(57)【要約】本発明は、熱電部品（１）の製造のための方法および熱電部品（１）に向けられている。熱電部品は、熱電材料（３）でコーティングされた少なくとも１つの繊維（４）を備え、熱電部品（１）は環状に形成され、コーティングされた繊維（４）は、周囲方向（９）に少なくとも１２０°の角度範囲（１０）にわたって延びる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電部品（１）の製造のための方法であって、少なくとも以下のステップ：
ａ）少なくとも１つの繊維（２）を提供するステップと、
ｂ）少なくとも１つの繊維（２）を熱電材料（３）でコーティングし、少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）が形成されるようにするステップと、
ｃ）少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）を、少なくとも巻いて中心軸（６）を有するリング（５）にするステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ステップｄ）で作り出された熱電部品（１）は、第１の広がり（７）を軸方向（８）に沿って有し、ステップｄ１）で、分割プロセスにより、それぞれがより小さい第２の広がり（１６）を有する複数の熱電部品（１）に、軸方向（８）に分けられる、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）は、熱電部品（１）の周囲方向（９）に、少なくとも１２０°の角度範囲（１０）にわたって延びる、方法。
【請求項４】
請求項１〜３の１つに記載の方法であって、少なくとも１つの繊維（２）は、セラミック材料から成る、方法。
【請求項５】
熱電部品（１）であって、少なくとも１つの、熱電材料（３）でコーティングされた繊維（４）を備え、熱電部品（１）は、環状に形成され、少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）は、周囲方向（９）に、少なくとも１２０°の角度範囲（１０）にわたって延びる、方法。
【請求項６】
自動車（１２）であって、少なくとも、内燃機関（１３）と、排ガスシステム（１４）と、熱電モジュール（１１）と、を備え、前記熱電モジュール（１１）は、請求項５に記載の少なくとも１つの熱電部品（１）を備え、排ガス（１５）の熱エネルギーから電気エネルギーを生じさせるように作られている、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電部品の製造のための方法および熱電部品自体に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電モジュールは、個々にまたは多数で、熱電発電装置として用いられ、熱電発電装置は、温度ポテンシャルおよびその結果として生じる熱流から、電気エネルギーを生じさせる。電気エネルギーは、いわゆるゼーベック効果に基づいて生じる。熱電モジュールは、電気的に互いに接続されたｐドープおよびｎドープ熱電部品から、構成される。熱電部品は、いわゆるホットサイドおよび向かい合って配置されるコールドサイドを備え、それを通じて、熱電部品は、それぞれ、電気伝導的に交互に、隣り合って配置されるさらなる熱電部品に接続される。ホットサイドは、それに関し、高温媒体（例えば排ガス）の作用を受ける、熱電モジュールの壁に熱伝導的に接続される。対応して、熱電部品のコールドサイドは、低温媒体（例えば冷却水）の作用を受ける、熱電モジュールの別の壁に熱伝導的に接続される。
【０００３】
熱電発電装置は、特に自動車において使用されるが、温度ポテンシャルが、熱電発電装置の配置によって電気エネルギーの生成に利用され得る、他の技術領域においても使用される。
【０００４】
熱電部品は、熱電発電装置の作動中に、温度ポテンシャルにさらされ、熱電部品のホットサイドとコールドサイドとの間に、電気エネルギーの生成のために、熱流が流れるようになっている。さらに、熱電部品は、変動熱応力にさらされ、変動熱応力は、ホットサイドでおよびコールドサイドで変わる温度値の結果として生じる。この負荷により、熱電部品の故障が起きることもあり、電気エネルギーへの、熱エネルギーの変換の有効性が、少なくとも低下するようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、従って、先行技術に関連して示された問題を、少なくとも部分的に解決することである。特に、熱電部品の製造のための方法が示されるべきであり、その方法により、耐久性のある、変動熱応力に対して頑丈な、熱電部品が、提供され得る。さらに、対応する熱電部品が提案されるべきであり、その熱電部品は、対応する負荷に対して永続的に耐えることが可能なように、作られる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題は、請求項１の特徴による熱電部品の製造のための方法によって、および請求項５の特徴による熱電部品によって、解決される。本発明のさらに有利な構成は、従属請求項に示される。請求項に個々に挙げられた特徴は、任意の技術的に有意な方法で、互いに組み合わせ可能であり、本発明のさらなる実施形態を示すことが、指摘される。明細書は、特に図と関連して、本発明をさらに詳しく説明し、本発明の補足の実施例を挙げる。ここで提案される熱電部品の使用は、自動車に限定されないことが、さらに指摘される。本発明による方法についての以下の詳説は、技術的に有意な範囲で、本発明による熱電部品に相応に適用される。
