(57)【要約】本発明は、複数の熱電モジュール（１０）を備える熱電装置（８０）に関し、各熱電モジュールは少なくとも１つの環状の熱電素子を有し、熱電素子は、それの２つの面、すなわち、外周面により画定される、いわゆる第１の面と、内周面により画定される、いわゆる第２の面との間に生じる熱勾配の作用により電流を発生することができ、前記装置は、前記第１の面と第１の液体との間の熱交換を確立し、前記第２の面と第２の流体との間の熱交換を確立するよう構成されており、前記第１の液体および第２の液体は、互いに対して交差して循環し、前記モジュール（１０）の少なくとも２つは、装置（８０）内での第１の液体の循環方向（１０２）に平行な第１の方向（Ｌ）に沿ってモジュール（１０）同士が互いに離間しているモジュール（１０）の行を形成し、前記モジュール（１０）の少なくとも２つは、第１の方向（Ｌ）と交差する第２の方向（Ｈ）に沿ってモジュール（１０）同士が互いに離間しているモジュール（１０）の列を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電モジュール（１０）を備える熱電装置（８０）であって、各熱電モジュールは少なくとも１つの環状の熱電素子（３、３ｐ、３ｎ）を有し、熱電素子は、それの２つの面、すなわち、外周面により画定される、いわゆる第１の面（４ａ）と、内周面により画定される、いわゆる第２の面（４ｂ）との間に生じる熱勾配の作用により電流を発生することができ、前記装置は、前記第１の面（４ａ）と第１の液体との間の熱交換を確立し、前記第２の面（４ｂ）と第２の流体との間の熱交換を確立するよう構成されており、前記第１の液体および第２の液体は、互いに対して交差して循環し、前記モジュール（１０）の少なくとも２つは、装置（８０）内での第１の液体の循環方向（１０２）に平行な第１の方向（Ｌ）に沿ってモジュール（１０）同士が互いに離間しているモジュール（１０）の行を形成し、前記モジュール（１０）の少なくとも２つは、第１の方向（Ｌ）と交差する第２の方向（Ｈ）に沿ってモジュール（１０）同士が互いに離間しているモジュール（１０）の列を形成することを特徴とする熱電装置（８０）。
【請求項２】
第２の方向（Ｈ）は、第１の方向（Ｌ）と、装置（８０）内の第２の流体の循環方向（１００）とに垂直である、請求項１に記載の熱電装置（８０）。
【請求項３】
装置（８０）は、少なくとも２行および少なくとも２列のモジュール（１０）を含む、請求項１または２に記載の熱電装置（８０）。
【請求項４】
２列のモジュール（１０）は、第１の方向（Ｌ）に沿って互いに離間しており、２行のモジュール（１０）は、第２の方向（Ｈ）に沿って互いに離間している、請求項３に記載の熱電装置（８０）。
【請求項５】
２つの隣接する列の隣接するモジュール（１０）は、第２の方向（Ｈ）に沿って互いに対してオフセットしており、互い違いになっている、請求項４に記載の熱電装置（８０）。
【請求項６】
２つの隣接する列の隣接するモジュール（１０）は、第２の方向（Ｈ）に沿って互いに同位置にあり、格子状に配置される、請求項４に記載の熱電装置（８０）。
【請求項７】
２つの隣接する行の隣接するモジュール（１０）は、第１の方向（Ｌ）に沿って互いに対してオフセットしており、互い違いになっている、請求項４に記載の熱電装置（８０）。
【請求項８】
２つの隣接する行の隣接するモジュール（１０）は、第１の方向（Ｌ）に沿って同位置にあり、格子状に配置される、請求項４に記載の熱電装置（８０）。
【請求項９】
装置（８０）は、第２の流体の、装置（８０）への流入のためのマニホールド（７１）と、第２の流体の、装置（８０）からの流出のためのマニホールド（７２）を備え、装置（８０）は、流入マニホールド（７１）と流出マニホールド（７２）との間のモジュール（１０）を介して第２の流体が通過する複数の流路（７３）を備えることができ、流路（７３）は互いに独立している、請求項３〜８の何れか１項に記載の熱電装置（８０）。
【請求項１０】
流路（７３）の各々は、各列の隣接するモジュール（１０）を含む、請求項９に記載の熱電装置（８０）。
【請求項１１】
流路（７３）の各々は、隣接する列を順次コイル状に接続する、請求項１０に記載の熱電装置（８０）。
【請求項１２】
