既知の装置において、パイプに沿った温度勾配の低減が問題を引き起こしている。

本発明の目的は、第１の流体が、前記第１の流体の温度が低下する経路に従って流れ得る、高温回路と呼ばれる第１の回路と、第２の流体が、第１の流体の温度より低温で、前記第２の流体の温度が上昇する経路に従って流れ得る、低温回路と呼ばれる第２の回路と、温度勾配の存在下で電流を発生させるために使用可能な熱電素子と呼ばれる素子とを備える熱電装置であって、前記熱電素子は、前記勾配を作るように構成されて設けられた前記高温回路および低温回路に沿って分布する、熱電装置を提供することによってこの状況を改善することである。

本発明によれば、この装置は、第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って略一定である電気の発生に熱電素子が寄与するように構成される。

言い換えれば、熱電素子に伝達される熱量は、第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って適応される。このようにして、装置のすべてにわたって、熱電素子上に略一定の電流が発生する。

１つの実施例によれば、本発明による装置は、前記高温回路および／または前記低温回路と熱交換関係にあるフィンを備え、前記フィンは、バンドルを形成するように構成され、熱電素子は、少なくとも前記フィンと接触する。

熱電素子とフィンとを関連付けることによって、温度勾配を受けるのに必要である熱電素子と装置の高温および／または低温のコンポーネントとの間の接触の親密性が促される。実際、熱電素子とコンポーネントとの間に密接な連結を確立し、動作に必要な温度勾配を生じさせる必要性は、流体循環パイプによってではなく、特定のコンポーネントであるフィンが担うので、少なくとも前記高温または低温回路の１つに対して選択が可能である。したがって、一方では、フィンとパイプ、他方では、フィンと熱電素子との間の効果的な熱ブリッジを確立するために使用される技術的解決策は、別々に最適化できる。

異なる例示的な実施形態によれば、
− 前記フィンのバンドルが、熱電素子への熱伝達が略一定になるように構成され、
− 前記高温回路および／または前記低温回路と熱交換関係にあるフィンの密度が、第１の流体および／または前記第２の流体の経路に沿って高くなる。

第１の実施形態によれば、
− 高温回路は、高温流体を循環させるための高温パイプと呼ばれるパイプを備え、
− 前記低温回路は、低温流体を循環させるための低温パイプと呼ばれるパイプを備え、
− 低温フィンと呼ばれる前記フィンは、低温パイプと熱交換関係にあり、
− 熱電素子は、一方で、高温パイプと熱交換関係にあり、他方で、低温フィンと熱交換関係にある。

この実施形態では、
− 第２の流体の経路に沿って高まる低温フィンの密度と、
− 第１の流体の経路に沿って増大する低温フィンの材料厚さ、および／または、前記経路に沿って低減する第１の流体の経路に沿った２つの連続する低温フィン間の距離と、
を提供可能である。

別の実施形態によれば、
− 前記高温回路は、高温流体を循環させるための高温パイプと呼ばれるパイプを備え、
− 前記低温回路は、低温流体を循環させるための低温パイプと呼ばれるパイプを備え、
− １つの部分に対して、低温フィンと呼ばれる前記フィンは、前記低温パイプと熱交換関係にあり、
− もう１つの部分に対して、高温フィンと呼ばれる前記フィンは、前記高温パイプと熱交換関係にあり、
− 前記熱電素子は、一方で、低温フィンと熱交換関係に設けられ、他方で、高温フィンと熱交換関係に設けられる。

この実施形態では、
− 第１の流体の経路に沿って高まる高温フィンの密度と、
− 第１の流体の経路に沿って増大する高温フィンの材料厚さ、および／または、前記経路に沿って低減する第１の流体の経路に沿った２つの連続する高温フィン間の距離と、
を提供可能である。

以下、本発明は、指示として単に与えられ、添付の図面を伴うことで、本発明を限定することを意図したものではない以下の記載からより深く理解されるであろう。

フィンの長手軸に直交する平面にある、本発明による装置の例示的な実施形態の部分断面概略図。 別の実施形態における図１の再現図。 高温パイプおよび低温パイプが反転した図１の装置の簡易図。 別の実施形態における図３の再現図。 図１に示す装置の斜視図。

図１から図４に示すように、本発明は、第１の流体、特に、エンジンからの排気ガスが流れ得る高温回路と呼ばれる第１の回路１と、第１の流体の温度より低温で第２の流体、特に、冷却回路の熱伝達流体が流れ得る低温回路と呼ばれる第２の回路２とを備える熱電装置に関する。

