図面 (/)

技術 熱電部品の製造のための方法および熱電部品

出願人 エミテックゲゼルシヤフトフユアエミツシオンステクノロギーミツトベシユレンクテルハフツング
発明者 ブリュックロルフリンベックジーグリッド
出願日 2013年5月31日 (7年8ヶ月経過) 出願番号 2015-514517
公開日 2015年9月10日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-526879
状態 特許登録済
技術分野 特殊な電動機、発電機 熱電素子 排気消音装置
主要キーワード ホットサイド ディスク要素 内側管路 ペルティエ効果 低温媒体 高温媒体 熱伝導的 分割プロセス
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年9月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題・解決手段

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。

概要

背景

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。

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。

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。

概要

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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

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。

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:

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

本方法のステップa)による繊維を示す。
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。
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。
本方法のステップd)による、熱電部品を示す。
本方法のステップd1)による、熱電部品を示す。
自動車を示す。

実施例

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。

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

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 須山弘次の「 発電機、モーター、リニアモーターカーなどに関わる磁力システム及び部品」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】本発明は発電機、モーター、リニアモーターカーなどの超伝導体や磁石、コイル、磁性体の形状、動力変換のシステムの関係等を強化、改善、省力化、利便化、安全化を図るものである。又本特許は発電... 詳細

  • カラジェン インコーポレイテッドの「 熱電冷却を伴う磁場生成」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題・解決手段】装置は、DC電気信号を生成するためのDC電源、電気パルスを生成するためのパルス発生器、および電気素子を備えることができる。パルス発生器とDC電源は、一緒に電気的に結合することができる... 詳細

  • 東京エレクトロン株式会社の「 処理装置」が 公開されました。( 2020/12/17)

    【課題】プラズマが形成されない雰囲気で基板に処理を行うにあたり、当該基板を確実性高く吸着し、基板の面内において均一性高い処理を行うこと【解決手段】静電チャック3の電極32及び導電部材4のうちの一方に正... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