(57)【要約】  本発明は、いくつかの熱電素子脚（２０）を備えた熱電装置を含む暖房装置（１０）に関する。熱電素子脚に接触している壁（１２）および熱交換器（２６）が、電気絶縁的な方法で構成されるのに対して、熱接触が、必要であれば熱電素子の脚（２０）の端部ゾーンを相互接続する導電層（２２）を介して、確立される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱い排ガスを送るための領域（１４）を自身に隣接して内側に有する壁（１２）と、
前記壁を少なくとも部分的に囲むハウジング（１６）であって、被加熱媒体が、前記壁と前記ハウジングとの間の隙間（１８）を通って流れるハウジング（１６）と、
前記隙間に配置され、複数の熱電素子脚（２０）を有し、かつ前記排ガスと前記被加熱媒体との間の温度差によって電圧を生成するのに適した熱電装置と、
を備えた暖房装置（１０）であって、
前記壁（１２）が、少なくとも部分的に電気絶縁性であるように設計され、
前記熱電素子脚（２０）が、導電層（２２）によって、第１の端部領域で前記壁の熱接触部（２４）に固定され、
少なくとも部分的に電気絶縁性の熱交換器（２６）が設けられて、前記壁（１２）の前記熱接触部（２４）に対向して配置され、
前記熱電素子脚（２０）が、導電層（２２）によって、第２の端部領域で前記電気絶縁性熱交換器（２６）に固定され、
前記導電層（２２）が、前記熱電素子脚（２０）のそれぞれの端部領域を少なくとも部分的に互いに接続することを特徴とする暖房装置（１０）。
【請求項２】
前記壁（１２）が、高い熱伝導率を有する電気絶縁性セラミックスから少なくとも部分的になることを特徴とする請求項１に記載の暖房装置。
【請求項３】
前記電気絶縁性熱交換器（２０）が、高い熱伝導率を有するセラミックスから少なくとも部分的になることを特徴とする請求項１または２に記載の暖房装置。
【請求項４】
前記壁（１２）のための、および／または前記電気絶縁性熱交換器（２６）のための前記セラミックスが、窒化アルミニウムを有することを特徴とする請求項２または３に記載の暖房装置。
【請求項５】
前記導電層（２２）が、前記熱電素子脚（２０）を互いに直列に接続することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項６】
前記導電層（２２）が、前記熱電素子脚（２０）を互いに並列に接続することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項７】
前記導電層（２２）が、前記熱電素子脚（２０）のグループを互いに並列に接続し、これらのグループを互いに直列に接続することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項８】
前記被加熱媒体が液体、特に水であり、
前記熱接触部（２４）が、炎管端部（３０）に対向して位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項９】
前記壁（１２）と前記電気絶縁性熱交換器（２６）との間の、前記熱電素子脚（２０）を収容する隙間（３２）が、前記被加熱液体媒体の進入に対して封止装置（３４）によって封止され、
前記封止装置（３４）が、熱により引き起こされる膨張を補償するのに適していることを特徴とする請求項８に記載の暖房装置。
【請求項１０】
前記被加熱媒体がガス、特に空気であり、
前記熱接触部が、前記被加熱ガス媒体のための入口領域（３６）に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項１１】
前記壁と前記電気絶縁性熱交換器との間の、前記熱電素子脚（２０）を収容する隙間が、前記被加熱ガス媒体の進入に対して風よけ（３８）によって保護されることを特徴とする請求項１０に記載の暖房装置。
【請求項１２】
前記熱電装置が、弾性接続部（２６、４０、４２）を介して前記ハウジング（１６）に支持されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項１３】
前記熱電装置が、熱交換器（２６）および弾性手段（４２）を介して前記ハウジング（１６）に支持されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項１４】
