(57)【要約】      （修正有）【課題】気体側の熱抵抗及び液体側の熱抵抗との間で、より均等の取れた比率を実現する熱電モジュールを提供する。【解決手段】熱電素子の２つの表面の間に与えられる温度勾配により電流を生成することができる熱電素子３を少なくとも１つ備える。２つの表面のうち１つの表面である第１の表面４ａは、他の表面である第２の表面４ｂの面積よりも広い面積を有し、モジュールは、第１の表面と第１の流体との間で熱交換を行い、第２の表面と第２の流体との間で熱交換を行うように構成され、第２の流体は、第１の流体の熱交換係数よりも高い熱交換係数を有する。【選択図】図２
2018050463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの熱電素子を備える熱電モジュールであって、
前記熱電素子は、その２つの面の間に生じる温度勾配の作用下において電流を生成する
ことができ、
前記面の１つである第１の面は、他の面である第２の面よりも広い面積を有し、
前記モジュールは、前記第１の面と第１の流体との間で熱交換を確立し、前記第２の面
と第２の流体との間で熱交換を確立するように構成され、
前記第２の流体は、前記第１の流体よりも高い熱交換係数を有する、
熱電モジュール。
【請求項２】
前記熱電素子は、リング形状またはリング形状の一部の形状であり、
前記第１の表面は、前記リング形状の外周表面により規定され、
前記第２の表面は、前記リング形状の内周表面により規定される、
請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記第１及び第２の表面のいずれかまたは両方は円筒形状である、
請求項１または請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記第１の表面は、前記第２の表面の１．５倍から４倍の間の半径を有する、
請求項３に記載のモジュール。
【請求項５】
前記熱電素子は、２つの対向する平行な平面を有する、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項６】
複数の前記熱電素子を有する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項７】
前記熱電素子の前記第２の表面と接触する冷液循環チャネル及び前記熱電素子の前記第
１の表面と接触する気体循環チャネルのいずれかまたは両方を有する、
請求項６に記載のモジュール。
【請求項８】
前記気体循環チャネルは、補助的交換表面を有する、
請求項７に記載のモジュール。
【請求項９】
前記気体循環チャネルの外壁を規定する外部断熱ケーシングを備える、
請求項７または請求項８に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記冷液循環チャネルを規定するように各チューブが他のチューブの軸延長方向に配置
される複数のチューブ、及び前記気体循環チャネルの内壁の一連の部分を規定するように
各チューブが他のチューブの軸延長方向に配置される複数のチューブのいずれかまたは両
方を備える、
請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記一連の冷液循環チューブ間及び前記一連の気体循環チューブ間のいずれかまたは両
方に封止接合部が備えられ、それぞれ前記冷液循環チューブ間及び前記気体循環チューブ
間のいずれかまたは両方における電気絶縁を確保する、
請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記冷液循環チューブ及び前記気体循環チューブのいずれかまたは両方はショルダが備
えられ、当該ショルダに対し前記熱電素子及び前記封止接合部のいずれかまたは両方が支
持される、請求項１１に記載のモジュール。
【請求項１３】
同じ型の熱電素子が長手伸張方向に沿って他の型の熱電素子と交互に配置される少なく
とも２つの熱電素子が取り付けられた冷液循環チューブを備える、
請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１４】
熱電素子は、電気絶縁性かつ熱伝導性材料の層で被覆され、前記気体循環チャネルの内
壁を部分的に規定する、
請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１５】
気体循環チャネル内に設けられ、熱電素子の保持を確保するように構成される補助的交
換表面を有する、
請求項１３または請求項１４に記載のモジュール。