流路（７３）は、２つの異なる列の隣接するモジュール（１０）をそれらの端部で相互接続するパイプ（７４）を含む、請求項１０または１１に記載の熱電装置（８０）。
【請求項１３】
第２の流体のための流出マニホールド（７２）は、前記第１の流体と最初に接触することを意図したモジュール（１０）の最初の列に配置され、第２の流体のための流入マニホールド（７１）は、前記第１の流体と最後に接触することを意図したモジュール（１０）の最終の列に配置される、請求項９〜１１の何れか１項に記載の熱電装置（８０）。
【請求項１４】
流入マニホールド（７１）および流出マニホールド（７２）は、装置（８０）の同じ側に配置されている、請求項１３に記載の熱電装置（８０）。
【請求項１５】
第１の流体との二次熱交換面（９）を備え、二次熱交換面（９）は、波状とされ、および／または、穿孔され、および／または、よろい戸状とされたフィンである、請求項１〜１４の何れか１項に記載の熱電装置（８０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、自動車内に電流を発生させることを意図した熱電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野では、ゼーベック効果の名で知られている現象によって、２つの対向する面の間の温度勾配の存在下で電流を発生することのできる、いわゆる熱電素子を用いた熱電装置が既に提案されている。これらの装置は、エンジンの排気ガスの循環を意図した第１のパイプの束と、冷却回路の冷媒液の循環を意図した第２のパイプの束を含む。熱電素子は、パイプの間に挟まれ、高温の排気ガスと低温の冷却液との間の温度差による温度勾配にさらされる。
【０００３】
かかる装置は、エンジンの排気ガスからの熱を変換して電気を発生することができるので、かかる装置は特に興味深い。したがって、かかる装置は、通常は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するために設けられたオルタネータの少なくとも部分的な代替手段となって、車両の燃料消費量を削減する可能性を提供する。
【０００４】
出願人は、既に環状の熱電素子を開発しているが、期待される電流を発生する温度勾配は、対向する２つの円筒面の間に生ずる。高温流体と低温流体は、その後、一方は環の内部を、他方は環の外部を、同軸的に流れる。しかし、この解決策は組み付けが難しく、大量の材料の使用を伴う。コストへの影響に加え、かかる材料の使用は、装置の熱慣性を、したがってその効率、特には応答時間を増加させる。したがって、強力であるが短すぎる熱の増加を利用することができない場合がある。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、この状況を改善することを提案し、この目的のために、複数の熱電モジュールを備える熱電装置であって、各熱電モジュールは少なくとも１つの環状の熱電素子を有し、熱電素子は、それの２つの面、すなわち、外周面により画定される、いわゆる第１の面と、内周面により画定される、いわゆる第２の面との間に生じる熱勾配の作用により電流を発生することができ、前記装置は、前記第１の面と第１の液体との間の熱交換を確立し、前記第２の面と第２の流体との間の熱交換を確立するよう構成されており、前記第１の液体および第２の液体は、互いに対して交差して循環し、前記モジュールの少なくとも２つは、装置内での第１の液体の循環方向に平行な第１の方向に沿ってモジュール同士が互いに離間しているモジュール行を形成し、前記モジュールの少なくとも２つは、第１の方向と交差する第２の方向に沿ってモジュール同士が互いに離間しているモジュール列を形成する、熱電装置に関する。
【０００６】
流体の循環が横向きであることにより、伝熱表面を増加させるために関与させる材料を、特に第１の流体の側に限定することができる。行と列の構成は、流体を供給し、環境への統合を容易にするために、モジュールに接続されるよう意図された種々の配管の配置の可能性をより大きくする。
【０００７】
本発明の一態様では、前記熱電装置は、前記第１および第２の流体の循環を可能にするように構成されており、前記第２の流体は前記第１の流体よりも熱伝達係数が大きい。第１の流体は、特には排気ガスである。第２流体は、例えば、冷却液である。
