JP2018022881A - 排気系のための熱電発電装置および熱電発電装置の接点部材 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (20)
- 高温流体を通過させるための入口(11)と出口(12)とを有する第1の流路(1)であって、該第1の流路(1)の該入口(11)と該出口(12)とが前記高温流体のための第1の流れ方向(10)を規定する第1の流路(1)と、
低温流体を通過させるための入口(21)と出口(22)とを有する第2の流路(2)であって、該第2の流路(2)の該入口(21)と該出口(22)とが前記低温流体のための第2の流れ方向(20)を規定する第2の流路(2)と、
前記第1の流路(1)と前記第2の流路(2)との間に配置され、前記第1の流れ方向(10)に沿って互いに隣接する複数の熱電対素子(3;31,32,33)と、
前記複数の熱電対素子(3;31,32,33)と前記第1の流路(1)の壁との間に配置され、個々の前記熱電対素子(3;31,32,33)に対応付けられた接点部分(41,42,43)を含む第1の接点部材(4)であって、該接点部分(41,42,43)がそれぞれに対応付けられた前記熱電対素子(3;31,32,33)と前記第1の流路(1)の壁との間に熱伝導結合を提供する、第1の接点部材(4)と、
前記複数の熱電対素子(3;31,32,33)と前記第2の流路(2)の壁との間に配置され、個々の前記熱電対素子(3;31,32,33)に対応付けられた接点部分(51,52,53)を含む第2の接点部材(5)であって、該接点部分(51,52,53)がそれぞれに対応付けられた前記熱電対素子(3;31,32,33)と前記第2の流路(2)の壁との間に熱伝導結合を提供する、第2の接点部材(5)と、を含み、
前記第1の流れ方向(10)に沿って第2の熱電対素子(32)の上流に位置する第1の熱電対素子(31)に対応付けられた前記第1および第2の接点部材(4,5)の接点部分(41,51)の熱抵抗の和が、前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた前記第1および第2の接点部材(4,5)の接点部分(42,52)の熱抵抗の和よりも大きい、熱電発電装置(7)。 - 前記第1の接点部材(4)の前記接点部分(41,42,43)における異なる熱抵抗が、以下の手段のうちの1つもしくは複数に基づくものであり、該手段は、
前記第1の熱電対素子(31)と第1の流路(1)との間の接点部分(41)における前記第1の接点部材(4)の厚さが、前記第2の熱電対素子(32)と第1の流路(1)との間の接点部分(42)における前記第1の接点部材(4)の厚さよりも大きいこと、および/または、
前記第1の接点部材(4)の、高い熱伝導性を有する物質の含有量が、前記第1の熱電対素子(31)と第1の流路(1)との間の接点部分(41)において、前記第2の熱電対素子(32)と第1の流路(1)との間の接点部分(42)におけるよりも低いこと、および/または、
前記第1の熱電対素子(31)と第1の流路(1)との間の接点部分(41)における前記第1の接点部材(4)の有効断面積が、前記第2の熱電対素子(32)と第1の流路(1)との間の接点部分(42)における前記第1の接点部材(4)の有効断面積よりも小さいこと、および/または、
前記第1の接点部材(4)が前記接点部分(41)において前記第1の熱電対素子(31)に接触する表面の大きさが、前記第1の接点部材(4)が前記接点部分(42)において前記第2の熱電対素子(32)に接触する表面の大きさよりも小さいことである、請求項1に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第2の接点部材(5)の前記接点部分(51,52,53)における異なる熱抵抗が、以下の手段のうちの1つもしくは複数に基づくものであり、該手段は、
前記第1の熱電対素子(31)と第2の流路(2)との間の接点部分(51)における前記第2の接点部材(5)の厚さが、前記第2の熱電対素子(32)と第2の流路(2)との間の接点部分(52)における前記第2の接点部材(5)の厚さと異なること、および/または、
前記第2の接点部材(5)の、高い熱伝導性を有する物質の含有量が、前記第1の熱電対素子(31)と第2の流路(2)との間の接点部分(51)と、前記第2の熱電対素子(32)と第2の流路(2)との間の接点部分(52)とで異なること、および/または、
前記第1の熱電対素子(31)と第2の流路(2)との間の接点部分(51)における前記第2の接点部材(5)の有効断面積が、前記第2の熱電対素子(32)と第2の流路(2)との間の接点部分(52)における前記第2の接点部材(5)の有効断面積と異なること、および/または、
前記第2の接点部材(5)が前記接点部分(51)において前記第1の熱電対素子(31)に接触する表面の大きさが、前記第2の接点部材(5)が前記接点部分(52)において前記第2の熱電対素子(32)に接触する表面の大きさと異なることである、請求項1または2に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第1および第2の接点部材(4,5)のうちの少なくとも一方が、前記第1の熱電対素子(31)に対応付けられた接点部分(41,51)と前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた接点部分(42,52)との間に、熱抵抗を隣接する接点部分(41,42;51,52)の平均熱抵抗に対して少なくとも5倍増大させた隔離領域(45,55)を含むか、または、