【請求項１６】
互いに平行な複数の冷液循環チャネルを有し、
各チャネルは複数の熱電素子と協働し、
各熱電素子は、角を有する筒状部を形成して、対応するチャネルの伸張長手方向に沿っ
て延長線上に配置される、
請求項７乃至請求項９または請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載のモジュー
ル。
【請求項１７】
請求項７乃至請求項１６のいずれか一項に記載のモジュールを複数備える熱電デバイス
。
【請求項１８】
前記モジュールを収納する複数の保持部を備える本体を有する、請求項１７に記載のデ
バイス。
【請求項１９】
前記モジュールは、補助的交換表面により前記保持部内に保持される、請求項１８に記
載のデバイス。
【請求項２０】
前記保持部は、異なるモジュールの前記気体循環チャネルが互いに平行となるように配
置される、
請求項１８または請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記本体は外部衝撃吸収ケーシングで覆われる、
請求項１８乃至請求項２０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記モジュールをバイパスする気体循環チャネルを有する、
請求項１７乃至請求項２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電モジュール及び熱電デバイスに関し、特に自動車で電流を生成するため
の熱電モジュール及び熱電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車業界において、いわゆる熱電素子と呼ばれる素子を使用した熱電デバイスが既に
提案されている。熱電素子は、その２つの対向面の間の温度勾配の存在下で、ゼーベック
効果という名称で知られる現象に従って電流を生成できる。これらのデバイスは、エンジ
ンからの排気ガスを循環させるための第１のチューブの束と、冷却回路からの熱伝導液を
循環させるための第２のチューブの束とを有する。熱電素子は、暖かい排気ガスと冷たい
冷却液との間の温度差により生じる温度勾配にさらされるように、チューブ間に挟まれる
。
【０００３】
かかるデバイスは、エンジンの排気ガスに起因する熱の変換に基づいて電気を生成でき
るため極めて興味深い。そのため、エンジンのクランクシャフトによって駆動されるベル
トに基づいて電気を生成するために通常後半部に設けられるオルタネータに代わって、か
かるデバイスを少なくとも部分的に代用することにより、自動車の燃料消費量を削減する
ことが可能になる。
【０００４】
既知の熱電素子は、平行六面体状の矩形形状であり、所望の電流を生成できる温度勾配
が、熱電素子の対向する２つの面の間に与えられる。従って、これら２つの面は同じ寸法
である。
【０００５】
流体とチューブの壁面との間の伝導による熱交換係数は、液体の場合と気体の場合とで
大きく異なる。従って、組立製品の熱効率は、熱交換係数が最も低い流体（この場合は排
気ガス）により制約される。
【０００６】
この問題を解決する第１の解決法は、気体側の交換面積を拡げることである。しかしな
がら、かかる解決法には限界がある。なぜなら、デバイスは自動車の排気経路上に設けら
れるため、デバイスは気体の流れに対する抵抗が要求される。しかし、かかる抵抗は、チ
ューブ内に配置された交換面積の範囲または気体に含まれる煤塵の堆積により生じる付着
物に起因する逆圧の効果を抑制するために、できる限り低くすべきである。さもなければ
、熱電デバイスだけでなくエンジンの効果的な機能に悪影響が生じうる。従って、かかる
制約により、交換面積を効率化して交換係数を実質的に上昇させる可能性が制限される。
【０００７】
従って、気体側の交換係数は、液体側の交換係数よりも１０以上低くなりうる。交換面
積は同一であるため、気体側の熱抵抗と液体側の熱抵抗との比率は、気体側の熱交換係数
と液体側の熱交換係数との比率の逆数となる。従って、気体側の熱抵抗は、液体側の熱抵
抗よりもはるかに大きく、これによりデバイスの性能に悪影響が及ぼされる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、この問題を改善することを提案するものであり、この目的を達成するために
、少なくとも１つの熱電素子を備える熱電モジュールであって、前記熱電素子は、その２
つの面の間に生じる温度勾配の作用下において電流を生成することができ、前記面の１つ
である第１の面は、他の面である第２の面よりも広い面積を有し、前記モジュールは、前