【０００８】
従って、本発明は、熱伝達係数が最も小さい流体の伝熱面積を大きくすることで効率を最適化した装置を提案する。このようにして、例えば気体である第１の流体側の熱抵抗と、特には液体である第２の流体側の熱抵抗との間で、より均衡の取れた関係が可能となり、組立作業が容易となる。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態によれば、第２の方向は、第１の方向と、装置内の第２の流体の循環方向とに垂直である。装置内の第２の流体の循環は、熱電素子の環状の形状によって画定される軸線に平行な第３の方向に従って行われる。
【００１０】
有利には、装置は、少なくとも２行および少なくとも２列のモジュールを含む。
【００１１】
有利には、２列のモジュールは、第１の方向に沿って互いに離間しており、２行のモジュールは、第２の方向に沿って互いに離間している。
【００１２】
本発明の一態様では、２つの隣接する列の隣接するモジュールは、第２の方向に沿って互いに対してオフセットしており、互い違いになっている。本発明の代替的な実施形態によれば、２つの隣接する列の隣接するモジュールは、第２の方向に沿って互いに同位置にあり、格子状に配置される。
【００１３】
本発明の例示的な実施形態によれば、２つの隣接する行の隣接するモジュールは、第１の方向に沿って互いに対してオフセットしており、互い違いになっている。本発明の代替的な実施形態によれば、２つの隣接する行の隣接するモジュールは、第１の方向に沿って同位置にあり、格子状に配置される。
【００１４】
有利には、装置は、第２の流体の装置への流入のためのマニホールドと、第２の流体の装置からの流出のためのマニホールドを備える。装置は、流入マニホールドと流出マニホールドとの間のモジュールを介して第２の流体が通過する複数の流路を備えることができ、流路は互いに独立している。
【００１５】
本発明の一態様によれば、流路の各々は、各列の隣接するモジュールを含む。したがって、各行にモジュールがあるので、多数の独立した流路が存在する。
【００１６】
有利には、流路の各々は、隣接する列を順次コイル状に接続する。例示的な実施形態によれば、流路は、２つの異なる列の隣接するモジュールをそれらの端部で相互接続するパイプを含む。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、第２の流体のための流出マニホールドは、前記第１の流体と最初に接触することを意図した第１のモジュール列に配置され、第２の流体のための流入マニホールドは、前記第１の流体と最後に接触することを意図した最終モジュール列に配置される。
【００１８】
本発明の一態様では、流入マニホールドおよび流出マニホールドは、装置の同じ側に配置されている。
【００１９】
有利には、前記熱電素子は、第１の流体との二次熱交換面を備え、二次熱交換面は、波状とされ、および／または、穿孔され、および／または、よろい戸状とされたフィンである。フィンが波状とされ、および／または穿孔され、および／またはよろい戸状であるので、第１の流体と本発明の熱電素子との間の熱交換が、特に、熱交換面を増大させ、第１の流体の流れを乱すことにより、向上する。フィンは、特に、金属製である。
【００２０】
本発明の一態様では、前記熱電素子によって形成された円筒は、第１の流体の循環方向に先細になっており、第１の流体に対する抵抗がほとんどない。円筒は、実質的に楕円形の底面を有する。熱電素子の外形が先細となっているので、熱電素子の主空力トルクを減らし、したがって、全体寸法が同一でありながら、ガスの流れに対する抵抗を低減することができる。
【００２１】
有利には、前記熱電素子は、対向する２つの平行な平坦面を有する。
【００２２】
本発明の例示的な実施形態によれば、各モジュールは、複数の前記熱電素子を備える。前記熱電素子は、第１の面および／または第２の面が互いに連続するように、互いに対して配置することができる。
【００２３】
本発明の一態様によれば、前記熱電素子は、２つの異なる種類のものである。有利には、ここでの前記熱電素子は、第１の種類が、所定の温度勾配にさらされると、前記第１の面と前記第２の面との間に電位差を生ずる、いわゆるＰ型であり、第２の種類が、同じ温度勾配にさらされると、前記第１の面と前記第２の面の間に逆方向の電位差を生ずる、いわゆるＮ型である。