また、装置は、温度勾配の存在下において電流を発生させることが可能な熱電素子と呼ばれる素子３を備える。

これらの素子は、例えば、活性面と呼ばれる２つの対向面４ａ、４ｂ間にある前記温度勾配を受けると、ゼーベック効果によって、電流を発生させる略平行六面体の形の素子である。このような素子により、前記活性面４ａ、４ｂの間に接続された負荷に電流を生じさせることができる。当業者に知られているように、このような素子は、例えば、テルル化ビスマス（Ｂｉ_２Ｔｅ_３）からなる。

熱電素子は、例えば、１つの部分に対して、熱電素子が所与の温度勾配を受けると、正と呼ばれる一方向に電位差を確立することが可能である、Ｐ型と呼ばれる第１のタイプの素子３ｐであり、もう１つの部分に対して、同じ温度勾配を受けると、負と呼ばれる反対方向に電位差を生じさせることが可能である、Ｎ型と呼ばれる第２のタイプの素子３ｎである。

高温回路１により、第１の流体は、前記第１の流体の温度が低下する経路に従って流れ、かつ、低温回路２により、第２の流体は、前記第２の流体の温度が上昇する経路に従って流れ得る。図示するように、高温回路１は、１つ以上の入口４０と、１つ以上の出口４１とを備える。低温回路２は、１つ以上の入口４２、５２と、１つ以上の出口４３、５３とを備える。

前記熱電素子３ｐ、３ｎは、前記勾配が生じるように構成された前記高温回路１および低温回路２に沿って分布する。

本発明によれば、装置は、前記高温回路１および／または低温回路２から、第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って略一定である電気３ｐ、３ｎの発生に熱電素子が寄与するように構成される。このようにして、第２の流体および／または第１の流体のそれぞれによる温度上昇および／または温度低下にもかかわらず、特に、熱電素子３、３ｐ、３ｎとの熱交換の影響下において比較的一定である電流を、熱電素子３ｐ、３ｎのすべてに発生させることが可能である。

これに関して、第１の解決策によれば、熱電素子と高温回路および／または低温回路との間の交換表面は、特に、与えられた熱電要素の数によって増大し得る。また、１つまたは複数の流体の経路に沿って異なる高さの熱電要素を設けることによって、高さを調節することも可能である。

例示された実施形態では使用される別の解決策によれば、交換係数が調節され、すなわち、装置の特性により、一方では、高温回路１および／または低温回路２と、他方では、熱電要素３ｐ、３ｎとの間の熱交換が可能になる。

この他の解決策によれば、熱電素子３ｐ、３ｎは、すべて同一、すなわち、互いに対して同一であるように選択可能であり、同一の温度勾配の下で同一の電流を発生さえる。また、装置は、高温回路１および／または低温回路２に沿って、同一密度の熱電素子３ｐ、３ｎを有することもできる。

さらに、この他の解決策によれば、装置は、例えば、前記高温回路および／または前記低温回路と熱交換関係にあるフィン５ｆ、６ｃ、６ｆを備える。このようにして、前記フィンの間、または前記回路の一方および他方の回路と熱交換関係にあるフィンの間に温度勾配が保証される。また、前記フィン５ｆ、６ｃ、６ｆも、特に、熱電素子の活性面４ａ、４ｂで熱電素子３ｐ、３ｎと接触状態にある。言い換えれば、熱電素子は、２つのフィンの間か、または回路の一方および他方の回路と熱交換関係にあるフィンのそれぞれの間のいずれかに配設される。このようにして、熱電素子による電流発生が保証される。

したがって、この例示的な実施例によれば、少なくとも回路の１つに対して、熱電素子と熱的接触を確立する機能を果たすのは、フィン５ｆ、６ｃ、６ｆである。

フィンは、幅および長さに比べて非常に薄い厚さを有する２つの大きくて平坦な対向面７ａ、７ｂを有する素子であり、例えば、前記大きな表面７ａの１つと、電流を発生させるために温度勾配を受ける面４ａ、４ｂの対向面上にある熱電素子３ｐ、３ｎとの間に表面接触を確立できることを理解されたい。フィン５ｆ、６ｃ、６ｆは、熱伝導材料、特に、銅またはアルミニウムなどの金属材料で形成される。

前記フィン５ｆ、６ｆ、６ｃは、バンドルを形成し、この構成において、所望の結果を得るために、フィン５ｆ、６ｆ、６ｃのバンドルを使用できる。言い換えれば、フィン５ｆ、６ｆ、６ｃのバンドルは、熱電素子３ｐ、３ｎへの熱伝達が略一定になるように構成される。

これに関して、例えば、前記高温回路１および／または前記低温回路２と熱交換関係にあるフィン５ｆ、６ｆ、６ｃの密度は、第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って高くなる。