記第１の面と第１の流体との間で熱交換を確立し、前記第２の面と第２の流体との間で熱
交換を確立するように構成され、前記第２の流体は、前記第１の流体よりも高い熱交換係
数を有する、熱電モジュールに関するものである。
【０００９】
従って、より低い交換係数を有する流体上でより大きな交換表面を使用することにより
、気体側の熱抵抗及び液体側の熱抵抗との間で、より均等の取れた比率を実現することが
でき、組立製品全体の運転にとって好ましい。
【００１０】
本発明の異なる態様において、以下の構成を全てまたは個々に有する。
【００１１】
前記熱電素子は、リング形状またはリング形状の一部の形状であり、前記第１の面は、
前記リング形状の外周表面により規定され、前記第２の表面は、前記リング形状の内周表
面により規定される。
【００１２】
前記第１及び／または第２の表面は、例えば直線上に配置される。
【００１３】
前記第１及び／または第２の表面は円筒形状である。
【００１４】
前記第１の表面は、前記第２の表面の１．５倍から４倍の間の半径を有する。
【００１５】
前記第１及び／または第２の表面は、同軸である。
【００１６】
前記熱電素子は、２つの対向する平行な平面を有する。
【００１７】
前記モジュールは、複数の前記熱電素子を有する。
【００１８】
前記熱電素子には２つの型があり、第１の型（Ｐ型と称す）は、前記第１及び第２の面
が所定の温度勾配にさらされたときに前記第１及び第２の面の間に電位差を確立すること
を可能にし、第２の型（Ｎ型と称す）は、前記第１及び第２の面が同一の温度勾配にさら
されたときに前記第１及び第２の面の間に反対方向の電位差を確立することを可能にする
。
【００１９】
前記熱電素子は、それぞれ他の熱電素子の長手伸張方向に配置され、Ｐ型の前記熱電素
子は、Ｎ型の熱電素子と交互に配置される。
【００２０】
熱電素子は、前記Ｐ型の熱電素子により形成される対と前記Ｎ型の熱電素子により形成
される対とに分類され、前記モジュールは、同じ一対の前記熱電素子の前記第１の面同士
の間の流れの循環、及び同じ一対の前記熱電素子のそれぞれの前記第２の表面と隣接する
対の隣接する熱電素子との間の流れの循環が可能となるように構成される。
【００２１】
前記熱電素子は、第１及び／または第２の表面がそれぞれ他を延長するように互いに関
連して配置される。
【００２２】
前記熱電素子は、同一の形状及び寸法である。
【００２３】
前記第１及び／または第２の表面は、直線により生成される表面に内接する。
【００２４】
前記熱電素子の前記第２の表面と接触する冷液循環チャネル及び／または前記熱電素子
の前記第１の表面と接触する気体循環チャネルを備える。
【００２５】
前記冷液循環チャネルは円形であり、前記気体循環チャネルは環状であり、前記熱電素
子は、一方の前記冷液循環チャネル及び他方の前記気体循環チャネルの間で半径方向に配
置される。
【００２６】
前記気体循環チャネルは、補助的交換表面を有する。
【００２７】
前記モジュールは、外部保護ケーシング、特に排気ガスと外気との間の断熱を可能にす
るケーシングを備える。
【００２８】
前記外部ケーシングは、前記気体循環チャネルの外壁を規定する。
【００２９】
一実施形態において、前記モジュールは、前記冷液循環チャネルを規定するように各チ
ューブが他のチューブの軸延長方向に配置される複数のチューブ及び／または前記気体循
環チャネルの内壁の一連の部分を規定できるように各チューブが他のチューブの軸延長方
向に配置される複数のチューブを備える。
【００３０】
本実施形態において、前記デバイスは以下の特徴を示す。
【００３１】
前記一連の冷液循環チューブ間及び／または前記一連の気体循環チューブ間に封止接合
部が備えられ、それぞれ前記冷液循環チューブ間及び／または前記気体循環チューブ間に
おいて電気絶縁を確保する。
【００３２】
前記冷液循環チューブ及び／または前記気体循環チューブはショルダが備えられ、当該
ショルダに対し前記熱電素子及び／または前記封止接合部が支持される。
【００３３】
代替可能な他の一実施形態において、前記モジュールは、同じ型の熱電素子が長手伸張
方向に沿って他の型の熱電素子と交互に配置される少なくとも２つの熱電素子が取り付け
られた冷液循環チューブを備える。
【００３４】
本実施形態において、前記デバイスは以下の特徴を示す。
【００３５】
熱電素子は、電気絶縁性かつ熱伝導性材料の層で被覆され、前記気体循環チャネルの内
壁を部分的に規定する。
【００３６】
前記補助的交換表面は、熱電素子の保持を確保するように構成される。