【００２４】
少なくとも２つの同じ種類の熱電素子を、モジュールの長手方向に沿って、すわなち、第２の流体の循環方向に沿って、他の種類の熱電素子と交互に配置することができる。有利には、前記熱電素子は互いの長手方向の延長に配置され、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子が交互に配置される。
【００２５】
本発明の一態様によれば、熱電素子は、いわゆるＰ型熱電素子といわゆるＮ型熱電素子とで対をなしており、前記モジュールは、同一の対の熱電要素の第１の面の間で電流が流れ、前記同一の対のそれぞれの熱電素子と、隣接する対の隣接する熱電素子との第２の面の間で電流が流れることを可能する。
【００２６】
本発明の一態様によれば、前記熱電素子は、形状および寸法が同じである。換言すれば、内周、外周および厚さが、すなわち、長手方向軸線に沿った寸法が同一である。
【００２７】
代替的に、厚さは、特に電気伝導度に応じて、異なっていてもよい。具体的には、Ｎ型熱電素子は、Ｐ型熱電素子よりも導電性が高いので、前記Ｎ型熱電素子の厚さは、Ｐ型熱電素子の厚さよりも小さく、その逆もまた同様である。したがって、熱電素子の各種類の熱電素子の電気抵抗は、Ｎ型の熱電素子の厚みを薄く、また、Ｐ型ではその逆とすることで、非常にバランスが取れているので、材料を節約できる。
【００２８】
本発明の一態様によれば、モジュールは、隣接して設けられた種類の異なる２つの前記電熱素子の外周面を接続する第１の電気接続手段を備え、前記二次熱交換面が前記第１の電気接続手段に固定されている。二次熱交換面は、例えば、第１の電気接続手段に圧着されている。別の実施形態では、二次熱交換面は、特に、導電性ろう材を用いて、第１の電気接続手段にろう付けされる。
【００２９】
有利には、二次熱交換面は、前記熱電素子と交差している。
【００３０】
有利には、二次熱交換面は、第１の流体の循環方向に平行な平面内に延びる。
【００３１】
本発明の一態様では、二次熱交換面は、第１の流体中の有害成分の触媒転換を提供するために、触媒コーティングを含む。
【００３２】
本発明の一態様によれば、モジュールは、隣接して設けられ、前記第１の電気接続手段により接続されていない種類の異なる２つの前記電熱素子の内周面を接続する第２の電気接続手段を備える。
【００３３】
有利には、前記モジュールは、種類の異なる２つの隣接した熱電素子の間に配置された電気絶縁手段をさらに備え、前記電気絶縁手段は、前記第１および／または第２の電気接続手段により接続された熱電素子の側面を互いから電気的に絶縁するよう構成され、および／または、第２の電気接続手段により接続された２つの前記熱電素子に接続された二次熱交換面を互いから電気的に絶縁するよう構成される。したがって、本発明は、二次交換面の間で短絡が生じる危険性を制限することができる。
【００３４】
本発明の一態様によれば、各モジュールは、前記熱電素子の前記第２の面に接触している第２の流体の流路を備える。
【００３５】
有利には、前記流路の少なくとも１つは、前記熱電素子により形成された円筒の中心軸線に対して偏心した軸線に沿って延びる。具体的には、前記流路の各々は、前記熱電素子により形成された円筒の前記中心軸線に対して偏心した軸線沿って延びる。
【００３６】
本発明の一態様によれば、流路の偏心軸は、円筒の中心軸線と第１の流体の循環方向とによって画定される平面内に位置する。第１の流体の循環方向に対して熱電素子を配向することにより、熱電素子の内部に、同心の電気等電位が配置される。  
【００３７】
代替的に、少なくとも１つのモジュール、特には、全てのモジュールが、特には互いに平行な、冷却液用の複数の流路を備え、各流路は複数の熱電素子と係合し、各熱電素子は、円筒の弧状部分を形成し、対応する流路の長手方向に沿って、順に配置される。
【００３８】
本発明の例示的な実施形態によれば、前記二次熱交換面は、これらがモジュールと交差するようにモジュールを連結する。
【００３９】
有利には、前記装置は、自動車の排気ガスの導管内に配置されるように構成されており、二次熱交換面は、前記第１の流体である前記ガスによって掃引される。
