(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向（９）に延びて、アウターチューブ（２）、前記アウターチューブ（２）の範囲内に配置されるインナーチューブ（３）、および両者間に配置される隙間（４）を有する熱電モジュール（１）であって、少なくとも１つの第１のストリップ形の構造（５）および１つの第２のストリップ形の構造（７）が設けられ、前記インナーチューブ（３）に対する第１の接続部（６）から始まる前記第１のストリップ形の構造（５）、および前記アウターチューブ（２）に対する第２の接続部（１２）から始まる前記第２のストリップ形の構造（７）は、前記インナーチューブ（３）および前記アウターチューブ（２）からそれぞれ離れた前記隙間（４）内において、円周方向（８）または前記長手方向（９）の少なくとも１つにおいて相互に逆の方向（１１）に延びて、少なくとも前記円周方向（８）または前記長手方向（９）において、前記第１の接続部（６）および前記第２の接続部（１２）から前記隙間（４）内へそれぞれ離間した位置に部分的な重なり部（１０）を形成し、少なくとも１組の半導体素子（１３）が前記重なり部（１０）の領域において配置される、熱電モジュール（１）。
【請求項２】
前記アウターチューブ（２）および前記インナーチューブ（３）は、前記モジュール（１）の熱膨張が前記インナーチューブ（３）に対する前記アウターチューブ（２）の運動（２１）によって補償されるような方法で、互いに関連して配置される、請求項１に記載の熱電モジュール（１）。
【請求項３】
前記第１の接続部（６）および前記第２の接続部（１２）は、前記熱電モジュールの前記円周方向（８）または前記長手方向（９）に対して斜めに配置される、請求項１または２に記載の熱電モジュール（１）。
【請求項４】
前記第１の接続部（６）は、前記インナーチューブ（３）上に螺旋形状に延び、前記第２の接続部（１２）は、前記アウターチューブ（２）上に螺旋形状に延びる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電モジュール（１）。
【請求項５】
複数の構造（５）が前記熱電モジュール（１）の少なくとも前記円周方向（８）にまたは前記長手方向（９）に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電モジュール（１）。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱電モジュール（１）を製造する方法であって、少なくとも、
（ａ）少なくとも１つの第１のストリップ形の構造（５）および１つの第２のストリップ形の構造（７）を提供するステップ、
（ｂ）少なくとも前記第１のストリップ形の構造（５）または前記第２のストリップ形の構造（７）に対して導電性導体構造（１４）を適用するステップ、
（ｃ）少なくとも１つのストリップ形の構造の前記導体構造（１４）に対して半導体素子（１３）を適用するステップ、
（ｄ）いずれの場合も１つの組（１６）を形成するために前記少なくとも１つの第１のストリップ形の構造（５）および前記少なくとも１つの第２のストリップ形の構造（７）を配置するステップであって、前記第１のストリップ形の構造（５）および前記第２のストリップ形の構造（７）は、部分的な重なり部（１０）を形成し、その結果、前記半導体素子（１３）は、前記導体構造（１４）によっていずれの場合も前記ストリップ形の構造に接続していて、電流の流れ（１５）は、第１のストリップ形の構造（５）および第２のストリップ形の構造（７）を備える各組（１６）に沿って生じることができる、ステップ、
を有する方法。
【請求項７】
ステップ（ｄ）において、少なくとも前記インナーチューブ（３）または前記アウターチューブ（２）は、前記ストリップ形の構造（５、７）によって少なくとも部分的に形成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
半導体素子（１３）を適用するステップは、印刷方式によって達成される、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気的に相互接続した複数の熱電モジュール（１）から構成される熱電式発電機（３１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状構成の熱電モジュール、およびその製造のための方法に関する。熱電モジュールは、排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換するのに適した熱電式発電機を製作するために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
自動車両のエンジンからの排ガスは、熱エネルギーを含む。そしてそれは、例えば、バッテリまたはいくらかの他のエネルギー貯蔵装置を充電するために、または電気的負荷に対して必要なエネルギーを直接供給するために、熱電式発電機によって電気エネルギーに変換されることができる。このようにして、自動車両は、改良されたエネルギー効率によって作動し、より多くのエネルギーは、自動車両の作動に利用できる。
【０００３】