【００３７】
本発明において、前記モジュールは、互いに平行な複数の冷液循環チャネルを有し、各
チャネルは複数の熱電素子と協働し、各熱電素子は、角を有する筒状部を形成して、対応
するチャネルの伸張長手方向に沿って延長線上に配置されてもよい。
【００３８】
本発明は、さらに、上述のモジュールを複数備える熱電デバイスに関する。
【００３９】
本発明の異なる態様において、以下の構成を全てまたは個々に有する。
【００４０】
前記デバイスは、前記モジュールを収納する複数の保持部を備える本体を有する。
【００４１】
前記本体は、耐火性材料、絶縁性材料及び／または多孔質材料で形成される。
【００４２】
前記モジュールは、補助的交換表面により前記保持部内に保持される。
【００４３】
前記保持部は、異なるモジュールの前記気体循環チャネルが互いに平行となるように配
置される。
【００４４】
前記デバイスは、前記モジュールをバイパスする気体循環チャネルを有する。
【００４５】
前記本体は外部衝撃吸収ケーシングで覆われる。
【００４６】
本発明は、下記の添付図面を伴う説明により、より良く理解されるであろう。下記の説
明は、発明を説明することを目的として提示され、限定することを意図して提示されるも
のではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモジュールの軸断面に沿った概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るモジュールの一部分を示す、図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るモジュールの取付けにおける異なるステップの概略的な斜視図である。
【図４】本発明の他の一実施形態に係るモジュールの径方向の断面に沿った概略図である。
【図５】本発明の一実施形態の本体の概略的な斜視図である。
【図６】図５に示される本体に備えられた本発明の一実施形態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る一変形例の径方向の断面に沿った概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１から図４に示されるように、本発明は、熱電モジュールに関し、第１の流体、特に
モータからの排気ガスの循環を可能にする第１の回路１（高温回路）と、第１の流体より
も温度が低い第２の流体、特に冷却回路の熱交換流体の循環を可能にする第２の回路２（
低温回路）とを備える。
【００４９】
モジュールは、２つの面４ａ及び４ｂの間で生じる温度勾配の作用下において電流を生
成できる複数の熱電素子３、３ｐ、３ｎも備える。かかる素子は、温度勾配にさらされる
面４ａ及び４ｂの間に接続された負荷内で電流を生成可能にし、ゼーベック効果に従って
機能する。当業者に知られた態様では、かかる素子は、例えばビスマスとテルルとからな
る（Ｂｉ２Ｔｅ３）。
【００５０】
熱電素子は、一方では、所定の温度勾配にさらされたときに一方向（正の方向とする）
に電位差を確立できる第１の型の素子３ｐ（Ｐ型と称する）であり、他方では、同一の温
度勾配にさらされたときに反対方向（負の方向とする）に電位差を生成できる第２の型の
素子３ｎ（Ｎ型と称する）である。
【００５１】
本発明によれば、１つの面４ａ（第１の面と称する）は、他の面４ｂ（第２の面と称す
る）よりも広い表面積を有し、モジュールは、第１の面と第１の流体との間で熱交換を行
い、第２の面と第２の流体との間で熱交換を行うように構成される。第２の流体は、第１
の流体よりも高い熱交換係数を有する。
【００５２】
このことは、熱電素子３ｐ及び３ｎと、低い方の熱交換係数を有する流体（ここでは排
気ガス）との間の熱交換にとって都合が良い。
【００５３】
本発明に係るモジュールが備えられている熱電素子の例について、以下説明する。
【００５４】
熱電素子の第１の表面４ａ及び／または第２の表面４ｂは、例えば直線上に形成される
。これにより、流体回路１及び２の構成が簡略化される。よって、流体回路は、特に円柱
形状を呈する。
【００５５】
このようにして、リング形状またはリングの一部分の形状の熱電素子を使用することが
でき、第１の表面４ａはリング形状の外周表面によって規定される一方、第２の表面４ｂ
は、リング形状の内周表面によって規定される。
【００５６】
図２において、図示される熱電素子３は、互いに対称に配置される２つの同一のハーフ
リング５により形成されるリングからなる。図３ａから３ｆにおいて、熱電素子３は単一