フィンの密度とは、高温回路１および／または低温回路２と接触したフィン、特に、以下に展開される様々な実施例による回路のパイプ９、１７、１８の、リニアメートル当たりの材料の厚さを意味することを理解されたい。このように、厚さの増大および／または間隔の低減によってフィンの密度を高めることができる。

指示的な実施例によれば、第１の流体および／または第２の流体４１、４３、５３の出口に近接した位置にあるフィンの密度と、第１の流体および／または第２の流体の入口４０、４２、５２に近接した位置にあるフィンの密度との比率の値を２〜５、特に、３〜４にすることができる。

特に、第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って、複数の群、例えば、３つの群のフィン５ｆ、６ｆ、６ｃを設けることができ、フィン５ｆ、６ｆ、６ｃは、同一の群において同一のものであり、フィンの密度は、第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って、一方の群から他方の群へ高くなる。

第１の群、すなわち、第１の流体および／または第２の流体の入口に近接した位置にある群は、例えば、第１の間隔および／または第１の厚さを有し、その群に後続する群は、例えば、間隔がより狭く、および／または、厚さがより厚く、第１の流体および／または第２の流体の出口に最も近い群は、最も狭い間隔および／または最も厚い厚さを有する。

前記フィン５ｆ、６ｃ、６ｆのいくつかは、対になって関連付けることができ、同一の対のフィンの間に圧縮性材料１１が設けられる。このようにして、前記材料のレベルで高温回路および／または低温回路の熱膨張により発生した機械応力の吸収を保証することができる。

各対において、フィン５ｆ、６ｃ、６ｆは、例えば、同一の寸法を有し、かつ、互いに対して平行に配設され、フィン５の一方の大きな面７ｂの１つが、対のフィンの他方の大きな面７ｂの１つと対面するように配設される。

第１の実施形態では、フィンには電気絶縁性材料が被覆され、かつ、熱電素子に対面した位置にある面に、フィンに配設された熱伝導性素子を直列および／または並列に連結する図示されていない１つ以上の導電性トラックが設けられる。

別の実施形態によれば、フィン５ｆ、６ｃ、６ｆは、熱電素子３ｐ、３ｎによって生成された電気の伝導に寄与する。

前記圧縮性材料１１は、特に、前段落に記載した実施形態では、電気的に絶縁性であり得る。

以下、図２の実施形態をさらに詳細に参照すると、高温回路が、高温流体を循環させるための高温パイプと呼ばれるパイプ８を備えることが分かる。低温回路に関して、低温回路は、低温流体を循環させるための低温パイプと呼ばれるパイプ９を備える。低温フィンと呼ばれるフィン５ｆは、低温パイプ９と熱交換関係にある。また、熱電素子３ｐ、３ｎは、一方で、高温パイプ８と熱交換関係にあり、他方で、低温フィン５ｆと熱交換関係にある。前記低温フィン５ｆは、対になってグループ化され、同一の対のフィンの間に前記圧縮性材料１１が設けられる。

前記高温パイプ８は、例えば、２つの大きな平行対向面１０ａ、１０ｂを備える略平坦なパイプであり、これらの対向面上に、活性面４ａ、４ｂの１つによって熱電素子３ｐ、３ｎが配設される。高温パイプは、排気ガスを循環できるように構成され、特に、ステンレス鋼製のものである。高温パイプは、例えば、プロファイル加工、溶接および／またはろう付けによって形成される。高温パイプは、第１の流体を通過させるための複数のチャネルを有することができ、複数のチャネルは、パイプの対向する平坦な面を連結する仕切りによって分離される。

この点に関して、バッフルのピッチも、電流の発生に対する熱電要素の寄与を安定化するように調節可能である。

高温パイプ８には、前記大きな面１０ａ、１０ｂ上に電気絶縁材料の層が被覆され、かつ、高温パイプ８に配設された熱伝導素子のすべてまたは一部を直列および／または並列に連結する導電性トラックが設けられる。

低温フィン５ｆは、例えば、低温パイプ９を通すためのオリフィス１２を有する。前記低温パイプは、例えば、アルミニウム製または銅製であり、円形および／または楕円形の断面を有する。

パイプ９と低温フィン５ｆとの間の接触は、例えば、自動車の熱交換器の分野において機械的交換器として知られている熱交換器のように、パイプの材料の膨張によって生じる。フィンによって電気の伝導が生じる実施形態では、低温パイプ９と低温フィン５ｆとの間に電気絶縁体が設けられる。