【００４０】
添付の図面を参照しつつ、例示目的のみであり、限定を意図するものではない以下の説明により、本発明はさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に従う装置の例示的モジュールを実装する工程を示す概略斜視図である。
【図２】本発明に従う装置の例示的モジュールを実装する工程を示す概略斜視図である。
【図３】本発明に従う装置の例示的実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】本発明に従う装置の例示的実施形態を示す概略斜視図である。
【図５】図４の装置を排気ラインに統合した例の斜視図である。
【図６】図５に示す装置における第２の流体の例示的な循環回路を示す概略斜視図である。
【図７】本発明に従う装置の例示的なモジュールを示す概略斜視図である。
【図８】図７のモジュールの長手方向断面を概略的に示す。
【図９】本発明に従う装置のモジュール列を示す概略斜視図である。
【図１０】モジュール列の他の例示的実施形態の概略斜視図である。
【図１１】本発明に従う装置のモジュールの例示的な実施形態の特徴の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は、一例が図１および図２に示されている複数の熱電モジュール１０を備える熱電装置に関する。前記モジュール１０は、ここでは、特にはエンジンの排気ガスである第１の流体を循環させることができる第１の、いわゆる高温回路１と、特には冷却回路からの熱伝導流体である、第１の流体よりも温度が低い第２の流体を循環させることができる第２の、いわゆる低温回路２を備える。
【００４３】
前記第２の流体は、前記第１の流体の熱交換係数よりも高い熱交換係数を有する。
【００４４】
モジュール１０は、少なくとも１つの熱電素子、ここでは複数の熱電素子３を備え、熱電素子は、環状であり、円筒外周面により画定される、いわゆる第１の面４ａと、円筒内周面により画定される、いわゆる第２の面４ｂとの２つの面の間に存在する温度勾配の作用下で電流を発生することができる。以下で説明するように、前記第１および第２の面４ａ、４ｂは、例えば、第１の面が楕円断面であり、および／または、第２の面が円形断面である。より一般的には、任意の断面を、丸みを帯びた形状および／または多角形の形状とすることができる。
【００４５】
かかる素子は、ゼーベック効果に従って動作し、温度勾配にさらされる前記の面４ａ、４ｂの間に接続された負荷に電流を発生させる。当業者に公知なように、かかる素子は、例えば、ビスマスおよびテルルからなる（Ｂｉ２Ｔｅ３）。熱電素子は、第１の部分が、いわゆるＰ型である第１の型の素子３ｐであり、所定の温度勾配にさらされた場合に、いわゆる正方向である第１の方向に電位差を生じさせ、他の部分が、いわゆるＮ型である第２の型の素子３ｎであり、同じ温度勾配にさらされた場合に、いわゆる負方向である反対方向に電位差を生じさせる。
【００４６】
図１および図２に示す熱電素子３は、一体的に環状体で構成されている。しかし、これらを、それぞれが環状体の弧状部を形成する複数の部品から形成することもできる。
【００４７】
第１の面４ａは、例えば、第２の面４ｂの半径の１．５〜４倍の半径を有する。これは、第２の面４ｂの半径の約２倍の半径とすることができる。熱電素子は、例えば、２つの対向する平行な平坦面６ａ、６ｂを有する。換言すれば、熱電素子を構成する環状体は、矩形の環状断面を有している。
【００４８】
以下では、本発明に従うモジュールにおける熱電素子の組合せの例を説明する。
【００４９】
前記熱電素子３は、例えば、互いの長手方向の延長に、特には同軸に配置され、いわゆる第３の方向Ｄである方向Ｄに沿って、Ｐ型の熱電素子とＮ型の熱電素子とが交互に配置される。これらは、特に形状および寸法が同一である。しかし、特に、それらの電気伝導度に応じて、厚さが、すなわち、２つの平坦面の間の寸法が異なっていてもよい。
【００５０】