部材のリングである。
【００５７】
第１の表面４ａは、第２の表面４ｂの半径の、例えば１．５倍から４倍の間の半径を有
する。ここでは、第１の表面４ａの半径は第２の表面４ｂの半径の約２倍である。
【００５８】
熱電素子に沿った角度で熱交換の均一性を促進するためには、第１及び／または第２の
表面４ａ及び４ｂは、例えば同軸である。言い換えると、熱電素子は、一定の半径の厚さ
である。
【００５９】
熱電素子は、例えば２つの対向する平行な平面６ａ及び６ｂを有する。言い換えると、
熱電素子を構成するリングは、リングの断面において矩形である。
【００６０】
本発明に係るモジュール内における熱電素子同士の組合せについて、次のとおり説明す
る。
【００６１】
熱電素子３ｐ及び３ｎは、例えば互いに長手伸張方向に、特に同軸上に配置され、Ｐ型
の熱電素子は、Ｎ型の熱電素子と方向Ｄにおいて交互に配置される。これら熱電素子は、
特に同一の形状及び寸法である。
【００６２】
熱電素子３ｐ及び３ｎは、例えば対をなし、各対がＰ型の熱電素子とＮ型の熱電素子と
により構成される。モジュールは、同じ一対の熱電素子の第１の表面同士の間の流れの循
環、及び同じ一対の熱電素子のそれぞれの第２の表面と隣接する対の隣接する熱電素子と
の間の流れの循環が可能となるように構成される。このことは、特に図１に示されており
、熱電素子の循環が破線により示されている。このようにして、方向Ｄにおいて互いに平
行に配置される熱電素子３ｐ及び３ｎの間を電流が循環する。
【００６３】
繰り返すと、流体循環回路１及び２の構成を簡単にするために、熱電素子３ｐ及び３ｎ
は、第１の表面４ａ及び／または第２の表面４ｂがそれぞれ他の延長上に位置するように
、互いに関連して配置されるように備えられる。第１の表面４ａ及び／または第２の表面
４ｂは、例えば直線により規定される表面に内接している。
【００６４】
流体の循環のために、本発明に係るモジュールは、熱電素子３ｐ及び３ｎの第２の表面
４ｂに接触する冷液循環チャネル７、並びに／または熱電素子３ｐ及び３ｎの第１の表面
４ａに接触する気体循環チャネル８を有していてもよい。
【００６５】
液体循環チャネル７の断面は、例えば円形状である。気体循環チャネル８は、例えば環
状の断面である。熱電素子３ｐ及び３ｎは、チャネル７及び８の間に、例えば半径方向に
配置される。
【００６６】
一方で図１及び２の実施形態を参照し、他方で図３ａから３ｅの実施形態を参照すると
、冷液循環チャネル７及び気体循環チャネル８は同軸である。
【００６７】
熱電素子３ｐ及び３ｎと第２の流体との間の熱交換をさらに改善するために、気体循環
チャネル８は、補助的交換表面９を備えていてもよい。補助的交換表面９は、例えば放射
状のフィン１０である。後に詳述するように、補助的交換表面は、他の機能、特に取付け
に関する機能を有することができる。
【００６８】
外部からの保護及び隔離のために、本発明に係るモジュールは、外部断熱ケーシング１
１を有していてもよく、必要に応じて、外部断熱ケーシング１１は気体循環チャネル８の
外部壁を規定してもよい。
【００６９】
図１及び２の実施形態において、本発明に係るモジュールは、複数のチューブ１２を有
し、各チューブは他のチューブの軸延長方向に配置されて、冷流循環チャネル７を規定す
る。また、モジュールは、複数のチューブ１３も有し、各チューブは他のチューブの軸延
長方向に配置されて、気体循環チャネル８の内壁の一連の部分を規定する。
【００７０】
気体循環チューブ１３は、例えば、気体循環チューブ１３に対して軸方向にオフセット
されることによって気体循環チューブ１３の内側に配置される冷液循環チューブ１２と同
軸となる。より正確には、冷液循環チューブ１２は、２つの気体循環チューブ１３の間に
おいて、方向Ｄに向けて配置される。
【００７１】
冷液循環チャネル７の各チューブ１２は、熱電素子３ｐ及び３ｎの対に関連付けられる
。隣接する気体循環チューブ１３、すなわち冷液循環チューブ１２が内部に配置されるチ
ューブ１３は、熱電素子３ｐ及び３ｎの隣接する対の素子３ｎ及び３ｐのそれぞれと同様
に、チューブ１２の熱電素子３ｐ及び３ｎのうちの１つに関連付けられる。
【００７２】
封止接合部１４及び１５を、一連の冷液循環チューブ１２間及び／または一連の気体循
環チューブ１３間に設けることもできる。封止接合部は、封止機能に加えて、冷液循環チ
ューブ１２の間及び／または気体循環チューブの間の電気絶縁性をそれぞれ確保する。
【００７３】
チューブ１２及び１３は、例えば金属製である。チューブ１２及び１３は、例えばセラ