例示した実施形態によれば、高温パイプ８の各平坦な面１０ａ、１０ｂは、隣接低温フィンと呼ばれる少なくとも２つの、いわゆる、低温フィン５ｆ−ｐ、５ｆ−ｎに関連付けられ、該低温フィンは、前記平坦な面と対面して設けられ、かつ、互いに電気的に絶縁される。前記２つの隣接フィン５ｆ−ｐ、５ｆ−ｎの間に電位差を生じるように、Ｐ型フィンと呼ばれる前記隣接フィンの一方の５ｆ−ｐと、前記平坦な面の１つとの間に設けられた熱電素子は、Ｐ型であり、そして、Ｎ型フィンと呼ばれる前記２つのフィンの他方の５ｆ−ｎと前記平坦な面との間に設けられる熱電素子は、Ｎ型である。

低温フィン５ｆ−ｐと、１つ以上のＰ型熱電素子と、高温パイプ８の面１０ａまたは１０ｂと、１つ以上のＮ型熱電要素と、低温フィン５ｆ−ｎとからなるこのサブアセンブリは、再現可能な基本構成要素を規定し、この構成要素は、所望の強度および／または電位差を呈する電流を発生できるように様々な方法で並列および／または直列に電気的に組み立てられる。

この基本構成要素において、１つの変形例として、Ｐ型熱電素子に関係する低温フィン５ｆ−ｐおよびＮ型熱電素子に関係する低温フィン５ｆ−ｎは、同一の低温フィンからなるものであり、該低温フィンは、Ｐ型熱電素子に関係する低温フィンの部分と、Ｎ型熱電素子に関係する低温フィンの部分との間での短絡を回避するために電流を通すためのトラックを担持することに留意されたい。

以下、上述した基本構成要素の第１のアセンブリをもたらす、所与の高温パイプ８と対面する熱電素子３ｐ、３ｎと、対応するように設けられた低温フィン５ｆとの配設の例示的な実施形態について説明する。

Ｐ型フィン５ｆ−ｐ、Ｎ型５ｆ−ｎは、例えば、同一の高温パイプ９の両側にそれぞれ設置され、特に、高温パイプ９の両側に設置された熱電素子を並列に関連付けるようにして電気的に接続される。

前記高温パイプは、１つ以上の列１６にフィン５ｆに対して直交する第１の方向Ｙに重ね合わされ、列の前記高温パイプ８は、２つの低温パイプ９の間に配設される。前記低温パイプ９は、高温パイプ８の積層方向Ｙに配向される。

各列１６の高温パイプ８は、例えば、一方の列１６から他方へ互いの拡張部に設けられる。互いの拡張部に設置された高温パイプ８の熱電素子は、例えば、一方の列１６から他方へ直列に接続される。言い換えれば、前記パイプの一方側にある同一の高温パイプ８の両側に設置されたフィン５ｆ−ｐ、５ｆ−ｎと、隣接する高温パイプ８の列の最初の拡張部に設置される高温パイプ８のフィン５ｆ−ｐ、５ｆ−ｎとは、同電位に設定される。

熱電素子が、低温フィン５ｆおよび高温パイプ８と接触するこの実施例によれば、低温フィン５ｆの密度は、第２の流体の経路に沿って高まる。これに関して、低温フィン５ｆの材料厚さｅは、第１の流体の経路に沿って増大し、および／または、第１の流体の経路に沿って２つの連続する低温フィン５ｆ間の距離は、前記経路に沿って低減する。

ここで、熱電素子３ｐ、３ｎは、例えば、複数列に分布し、同一の列の熱電素子はＺ方向に延伸し、かつ、互いに平行な複数の列が設けられる。各列には同数の熱電素子が設けられ、かつ、第２の流体の経路に沿って、一方の高温パイプ８から他方へ同数の列が設けられる。

再度、図１を参照すると、例示した実施形態によれば、前記高温回路は、高温流体を循環させるための高温パイプと呼ばれるパイプ１７を備え、前記低温回路は、低温流体を循環させるための低温パイプと呼ばれるパイプ１８を備える。これらは、特に、例えば、高温パイプ１７に対してはステンレス鋼製であり、そして、低温パイプ１８に対してはアルミニウム製または銅製である円形および／または楕円形のパイプである。

１つの部品に関して、低温フィンと呼ばれる前記フィン６ｆは、前記低温パイプ１８と熱交換関係にあり、もう１つの部品に関して、高温フィンと呼ばれる前記フィン６ｃは、前記高温パイプ１７と熱交換関係にある。
前記熱電素子３は、一方で、低温フィン６ｆと熱交換関係にあり、他方で、高温フィン６ｃと熱交換関係に構成される。