前記熱電装置が、熱交換器（２６）と、前記熱交換器を支持しかつ弾性手段（４２）を備えたプレート（４０）とを介して、前記ハウジング（１６）に支持されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項１５】
前記熱交換器、および弾性手段を備えた前記プレートが、一体型に製造されることを特徴とする請求項１４に記載の暖房装置。
【請求項１６】
前記弾性接続部が、カップスプリング（４２）を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項１７】
前記壁と前記熱交換器との間の機械的接続部が、断熱材（３４）を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項１８】
前記断熱材が、酸化アルミニウムおよび／またはムライトを含むことを特徴とする請求項１７に記載の暖房装置。
【請求項１９】
前記第１のハウジングと前記熱交換器との間の前記接続部が、前記被加熱媒体に対して前記熱電装置を封止するために、および熱により引き起こされる膨張を補償するために適している封止装置（３４）を有することを特徴とする請求項１７または１８に記載の暖房装置。
【請求項２０】
前記壁ならびに前記断熱材および／または前記封止装置が、一体型に製造されることを特徴とする請求項１９に記載の暖房装置。
【請求項２１】
前記熱交換器ならびに前記断熱材および／または前記封止装置が、一体型に製造されることを特徴とする請求項１９または２０に記載の暖房装置。
【請求項２２】
熱伝導手段が、前記熱電装置と前記壁（１２）との間、および／または前記熱電装置と前記熱交換器（２６）との間に設けられることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載の暖房装置。
【請求項２３】
前記熱伝導手段が、熱伝導ペーストを有することを特徴とする請求項２２に記載の暖房装置。
【請求項２４】
前記熱伝導手段が、熱伝導箔を有することを特徴とする請求項２２に記載の暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱い排ガスを送るための領域を自身に隣接して内側に有する壁と、壁を少なくとも部分的に囲むハウジングと、壁とハウジングとの間の隙間を流れる被加熱媒体と、隙間に配置されて複数の熱電素子脚を有し、かつ排ガスと被加熱媒体との間の温度差によって電圧を生成するのに適した熱電装置と、を備えた暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの装置は、特許文献１から周知である。このタイプの装置で熱エネルギを電気エネルギに変換する能力によって、暖房装置を動作させるために、たとえば暖房装置自体における送風機および制御装置に給電するために必要な電気エネルギを生成することが可能になる。同様に、このように生成された電気エネルギは、たとえば自動車電源に給電することによって、自動車における他の消費機器が利用できるようにすることができる。特許文献１に示された構成は、「ホットサイド」を形成する第１の壁部と「コールドサイド」を形成する熱交換器との間に配置された熱電モジュール型の熱電装置を有する。したがって、暖房装置が動作しているときに、熱電モジュールにおいて電圧を得ることができるが、できる限り高い温度差を維持することと、熱膨張と、熱電モジュールと壁部または熱交換器との間の不十分な熱伝導率と、に関して、問題が生じる可能性がある。
【特許文献１】ＤＥ  １０２  ３５  ６０１  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の基礎となる目的は、先行技術のこれらの問題を少なくとも部分的に克服することであり、この場合に特に、配置の熱的および機械的条件、ならびにセットアップにおける構成可能性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。
【０００５】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項において特定される。
【０００６】