ミックなどの材料の薄い層で被覆され、チューブと熱電素子との間の熱伝導性及び電気絶
縁性を確保する。熱電素子３ｐと３ｎとの間の導電性については、材料の層が電気経路で
覆われている。
【００７４】
本実施形態において、フィン１０は、例えば押出しにより成型される気体循環チューブ
１３で形成される。
【００７５】
このモジュールにおいて、冷液循環チューブ１２及び１３並びに／または気体循環チュ
ーブには、ショルダ１６及び１７が設けられ、熱電素子３ｐ及び３ｎ並びに／または封止
接合部１４及び１５は、ショルダ１６及び１７に対して支持される。このショルダは、例
えばチューブ１２及び１３の長手方向端部に設けられる。
【００７６】
熱電素子３ｐ及び３ｎは、外周領域の気体循環チューブ１３におけるショルダ１７に対
して、熱電素子の一方の平面６ａで支持され、内周領域の冷液循環チューブにおけるショ
ルダ１６に対して、他方の平面６ｂで支持される。接合部１４及び１５は、それぞれチュ
ーブ１２及び１３の２つのショルダの間に設けられる。
【００７７】
例として、モジュールの取付けは、熱電素子３ｐ及び３ｎを、気体循環チューブ１３上
に配置されるように冷液循環チューブ１２の半径方向に伸張させることによりなされる。
変形例として、モジュールの取付けは、熱電素子３ｐ及び３ｎを、冷液循環チューブ１２
上に配置されるように気体循環チューブ１３をロックすることによってなされる。熱電素
子３ｐ及び３ｎとチューブとの間の接触をより確実にする材料を使用してもよい。
【００７８】
図３ａから３ｅの実施形態によれば、本発明に係るモジュールは、冷液循環チューブ１
２と、その上に取り付けられた少なくとも２つの熱電素子とを備え、同一の型の熱電素子
は、チューブの長手伸張方向Ｄに、他の型の熱電素子と交互に配置される。この場合、図
３ｂから３ｅに示されるように、複数の熱電素子３ｐは、複数の熱電素子３ｎと交互に配
置される。
【００７９】
図３ａを参照すると、電気絶縁ワッシャ２０が、チューブ１２の長手伸張方向Ｄに隣接
する熱電素子３ｐ及び３ｎにおける対向する２つの面６ａ及び６ｂの間に配置される。図
３ｂにおいて、熱電素子３ｐ、３ｎ及びワッシャ２０が、冷流循環チューブ１２上に交互
に取り付けられている。
【００８０】
図３ｃに示されるように、熱電素子３ｐ及び３ｎは、例えば、特に銅及び／またはニッ
ケル製の導電性材料の層２２で、２つずつ被覆されている。
【００８１】
図３ｄに示されるように、熱電素子３ｐ及び３ｎは、電気絶縁性かつ熱伝導性材料でも
被覆され、気体循環チャネル８の内壁を少なくとも部分的に規定している。この材料は、
特にセラミック材料である。電気絶縁性かつ熱伝導性材料の層２４は、導電性材料の層２
２の外側に位置する。
【００８２】
冷却チューブ１２は、特に金属である。上述の実施形態のように、冷却チューブ１２は
、例えばセラミック等の材料の薄い層で被覆されており、チューブと熱電素子３ｐ及び３
ｎとの間の熱伝導性及び電気絶縁性を確保する。熱電素子３ｐ及び３ｎの間の導電性のた
め、特に方向Ｄに沿った熱電素子の直列接続を確保する目的のため材料の層は電気的な通
路で覆われている。
【００８３】
図３ｅに示されるように、この型のモジュールの補助的交換表面９は、熱電素子３ｐ及
び３ｎの保持を確実にするように構成される。これは、例えば、半径方向の弾性を呈し、
与圧を受けるように構成される金属タービュレータ２６である。
【００８４】
図３ａから３ｅの実施形態に関して示されていないが、気体循環チャネル８の外周領域
は、耐火性及び／または絶縁保護の材料のケーシングにより覆われている。このケーシン
グは、タービュレータ２６の支持体表面を形成する。
【００８５】
上述の例では、冷液循環チャネル７は、１つであり、モジュールの中心に配置される。
【００８６】
図４の変形例では、モジュールは互いに平行な複数の冷液循環チャネル７を有し、各チ
ャネルは複数の熱電素子３と協働し、各熱電素子は、角を有する筒状部を形成して、それ
ぞれ対応するチャネルの長手伸長方向に沿って延長線上に配置される。
【００８７】
各チャネル７は、例えば、冷液循環のチューブ１２により規定される。ｎ個の冷液循環
チューブ１２があり、ここでは４つのチューブがあるとする。熱電素子３は、チューブご
とに同一の角部を有し、円形の断面を有する円筒を規定する。それぞれの角はほぼ（３６
０／ｎ）度の角で、ここでは円筒の４分円となる９０°である。冷液循環チューブ１２は
、例えば互いに平行である。この場合、冷液循環チューブ１２は、平行四辺形の４つの辺
を形成する。
【００８８】
熱電素子３は、例えば同じ厚さであり、連続した層として積み重ねられ、１つの層は、