先行する実施形態の低温フィン５ｆのように、高温フィン６ｃ、低温フィン６ｆのそれぞれにおいて、高温パイプ１７、低温パイプ１８のそれぞれに対して、貫通オリフィス１３、１４が設けられる。パイプ／フィン接触は、上述したように、特に、機械タイプのものである。フィンによって電気の伝導が生じる実施形態では、パイプ１７、１８とフィン６ｆ、６ｃとの間に電気絶縁体が設けられる。

例示した実施形態によれば、前記低温パイプ１８および前記高温パイプ１７は、Ｙ方向と呼ばれる同一の方向に延伸し、そして、高温フィンおよび低温フィンは、Ｙ方向に対して直交する平面に互いに平行に配設され、該フィンは、Ｚ方向と呼ばれる第１の方向とＸ方向と呼ばれる第２の方向とに延伸する。

熱電要素が低温フィン６ｆおよび高温フィン６ｃと接触するこの実施形態では、所望の結果を得るために、高温フィン６ｃの密度は、例えば、第１の流体の経路に沿って高くなる。これに関して、例えば、高温フィン６ｃの材料厚さは、第１の流体の経路に沿って増大し、および／または、第１の流体の経路に沿った２つの連続した高温フィン６ｃ間の距離は、前記経路に沿って低減する。

この部分に関して、フィンの密度は、第２の流体の経路に沿って一定にすることもできる。

ここでも、熱電素子３ｐ、３ｎは、複数列に分布し、同一の列の熱電素子はＺ方向に延伸し、そして、互いに平行な複数の列が設けられる。各列には同数の熱電素子が設けられ、第２の流体の経路に沿って、一方の高温パイプ８から他方へ同数の列が設けられる。

図示していない実施例によれば、フィン６ｃの３つの同一の群、すなわち、フィン間の間隔がおよそ５ｍｍのものである第１の流体の入口に近接して設けられた第１の群と、フィン間の間隔がおよそ３ｍｍである第２の中間群と、フィン間の間隔がおよそ１．５ｍｍであり、例えば、フィンの厚さがおよそ１ミリメートルである第１の流体の出口に近接して設けられた最終群とが設けられる。

図１、図３および図５に対応する第１の例示的な実施例によれば、低温フィン６ｆおよび高温フィン６ｃは、それぞれ、低温対１９／高温対２０と呼ばれる対になってグループ化され、前記圧縮性材料１１が、低温対および高温対に対して同一の対のフィン６ｆ、６ｃの間に設けられる。

高温対および低温対は、少なくとも１つのいわゆる低温対が、１つのいわゆる高温対の両側の位置にあるように、Ｙ方向に交互に設けられる。

少なくとも２つの低温対が、Ｘ方向の互いの拡張部に設けられ、かつ、互いから電気的に絶縁されて、Ｘ方向に低温フィンの列を形成する。

前述の実施形態のように、この場合も、圧縮性材料１１によって分離された、または分離されていない低温フィン６ｆおよび高温フィン６ｃとのアセンブリによって形成され、かつ、熱電要素３ｐ、３ｎのアセンブリによって形成されたパターンがある。以下、このパターンの考え得る様々な構成およびパターンを組み立て可能な様々な方法は、特に、電気的な観点から記載される。

図３に詳細に示すように、前記パターンの第１の例示的な実施形態によれば、前記高温対２０の高温フィン６ｃ−ｕの一方が、前記高温対２０の一方側で、互いの拡張部の位置にある第１および第２の上流低温対２０と呼ばれる別個の低温対の２つの低温フィン６ｆ−ｕ１、６ｆ−ｕ２と対面して設けられ、同一の高温対２０の他方のフィン６ｃ−ｄが、前記高温対２０の他方側で、互いの拡張部の位置にある第１および第２の下流低温対と呼ばれる別個の低温対の２つの低温対６ｆ−ｄ１、６ｆ−ｄ２と対面して設けられる。

１つ以上のＰ型素子が、高温フィンの第１の６ｃ−ｕと、第１の上流低温対のフィン６ｆ−ｕ１との間に設けられる。１つ以上のＮ型素子が、高温フィン６ｃ−ｕの前記第１と、第２の上流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ２との間に設けられる。

１つ以上のＰ型素子が、前記高温対２０の他方の高温フィン６ｃ−ｄと、第２の下流対の低温フィン６ｆ−ｄ２との間に設けられる。１つ以上のＮ型素子が、前記高温対２０の前記他方の高温フィン６ｃ−ｄと、第１の下流対の低温フィン６ｆ−ｄ１との間に設けられる。高温対２０の両側で、上流Ｐ型素子が下流Ｎ型素子と対面し、かつ、上流Ｎ型素子が下流Ｐ型素子と対面する。