【０００７】
本発明による、熱電部品の製造のための方法は、少なくとも以下のステップを含む：
ａ）少なくとも１つの繊維を提供するステップ、
ｂ）少なくとも１つの繊維を熱電材料でコーティングし、少なくとも１つのコーティングされた繊維が形成されるようにするステップ、
ｃ）少なくとも１つのコーティングされた繊維を、少なくとも巻いて中心軸を有するリングにするステップ、および、特にさらに、
ｄ）熱電部品を製造するために、リングを押し付けるステップ。
【０００８】
本方法は、望ましくは、ａ）〜ｃ）の順序で、特にａ）〜ｄ）の順序で相次いで実行され、特に、ステップａ）、ｂ）およびｃ）は、何度もおよび／または互いに並行して行われてもよい。特に、本方法は、さらなるステップをその間に含み、例えば、繊維の、コーティングされた繊維の、および／またはリングの、処理のためである。
【０００９】
繊維は、特に、以下の特性の少なくとも１つを備える：長く延びている、糸状である、弾力性がある、望ましくは丸い横断面、望ましくは繊維の直径よりも１００倍大きい長さ、直径最小０．５マイクロメートル、直径最大５マイクロメートル。特に、本方法は、ちょうど１つの、望ましくはしかし多数の、熱電部品の製造のための繊維が、用いられることを含む。
【００１０】
望ましくは、少なくとも１つの繊維は、非熱電材料から成り、特にセラミック材料から成る。それに関し、特に、以下の材料が提案され、以下の材料は、個々に、または互いに組み合わせても、使用され得る：酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム。
【００１１】
特に、ステップｂ）で熱電材料が用いられ、熱電材料は、以下の材料の少なくとも１つを有する：
【表１】
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【００１２】
特に有利な構成の１つによると、少なくとも１つの繊維は、少なくとも１つの材料特性に関し、熱電材料に調和して設計される。特に、少なくとも１５０℃〜６００℃の温度範囲で、繊維の、および熱電材料の、熱膨張係数は、互いに一致し、望ましくは最大１０％、特にほんの最大２％、互いに異なる。
【００１３】
望ましくは、少なくとも１つの繊維は、以下の材料特性を示す：
・繊維の材料が、熱電材料よりも高い強度を有する；
・１００Ｎ／ｍｍ２［ニュートン毎平方ミリメートル］よりも大きい、繊維の材料の引張強さ
・５００Ｎ／ｍｍ２よりも大きい、繊維の材料の圧縮強さ
【００１４】
熱電材料での、少なくとも１つの繊維のコーティングは、望ましくは、繊維への熱電材料の蒸着により、例えば、ＣＶＤ（化学蒸着）またはＰＶＤ（物理蒸着）法で、行われる。しかし他の方法も、コーティングのステップに使用可能である。
【００１５】
望ましくは、少なくとも１つのコーティングされた繊維は、中心軸を有するリングになるように巻かれ、少なくとも１つのコーティングされた繊維が、中心軸の回りに巻かれるようになっている。特に、少なくとも１つの繊維は、追加的に折り畳まれる。特に、リングは、内径と外径とを有する。特に、本方法により、（円柱状の）ディスク要素が製造され、それは従って内径を有しない（つまり、０ｍｍの内径を有するリング）。
【００１６】
リングの、または少なくとも１つのコーティングされた繊維の、オプションで提案される圧縮は、特に、少なくとも２５０℃の温度［セルシウス度］で行われ、望ましくは、リングの製造のために、少なくとも２ｂａｒの圧力が適用される。望ましくは、５００℃よりも大きい温度であり、少なくとも２．５ｂａｒの圧力である。
【００１７】
熱電部品の製造のために、繊維のコーティングのための熱電材料の他に、さらなる熱電材料も、特にステップｃ）でまたはの後で、付け加えられることが確かに可能であり、熱電部品が、（圧縮された）コーティングされた繊維のみから成るのではなく、追加的に熱電材料がリングを形成するようになっている。望ましくは、熱電部品は、しかし独占的に、少なくとも１つのコーティングされた繊維によって形成される。
【００１８】
特に有利な構成の１つによると、ステップｄ）の後に作り出された熱電部品は、第１の広がりを軸方向に沿って有し、ステップｄ１）で、分割プロセス（例えば切断）により、いくつかの（少なくとも２つの）、それぞれ、より小さい第２の広がりを有するリングに、軸方向に分けられる。
【００１９】
特に、第１の広がりは、少なくとも２ｍｍであり、望ましくは少なくとも１０ｍｍである。第２の広がりは、対応して少なくとも１．０ｍｍである。
【００２０】