この種の熱電式発電機は、少なくとも１つの熱電モジュールを有する。（類似の構造の）複数のこの種のモジュールは、それらが熱電式発電機を共同で形成するような方法で、通常、電気的に相互接続している。この目的のための熱電材料は、それらが熱エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換（セーベック効果）することができ、およびその逆に変換（ペルチェ効果）することができる種類のものである。この種の熱電モジュールは、「高温側」と「低温側」との間に位置する多数の熱電素子を、好ましくは有する。熱電素子は、例えば、少なくとも２つの半導体素子を備える。そしてそれは、ｐドープトおよびｎドープトで最小の熱電ユニットを一緒に形成する。それぞれのｎドープトおよびｐドープト半導体素子が互いに接続している結果、これらの半導体素子は、導電性ブリッジを用いて（それぞれ高温側および低温側に向かう）その上側および底側に交互に設けられる。通常、これらの導電性ブリッジは、熱電素子を収容するハウジングから電気的に絶縁される。温度勾配が半導体素子の両側に設けられている場合、電位は、半導体素子の両端間に形成される。より熱い側上の電荷担体は、より高い温度によって伝導帯への増加した程度に励起される。このプロセスにおいて伝導帯に起こる濃度の違いのせいで、電荷担体は、半導体素子のより冷えた側に広まり、電位差を引き起こす。熱電モジュールにおいて、半導体素子（特に多数の半導体素子）は、電気的に直列に接続される。直列の半導体素子の生成された電位差がそれ自体を均一にさせないことを確実にするために、異なる多数の電荷担体（ｎドープトおよびｐドープト）を有する半導体素子は、常に、直接的な電気接点に交互にもたらされる。回路は、接続された負荷抵抗器によって閉じることができ、したがって、電力は、取り去ることができる。
【０００４】
自動車両にとって、排ガスまたは熱い媒体がインナーチューブまたはアウターチューブを通って流れるインナーチューブとアウターチューブとの間の円形リングの前後に半導体素子が配置された管状熱電モジュールは、特に、適切である。熱電モジュール全体に適用される温度ポテンシャルの結果として、熱電モジュールは、個々の部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の熱膨張の違いを受ける。永続的な熱電モジュールを提供するために、熱電モジュールの範囲内のまたは熱電式発電機の範囲内の熱膨張のこれらの違いは、補償されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これを出発点として、先行技術に関して説明される課題を少なくとも部分的に解決することは、本発明の目的である。特に、意図は、作動中にさえ、熱電モジュールの個々の部品の熱膨張の違いを補償することができ、したがって、熱電モジュールの高い耐久性を達成することができる管状熱電モジュールを示すことである。これは、温度安定性および永続的な熱電モジュールの製造を可能にすることを意図する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの目的は、請求項１の特徴にしたがう熱電モジュールによって達成される。本発明の有利な実施形態および本発明による熱電モジュールの製造方法は、従属請求項に示される。請求項において個々に示される特徴は、いかなる技術的に意味のある仕方でも組み合わされることができて、本発明の付加的な実施形態を生起させることができる点に留意する必要がある。説明は、特に図に関連して、本発明をさらに説明して、本発明の補助的な実施形態を示す。
【０００７】
本発明による熱電モジュールは、長手方向に延びて、アウターチューブ、アウターチューブの範囲内に配置されるインナーチューブ、および両者間に配置される隙間（ｉｎｔｅｒｓｐａｃｅ）を有する。加えて、少なくとも１つの第１のストリップ形の構造および１つの第２のストリップ形の構造が設けられ、インナーチューブに対する第１の接続部から始まる第１のストリップ形の構造、およびアウターチューブに対する第２の接続部から始まる第２のストリップ形の構造は、円周方向または長手方向の少なくとも１つにおいて相互に逆の方向に延びて、少なくとも円周方向または長手方向において少なくとも部分的な重なり部を形成する。少なくとも１つの半導体素子または１つの組（ｐａｉｒ）の半導体素子は、この重なり部の領域に配置される。
【０００８】
ここで、モジュールは、特に、二重管式の方法で具体化される。アウターチューブおよびインナーチューブは、互いに関して同心的に配置されて、両者間の環状ギャップは、熱電素子が設けられる隙間として役立つ。管形状は、好ましくは実質的に円筒状であるが、しかしこれは不可欠ではない。したがって、特に、矩形のまたは正方形の管形状を使用することもできる。そして、場合によっては、これらは、製造の応力極小化および／または精度の点からより良好な結果でさえ与えてもよい。特に、「高温側」がアウターチューブまたはインナーチューブのどちらに配置されるかどうかは、ここでは重要でない。
【０００９】
特に、第１のおよび／または第２のストリップ形の構造は、薄板（ｓｈｅｅｔ  ｍｅｔａｌ）ストリップによって形成される。そしてそれは、２つの端部間の長さ、２つの側部間の幅、および２つの表面間の厚みを形成する。ストリップ形の構造間の重なり部は、第１のおよび第２のストリップ形の構造を含む考慮中のそれぞれの組の長さの少なくとも一部および幅の一部に関係する。第２のストリップ形の構造の一端部は、アウターチューブに接続している。一方、第１のストリップ形の構造の一端部は、インナーチューブに接続している。ここで、第１のおよび／または第２の接続部は、（特に溶接による、またははんだ接続による）材料結合として、好ましくは具体化される。ジョイントの相手同士が原子のおよび／または分子の力によって一緒に拘束されるときに、物質的に結合ジョイントは存在する。ストリップ形の構造の他端部は、いずれの場合も隙間（ｉｎｔｅｒｓｐａｃｅ）の内部へ突出する。特に、ストリップ形の構造は、この目的のために、両チューブの長手方向においておよび／または円周方向において、そしてさらに、適切な場合、逆のチューブに向かう半径方向においても、少なくとも部分的に延びる。この構成では、第１のおよび第２のストリップ形の構造を含む少なくとも１つの組は、（少なくとも部分的に）重複する。重なり部のこの領域は、次いで、その間に半導体素子を配置するために使用される。そしてそれは、したがって、ストリップ形の構造によって、一方は高温側との熱伝導接点にあり、他方は低温側との熱伝導接点にある。
