(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電装置であって、
高温流体と称される第１の流体を循環させるための複数の管（１）と、複数の熱電素子（３）と、で形成された１つ以上のアセンブリを備え、
この１以上のアセンブリは、低温流体と称される第２の流体を循環させるための複数の管（２）と、複数の熱電素子（３）と、で形成されたアセンブリと積み重ね方向と称される方向において交互になっており、
前記低温流体は、前記高温流体の温度よりも低い温度を有し、
前記低温流体を循環させるための前記管（２）の延在の方向は、前記高温流体を循環させるための前記管（１）の延在の方向に対して割線であり、それにより、前記管の間に交差ゾーン（１４）が定められ、
前記熱電素子は、前記交差ゾーンに設けられ、
前記アセンブリのうちの１つのアセンブリの前記熱電素子（３）は、隣のアセンブリの前記管（１、２）に接触し、
前記低温流体を循環させるための管（２）は、低温流体を循環させるための前記管（２）を備える１つのアセンブリから、低温流体を循環させるための前記管（２）を備える隣のアセンブリへ、曲がりくねったパターンにてつながっている熱電装置。
【請求項２】
前記アセンブリの前記管（１、２）は、２つの対向した表面（７ａ、７ｂ）を有し、
前記アセンブリのうちの１つのアセンブリの前記熱電素子（３）は、前記アセンブリの前記管の前記表面のうちの一方の表面に接触し、
隣のアセンブリの前記熱電素子は、前記管（１、２）の他方の表面に接触している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記管（１、２）のうちのいくつかを前記積み重ね方向において他の管の方向に圧縮するための手段を備えている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記圧縮手段は、前記積み重ね方向に向けられた引き締め棒（１５）を備え、
前記第１の流体を循環させるための前記管（１）および前記第２の流体を循環させるための前記管（２）は、前記交差ゾーン（１６）の間に前記引き締め棒（１５）のための通過（１６）を可能にするように設計されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記高温流体を循環させるための前記管に流体内で連通した集合タンクを備え、
前記タンクは、前記管の一端に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記アセンブリは、
流体を循環させるための、互いに平行に延びている複数の管（１、２）と、
自身の２つの表面（４ａ、４ｂ）の間に加えられる温度勾配から電流を生成することを可能にする複数の素子（３）と、で形成され、
前記２つの表面（４ａ、４ｂ）は、接触面と称され、
前記複数の素子（３）は、熱電素子と称され、
前記熱電素子（３）は、前記複数の管（１、２）に分布し、前記熱電素子の接触面のうちの一方の接触面（４ｂ）を介して前記管（１、２）に接触し、
前記アセンブリは、別の流体を循環させるための管の組み込みを可能にするように設計されており、
前記管は、前記熱電素子（３）の他方の接触面（４ａ）を介して前記熱電素子（３）に接触するように意図されるとともに、前記アセンブリの前記流体循環管（１、２）の延在の方向に対して割線である方向に延びる、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記熱電素子（３）は、前記アセンブリの前記循環管（１、２）の前記延在の方向において、互いに離れて位置するグループ（４）にて分布している、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記別の流体を循環させるための前記管の前記延在の方向は、前記アセンブリの前記循環管（１、２）の前記延在の方向に直交する方向である、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記循環管（１、２）は、該循環管の延在の方向に直交する方向において、互いに離れて位置している、請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記アセンブリの前記循環管（１、２）は、平坦である、請求項６から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記アセンブリの前記循環管（１、２）の一端を接続する集合プレート（８、９）をさらに備えている、請求項６から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記アセンブリの前記循環管（１、２）の一端に流体内で連通した集合タンク（１０）を備えている、請求項６から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記アセンブリの前記循環管（１）は、排気ガスの循環を可能にすることができ、