図３と比較して高温パイプ１７および低温パイプ１８が反転した図１を再度参照すると、本発明による装置が、この例示的な実施例によれば、Ｘ方向に連続した高温対を形成するように、Ｘ方向に互いの拡張部の位置にあり、かつ、互いから電気的に絶縁された複数の高温対２０を備え得ることが分かる。

また、前記高温対は、高温対がＹ方向に交互に続く列に分布する。

言い換えれば、高温対の前記直列および前記列は、Ｘ方向およびＹ方向に互いに続く。

また、低温対１９は、低温対がＹ方向に交互に続く列に分布し、および／または、Ｘ方向に連続して分布する。高温対２０および低温対１９は、例えば、互い違いの配置で設けられる。

高温パイプ１７は、例えば、Ｙ方向において、低温対１９の２つの列の間に設けられ、および／または、低温パイプ１８は、Ｙ方向において、高温対２０の２つの列の間に設けられる。

Ｙ方向における一連の高温対２０および／または低温対１９は、対ではなく、単独で与えられた両側、特に、高温フィン６ｃ−ｔで終端可能である。

フィン６ｃ、６ｆは、Ｚ方向において長手方向に延伸し、かつ、Ｘ方向において横方向に延伸し、そして、高温パイプ、低温パイプのそれぞれは、Ｘ方向に直交する平面に延伸する列２１、２２にグループ化される。

また、図５に示すように、装置は、高温パイプがこれの端部で開口する高温流体用の収集箱２３を備える。

低温パイプおよび／または高温パイプは、Ｚ方向に対して直交する平面において延伸する列にも分布する。Ｚ方向に直交する同一の列の低温パイプ１８は、Ｚ方向に直交する前記列にある低温流体の曲がりくねった循環を規定するように、低温パイプの端部で連結された屈曲ダクト２７によって対になって連結される。

曲がりくねったパイプの端部は、パイプが開口する収集箱２８に両端で連結される。

電気的観点から、接続は、図１の高温フィンによってもたらされる。また、低温フィンによって接続をもたらすことも可能であり、図３では、上述したパターンが以下のように組み立てられることが分かる。パターンの第２の上流対の低温フィン６ｆ−ｕ２は、Ｘ方向において、隣接パターンの第１の上流対の低温フィン６ｆ−ｕ１に接続される。同じことが、下流低温フィン６ｆ−ｄ２、６ｆ−ｄ１に当てはまる。

加えて、装置が１つ以上の高温対を備えるかどうかにかかわらず、
− 第２の上流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ２および第２の下流低温対の低温フィン６ｆ−ｄ２は、一連の低温対の第１の端部に設置された低温対のフィンに対して、同電位に設定され、
− 高温対の１つの第１の下流低温対の低温フィン６ｆ−ｄ１は、一連の低温対の他方の端部に設置された低温対のフィンに対して、Ｙ方向の後続する高温対の前記第１の上流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ１と同電位に設定され、前記低温フィン６ｆ−ｄ２、６ｆ−ｕ１は、同一の低温フィン対の部分を形成する。

図１に示すような高温フィン６ｃ−ｔの端子、またはＹ方向において一連のフィンの端部に設置された図３に示すような低温フィンの端子には、高温フィン、低温フィン６ｆのそれぞれの連続した列の端子に生じた電位差の和に相当する電位差が存在する。

特定の例示的な実施形態によれば、低温対６ｆのフィンは、長手方向の側面の一方および／または他方に沿って、対面する高温パイプ１７からの熱放射からフィンの残りを熱的に絶縁可能にする折返し縁部２９を有する。

図４に示す異なるパターンに対応する別の例示的な実施例によれば、低温フィン６ｆのみが、低温対３０と呼ばれる対にグループ化され、前記圧縮性材料１１は、低温対の同一の対のフィン間に設けられる。

この例示的な実施例では、低温対３０は、少なくとも１つのいわゆる低温対が、１つのいわゆる高温フィン６ｃの両側にあるように、Ｙ方向に高温フィンと交互に設けられる。

Ｘ方向の互いの拡張部に、互いから電気的に絶縁された少なくとも２つの低温対を設けることが可能である。

図４に示すパターンによれば、前記高温フィン６ｃは、例えば、前記高温フィンの一方側に設けられた、互いの拡張部の位置にある第１および第２の上流低温対と呼ばれる別個の低温対の２つの低温フィン６ｆ−ｕ１、６ｆ−ｕ２と対面し、また、前記高温フィン６ｃの他方側に、互いの延長部の位置にある第１および第２の下流低温対と呼ばれる別個の低温対の２つの低温フィン６ｆ−ｄ１、６ｆ−ｄ２と対面して設けられる。

前記高温フィン６ｃと第１の上流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ１との間に、１つ以上のＰ型素子が設けられる。前記高温フィン６ｃと第２の上流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ２との間に、１つ以上のＮ型素子が設けられる。