【００１０】
半導体素子は、例えば印刷方式によって、ストリップ形の構造の表面に配置され、特に、ストリップ形の構造上に直接形成される。特に、ストリップ形の構造上の半導体素子のこの形成（ｂｕｉｌｄｕｐ）は、層において起こり、したがって、それぞれの適用および取付け点のための温度安定度、熱伝導等に関して異なる特性を有する半導体素子を構成することを可能にする。特に、重なり部の領域に配置される半導体素子は、立方体状の、円筒状のおよび／または円形リングセグメント形状の設計である。ドロップ・オン・デマンド、連続インクジェット、バブルジェット（登録商標）、のうちの１つの方法は、特に、半導体素子を適用するための印刷方式として使用されることができる。これらの方法は、なかでも、金属ハニカムボディをはんだ付けするための層のアプリケーションの技術的な文脈からも、公知である（例えば、方法を示すために例として本明細書に完全に組み込まれることができるＷＯ―Ａ１―２００５０２１１９８参照）。これらの方法は、本明細書に記載のストリップ形の構造に半導体材料を適用するために、同様に使用されることもできる。特に、ストリップ形の構造は、無端材として利用可能となり、そして、半導体材料を経済的でかつ高い製造性の製造方法に適用することができる。その後にだけ、ストリップ形の構造は、必要な大きさに、または対応する分離法によって、切断される。
【００１１】
ｎドープトおよびｐドープト半導体素子を適切な方法で電気的に交互に電気的に相互接続することができるために、したがって熱電素子を作製するために、導電性ブリッジまたは導体構造は、特に、ストリップ形の構造上に配置される。ストリップ形の構造は、好ましくは金属製であり、ストリップ形の構造から導体構造を絶縁する電気的絶縁を有する。特に、ちょうど１つの熱電素子は、第１および第２のストリップ形の構造を含む各組上に配置され、したがって、同様にストリップ形の構造の個々の組上の熱電素子が互いに並列にまたは直列に相互接続することを可能にする。もちろん、ストリップ形の構造の各組上にちょうど単一の半導体素子を配置することもできる。その結果、熱電素子は、他の組のストリップ形の構造との電気的相互接続によってのみ形成される。特に、多数の熱電素子が幅方向に交互に配置されることができて、互いに電気的に直列に接続されることができるように、ストリップ形の構造は、幅を有する。ここで、いずれの場合も２つあり、熱電素子を形成するために組み合わされる半導体素子は、長さ方向に互いに隣接して好ましくは配置される。特に、複数の熱電素子は、互いに隣接して、そしてストリップ形の構造の長さ方向に直列にまたは並列に接続されるように配置され、したがって、熱電素子によるアウターチューブとインナーチューブとの間の隙間の高度なスペース利用を確実にする。
【００１２】
半導体素子によって互いに接続しているストリップ形の構造は、したがって、２つのチューブのための一種の接続ブリッジを形成する。この接続ブリッジは、次いで、少なくとも１つのチューブの膨張をチューブの運動に変換することができるか、または、少なくとも１つのチューブの運動が、例えば、チューブ間に配置された半導体素子への、またはその導体構造への損傷のせいで熱電モジュールの機能障害を結果ともたらさないというような方法で、少なくとも１つのチューブの膨張を補償することができる。ここで、接続ブリッジは、熱膨張が隙間の部品によってのみ補償されるのではなく、アウターチューブと関連したインナーチューブの運動へと少なくとも部分的に変換もされるというような方法で、好ましくは具体化される。換言すれば、熱電モジュールの個々の部品の熱膨張は、前記膨張が完全に吸収されるかまたはストリップ形の構造により補償されるという事実によって、および／または、少なくともアウターチューブおよびインナーチューブが互いに関連して運動することができ、そしてこの運動は、応力が軽減され、かつ熱電モジュールの部品への損傷は発生しないというような方法で、隙間の部品（すなわちストリップ形の構造、半導体素子その他）によって補償されるという事実によって、必要であれば、補償される。例えば、長手方向のストリップ形の構造の方向または配列は、したがって、軸方向の変位を許容し、および／または、円周方向のストリップ形の構造の方向または配列は、互いに関連してチューブの撚りを許容する。なぜなら、前記ストリップの長手方向の膨張または少なくとも１つのチューブの膨張は、対応する相対的な運動につながるか、またはこの運動（これにより熱電モジュールの範囲内の応力を軽減する）を許容するからである。半導体素子を含む中央領域の応力が、次いで、交互の熱応力にもかかわらず、作動中に特に低いレベルに保たれ得る点にここで注意されなければならない。
【００１３】
アウターチューブと、インナーチューブと、隙間の部品との間の複雑な（すなわち、特に、ジョイントまたは同時の）補償運動が上記された場合であっても、その補償運動は、隙間の部品によって主にまたは（実質的に）独占的にさえ実行されることができる。
【００１４】