前記アセンブリの循環管（１）の数は、３と５の間である、請求項６から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記アセンブリの前記循環管（２）は、冷却液の循環を可能にすることができ、
前記アセンブリの管（２）の数は、５と１０の間である、請求項６から１２のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を循環させるための複数の管と、温度勾配から電流の生成を可能にする熱電素子と称される複数の素子とで形成されるアセンブリに関する。さらに、本発明は、そのようなアセンブリを備え、特に自動車において電流を発生させる熱電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼーベック効果として知られる現象によって反対向きの２つの表面の間の温度勾配の存在において電流の発生を可能にする熱電素子と称される素子を使用する熱電装置が、すでに提案されている。これらの装置は、エンジンの排気ガスを循環させるための積み重ねられた第１の管と、冷却回路の冷却剤を循環させるための積み重ねられた第２の管とを備えている。熱電素子は、これらの管の間に、高温の排気ガスと低温の冷却剤との間の温度差から生じる温度勾配に曝されるように挟まれる。
【０００３】
このような装置は、エンジンの排気ガスに由来する熱の変換から電気を生成することを可能にするので、きわめて好適である。したがって、このような装置は、通常車両に設けられ、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オルタネータについて、その代わりを少なくとも部分的に担うことによって、前記車両の燃料の消費の削減を可能にする。
【０００４】
公知の装置において直面される欠点は、熱電素子と管との間の充分な伝導を保証するために、両者の間にきわめて良好な接触を必要とする点にある。したがって、完璧に平坦かつ優秀な表面状態を有する管を用意する必要があり、これが装置の費用価格に影響を及ぼす。
【０００５】
もたらすべき電力が大きくなるほど、積み重ねられる管の数が多くなければならず、および／または使用される管の表面が大きくなければならず、やはり熱電素子の管への効果的な適用が難しくなる。
【０００６】
積み重ねられた管へと圧縮力を作用させる外部のストラップによって接触を補強することからなる第１の技術的解決策が試験されている。しかしながら、この技術的解決策は、この力の作用のもとでも互いに押し潰される恐れがない管の使用を必要とし、したがって材料の過剰な消費につながる。さらには、保証される接触の質は、特に熱電素子のサイズのばらつきに起因して、依然として不充分である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、この状況を、アセンブリであって、流体を循環させるための、互いに平行に延びている複数の管と、自身の２つの表面の間に加えられる温度勾配から電流を生成することを可能にする複数の素子と、で形成され、前記２つの表面は、接触面と称され、前記複数の素子は、熱電素子と称され、前記熱電素子は、前記複数の管に分布し、前記複数の管の接触面のうちの一方の接触面を介して前記管に接触し、前記アセンブリは、別の流体を循環させるための管の組み込みを可能にするように設計されており、前記管は、前記熱電素子の他方の接触面を介して前記熱電素子に接触するように意図されるとともに、前記アセンブリの前記流体循環管の延在の方向に対して割線である方向に延びる、アセンブリを提案することによって、改善することにある。
【０００８】
一方および／または他方の流体の循環経路を複数の管へと分割することによって、熱電素子との接触面が分割され、前記熱電素子のサイズの違いの考慮が容易にされる。管への熱電素子の圧縮力の印加を、より良好に分配することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の種々の実施形態によれば、以下が一緒または個別に考慮される。
・前記熱電素子は、前記アセンブリの循環管の前記延在の方向において、互いに離れて位置するグループにて分布する。
・別の流体を循環させるための前記管の前記延在の方向は、前記アセンブリの循環管の延在の方向に直交する方向である。
・前記アセンブリの前記循環管は、該循環管の延在の方向に直交する方向において、互いに離れて位置する。
・前記アセンブリの前記循環管は、平坦である。
・前記アセンブリの前記循環管は、複数の流体循環チャネルを有する。
・前記アセンブリの循環管は、前記熱電素子によって生成された電流を導くための経路を備える。
・特に、より高温の流体の循環を可能にするための複数の管を備えるアセンブリに関して、前記アセンブリは、前記アセンブリの前記循環管の一端を接続する集合プレートをさらに備える。