本発明は、壁が少なくとも部分的に電気絶縁性であるように設計されているという点と、熱電素子脚が、壁の熱接触部において、導電層を介して、第１の端部領域に支持されるという点と、少なくとも部分的に電気絶縁性の熱交換器が設けられ、壁の熱接触部に対向して配置されている点と、熱電素子脚が、電気絶縁性の熱交換器において、導電層を介して、第２の端部領域に支持されるという点と、導電層が、熱電素子脚のそれぞれの端部領域を少なくとも部分的に互いに接続する点と、において一般的な暖房装置に基礎を置く。先行技術とは対照的に、層を介して熱源またはヒートシンクで直接支持される個別熱電素子脚、特にプリント金属導体トラックからなる構成が選択される。これを可能にするために、壁または熱電素子脚が配置された少なくとも壁の領域および熱交換器の両方が、電気絶縁性だが、しかし熱伝導性の材料から製造される。電気的状態は、熱電素子脚の端部領域を互いに選択的に接続する導電層の配置によって決定される。この配置によってまた、以下でより詳細に説明するように、ヒートシンクと熱源との間の熱分路を回避するための、および熱膨張に関する十分な機械的補償能力を提供するための適切な出発点が提供される。
【０００７】
壁は、高い熱伝導率を有する電気絶縁性セラミックスから少なくとも部分的になるのが好ましい。
【０００８】
同様に、電気絶縁性熱交換器は、高い熱伝導率を有するセラミックスから少なくとも部分的になるのが有利である。
【０００９】
たとえば、壁および／または電気絶縁性熱交換器のためのセラミックスが窒化アルミニウムを有するように対処してもよい。このタイプのセラミックスは、電気絶縁性と同時に高い熱伝導率の要件を満たすことができる。さらに、プリント導体トラックは、たとえばアルミニウムから製造することができ、その結果として、アルミニウムと窒化アルミニウムとの間の高親和性ゆえに、熱電素子脚と固定点との間の接続は安定される。
【００１０】
配置の電気的設計に関連して、導電層が、熱電素子脚を互いに直列に接続するように対処してもよい。
【００１１】
同様に、導電層は、熱電素子脚を互いに並列に接続することが可能である。
【００１２】
言及した実施形態の展開において、同様に、導電層が、熱電素子脚のグループを互いに並列に接続して、その後これらのグループを互いに直列に接続してもよい。かくして、電気的要件に依存して、所定の温度条件に望ましい電圧を、熱電素子脚の直列接続によって生成できる一方で、十分な高電流は、個別の熱電素子脚またはグループに組み合わされた熱電素子脚の並列接続によって利用可能になる。
【００１３】
好ましい実施形態によれば、被加熱媒体が液体特に水であるように、および熱接触部が炎管端部に対向して位置するように対処される。
【００１４】
したがって、本発明は、水暖房装置として知られているものの枠組み内で用いることができる。この場合に、炎管端部に対向して、すなわちバーナ基部領域に、熱接触部を設けることが役立つ。最高温度がこの点で発生するので、熱電装置は、高効率で動作することができる。
【００１５】
壁と電気絶縁性熱交換器との間の、熱電素子脚を収容する隙間が、非加熱液体媒体の進入に対して封止装置によって封止されるように、および封止装置が、熱により引き起こされる膨張を補償するのに適するように対処するのが好都合である。したがって、シールは、水が熱電素子脚と接触せず、かつ熱膨張の補償のために十分な機械的柔軟性が得られるように、同時に保証する。シールは、特に、２つの構成要素を有してもよい。１つの構成要素は、断熱の点で最適化され、もう一方の構成要素は、熱膨張を補償する有用な弾力性を提供する役割をする。材料を適切に選択すれば、これらの２つの構成要素は、１つの単一構成要素型、すなわち高断熱弾性シール型で実現することができる。このタイプの合成シールは、たとえば、シリコン／Ａｌ２Ｏ３シールとして設計してもよい。
【００１６】
さらなる好ましい実施形態によれば、被加熱媒体がガス、特に空気であるように、および熱接触部が、被加熱ガス媒体のための入口領域にあるように対処される。したがって、本発明はまた、空気暖房装置として知られているものの枠組み内で実行することができる。空気は、空気入口領域において最低温度を有するが、しかし暖房装置を通過するときに急速に熱くなるので、できる限り高い熱電効率を達成するために、熱電装置を空気入口領域に配置するのが好都合である。
【００１７】