前記熱電素子３は、例えば、対をなし、各対は、いわゆるＰ型熱電素子といわゆるＮ型熱電素子とで形成され、前記モジュールは、同一の対の熱電素子の第１の面同士の間に電流が流れ、前記同一の対の各熱電素子の第２の面と隣接する対の隣接する熱電素子との間に電流が流れるように構成される。このようにして、方向Ｄに沿って互いに隣に配置された電気熱素子３の連続した電流の流れを確実にする。
【００５１】
流体の循環回路１、２の構成を容易にするために、同一の熱電素子３を、第１の面４ａおよび／または第２の面４ｂが互いの延長となるように、互いに対して配置することができる。したがって、前記第１の面４ａおよび／または第２の面４ｂは、例えば、直線によって生成された面内に含まれる。
【００５２】
流体の循環のために、本発明に従うモジュールは、前記熱電素子３の前記第２の面４ｂに接触する低温液体の循環のための流路７を備える。
【００５３】
液体循環のための前記流路７は、例えば、円形断面である。
【００５４】
図２において、前記モジュールは低温液体の循環のためのパイプ１２を備え、このパイプ１２の上には、同一の型の少なくとも２つの熱電素子が、他方の型の熱電素子と、パイプの長手方向Ｄに沿って交互に設けられる。パイプ１２は、特には金属製である。これらのパイプは、少なくとも部分的に前記流路７を画定する。
【００５５】
前記モジュール１０は、パイプ１２の長手方向に対応する第３の方向Ｄに沿って、隣接する熱電素子３に対向する２つの面６ａ、６ｂの間に配置された電気絶縁手段２０をさらに備えることができる。図２では、熱電素子３および電気絶縁手段２０は、低温流体の循環用のパイプ１２上に、交互に組み付けられる。
【００５６】
前記モジュールは、隣接して配置された種類の異なる２つの前記熱電素子の外周面４ａを接続する第１の電気接続手段２２をさらに備えることができる。前記第１の電気接続手段２２は、例えば、前記熱電素子３のコーティングである、導電性材料の、特には銅および／またはニッケルの層を備える。
【００５７】
上記によれば、低温液体の流路７は、単一であり、モジュールの中央部に配置される。代替的に、複数の低温液体の流路を、互いの延長に設けることができる。
【００５８】
この場合、図１に示すように、前記第１の面４ａと、ここでは、矢印１０２で示すように、前記熱電素子３の外側を循環する第１の流体との間での熱交換を確立し、前記第２の面４ｂと、ここでは、図示の矢印１００に沿って流路７内を循環する第２の流体との間の熱交換を確立するように、  前記モジュールを構成する。このように、熱電素子３と、熱交換係数が最も小さい流体、ここでは排気ガスとの間の熱交換を推進している。
【００５９】
さらに、前記モジュールは、前記第１の流体および前記第２の流体が交差して循環する、特には、矢印１００、１０２の方向で示されるように、互いに直交して循環するように構成される。かかる構成は、使用する材料の量をさらに減少させることによって、環境へのモジュールの統合を推進する。
【００６０】
本発明に従う前記モジュール１０を複数備えた熱電素子８０を図３および図４に示す。かかる熱電素子は、モジュールの行を形成する前記モジュール１０のうちの少なくとも２つと、モジュールの列を形成する前記モジュールのうちの少なくとも２つを含む。同一のモジュール行に属するモジュール１０は、第１の方向Ｌに沿って互いに離間しており、第１の方向と交差する第２の方向Ｈに沿って同じ位置に配置される。同じモジュール列に属するモジュール１０は、第２の方向Ｈに沿って互いに離間しており、第１の方向Ｌに沿って同じ位置に配置される。
【００６１】
第１の方向Ｌは、特に、装置内の第１の流体１０２の循環方向に平行であり、第２の方向Ｈは、第１の方向Ｌおよび装置内の第２の流体１００の循環方向に垂直である。
【００６２】
したがって、モジュール１０は、第３の方向Ｄに沿って装置８０内で延在し、第１の方向Ｌに沿った行および第２の方向Ｈに沿った列内に配置される。
【００６３】
第１の方向Ｌ、第２の方向Ｈ、および／または第３の方向Ｄは、例えば、図３および４に示すように互いに垂直である。
【００６４】
図３および図４に示す例では、本発明の装置は、複数の列のモジュール１０および複数の行のモジュール１０を含む。ここでは、２列のモジュール１０が、第１の方向Ｌに沿って互いに離間しており、２行のモジュールが、第２の方向Ｈに沿って互いに離間している。
【００６５】