高温フィン６ｃと第２の下流低温対の低温フィン６ｆ−ｄ２との間に、１つ以上のＮ型素子が設けられる。高温フィン６ｃと第１の下流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ１との間に、１つ以上のＰ型素子が設けられる。上流および下流Ｐ型素子は、高温フィン６ｃの両側に互いに対面した位置にある。同じことが、Ｎ型素子にも当てはまる。

このパターンの場合、以下の電気的接続を使用することができる。第２の上流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ２および第２の下流低温対６ｆ−ｄ２の低温フィンは、同電位になるように電気的に接続される。同じことが、第１の上流低温対の低温フィン６ｆ−ｕ１および第１の下流低温対の低温フィン６ｆ−ｄ１にも当てはまる。

また、以下のようにパターンを組み立てることもできる。前記高温フィン６ｃの１つの第１の上流および下流低温対のフィン６ｆ−ｄ１、６ｆ−ｕ１は、Ｙ方向に後続する高温フィンに関連したものと同電位に設定される。Ｙ方向の２つの連続する高温フィン６ｃに関連した第１の下流低温対の低温フィンおよび第１の上流低温対の低温フィンは、同一の低温フィン対の部分を形成する。同じことが、第２の上流および下流低温対のフィン６ｆ−ｄ２、６ｆ−ｕ２にも当てはまる。

図示していないが、Ｙ方向に配向された２つの低温パイプ１８の間に挿入されるたびに、Ｙ方向に配向された複数列の高温パイプ１７を有する図４のパターンを用いたバンドルを提供することもでき、高温および低温フィンは、パイプに対して直交方向に配向される。電気的接続に関して、前記列は、例えば、直列に取り付けられる。

図３および図４の２つの実施例の１つの利点は、高温パイプおよび高温フィンのサブアセンブリと、低温パイプおよび低温フィンのサブアセンブリとが、差し込まれたとしても分離して作られ、これらのサブアセンブリ間の接触が、熱電素子を介してのみ起こるようにすることで、高温コンポーネントと低温コンポーネントとの間の熱的ブリッジを回避可能にすることである。言い換えれば、Ｘ方向のＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子との間に１つおきの配列が存在する。

図示していない別の異なる例示的な実施例によれば、高温パイプおよび低温パイプは、互いの間に挿入されるのに対して、高温フィンおよび低温フィンは、パイプに直角な平面において互いの間に挿入され、低温フィンおよび／または高温フィンは、対になって任意に分布し、同一の対のフィンは、前記圧縮性材料によって分離される。

図１および図３から図５の例示的な実施例のように、各低温フィン、高温フィンのそれぞれには、低温パイプ、高温パイプのそれぞれの通路用および熱的接触用のオリフィスが設けられる。

また、これらのフィンには、高温パイプ、低温パイプのそれぞれと非接触であるか、または、熱的および電気的に絶縁性のコンタクトを有する貫通オリフィスが設けられる。

互いに対面して配置された低温フィンと高温フィンとの間には、同じタイプの熱電素子が設けられる。同一の対のフィンは、同電位に設定される。低温フィンは、連続して直列に接続される。変形例として、２つの隣接する高温フィンと低温フィンとの間にある熱電素子は交流タイプのものであり、フィンには、熱電素子間での短絡を回避するために電流循環用のトラックが設けられる。

上記において、「電気的に接続」または「同電位に設定」という表現は、電気を通すものである場合に、フィンが互いに接続されるということ、または、フィンに設けられたトラックが、例えば接続端子および従来の電気導体を用いてフィンに伝導性トラックが設けられる場合、一方のフィンから他方のフィンへと接続されることを意味することを理解されたい。

この点に関して、高温フィンではなく低温フィンによって電気的接続をもたらすことは好適であるが、これは、高温に耐性の定格温度の電気コンポーネントを使用する必要がないためである。

本発明による装置を獲得する１つの方法は、最初に熱電素子が高温コンポーネント、すなわち、高温パイプ８または高温フィン６ｃを用いて組み立てられた後、低温フィン５ｆ、６ｆを用いて組み立てられるステップを含む。この順序で連続して行う利点は、熱電素子／高温コンポーネントリンクを実行することによって、熱電素子／低温フィンリンクがダメージを受ける危険性を伴うことなく、熱電素子／高温コンポーネントリンクの実行にとって比較的厳しい使用条件を用いて、熱電素子／低温フィンリンクに対してはあまり厳しくない条件を用いることができることである。