空気暖房装置における熱電装置のこの配置に関連して、壁と電気絶縁性熱交換器との間の、熱電素子脚を収容する隙間が、被加熱ガス媒体の進入に対する風よけによって保護されるように対処するのが好都合である。装置の機能的能力が、熱電素子脚と冷気との接触によって不利に影響を受けそうなので、風よけの単純な手段が、本発明の有用な展開を構成する。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、熱電装置が、弾性接続部を介してハウジングに支持されるように対処しなければならない。熱電装置のこの取り付けによって、熱により引き起こされる膨張の補償を改善することが可能になる。したがって、熱電装置は、安定的な方法で保持されるが、しかし弾力的な取り付けによって、十分な柔軟性が可能になる。
【００１９】
たとえば、これは、熱電装置が、熱交換器および弾性手段を介してハウジングに支持されるように実現してもよい。熱交換器は、その回りを液体またはガスの熱媒体が流れているので、かくして弾性接続部を提供する仕事を引き受けることができる。
【００２０】
この考えの展開において、熱電装置が、熱交換器と、熱交換器を支持しかつ弾性手段を備えたプレートとを介して、ハウジングに支持されるように対処してもよい。
【００２１】
この点において、熱交換器、および弾性手段を備えたプレートは、一体型に製造することが可能である。
【００２２】
熱膨張を補償するこれらの配置の単純で効果的な実装では、弾性接続部には、カップスプリングが含まれる。
【００２３】
さらに、本発明は、壁と熱交換器との間の機械的接続部が断熱材を有するという点において、特に有利に開発される。それによって、壁と熱交換器との間の望ましくない熱補償が回避され、その結果、熱電装置は、高効率で動作することができる。
【００２４】
たとえば、断熱材が、酸化アルミニウムおよび／またはムライトを含むように対処してもよい。
【００２５】
さらに、第１のハウジングと熱交換器との間の接続部が、被加熱媒体に対して熱電装置を封止するために、および熱により引き起こされる膨張を補償するために適した封止装置を有することが好都合である。
【００２６】
同様に、壁ならびに断熱材および／または封止装置を一体型に製造することが可能である。
【００２７】
類似の方法で、熱交換器ならびに断熱材および／または封止装置を一体型に製造するように対処してもよい。さらに、これらのワンピース型を実現する可能性は、用いられる構造部品のための材料の適切な選択に依存する。
【００２８】
熱電特性におけるさらなる改善のために、熱電装置と壁との間、および／または熱電装置と熱交換器との間に、熱伝導手段を設けるように対処する。かかる熱伝導手段によって、熱電素子脚は、改善された方法で、熱源およびヒートシンクに熱的に結合される。
【００２９】
これは、たとえば、熱伝導手段が熱伝導ペーストを有するという点において実現可能である。
【００３０】
別の可能性は、熱伝導手段が熱伝導箔を有することである。
【００３１】
次に、添付の図面に関連し、好ましい実施形態によって例として本発明を説明する。
【００３２】
図面の次の説明において、同じ参照符号は、同一かまたは比較可能な構成要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、本発明による暖房装置の部分断面図を示す。図２は、本発明による暖房装置の詳細を示す。暖房装置１０、すなわち特に図１に示す熱交換装置は、本質的に、軸方向に対称な構成であり、内側壁１２および外側ハウジング１６が設けられている。炎管２８が、壁１２内に配置され、炎管２８から出てくる排ガスが、壁１２の内側を加熱する。壁１２とハウジング１６との間に隙間１８が設けられ、この隙間１８を通って熱媒体たとえば水が流れ、その結果、壁１２は、燃焼熱を熱媒体へ伝えるための熱交換器として機能する。複数の熱電素子脚２０が、壁１２の基部に配置されるが、前記基部は、熱接触部２４として設けられている。熱電素子脚２０は、導電層２２を介して、各場合に端部領域で、壁１２の熱接触部２４に接続される。熱電素子脚２０は、それらの他の端部領域を介して、壁１２とハウジング１６との間の隙間１８に配置された熱交換器２６に接続される。熱接触部２４と熱交換器２６との間の隙間３２は、シール３４に囲まれ、その結果、熱媒体は、隙間３２に入り込むことができない。導電層２２を介した、熱電素子脚２０の基本的な結合を図２の詳細Ａに示す。導電層２２は、熱電素子脚２０を互いに選択的に電気接続するために働く。