特に、ステップｃ）の後にステップｃ１）が行われることも可能であり、ステップｃ１）では、ステップｃ）で作り出されたリングは、分割プロセスにより、いくつかの（少なくとも２つの）リングに分けられる。それに対応して、ステップｄ）の後に作り出された熱電部品は、それから、さらに分割されない。特に、本方法により製造されたディスク要素の場合、内径がさらなるステップで導入される。このステップは、望ましくは、ステップｃ）、ｃ１）またはｄ）に続けて行われる。
【００２１】
特に、少なくとも１つのコーティングされた繊維は、製造された熱電部品の周囲方向に、少なくとも１２０°［度（角）］の、望ましくは少なくとも３６０°の、特に望ましくは少なくとも４２０°の、角度範囲にわたって延びる。特に、少なくとも２つのコーティングされた繊維は、周囲方向に、少なくとも５°の角度範囲にわたって重なる。それによって、熱電材料が、繊維によりもたらされる、有利な材料特性を備えることが、保証される。
【００２２】
本発明によって、熱電材料でコーティングされた少なくとも１つの繊維を備える熱電部品が、さらに提案され、熱電部品は、環状に形成され、少なくとも１つのコーティングされた繊維は、周囲方向に、少なくとも１２０°の、望ましくは少なくとも３６０°の、特に望ましくは少なくとも４２０°の、角度範囲にわたって延びる。特に、熱電部品は、本発明による方法に従って製造される。
【００２３】
望ましくは、熱電部品の２０〜８０重量％を非熱電材料が占め、特に３５〜６５重量％である。熱電部品の有利な構成の１つによると、非熱電材料は、２０℃〜６００℃の温度範囲で、以下のグループから少なくとも１つの特性を有する：
‐熱電材料よりも高い引張強さＲｍおよび／または降伏点Ｒｐ０．２、
‐熱電材料よりも少ない比熱伝導度［ワット／（ケルビン・メートル）］、
‐熱電材料よりも少ない電気伝導度［アンペア／（ボルト・メートル）］。
望ましくは、さらに、これらの特性のいくつかまたは全てがある。
【００２４】
特性は、例えば、引張強さの改善、（場合によっては、局部的に所定のまたは適応した）熱伝導度および／または適応した電気伝導度、のような、熱電部品の所望の機能を、援助し、最後の特性は、特に、熱電部品の効率の改善のために使用されることができる。
【００２５】
特に、非熱電材料が、ここでは断熱材として熱電部品内に配置されることが、予定される。
【００２６】
特に、非熱電材料が、電気伝導体として使用されない、ここではつまり熱電材料の機能（ゼーベック／ペルティエ効果）を果たさないことが、予定される。特に、熱電効果は、熱電材料によってのみ、熱電部品で引き起こされる。
【００２７】
特に、熱電部品内での非熱電材料の使用により、対応する熱電部品で構成された熱電モジュールの熱伝導度が、１つの作動点で、熱電モジュールにわたる、つまりホットサイドとコールドサイドとの間の、全温度差（排ガスと冷媒との間）の、２０％〜８０％、特に３５％〜６５％、に低下するように調節されることが、可能になっている。これに関連して、独国特許出願公開第１０２０１００３０２５９Ａ１号明細書が参照され、その内容全体が、技術的事情の説明のために、ここで引き合いに出される。その文書での「異物」についての言及は、ここでは「非熱電材料」に関連する。
【００２８】
ここで提案された方法および熱電部品は、熱電材料でコーティングされた繊維の特別な配置により、特徴付けられる。特にセラミック材料から成るこの繊維により、変動熱負荷に対する機械的強度および耐久性が明らかに高められ、耐久性のある熱電モジュールが、提供されることができるようになっている。特に、少なくとも１つの繊維により、リングの周囲方向における力が吸収される。望ましくは、このように、熱電材料のクリープが、減少する、または完全に阻止されさえする。
【００２９】
さらに自動車が提案され、自動車は、少なくとも、内燃機関と、排ガスシステムと、熱電モジュールと、を有し、熱電モジュールは、本発明による少なくとも１つの熱電部品、または、本発明による方法に従って製造された少なくとも１つの熱電部品、を備える。熱電モジュールは、排ガスの熱エネルギーから電気エネルギーを生じさせるように、設計される。
【００３０】
本発明および技術周辺は、以下で図に基づいてより詳細に説明される。図は特に好ましい実施形態を示すが、本発明はそれに限定されない。図では、同じ対象に同じ参照符号が用いられる。図では、概略的に示している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本方法のステップａ）による繊維を示す。
【図２】本方法のステップｂ）による、コーティングされた繊維を示す。
【図３】図３は、本方法のステップｃ）による、巻かれた、コーティングされた繊維４を、平面図で示す。
【図４】本方法のステップｃ）による、巻かれた、コーティングされた繊維４を、側面図で示す。
【図５】本方法のステップｄ）による、熱電部品を示す。
【図６】本方法のステップｄ１）による、熱電部品を示す。
【図７】自動車を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、熱電部品１の製造のための本方法のステップａ）による、繊維２の提供を示す。
【００３３】
図２は、本方法のステップｂ）によって製造された、コーティングされた繊維４を示し、繊維２は、熱電材料３でコーティングされた。
【００３４】