図３に示す例では、隣接する２列の隣接するモジュール１０が、第１の方向Ｌに沿ってオフセットしているのに加えて、第２の方向Ｈに沿って互いに対してオフセットしており、互い違いになっている。隣接する２列の隣接するモジュール１０とは、それぞれの列において同じ位置を有するモジュール１０を称する、すなわち、第２の方向Ｈの下からみて列の１番目のモジュール、第１のモジュールの直下に位置するモジュール等である。本発明のこの変形実施形態では、モジュール列は同じ数のモジュールを含み、モジュール行は１つ少ないモジュールを含む。
【００６６】
図３に示す本発明の例示的な実施形態によれば、本発明の装置は、３つのモジュール１０からなる３列と、２つのモジュール１０からなる６行とを備える。無論、異なる数の列および／または行を含み、ならびに、列当たりおよび／または行当たりのモジュール１０の数を異ならせることができる。
【００６７】
図４に示す例示的な実施形態では、隣接する２列の隣接するモジュール１０は、第２の方向Ｈに沿って互いに対して同じ位置を占めており、格子状に配置される。隣接する２行の隣接するモジュール１０は、第１の方向Ｌに沿って同じ位置を占めており、格子状に配置される。したがって、１列が含むモジュール１０の数は、行の数に等しく、１行が含むモジュール１０の数は、行の数に等しい。この例では、本発明の装置８０は、それぞれ３つのモジュール１０からなる４列と、それぞれ４つのモジュール１０からなる４行を含む。無論、異なる数の列および／または行を含み、ならびに、列当たりおよび／または行当たりのモジュール１０の数が異ならせることができる。
【００６８】
図５に示すように、本発明の装置は、装置８０の第２の流体のための流入マニホールド７１、および、装置の第２の流体のための流出マニホールド７２を備えることができ、前記装置は、第２の流体が流入マニホールド７１と流出マニホールド７２の間でモジュール１０を通過するための複数の流路７３を備え、流路７３は互いに独立している。第２の流体の流出マニホールド７２は、ここでは、前記第１の流体と最初に接触するよう意図された第１のモジュール列、すなわち、入口面８１に最も近く配置されたモジュール１０の列に配置され、第２の流体の流入マニホールド７１は、前記第１の流体と最後に接触するよう意図されたモジュール１０の最終列の同じ位置を占める。このようにして、対向流循環を形成する。流入マニホールド７１および流出マニホールド７２は、装置の同じ側、ここでは、第１の流体が装置に入ってくる面に対して装置の側面に配置される。
【００６９】
また、本発明の装置は、第１の流体が装置８０に入るための入口に対向する、装置の第１の流体のための流入マニホールド８３と、装置に対して、装置の第１の流体のための流入マニホールド８３に対向して配置された、第２の流体のための流出マニホールド８４とを備える。
【００７０】
本発明によれば、各々の流路７３は、各列に隣接するモジュール１０を含む。したがって、列ごとのモジュール１０と同数の独立した流路がある。ここでは、各流路７３は、隣接するコイル状の列を連続して接続する。第２の流体は、流入マニホールド７１に到達し、流入マニホールド７１に位置する列のモジュール１０の１つに入り、前述のように第３の方向Ｄに沿って長手方向に進み、隣接する列の隣接するモジュール１０に流入し、同じ方向を逆向きに進む。流出マニホールド７２に到達するまで、第２の流体は進み続ける。図５に示す例では、装置８０は、４つの列を有し、したがって、第２の流体は、流出マニホールドに到達するまでに、コイル状の装置８０内を循環することにより、４回の通過を行う。
【００７１】
図６にさらに詳細に示すように、流路７３は、その両端に、２つの異なる列の隣接するモジュール１０を相互に接続するパイプ７４を備える。これらのパイプは、特にＵ字状を有する。
【００７２】
図７に示すように、前記モジュールは、第１の流体との二次熱交換面９、特にはフィン１０４を備えると有利である。このようにして、熱電素子３と前記第１の流体の間の熱交換面積を増大する。前記フィン１０４は、例えば、前記熱電素子３に対して横向きに、特には放射状に配置される。ここでは、フィンは、圧力降下を抑制しつつ、第１の流体との良好な熱交換を可能とする間隔で、互いに平行に配置される。前記フィン１０４を、前記熱電素子３に対して偏心させる、特には、第１の流体が到着する側で長くすることができる。