これが可能なのは、壁１２または少なくとも熱接触部２４および少なくとも部分的に熱交換器２６の両方が、電気絶縁材料であって、しかし熱電装置を動作させるために十分な熱伝導率を容易に有する電気絶縁材料から製造されるからである。次に、たとえば、２つの隣接する熱電素子脚２０が、導電層２２を介して、壁１２に面するそれらの側で互いに接続されるのに対して、次の熱電素子脚は、熱交換器２６に面する側で電気的に結合される。今度は、次の熱電素子脚２０が、壁１２に面する側で電気的に結合される等である。この電気的な結合が選択された場合には、熱電素子脚２０の直列接続が得られる。したがって、熱電電圧は、個別の熱電素子脚２０の熱電電圧の合計を表わすが、電気接続部４４を用いて、この配置から取り出すことができる。同様に、熱電素子脚をグループ単位で電気的に並列に接続し、次に、これらのグループを直列に接続することが可能である。したがって、低電圧と共に電流出力の増加が可能である。電気絶縁性熱交換器２６は、電気接続部４４の領域においてハウジング１６に接続される。この接続は、シール４６を介してなされる。
【００３４】
図３は、本発明による暖房装置のさらなる実施形態の部分断面図を示す。本発明による暖房装置１０のこの実施形態は、図３に示すように、熱交換器２６が、カップスプリング４２を備えたプレート４０を介してハウジング１６に支持されるという点で、図１に関連して説明した実施形態と異なる。これによって安定した構成が得られ、熱電素子脚と壁１２およびまた熱交換器２６との間の信頼できる熱接触が、スプリング力の適切な定格によって得られる。熱接触の点では、また、熱伝導手段たとえば熱伝導ペーストまたは熱伝導箔が、熱電素子脚２０と壁１２または熱交換器２６との間に設けられるように有利に対処してもよい。
【００３５】
図１および図３による実施形態では、熱電装置は、最も高い排ガス温度が利用可能な領域に配置される。これは、空気暖房装置に関連する図４による実施形態では、次の図面に関連して説明するように、異なっている。
【００３６】
図４は、本発明による暖房装置のさらなる実施形態の部分断面図を示す。図１〜３に関連して既に説明した構成要素に加えて、燃料供給部４６、燃焼空気穴４８、５０、排ガス出口５２および熱風出口５４を見ることができる。図１〜３に関して説明した、水暖房装置に関連する実施形態とは対照的に、図４は空気暖房装置を示すが、壁１２の熱接触部２４は、ここでは、空気入口３６の領域に配置されている。したがって、熱交換器２６は、流れ込む冷気と接触し、その結果、熱電素子脚２０の様々な側部が、可能な限り高い温度差を有する。図示の実施形態において、熱電素子２０は、導電層２２を介して直列に接続される。他の接続変形については、図１〜３に関して述べたことを参照されたい。好ましくは、接続変形は、通常の温度差の場合に発生する電圧が、次のようになるように選択すべきである。すなわち、この電圧は、熱電素子脚によって発せられる電圧が、空気暖房装置の構成要素のために、またはたとえば車両電源へ給電することによって他の車両構成要素のために、追加的な直流電圧変換なしに利用可能であるようになる。
【００３７】
上記の説明、図面、および特許請求の範囲で開示される本発明の特徴は、本発明を実施するために、個別および任意の所望の組み合わせの両方において不可欠であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による暖房装置の部分断面図を示す。
【図２】本発明による暖房装置の詳細を示す。
【図３】本発明による暖房装置のさらなる実施形態の部分断面図を示す。
【図４】本発明による暖房装置のさらなる実施形態の部分断面図を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１０‥暖房装置、１２‥壁、１４‥領域、１６‥ハウジング、１８‥隙間、２０‥熱電素子脚、２２‥導電層、２４‥熱接触部、２６‥熱交換器、２８‥炎管、３０‥炎管端部、３２‥隙間、３４‥封止装置、３６‥空気入口、３８‥風よけ、４０‥プレート、４２‥カップスプリング、４４‥電気接続部、４６‥シール、４８‥燃焼空気穴、５０‥燃焼空気穴、５２‥排ガス出口、５４‥熱風出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2008546978.tif 000007
2008546978.tif 000008
2008546978.tif 000009
2008546978.tif 000010