・特に、より低温の流体の循環を可能にするための複数の管を備えるアセンブリに関して、前記アセンブリは、前記アセンブリの前記循環管の一端に連通した集合タンクをさらに備える。
・前記アセンブリの前記循環管は、排気ガスの循環を可能にすることができ、前記アセンブリの循環管の数は、３と５の間である。
・前記アセンブリの前記循環管は、冷却液の循環を可能にすることができ、当該アセンブリの管の数は、５と１０の間である。
【００１０】
さらに本発明は、熱電装置であって、高温流体と称される第１の流体を循環させるための複数の管と、複数の熱電素子と、で形成された請求項１から８のいずれか一項に記載の１つ以上のアセンブリを備え、この１以上のアセンブリは、低温流体と称される第２の流体を循環させるための複数の管と、複数の熱電素子と、で形成された請求項１から７または９のいずれか一項に記載のアセンブリと積み重ね方向と称される方向において交互になっており、前記低温流体は、前記高温流体の温度よりも低い温度を有し、前記低温流体を循環させるための前記管の延在の方向は、前記高温流体を循環させるための前記管の延在の方向に対して割線（secant）、特に垂直であり、それにより、前記管の間に交差ゾーンが定められ、前記熱電素子は、前記交差ゾーンに設けられ、前記アセンブリのうちの１つのアセンブリの前記熱電素子は、隣のアセンブリの前記管に接触している熱電装置に関する。
【００１１】
本発明の一態様によれば、前記アセンブリの管は、２つの対向した表面を有し、前記アセンブリのうちの１つのアセンブリの熱電素子は、前記アセンブリの管の表面のうちの一方の表面に接触し、隣のアセンブリの前記熱電素子は、前記管の他方の表面に接触する。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、本装置は、管のうちのいくつかを前記積み重ね方向において他の管の方向に圧縮するための手段を備える。
【００１３】
一実施形態によれば、前記圧縮手段は、積み重ね方向に向けられた引き締め棒を備える。
【００１４】
第１の流体を循環させるための管および第２の流体を循環させるための管は、例えば前記交差ゾーンの間に前記引き締め棒のための通過を可能にするように設計される。
【００１５】
本発明のこの態様によれば、圧縮が多数の点において保証されるほか、熱電素子のできるだけ近くでの圧縮も保証される。このようにして、引き締めの点は、本装置の全表面に分布する。したがって、一様な引き締め力が、より弱くてよく、より均質になることができ、全体としての管と熱電素子との間の接触の改善を可能にする。
【００１６】
本発明のさらなる態様によれば、低温流体を循環させるための管は、低温流体を循環させるための前記管を備える１つのアセンブリから、低温流体を循環させるための前記管を備える隣のアセンブリへ、曲がりくねったパターンにてつながる。
【００１７】
本発明のさらなる態様によれば、本装置は、高温流体を循環させるための管に連通した集合タンクを備え、前記タンクは、前記管の一端に配置される。
【００１８】
本発明を、あくまでも例として提示され、決して本発明を限定しようとするものではない以下の説明を、添付の図面と併せて検討することで、よりよく理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】互いに上下に積み重ねられた本発明によるアセンブリの２つの例示的な実施形態の斜視図を示している。
【図２】本発明による装置の第１の例示的な実施形態の斜視図を示している。
【図３】図２の装置の低温の流体を循環させるための管の延在の方向に直交する断面に沿った図である。
【図４】本発明による装置のさらなる例示的な実施形態の斜視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示されるように、本発明は、第１に、互いに平行に延びている流体を循環させるための複数の管１、２で形成されたアセンブリに関する。高温流体と称される流体を循環させるための複数の管１と、低温流体と称され、高温流体の温度よりも低い温度を有している流体を循環させるための複数の管２とが、この図に示されており、それぞれ積み重ねられた本発明による第１および第２のアセンブリに属している。
【００２１】
この例では、第１のアセンブリの循環管１は、排気ガスの循環を可能にするように意図され、数は３と５の間（この場合には、４本）である一方で、第２のアセンブリの循環管２は、冷却剤の循環を可能にするように意図され、数は５と１０の間（この場合には、８本）である。
【００２２】
前記アセンブリは、熱電素子と称され、接触面と称される自身の表面のうちの２つの表面４ａ、４ｂの間に加わる温度勾配から電流を生成することを可能にする複数の素子３をさらに備えている（図１においては、アセンブリのうちの複数の循環管１が備え付けられた熱電素子だけを見て取ることができる）。
【００２３】