１つの実施形態によれば、アウターチューブおよびインナーチューブは、互いに関連して、熱電モジュールの熱膨張がインナーチューブに対するアウターチューブの運動によって補償されるというような方法で配置される。特に、これは、インナーチューブの全体がアウターチューブに対して運動するかまたはその逆の状況、すなわち、特に、アウターチューブがその位置決めに関していかなる点でもインナーチューブに対してしっかりと固定されない状況を含む。
【００１５】
ここで、アウターチューブおよびインナーチューブは、互いに（直接または間接的に）接続され、および／または、温度応力のせいでそれらが拡大しおよび／または収縮するときに、全体として、それらが互いに関連して運動することができるような方法で互いに関連して支持される。これは、特に、インナーチューブおよびアウターチューブの位置の変動が可能になることを意味し、それにより、これらのチューブ間の剪断応力の極小化を確実にする。
【００１６】
管形モジュールの個々の部品（アウターチューブ、インナーチューブ、半導体素子その他）の熱膨張は、したがって、熱電モジュールの円周方向（すなわち、例えば、互いに関連した撚りまたは回転を含む）の、および／または長手方向（すなわち、例えば、互いに関連した軸方向の変位を含む）の、および／または半径方向の、（相対的な）運動を加えて生じさせてよい。これは、特に、熱応力を受けるときに、少なくとも１つのエレメント（すなわち、インナーチューブまたはアウターチューブ）が運動を実行すること、または、特に、両エレメントが互いに関連して運動することを意味する。この（相対的な）運動によって、熱電モジュールの範囲内の熱応力は、軽減される。その結果、特に、通常非常にもろい半導体素子は、損傷を受けず、したがって、永続的な熱電モジュールが作製される。
【００１７】
互いに関連して運動ができるチューブのこの概念は、ストリップ形の構造および重なり部の領域に半導体素子の組を有するモジュールの構成を独立して実施することもでき、したがって、以下に記載される熱電モジュールによって、初めに記載した目的も（そのそれぞれに）達成される。
【００１８】
長手方向に延びる管状熱電モジュールは、アウターチューブ、アウターチューブの範囲内に配置されるインナーチューブ、および両者間に配置される隙間を有し、アウターチューブおよびインナーチューブは、モジュールの熱膨張がインナーチューブに対するアウターチューブの運動によって補償されるというような方法で、互いに関連して配置される。
【００１９】
この基本的な概念の説明のために、参照は、その以前および以下の説明に完全になされてよい。
【００２０】
本発明の熱電モジュールの他の実施形態は、長手方向において延びて、アウターチューブ、アウターチューブの範囲内に配置されるインナーチューブ、および両者間に配置される隙間を有する熱電モジュールを備える。アウターチューブおよびインナーチューブは、モジュールの熱膨張が隙間に配置される部品によって補償されるような方法で互いに関連して配置される。特に、隙間に配置される熱電素子は、熱膨張の違いによって生じる互いに関連するチューブの運動が、隙間に配置される部品への損傷につながらないというような方法で、配置されなければならない。したがって、好ましくは、隙間に配置される熱電モジュールの部品だけで、インナーチューブと関連するアウターチューブの運動は、補償される。固有の温度差のせいで、インナーチューブおよびアウターチューブの異なる膨張があり、これらもまた、応力を最小化する視野でできるだけ許容されなければならない。解決は、応力感受性の半導体素子を、それらが２つのチューブの相対的な運動に可能な限り（最小限の可能性のある応力とともに）同伴するというような（単独のおよび／または行われて適切に具体化される「支持体」またはストリップ形の構造上の）方法でそれらの間に配置することにある。関係する部品は、特に、少なくとも半導体素子および／または、半導体素子が配置される適切に具体化される支持体またはストリップ形の構造を含む。
【００２１】
好ましくは、熱膨張の違いの補償を確実にするのは、アウターチューブまたはインナーチューブに対する設計手段（例えば層（ｆｏｌｄ）等）によってでは正確になく、インナーチューブと関連するアウターチューブの運動によってだけ、および／または、隙間に配置される部品の適切な配置または補償の運動だけによってだけである。
【００２２】
熱電モジュールの特に好適な他の実施形態によれば、第１の接続部および第２の接続部は、熱電モジュールの円周方向に対して斜めにおよび／または長手方向に対して斜めに配置される。接続のこの種の方向または配列については、ストリップ形の構造のより長い長さは、接合プロセス（例えば硬いまたは柔らかいはんだ付けまたは溶接）によってインナーチューブおよびアウターチューブに接続されることができ、それにより、製造の経費を低減することを可能にする。これは、特に、できるだけ少ないストリップ形の構造が使われるときに適用される。そして、それにもかかわらず、隙間の半導体素子による高水準の隙間の利用は、達成される。
【００２３】
熱電モジュールの特に好適な他の実施形態によれば、第１の接続部は、インナーチューブ上に螺旋形状に延び、第２の接続部は、アウターチューブ上に螺旋形状に延びる。ここでの特に非常に好適なオプションは、すべての第１のストリップ形の構造が単一の螺旋状の第１の接続部によってインナーチューブ上に固定され（特に溶接されまたははんだ付けされ）、および／または、すべての第２のストリップ形の構造が単一の螺旋状の第２の接続部によってアウターチューブ上に固定され（特に溶接されまたははんだ付けされ）るものである。