前記第1および第2の接点部材(4,5)のうちの少なくとも一方が、前記第1の熱電対素子(31)に対応付けられた接点部分(41,51)と前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた接点部分(42,52)との間に、熱抵抗を隣接する接点部分(41,42;51,52)の平均熱抵抗に対して少なくとも10倍増大させた隔離領域(45,55)を含む、請求項1、2、または3に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第1の接点部材(4)が、少なくとも1つの接点部分(41,42)に、前記第1の流れ方向(10)に最大寸法を有する少なくとも1つの凹部(46)を含み、かつ/または、
前記第2の接点部材(5)が、少なくとも1つの接点部分(51,52)に、前記第2の流れ方向(20)に最大寸法を有する少なくとも1つの凹部(56)を含む、請求項1から4のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第1の接点部材(4)が、前記第1の熱電対素子(31)に対応付けられた接点部分(41)と前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた接点部分(42)との間に、前記第1の流れ方向(10)を横断する方向に最大寸法を有する少なくとも1つの凹部(45)を含み、かつ/または、
前記第2の接点部材(5)が、前記第1の熱電対素子(31)に対応付けられた接点部分(51)と前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた接点部分(52)との間に、前記第2の流れ方向(20)を横断する方向に最大寸法を有する少なくとも1つの凹部(55)を含む、請求項1から5のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第1の接点部材(4)の前記第1の熱電対素子(31)に対応付けられた接点部分(41)における熱抵抗が、前記第1の接点部材(4)の前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた接点部分(42)における熱抵抗よりも高い、請求項1から6のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。
- 前記第1の流れ方向(10)と前記第2の流れ方向(20)とが同じ向きである場合、前記第2の接点部材(5)の前記第1の熱電対素子(31)に対応付けられた接点部分(51)における熱抵抗が、前記第2の接点部材(5)の前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた接点部分(52)における熱抵抗よりも高く、
前記第1の流れ方向(10)と前記第2の流れ方向(20)とが反対向きである場合、前記第2の接点部材(5)の前記第1の熱電対素子(31)に対応付けられた接点部分(51)における熱抵抗が、前記第2の接点部材(5)の前記第2の熱電対素子(32)に対応付けられた接点部分(52)における熱抵抗よりも低い、請求項1から7のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第1の接点部材(4)が配置された前記第1の流路(1)の壁が、平滑で、冷却フィンを有しないか、もしくは、
前記第1の接点部材(4)が配置された前記第1の流路(1)の壁が、前記第1の流れ方向(10)に沿って均一に分布された冷却フィン(61)を有し、かつ/または、
前記第2の接点部材(5)が配置された前記第2の流路(2)の壁が、平滑で、冷却フィンを有しないか、もしくは、
前記第2の接点部材(5)が配置された前記第2の流路(2)の壁が、前記第2の流れ方向(20)に沿って均一に分布された冷却フィン(62)を有する、請求項1から8のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第1の接点部材(4)が、全ての接点部分(41,42,43)をモノブロックの設計で提供し、かつ/または、
前記第2の接点部材(5)が、全ての接点部分(51,52,53)をモノブロックの設計で提供する、請求項1から9のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記複数の熱電対素子(31,32,33)が、前記第1の流路(1)と前記第2の流路(2)との間に単一層として配置された、請求項1から10のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。
- 前記第1の熱電対素子(31)および前記第2の熱電対素子(32)の構造が同一であるか、または、
前記複数の熱電対素子(3;31,32,33)のうちの全ての熱電対素子(3;31,32,33)の構造が同一である、請求項1から11のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。 - 前記第1の接点部材(4)が、黒鉛、シリコーンゴム、ポリイミド、アルミナ、マイカナイト、もしくはアクリルポリマーからなる熱伝導フィルムであり、かつ/または、