例えば、これらの素子は、ゼーベック効果によって電流を発生させる実質的に平行六面体形状を有する素子である。そのような素子は、前記接触面４ａ、４ｂの間に接続された負荷に電流を生じさせることを可能にする。当業者にとって公知の様相で、そのような素子は、例えばビスマスおよびテルル（Ｂｉ２Ｔｅ３）から形成される。
【００２４】
熱電素子は、一方では、Ｐ型と称され、所与の温度勾配に曝されたときに正方向と称される一方向に電位差を確立させることを可能にする第１の型の素子３ｐであってよく、他方では、Ｎ型と称され、同じ温度勾配に曝されたときに負方向と称される反対の方向に電位差を生じさせることを可能にする第２の型の素子３ｎであってよい。
【００２５】
前記熱電素子３は、前記複数の管１に分布し、一方の接触面４ｂを介して管１に接触している。
【００２６】
前記アセンブリは、もう１つの流体を循環させるための管の組み込みを可能にするように設計され、前記管は、前記熱電素子３の他方の接触面４ａを介してこれらの熱電素子３に接触するように意図され、前記アセンブリの前記流体循環管の延在の方向と交わる（特に、直交する）延在の方向に延びている。他方の流体を循環させるための前記管は、図１には示されていないが、第１のアセンブリの循環管１へ同じやり方で積み重ねられるように、第２のアセンブリの循環管２と同一に設計することが可能である。
【００２７】
したがって、一方で第１のアセンブリの循環管１に接触し、他方の流体を循環させるための管にも接触した熱電素子３の間に、温度勾配を確立させることが可能である。
【００２８】
同じアセンブリ内で流体の循環を複数の管へと分けることによって、より大きな管の場合と比べてより満足できる表面状態を有する管を得ることが可能になる。本発明の例示的な実施形態によれば、後述されるように、熱電素子３との有効な接触を保証するために、圧縮されなければならないゾーンに可能な限り近い管に圧縮力を加えることも可能になる。
【００２９】
管１、２は、例えば前記熱電素子によって発生した電流を導くための経路（図示されていない）を備える。より具体的には、管１、２を、電気絶縁性かつ熱伝導性の材料（例えば、セラミック）の層３５で覆うことができ、その上に、特に銅で作られる前記経路が設けられる。前記経路は、管に配置された熱電素子３を直列および／または並列に接続する。管１、２の同じ型ＰまたはＮの素子のすべてまたは一部を、並列に組み合わせられるようにまとめることができる一方で、管の型Ｐの素子または素子群は、同じ管または別の管の型Ｎの素子または素子群に直列に組み合わせられる。換言すると、さまざまな構成の電気回路を、管１、２の表面上に設けることができる。
【００３０】
前記熱電素子３は、例えば前記アセンブリの循環管１、２の延在の方向に互いに離れて位置するグループ４に分配されている。この用語「離れて位置する」は、同じグループ４内の２つの隣り合う熱電素子の間の距離が、隣り合う２つのグループ４の間の距離よりもはるかに短いことを意味する。熱電素子は、この場合には４つからなるグループにまとめられている。
【００３１】
前記循環管１、２は、管の延在の方向に直交した長手方向に平坦な断面を有している。同じアセンブリ内の前記管１、２は、前記長手方向において互いに離れているが、この利点はさらに後述される。
【００３２】
前記循環管１、２は、例えば平たい管である。これは、短い側面によって接続された２つの大きくて平行な表面を有することを意味する。前記複数の管１、２はまた、前記大きな表面に平行な平面内でも延びている。
【００３３】
図３に示されるように、前記管は、例えば複数のチャネル５を有している。
【００３４】
低温流体を循環させるためのアセンブリに関して、前記管２は、例えばアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金で形成される。前記管は、特に押し出し成形されている。これら管２のチャネルは、丸みを帯びた断面であってよい。
【００３５】
高温流体を循環させるためのアセンブリに関しては、前記管２は、特にステンレス鋼で作られる。管２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。流体を通すためのチャネル５は、特に管の向かい合わせの平坦な表面７ａ、７ｂを接続する仕切り６によって隔てられている。
【００３６】
再び図１を参照すると、前記アセンブリは、前記アセンブリの前記循環管１、２の一端を接続する集合プレート８、９をさらに備えてもよいことを、見て取ることができる。前記集合プレート８、９は、例えば同じアセンブリ内の管の各々の端部に設けられる。
【００３７】
１または複数のアセンブリは、前記アセンブリの前記循環管の一端に連通した集合タンク１０をさらに備えることができる。前記集合タンク１０は、例えば同じアセンブリ内の管の各々の端部に設けられる。
【００３８】