【００２４】
アウターチューブとインナーチューブとの間の隙間に配置されるストリップ形の構造上の半導体素子の配置を通して、少なくとも１つの半径方向の熱電モジュールの熱膨張は、ストリップ形の構造によって弾性的に吸収されることができる。部品すなわちアウターチューブまたはインナーチューブの１つによる、あるいは互いに関連する両方のチューブによる熱電モジュールの長手方向の膨張は、端部が前記長手方向に各々面するストリップ形の構造の配置によって、または、長手方向と関連するストリップ形の構造の対角線の配置によって（しかしこの場合は、長手方向の熱膨張の違いの一部分だけが補償される）、補償されることができる。補償される熱膨張の他の一部は、次いで、熱電モジュールの半径方向においておよび／または円周方向において吸収される。熱膨張のこれらの違いの補償において、インナーチューブは、アウターチューブと関連して運動する。インナーチューブおよびアウターチューブのそれぞれに発生する熱膨張の理由によって運動が生じることは、同様に可能である。そして、それらを接続しているストリップ形の構造または半導体素子は、対応する方法で壊れる。ストリップ形の構造は、半径方向の熱応力を弾性的に補償することができる。しかしながら、熱電モジュールの円周方向のまたは長手方向の熱膨張（半導体素子に関して剪断応力を同時に意味する）は、アウターチューブと関連するインナーチューブの運動によって、およびストリップ形の構造の対応する傾斜によって消される。このために、アウターチューブまたはインナーチューブを含むグループの少なくとも１つの部品は、運動可能であるように具体化されることができ、したがって、アウターチューブと関連してインナーチューブの運動を許容する。
【００２５】
熱電モジュールのインナーチューブのおよび／またはアウターチューブのこの運動可能な配置において、注意は、特に、熱電式発電機の範囲内のインナーチューブのおよび／またはアウターチューブの接続に払われなければならない。特に、隙間の漏れ止め（ｌｅａｋｔｉｇｈｔｎｅｓｓ）、低温側と関連した高温側の漏れ止めさえも、維持されなければならない。このために、それぞれのチューブの端部上のインナーチューブおよび／またはアウターチューブのための滑りばめは、特に、設けられなければならず、そして、熱電モジュール自体の漏れ止めまたは低温側と関連した高温側の漏れ止めを危うくすることなしに、熱電式発電機のマウントまたはハウジングと関連してわずかな量だけ運動することを許容しなければならない。
【００２６】
熱電モジュールの特に有利な他の実施形態によれば、複数の第１のストリップ形の構造および複数の第２のストリップ形の構造は、熱電モジュールの少なくとも円周方向にまたは長手方向に配置される。特に、いずれの場合も、少なくとも６組の第１および第２のストリップ形の構造が、熱電モジュールの全体を通って特に螺旋状に、すなわち熱電モジュールの長手方向および円周方向に延びて、したがって、それぞれの第１のストリップ形の構造とそれぞれの第２のストリップ形の構造との間で多数の半導体素子を収容するように、円周方向において前後に配置されなければならないことが提案される。特に、２０以上の、特に５０以上の、そして特に有利なオプションとして１００以上の熱電素子は、したがって、一組当たりに配置される。熱電素子のこの多重度は、例えば、ストリップ形の構造、特に無端の（ｅｎｄｌｅｓｓ）ストリップ形の構造に対する印刷方式によって適用されることができる。そしてそれは、所望の長さおよび幅の適切な第１のおよび／または第２のストリップ形の構造を与えるために、少なくとも半導体材料を用いて印刷された後に切り離される。
【００２７】
インナーチューブおよび／またはアウターチューブが別の部品であることが好ましい場合であっても、それは絶対的に重要ではない。したがって、この種のインナーチューブ／アウターチューブは、ストリップ形の構造自体によって（例えば、前記ストリップ形の構造を、それらが端部領域において安定したチューブを形成するために巻かれるというような方法で具体化することによって）、（部分的に）形成されることもできる。ストリップ形の構造の端部領域は、次いで、それぞれのチューブを少なくとも部分的に形成する。そして、ストリップ形の構造の他の端部領域は、半導体素子を有する重なり部を形成する。特に、複数のストリップ形の構造は、互いに隣接して配置されて、螺旋状に巻かれ、したがって、半導体素子のための適切な重なり部を有するインナーチューブまたはアウターチューブを形成する。
【００２８】
インナーチューブとアウターチューブとの間の隙間は、特に、空気、真空または不活性ガス雰囲気によって満たされ、したがって、半径方向の、長手方向の、および円周方向の個々の部品の無制限の熱膨張を許容し、そして、半径方向のストリップ形の構造の弾性的な運動さえも許容する。空気、真空または不活性ガス雰囲気は、半導体素子間の電気的絶縁および高温側と低温側との間の良好な断熱を同時に確実にする。
【００２９】
隙間に半導体素子を充填する程度は、好ましくは、２０％から８０％までの範囲、特に２０％から４０％までの範囲にある。ここで、隙間を充填する程度は、ストリップ形の構造なしに半導体材料によって理論的に完全に満たされ得るインナーチューブとアウターチューブとの間のボリュームに関連する。したがって、インナーチューブとアウターチューブとの間の半導体材料によって完全に満たされる隙間は、１００％の充填度を有する。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、少なくとも、
（ａ）少なくとも１つの第１のストリップ形の構造および１つの第２のストリップ形の構造を提供するステップ、