フィンは積層され、後続するステップにおいて、低温パイプ９、１８は、低温フィン５ｆ、６ｆに組み立てられる。同じことが、高温フィンを有する実施形態における高温フィン６ｃの高温パイプ１７にも当てはまる。

パイプ／フィンリンクを保証するために、上述したように、フィンと接触するパイプ９、１７、１８は、例えば、膨張を受ける。すなわち、特に、パイプ内での膨張オリーブ（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｌｉｖｅ）の通過により得られる半径方向の膨張であり、この膨張により、フィン５ｆ、６ｆ、６ｃがパイプに圧着される。

このようにしてバンドルが得られるが、該バンドル内では、圧着連結棒が不要で、フィンがパイプに圧着されると、高温パイプ８、１７および低温パイプ９、１８が、フィンによってかけられる応力によってフレームワークを形成する。次に、パイプは、収集箱に連結される。フィンは、上述した異なる手法により電気的に連結される。

Claims (10)

1. 第１の流体が、前記第１の流体の温度が低下する経路に従って流れ得る、高温回路と呼ばれる第１の回路（１）と、第２の流体が、前記第１の流体の温度より低温で、前記第２の流体の温度が上昇する経路に従って流れ得る、低温回路と呼ばれる第２の回路（２）と、温度勾配の存在下で電流を発生させるために使用可能な素子（３、３ｐ、３ｎ）とを備える熱電装置であって、前記熱電素子（３、３ｐ、３ｎ）は、前記勾配を作るように構成されて設けられた前記高温回路（１）および低温回路（２）に沿って分布し、前記第１の流体および／または第２の流体の経路に沿って略一定である電気の発生に前記熱電素子が寄与するように構成されることを特徴とする、熱電素子。
2. 前記高温回路（１）および／または前記低温回路（２）と熱交換関係にあるフィン（５ｆ、６ｆ、６ｃ）を備え、前記フィン（５ｆ、６ｆ、６ｃ）が、バンドルを形成するように構成され、前記熱電素子（３ｐ、３ｎ）が、少なくとも前記フィン（５ｆ、６ｆ、６ｃ）と接触する、請求項１に記載の装置。
3. 前記フィン（５ｆ、６ｆ、６ｃ）のバンドルが、前記熱電素子（３ｐ、３ｎ）への熱伝達が略一定になるように構成される、請求項２に記載の装置。
4. 前記高温回路（１）および／または前記低温回路（２）と熱交換関係にある前記フィン（５ｆ、６ｆ、６ｃ）の密度が、前記第１の流体および／または前記第２の流体の経路に沿って高くなる、請求項３に記載の装置。
5. − 前記高温回路が、高温流体を循環させるための高温パイプと呼ばれるパイプ（８）を備え、
   − 前記低温回路が、低温流体を循環させるための低温パイプと呼ばれるパイプ（９）を備え、
   − 低温フィンと呼ばれる前記フィン（５ｆ）が、前記低温パイプ（９）と熱交換関係にあり、
   − 前記熱電素子（３ｐ、３ｎ）が、一方で、前記高温パイプ（８）と熱交換関係にあり、他方で、前記低温フィン（５ｆ）と熱交換関係にある、請求項４に記載の装置。
6. 前記低温フィン（５ｆ）の密度が、前記第２の流体の経路に沿って高まる、請求項５に記載の装置。
7. 前記低温フィン（５ｆ）の材料厚さが、前記第１の流体の経路に沿って増大し、および／または、前記第１の流体の経路に沿って２つの連続する低温フィン（５ｆ）間の距離が、前記経路に沿って低減する装置。
8. − 前記高温回路が、高温流体を循環させるための高温パイプと呼ばれるパイプ（１７）を備え、
   − 前記低温回路が、低温流体を循環させるための低温パイプと呼ばれるパイプ（１８）を備え、
   − １つの部分（６ｆ）に対して、低温フィンと呼ばれる前記フィンが、前記低温パイプ（１８）と熱交換関係にあり、
   − もう１つの部分（６ｃ）に対して、高温フィンと呼ばれる前記フィンが、前記高温パイプ（１７）と熱交換関係にあり、
   − 前記熱電素子（３ｐ、３ｎ）が、一方で、前記低温フィン（６ｆ）と熱交換関係に設けられ、他方で、前記高温フィン（６ｃ）と熱交換関係に設けられる、請求項４に記載の装置。
9. 前記高温フィン（６ｃ）の密度が、前記第１の流体の経路に沿って高まる、請求項８に記載の装置。
10. 前記高温フィン（６ｃ）の材料厚さが、前記第１の流体の経路に沿って増大し、および／または、前記第１の流体の経路に沿った２つの連続した高温フィン（６ｃ）間の距離が、前記経路に沿って低減する、請求項５に記載の装置。

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