冷液循環チューブのそれぞれと関連する熱電素子３を備える。
【００８９】
交差ブレース２８は、熱電素子３を仕切り、保持するために、各４分円または等分部分
の間に備えられる。
【００９０】
その他の点については、モジュールは、図３ａから３ｅのモジュールに対応する。従っ
て、モジュールは、保護ケーシングを備えてもよい。
【００９１】
第１の実施形態おいて、様々な前述の実施形態のモジュールは、個々に使用されること
が想定される。
【００９２】
後述するように、モジュールは、熱電デバイスの本体の格納ハウジングに挿入するステ
ィックも形成してもよい。
【００９３】
さらに広範には、本発明は、上述した複数のモジュールを含むデバイスに関する。
【００９４】
図５に示されるように、デバイスは、モジュール３４を収納する複数の収納部３２を有
する本体３０を備えることができる。
【００９５】
本体は、例えば、耐火性材料、絶縁性材料及び／または多孔質材料で形成される。
【００９６】
図６及び７に示されるように、上述の棒状モジュールの場合、これらの棒状モジュール
は、その後、収納部３２に挿入されて保持され、特に、タービュレータ２６を使用して中
心に配置される。気体循環チャネル８の外壁は、本体３０により直接的に規定される。従
って、モジュールは、補助的交換表面９、特にその半径方向の弾力により収納部３２内に
保持される。
【００９７】
保持部３２は、特に、異なるモジュールの気体循環チャネルが互いに平行となるように
配置される。
【００９８】
本体３０は、特にほぼ円筒形状であり、保持部３２は、互いに平行であり、本体３０の
軸に平行である。保持部３２は、例えば本体３０の周縁に等間隔で配置されている。
【００９９】
電気的な観点から、モジュールは、長手方向端部に位置する接続（図示無し）により、
互いに直列かつ／または並列に接続することができる。
【０１００】
変形例として、図７に示されるように、デバイスは、モジュール３４をバイパスする気
体循環チャネル３６を備えることができる。気体循環チャネル３６は、特に本体３０の中
心に配置される。
【０１０１】
本体は、この場合においても外部衝撃吸収ケーシング３８で覆うことができる。
【図１】
2018050463.tif 000003
【図２】
2018050463.tif 000004
【図３ａ】
2018050463.tif 000005
【図３ｂ】
2018050463.tif 000006
【図３ｃ】
2018050463.tif 000007
【図３ｄ】
2018050463.tif 000008
【図３ｅ】
2018050463.tif 000009
【図４】
2018050463.tif 000010
【図５】
2018050463.tif 000011
【図６】
2018050463.tif 000012
【図７】
2018050463.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月27日(2017.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電素子を備える熱電モジュールであって、
前記熱電素子は、その２つの面の間に生じる温度勾配の作用下において電流を生成することができ、
前記面の１つである第１の面は、他の面である第２の面よりも広い面積を有し、
前記モジュールは、前記第１の面と第１の流体との間で熱交換を確立し、前記第２の面と第２の流体との間で熱交換を確立するように構成され、
前記第２の流体は、前記第１の流体よりも高い熱交換係数を有し、
前記モジュールは、前記第１の流体として車両のエンジンの排気ガスが用いられるように構成され、
前記モジュールは、前記第２の流体として冷却液体が用いられるように構成され、
前記熱電素子の前記第２の面と接触する冷液循環チャネル及び前記熱電素子の前記第１の面と接触する気体循環チャネルのいずれかまたは両方を有し、
互いに平行な複数の冷液循環チャネルを有し、
各チャネルは複数の熱電素子と協働し、
各熱電素子は、角を有する筒状部を形成して、対応するチャネルの伸張長手方向に沿って延長線上に配置される、
熱電モジュール。
【請求項２】
複数の熱電素子を備える熱電モジュールであって、
前記熱電素子は、その２つの面の間に生じる温度勾配の作用下において電流を生成することができ、
前記面の１つである第１の面は、他の面である第２の面よりも広い面積を有し、
前記モジュールは、前記第１の面と第１の流体との間で熱交換を確立し、前記第２の面と第２の流体との間で熱交換を確立するように構成され、