前記第2の接点部材(5)が、黒鉛、シリコーンゴム、ポリイミド、アルミナ、マイカナイト、もしくはアクリルポリマーからなる熱伝導フィルムである、請求項1から12のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)。 - 流体を通過させるための入口(11,21)と出口(12,22)とを有する流路(1,2)であって、該流路(1,2)の該入口(11,21)と該出口(12,22)とが前記流体のための流れ方向(10,20)を規定する流路(1,2)と、
前記流路(1,2)の隣に配置され、前記流れ方向(10,20)に沿って互いに隣接する複数の熱電対素子(3’;31’,32’,33’)と、
前記複数の熱電対素子(3’;31’,32’,33’)と前記流路(1,2)の壁との間に配置され、個々の前記熱電対素子(3’;31’,32’,33’)に対応付けられた接点部分(41’,42’,43’)を含む接点部材(4’,5’)であって、該接点部分(41’,42’,43’)がそれぞれに対応付けられた前記熱電対素子(3’;31’,32’,33’)と前記流路(1,2)の壁との間に熱伝導結合を提供する、接点部材(4’,5’)と、を含み、
前記接点部材(4’,5’)が、互いに隣接する熱電対素子(3’;31’,32’,33’)に対応付けられた隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の間に、熱抵抗を前記隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の平均熱抵抗に対して少なくとも5倍増大させた隔離領域(45,55)を含むか、または、
前記接点部材(4’,5’)が、互いに隣接する熱電対素子(3’;32’,31’,33’)に対応付けられた隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の間に、熱抵抗を前記隣接する接点部分(41,42;51,52)の平均熱抵抗に対して少なくとも10倍増大させた隔離領域(45,55)を含む、熱電発電装置(7)。 - 互いに隣接する熱電対素子(3’;31’,32’,33’)が、異なる温度範囲用に構成されている、請求項14に記載の熱電発電装置(7)。
- 前記接点部材(4’,5’)が、互いに隣接する熱電対素子(3’;31’,32’,33’)に対応付けられた隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の間に、前記流れ方向(10,20)を横断する方向に最大寸法を有する少なくとも1つの凹部(45,55)を含む、請求項14または15に記載の熱電発電装置(7)。
- 内燃機関によって駆動される車両のための排気系(8)であって、請求項1から16のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)を含み、前記第1の流路(1)が、該排気系の排気ガス配管であるか、または、該排気系の排気ガス配管(81)に連結されるように構成されている、排気系(8)。
- 熱電発電装置(7)、特に、請求項14から16のうちの一項に記載の熱電発電装置(7)のための接点部材(4’,5’)であって、
それぞれに対応付けられた熱電発電装置(7)の熱電対素子(3’,31’,32’,33’)と流路(1,2)の壁との間に熱伝導結合を提供するように構成された複数の接点部分(41’,42’,43’,51’,52’,53’)を含み、かつ、
互いに隣接する熱電対素子(3’;31’,32’,33’)に対応付けられた隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の間に、熱抵抗を前記隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の平均熱抵抗に対して少なくとも5倍増大させた隔離領域(45,55)を含み、かつ/または、
互いに隣接する熱電対素子(3’;31’,32’,33’)に対応付けられた隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の間に、該隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の間の分離線の方向に最大寸法を有する凹部(45,55)を含む、接点部材(4’,5’)。 - 前記接点部材(4’,5’)は、平行な2つの長辺と平行な2つの短辺とを有する矩形の形状を有し、前記接点部材(4’,5’)の前記短辺に平行な方向に最大寸法を有する凹部(45,55)が、互いに隣接する熱電対素子(3’;31’,32’,33’)に対応付けられた隣接する接点部分(41’,42’;42’,43’;51’,52’;52’,53’)の間に設けられた、請求項18に記載の接点部材(4’,5’)。
- 前記接点部材(4’,5’)は、全ての接点部分(41’,42’,43’,51’,52’,53’)をモノブロックの設計で提供し、かつ/または、
黒鉛、シリコーンゴム、ポリイミド、アルミナ、マイカナイト、もしくはアクリルポリマーからなる熱伝導フィルムによって形成された、請求項18または19に記載の接点部材(4’,5’)。
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