（ｂ）少なくとも第１のストリップ形の構造または第２のストリップ形の構造に対して導電性導体構造を適用するステップ、
（ｃ）少なくとも１つのストリップ形の構造の導体構造に対して半導体素子を適用するステップ、
（ｄ）いずれの場合も１つの組を形成するために少なくとも１つの第１のストリップ形の構造および少なくとも１つの第２のストリップ形の構造を配置するステップであって、第１のストリップ形の構造および第２のストリップ形の構造は、１つの領域において重なり部を形成し、その結果、半導体素子は、導体構造によっていずれの場合もストリップ形の構造に接続していて、電流の流れは、第１のストリップ形の構造および第２のストリップ形の構造を備える各組に沿って生じることができる、ステップ、
を有する本発明による熱電モジュールを製造する方法が、提案される。
【００３１】
特に、前記ストリップ形の構造は、例えば溶接法、はんだ付け法および／または接着剤により、ステップ（ｄ）の後にだけ材料結合によってインナーチューブおよび／またはアウターチューブに接続されて、したがって、熱電モジュールを作製する。
【００３２】
導体構造からの金属構造物の電気的な取り外しが確実にされることを確保するために、特にストリップ形の構造が金属的な所で、ステップ（ｂ）が実施される前に、電気絶縁層が加えて適用されなければならないことは、注意すべきである、
【００３３】
方法の特に有利な他の実施形態によれば、少なくともインナーチューブまたはアウターチューブは、ステップ（ｄ）においてまたはステップ（ｄ）の後に、ストリップ形の構造によって少なくとも部分的に形成される。これは、特に、さらなる管要素（ｔｕｂｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）がインナーチューブにおよび／またはアウターチューブに加えられないが、しかし、インナーチューブおよび／またはアウターチューブがストリップ形の構造だけによって形成されることを意味する。適切な場合、特に、特別の実施形態をすでに有するチューブの端部領域が設けられることは、可能である。その結果、それらが熱電式発電機のハウジングと関連した滑りばめまたはスライドタイプのフィットを有して、したがって、熱電モジュールの範囲内のインナーチューブのまたはアウターチューブの相対的な運動に適応することができて、他の部品と関連した漏れ止めを確実にすることができる。
【００３４】
半導体素子の適用が印刷方式によって達成される場合、製造技術に関して単純な方法は、さらに得られる。このプロセスの間、ストリップ形の構造は、例えば、所望の位置で熱電材料を急速にかつ確実に適用するプリンタに連続的に供給されることができる。必要であれば、前もっておよび／または並行して導体構造をこのように作製することも、可能である。
【００３５】
電気的に相互接続した、本発明による複数の熱電モジュールまたは本発明による方法によって製造される熱電モジュールから構成される熱電式発電機は、さらに提案される。特に、熱電モジュールの少なくとも低温側がそのそれぞれの端部によって隙間的に固定される仕方で配置されるというような方法で、熱電モジュールは、ハウジング内に、または熱電式発電機内に配置される。特に、高温側の一端部は、さらに隙間的に固定される。その結果、アウターチューブに関連したインナーチューブの運動は、高温側に配置されたチューブの膨張によってのみ得られる。特に、少なくとも高温側および、適切な場合は低温側も、熱膨張を消すためのいかなるさらなる補償機能（例えばチューブ等の層（ｆｏｌｄ））も有しない。
【００３６】
本発明は、自動車両において特に用いられる。この場合、自動車両のエンジンからの排ガスの流れは、熱電式発電機の高温側周辺にある。その一方で、低温側は、例えば、冷却水の回路が形成される。
【００３７】
本発明および技術的文脈は、図を参照して以下により詳細に説明される。図は、本発明の特に好適な実施形態を示すが、しかし、本発明は、それに制限されない点に留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、管状熱電モジュールを示す。
【図２】図２は、図１の詳細を示す。
【図３】図３は、管状熱電モジュールの他の異型実施形態を示す。
【図４】図４は、熱電モジュールを製造する方法のステップ（ａ）を示す。
【図５】図５は、熱電モジュールを製造する方法のステップ（ｂ）を示す。
【図６】図６は、熱電モジュールを製造する方法のステップ（ｃ）を示す。
【図７】図７は、熱電モジュールを製造する方法のステップ（ｄ）を示す。
【図８】図８は、ストリップ形の構造間の半導体素子の配置を示す。
【図９】図９は、２つのモジュール間の熱電モジュールの配置を示す。
【図１０】図１０は、熱電式発電機を有する自動車両を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、熱電モジュール１を示す。そしてそれは、長手方向９に延びるアウターチューブ２およびインナーチューブ３を有する。この場合、インナーチューブ３は、高温側２２（例えば、内燃機関からの排ガス流）に接続していて、アウターチューブ２は、低温側２３に接続している。アウターチューブ２とインナーチューブ３との間には、隙間４が形成され、その内部には、第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７が配置される。これらの第１のストリップ形の構造５は、円周方向に延びる第１の接続部６によって、インナーチューブ３に接続している。第１のストリップ形の構造５は、第１の接続部６から、長手方向９におよび半径方向２４に、方向１１に延びる。第２のストリップ形の構造７は、第２の接続部１２によってアウターチューブ２に接続していて、第２の接続部１２から、第１のストリップ形の構造５に向かって反対方向１１に延びる。１つの組の第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７の間には、重なり部１０が形成され、その範囲内には、第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７に接続している半導体素子１３が配置される。