前記第２の流体は、前記第１の流体よりも高い熱交換係数を有し、
前記モジュールは、前記第１の流体として車両のエンジンの排気ガスが用いられるように構成され、
前記モジュールは、前記第２の流体として冷却液体が用いられるように構成され、
同じ型の熱電素子が長手伸張方向に沿って他の型の熱電素子と交互に配置される少なくとも２つの熱電素子が取り付けられた冷液循環チューブを備え、
互いに平行な複数の冷液循環チャネルを有し、
各チャネルは複数の熱電素子と協働し、
各熱電素子は、角を有する筒状部を形成して、対応するチャネルの伸張長手方向に沿って延長線上に配置される、
熱電モジュール。
【請求項３】
前記熱電素子は、リング形状またはリング形状の一部の形状であり、
前記第１の面は、前記リング形状の外周表面により規定され、
前記第２の面は、前記リング形状の内周表面により規定される、
請求項１または請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記第１及び第２の面のいずれかまたは両方は円筒形状である、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項５】
前記第１の面は、前記第２の面の１．５倍から４倍の間の半径を有する、
請求項４に記載のモジュール。
【請求項６】
前記熱電素子は、２つの対向する平行な平面を有する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項７】
前記気体循環チャネルは、補助的交換表面を有する、
請求項１に記載のモジュール。
【請求項８】
前記気体循環チャネルの外壁を規定する外部断熱ケーシングを備える、
請求項１または請求項７に記載のモジュール。
【請求項９】
前記冷液循環チャネルを規定するように各チューブが他のチューブの軸延長方向に配置される複数のチューブ、及び前記気体循環チャネルの内壁の一連の部分を規定するように各チューブが他のチューブの軸延長方向に配置される複数のチューブのいずれかまたは両方を備える、
請求項１、請求項７及び請求項８のいずれか一項に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記一連の冷液循環チューブ間及び前記一連の気体循環チューブ間のいずれかまたは両方に封止接合部が備えられ、それぞれ前記冷液循環チューブ間及び前記気体循環チューブ間のいずれかまたは両方における電気絶縁を確保する、
請求項９に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記冷液循環チューブ及び前記気体循環チューブのいずれかまたは両方はショルダが備えられ、当該ショルダに対し前記熱電素子及び前記封止接合部のいずれかまたは両方が支持される、請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１２】
熱電素子は、電気絶縁性かつ熱伝導性材料の層で被覆され、前記気体循環チャネルの内壁を部分的に規定する、
請求項１１に記載のモジュール。
【請求項１３】
気体循環チャネル内に設けられ、熱電素子の保持を確保するように構成される補助的交換表面を有する、
請求項２または請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
請求項１、請求項２、及び請求項７乃至請求項１３のいずれか一項に記載のモジュールを複数備える熱電デバイス。
【請求項１５】
前記モジュールを収納する複数の保持部を備える本体を有する、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記モジュールは、補助的交換表面により前記保持部内に保持される、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記保持部は、異なるモジュールの前記気体循環チャネルが互いに平行となるように配置される、
請求項１５または請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記本体は外部衝撃吸収ケーシングで覆われる、
請求項１５乃至請求項１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記モジュールをバイパスする気体循環チャネルを有する、
請求項１４乃至請求項１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【外国語明細書】
2018050463000001.pdf