低温流体を循環させるためのアセンブリに関して、集合タンク１０は、半円筒の形状にて設けられた前記集合プレート９および相補的な形状のカバー１１を備えており、仕切り１２は、タンク１０の長手方向の各々の端部に配置されている。前記集合タンク１０に組み付けられる流体入り口／出口マニホールド１３も設けることができる。
【００３９】
図２〜４に示されるように、さらに本発明は、高温流体を循環させるための複数の管１と上述のとおりの複数の熱電素子３とで形成された１つ以上のアセンブリを備えており、前記アセンブリは、積み重ね方向と称される方向Ｄにおいて、低温流体を循環させるための複数の管２とやはり上述のとおりの複数の熱電素子３とで形成されたアセンブリと交互に位置している熱電装置に関する。
【００４０】
低温流体を循環させるための管２の延在の方向は、高温流体を循環させるための管１の延在の方向に対して割線（secant）であり、特に、直交でありし、したがって管の間に交差ゾーン１４（図１に最も明瞭に見て取ることができる）が定められ、前記熱電素子３が前記交差ゾーンに設けられている。換言すると、高温流体および低温流体の交差流が保証され、不連続に分布した温度勾配ゾーン１４が形成される。
【００４１】
用語「交差」は、重ね合わせの配置ゆえに高温の管および低温の管が異なる平面に位置するため、高温の管および低温の管が互いを横切ることを意味するものではなく、むしろ高温の管と低温の管とが互いに重なり合うことを意味する。換言すると、より具体的には、高温の管および低温の管の積み重ねの方向の投影が互いを横切ることである。
【００４２】
前記アセンブリのうちの或るアセンブリの前記熱電素子３は、隣のアセンブリの管と接触する。
【００４３】
低温流体を循環させるための管２を備えるアセンブリは、同数の管を備えることができる。同じことが、高温流体を循環させるための管１を備えるアセンブリにも当てはまる。
【００４４】
さらに、積み重ねの方向は、高温流体を循環させるための管１および低温流体を循環させるための管２の延在の方向に直交する。
【００４５】
積み重ね方向における最初および最後のアセンブリの管２は、それらの表面のうちの一方にだけ熱電素子３を有することができる。
【００４６】
前記アセンブリのうちの或るアセンブリの熱電素子３は、前記アセンブリの管の一方の表面７ａに接触し、隣のアセンブリの熱電素子３は、これらの管の他方の表面７ｂに接触する。
【００４７】
前記アセンブリの電気回路へと接続される電気コネクタ（図示されていない）が、装置を電気網へと接続し、電気網への給電を助けるために設けられる。
【００４８】
管１、２の一様な圧縮を促進するために、高温流体を循環させるための管１および低温流体を循環させるための管２は、前記交差ゾーン１４の間の通路１６を可能にするように設計されている。
【００４９】
さらに装置は、一部の管を前記積み重ねの方向において他の管の方向に圧縮するための手段を備えることができる。
【００５０】
この圧縮手段は、積み重ねの方向に向けられて前記通路１６を通過する引き締め棒１５を備える。この圧縮手段は、例えば、引き締め棒１５の通過を可能にする穴１８を備えるプレート１７と、前記引き締め棒１５上で締め込まれることによってプレート１７を最初と最後のアセンブリの管に対して積み重ねの方向に押し付けることを可能にするナット１９とをさらに備える。
【００５１】
このようにして、導電性を改善する熱電素子と管との間の接触の改善をやはり可能にする各群の熱要素へと分配される引き締めが可能にされる。
【００５２】
前記装置は、高温流体を循環させるための管１に連通した集合タンク（図示されていない）をさらに備えることができ、前記タンクは、前記管の一方の端部に配置される。例えば、高温流体を循環させるための管１に共通の集合タンクが、前記管の端部の各々に設けられる。
【００５３】
この点に関し、高温流体を循環させるためのアセンブリに関して、前記集合プレート８は、例えば平坦であり、プレート８と協働して集合タンク（単数または複数）を定めるカバー（図示されていない）の固定を可能にする。このタンクまたはこれらのタンクは、高温流体の入り口／出口開口を備える。
【００５４】
図４の特定の実施形態によれば、低温流体を循環させるための管２は同一であり、低温流体を循環させるための前記管２を含む或るアセンブリから別のアセンブリへと、積み重ね方向に互いに上下に積み重ねられている。さらに、互いに上下に積み重ねられた低温流体を循環させるための前記管２は、曲がりくねったパターンに接続されている。換言すると、本装置は、管の断面の長手方向において互いに離して配置された曲がりくねった管を備えている。
【００５５】
したがって、低温流体のための集合タンク１０は、曲がりくねった管の端部に配置され、換言すると、低温流体を循環させるための積み重ね方向における最初と最後の複数の管２に配置される。
【図１】
0006009534.tif 000002
【図２】
0006009534.tif 000003
【図３】
0006009534.tif 000004
【図４】
0006009534.tif 000005