【００４０】
図２は、図１の詳細を示す。そしてそれは、熱膨張の補償を示すことを意図する。第１のストリップ形の構造５は、第１の接続部６によって、インナーチューブ３に接続している。高温側２２上のインナーチューブ３の配置のせいで、インナーチューブ３の膨張は、長手方向９および半径方向２４の両方において起こる。この熱膨張は、運動２１を来す。そしてそれは、アウターチューブ２と関連して補償されなければならない。第２のストリップ形の構造７は、第２の接続部１２によってアウターチューブ２に接続していて、第１のストリップ形の構造５とともに重なり部１０を形成し、その範囲内には、半導体素子１３が配置される。第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７は、したがって、１つの組１６を形成する。組１６は、第１の接続部６と第２の接続部１２との間の半径方向２４の距離を定めるセグメントの高さ１７を有する。組１６は、セグメントの長さ２０をさらに有する。そしてそれは、第１の接続部６と第２の接続部１２との間の長手方向９の距離を定める。組１６は、対角線の角度１９をさらに有する。そしてそれは、アウターチューブ２と第１の接続部６および第２の接続部１２を接続する対角線の長さ１８との間に配置され、または、インナーチューブ３と対角線の長さ１８との間に配置される。
【００４１】
長手方向９および半径方向２４の両方の熱膨張は、目下、インナーチューブの相対的な運動２１によって補償され、したがって、半導体素子１３に作用する剪断応力を回避することを可能にする。長手方向９および半径方向２４のインナーチューブ３の運動２１は、対角線の角度１９の変化につながる。そしてそれは、したがって、より小さくなる（矢印方向参照）。半径方向２４のインナーチューブ３の熱膨張は、対角線の長さ１８の変化にさらにつながり、したがって、剪断応力は、半導体素子において誘発される。対角線の長さ１８のこの変化は、目下、インナーチューブ３の相対的な運動２１によって補償される。そしてそれは、したがって、第１の接続部６を第２の接続部１２から遠ざける。その結果、対角線の長さ１８は、一定のままであり、半導体素子１３上に作用することのできる剪断応力は、回避される。一方ではアウターチューブ２と関連するインナーチューブ３の可能な運動２１を通しての、他方ではストリップ形の構造５、７の弾力のある配置を通しての、補償のこの複合可能性の結果として、剪断応力は、半導体素子１３に伝わらず、その結果、それらはいかなる構造的負荷も受けない。ストリップ形の構造（すなわち対角線）上の半導体素子の熱膨張が、周囲の領域の熱膨張（すなわちインナーチューブおよびアウターチューブの相対的な運動）と合致するという事実によって、補償の効果は、特にもたらされる。
【００４２】
高温側２２に配置されるチューブ２、３の長手方向９の長さの変化が単に熱膨張に基づいて起こり、そして、追加の相対的な運動２１が半径方向２４の熱膨張を補償することを必要としないというような方法で、対角線の長さ１８および対角線の角度１９のパラメータの特定の選択を通して、アウターチューブ２に対するインナーチューブ３の運動２１を減少させることは、さらに可能である。チューブ２、３の１つの高温は、セグメントの高さ１７を減少させる相対的な運動２１によって半径方向２４の熱膨張をもたらし、そしてさらに、セグメントの長さ２０を増加させる相対的な運動２１によって、長手方向９の熱膨張をもたらす。これらの熱膨張および対応する相対的な運動２１はまた、個々の部品３４（例えばストリップ形の構造５、７その他）のさらなる熱膨張を含む。対角線の長さ１８および対角線の角度１９のための適切な初期の大きさを通して、特定の温度範囲が知られた半径方向２４および長手方向９の熱膨張にとって、互いを補償することは、目下、可能である。セグメントの高さ１７の減少のせいで対角線の長さ１８が短くなることが、セグメントの長さ２０の増加のせいで対角線の長さ１８が延びることによって相殺されるときに、この補償は、終了する。
【００４３】
図３は、熱電モジュール１の他の異型実施形態を示す。この熱電モジュール１は、円周方向８および半径方向２４に延びる第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７を有する円形のアウターチューブ２および円形のインナーチューブ３を有する。これらの第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７の各々は、重なり部１０を形成する。そしてその範囲内に、各々熱電素子を形成する２つの半導体素子１３が配置される。高温側２２に接続しているインナーチューブ３の半径方向２４の膨張は、一方ではストリップ形の構造５、７の螺旋状に巻いた配置によって補償され、適切な場合には、加えて、アウターチューブ２と関連したインナーチューブ３の円周方向８における運動２１によって補償される。その結果、高温側２２からの加熱による第１のストリップ形の構造５の膨張の補償が、同時にある。