図３は、本方法のステップｃ）による、巻かれた、コーティングされた繊維４を示す。ここでは、巻かれた、コーティングされた繊維４は、平面図で示される。コーティングされた繊維４は、リング５になるように巻かれており、コーティングされた繊維４は、周囲方向９に、角度範囲１０にわたって延びる。
【００３５】
図４は、本方法のステップｃ）による、巻かれた、コーティングされた繊維４を、側面図で示す。コーティングされた繊維４は、リング５を形成するように中心軸６周りに巻かれた。
【００３６】
図５は、本方法のステップｄ）によって製造された、熱電部品１を示す。中心軸６を有するリング５は、装置１８で、少なくとも１つの押圧力１７により、熱電部品１になるように圧縮される。熱電部品１の示された断面では、コーティングされた繊維４の繊維２が見られる。
【００３７】
図６は、本方法のステップｄ１）の後の熱電部品１を示す。それに関し、リング５の形で設けられ、軸方向８に沿って第１の広がり７にわたって延びる、熱電部品１は、分割１９によって２つの熱電部品１に分けられる。かかる熱電部品１は、分割１９の後に、それぞれ、より小さい第２の広がり１６を有する。熱電部品は、内径２２と外径２３とを有する。
【００３８】
図７は、内燃機関１３および排ガスシステム１４を有する自動車１２を示し、排ガスシステム１４には、熱電モジュール１１が配置されている。排ガス１５は、内燃機関１３から、排ガスシステム１４および熱電モジュール１１を通って、周囲に流れる。冷却装置２０は、冷却のために、内燃機関１３に、および熱電モジュール１１に、接続される。低温媒体２１は、冷却装置２０から、熱電モジュール１１の方へ、流れる。熱電モジュール１１は、管状に構成され、環状の熱電部品１を備え、環状の熱電部品１は、軸方向に沿って連続して配置される。熱電モジュール１１は、内側管路に、コールドサイドを備え、コールドサイドを低温媒体２１が流れ通る。ホットサイドは、ここでは外側表面に配置される。外側表面で、熱電モジュール１１は、排ガス１５に当たる。温度ポテンシャルが、熱電モジュール１１にわたり、排ガス１５と低温媒体２１との間に相応に成立し、熱電部品１によって電流が生成されるようになっている。
【符号の説明】
【００３９】
１  熱電部品
２  繊維
３  熱電材料
４  コーティングされた繊維
５  リング
６  中心軸
７  第１の広がり
８  軸方向
９  周囲方向
１０  角度範囲
１１  熱電モジュール
１２  自動車
１３  内燃機関
１４  排ガスシステム
１５  排ガス
１６  第２の広がり
１７  押圧力
１８  装置
１９  分割
２０  冷却装置
２１  低温媒体
２２  内径
２３  外径
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月28日(2015.1.28)
【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】
熱電部品（１）の製造のための方法であって、少なくとも以下のステップ：
ａ）少なくとも１つの繊維（２）を提供するステップと、
ｂ）少なくとも１つの繊維（２）を熱電材料（３）でコーティングし、少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）が形成されるようにするステップと、
ｃ）少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）を、少なくとも巻いて中心軸（６）を有するリング（５）にするステップと、
ｄ）熱電部品（１）を作り出すために、リング（５）を押し付けるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ステップｄ）で作り出された熱電部品（１）は、第１の広がり（７）を軸方向（８）に沿って有し、ステップｄ１）で、分割プロセスにより、それぞれがより小さい第２の広がり（１６）を有する複数の熱電部品（１）に、軸方向（８）に分けられる、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）は、熱電部品（１）の周囲方向（９）に、少なくとも１２０°の角度範囲（１０）にわたって延びる、方法。
【請求項４】
請求項１〜３の１つに記載の方法であって、少なくとも１つの繊維（２）は、セラミック材料から成る、方法。
【請求項５】
熱電部品（１）であって、少なくとも１つの、熱電材料（３）でコーティングされた繊維（４）を備え、熱電部品（１）は、環状に形成され、少なくとも１つのコーティングされた繊維（４）は、周囲方向（９）に、少なくとも１２０°の角度範囲（１０）にわたって延びる、方法。
【請求項６】
自動車（１２）であって、少なくとも、内燃機関（１３）と、排ガスシステム（１４）と、熱電モジュール（１１）と、を備え、前記熱電モジュール（１１）は、請求項５に記載の少なくとも１つの熱電部品（１）を備え、排ガス（１５）の熱エネルギーから電気エネルギーを生じさせるように作られている、自動車。
【国際調査報告】
2015526879.tif 000011
2015526879.tif 000012
2015526879.tif 000013
2015526879.tif 000014