【００７３】
前記フィン１０４は、例えば、波状とされ、穿孔され、および／またはよろい戸状とされる。
【００７４】
前記熱交換面９は、第１の流体中の有害成分の触媒転換を提供するための触媒コーティングを含むことができる。したがって、排気ガスの場合には、前記モジュールは、かかる機器における触媒反応のために従来用いられている部品に加え、または、これらの部品に代えて、触媒コンバータを装備することができる。
【００７５】
図８に示すように、前記フィン１０４は、例えば、前記第１の電気接続手段２２に、特には圧着および／またはろう付けにより、取り付けられている。
【００７６】
モジュールは、隣接して設けられ、前記第１の電気接続手段２２により接続されていない、種類の異なる２つの前記熱電素子３の内周面４ｂ同士の間の電気接続を確立する第２の電気接続手段１０６をさらに備えることができる。
【００７７】
換言すれば、前記第１および第２の電気接続手段２２、１０６は、対をなして前記熱電素子３を接続し、モジュールの前記熱電素子同士の間で直列の電気の流れを確立する。
【００７８】
既に述べたように、モジュール１０は、２つの隣接する熱電素子３の間に配置された電気絶縁手段２０を備えると有利である。前記電気絶縁手段には２種類ある。第１の種類１０８は、前記第１の電気接続手段２２により接続された熱電素子の側面を互いに電気的に絶縁するよう構成される。第２の種類１１０は、前記第２の電気接続手段１０６により接続された熱電素子の側面を互いに電気的に絶縁するよう、および／または、第２の電気接続手段１０６により接続された２つの前記熱電素子の取り付けられたフィン１０４を互いに電気的に絶縁するように構成される。
【００７９】
かかる構成により、前記フィン１０６により発生し得る、熱電素子３同士の間の短絡の危険性を抑制することが可能となる。
【００８０】
図１１に示すように、前記流路７は、ここでは簡略化のために一体品として示されている、前記熱電素子３により形成された円筒の中心軸線に対して偏心した軸線に沿って延在することができる。前記流路の偏心軸線は、例えば、円筒の中心軸線と第１の流体の循環方向によって画定される平面内に位置する。このように流路７の周りの熱電素子３の厚さを変えることにより、より良好な等電位分布が熱電素子３で得られる。
【００８１】
代替的にまたは累積的に、前記円筒を、第１の流体の循環方向において薄くし、第１の流体に対する抵抗を少なくする。この場合には、代替的に、前記第１および／または第２の面４ａ、４ｂを同軸とすることができる。換言すれば、熱電素子は、一定の半径方向厚さを有する。
【００８２】
図９および図１０に示すように、前記フィン１０４は、モジュールを横断するようにして、モジュール同士を接続する。これらの図では、前記列のうちの１つのだけが図示されている。
【００８３】
電気的な観点からは、モジュール同士を、それらの長手方向端部に位置する、図示しない接続部により、直列および／または並列に接続することができる。
【００８４】
既に述べたように、かかる装置を、自動車の排気ガス導管内に配置して、前記二次熱交換面が前記ガスによって掃引されるよう構成することができる。換言すれば、排気ガスは、実際の排気ガス導管を通してフィンに導かれるが、第２の流体の循環は、横方向に位置する入口／流出マニホールドにより達成することができ、それゆえに、統合が非常に単純になる。
【００８５】
一般に、本発明は、熱電素子の外側で、低温流体の流れと交差して高温流体を流すことにより、前記熱電素子と接触する熱交換面を最適化することができるので、前記熱電素子の外面で高温を得ることを促進することが理解される。また、本発明は、装備した装置の据え付けを促進する。
【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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【図１１】
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【国際調査報告】
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