図２に関して述べられる定義は、図３による実施形態に対して対応する方法で移されることができる。半径方向２４のインナーチューブ３の膨張は、一方ではセグメントの高さを、それゆえ対角線の長さも減らす。補償のために、インナーチューブ３の相対的な運動２１は、円周方向８において起こる。その結果、対角線の長さは、対応する量だけ増加し、そして、半導体素子１３の滅失に導き得る剪断応力は、防止される。それぞれ、アウターチューブ２上の、およびインナーチューブ３上のストリップ形の構造５、７の対角の配置を通して、アウターチューブ２に対するインナーチューブ３の長さの膨張を補償することは、さらに可能である。これは、ストリップ形の構造５、７の螺旋な配置の場合、特に確実にされる。対角線の長さを増加させるために円周方向８のインナーチューブ３の必要な運動２１は、次いで、長手方向のインナーチューブ３の熱膨張により少なくとも部分的に補償されることができるので、ここでもまた、対角線の長さおよび対角線の角度のためのパラメータの特定の選択は、インナーチューブ３の追加の相対的な運動２１を少なくとも部分的に回避するために用いることができる。
【００４４】
図４は、熱電モジュール１の製造のための方法ステップ（ａ）を示し、第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７が設けられる。ストリップ形の構造５、７は、２つの端部２５間に長さ２６を有し、２つの側部２７間に幅２８を有する。ストリップ形の構造は、２つの表面２９によってさらに境界づけられる。そしてそれは、厚み３０をもって互いに間隔を置かれる。
【００４５】
図５は、熱電モジュール１の製造のための方法ステップ（ｂ）を示し、導電性導体構造１４は、第１のストリップ形の構造５に、および第２のストリップ形の構造７に適用される。図の右側に破線で示される導体構造１４は、第２のストリップ形の構造７の底面上に配置される。
【００４６】
図６は、熱電モジュール１の製造のための方法ステップ（ｃ）を示し、半導体素子１３は、第１のストリップ形の構造５の導体構造１４に適用される。
【００４７】
図７は、熱電モジュール１の製造のための方法ステップ（ｄ）を示す。第１のストリップ形の構造５および第２のストリップ形の構造７は、１つの組１６を形成するように配置されて、重なり部１０を形成し、したがって、導電性導体構造１４上の第１のストリップ形の構造５と第２のストリップ形の構造７との間に半導体素子１３が配置されることを可能にする。この組１６は、したがって、温度ポテンシャルが適用されるときに、電流の流れ１５を発生させるのに適した熱電素子を形成する。
【００４８】
図８は、１つの組１６を形成するストリップ形の構造５、７間の半導体素子１３の配置を示す。半導体素子１３は、重なり部１０の領域内に配置される。
【００４９】
図９は、２つのマウント３２間の熱電モジュール１の配置を示す。インナーチューブ３は、高温側２２に接続していて、アウターチューブ２は、低温側２３に接続している。インナーチューブ３は、１つのマウント３２に滑りばめ（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｆｉｔ）３３を用いて具体化されて、アウターチューブ２に対するインナーチューブ３の運動２１を許容する。
【００５０】
図１０は、自動車両３５において本発明の好ましい使用を示すことを意図する。ここで、自動車両３５は、内燃機関３６またはいくらかの他の熱源を有する。内燃機関３６において生じる熱い排ガスは、排気ライン３７を通過し、複数の（管状）熱電モジュール１を含む熱電式発電機３１も通って流れる。熱電式発電機３１は、冷却ライン３９（例えば水を充填したエンジン冷却回路）にさらに接続している。したがって、熱電式発電機３１の高温側は、排ガスの流れを供給されることができ、そしてその低温側は、冷却水の流れを供給されることができる。これはモニタユニット３８を用いて準備されることができておよび／またはモニタされることができる。したがって、排ガスシステムのおよび／または内燃機関の作動のフィードバック（矢印で示される）によって適切な場合、熱電式発電機３１をそこから作動することを可能にする。
【００５１】
本発明は、したがって、先行技術に関して説明される課題を少なくとも部分的に解決する。特に、それは、作動中にさえ、熱電モジュールの個々の部品の熱膨張の違いを補償することができ、したがって、熱電モジュールの耐久性の高水準を達成することができる管状熱電モジュールを示す。温度安定的でかつ永続的な熱電モジュールは、したがって、示された。
【符号の説明】
【００５２】
１…熱電モジュール
２…アウターチューブ
３…インナーチューブ
４…隙間
５…第１のストリップ形の構造
６…第１の接続部
７…第２のストリップ形の構造
８…円周方向
９…長手方向
１０…重なり部
１１…方向
１２…第１の接続部
１３…半導体素子
１４…導体構造
１５…電流の流れ
１６…組
１７…セグメントの高さ
１８…対角線の長さ
１９…対角線の角度
２０…セグメントの長さ
２１…運動
２２…高温側
２３…低温側
２４…半径方向
２５…端部
２６…長さ
２７…側部
２８…幅
２９…表面
３０…厚み
３１…熱電式発電機
３２…マウント
３３…滑りばめ
３４…部品
３５…自動車両
３６…内燃機関
３７…排ガスライン
３８…モニタユニット
３９…冷却ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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