DE102011008801B4 - Thermoelektrisches Modul und Leistungserzeugungsvorrichtung - Google Patents

Thermoelektrisches Modul und Leistungserzeugungsvorrichtung Download PDF

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    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

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Abstract

Thermoelektrisches Modul (1) mit:einem Gehäuse (10), das eine erste Temperaturschicht (103) und zwei zweite Temperaturschichten (101), die gestapelt angeordnet sind, aufweist und das ferner ein zylindrisches Durchgangsloch (104), das so vorgesehen ist, dass es die erste Temperaturschicht (103) und die zweiten Temperaturschichten (101) durchdringt, aufweist;einem Leistungserzeugungselement (20), das ein erstes thermoelektrisches Material (201) und ein zweites thermoelektrisches Material (202), die derart gestapelt sind, dass Strom in dem Leistungserzeugungselement (20) in einer Richtung fließt, aufweist und das so in dem Durchgangsloch (104) vorgesehen ist, dass gegenüberliegende Enden des ersten thermoelektrischen Materials (201) jeweils bei der ersten Temperaturschicht (103) und einer der zwei zweiten Temperaturschichten (101) positioniert sind und gegenüberliegende Enden des zweiten thermoelektrischen Materials (202) jeweils bei der ersten Temperaturschicht (103) und der anderen der zwei zweiten Temperaturschichten (101) positioniert sind; undeinem leitfähigen Wärmelement (205), das zwischen dem ersten thermoelektrischen Material (201) und dem zweiten thermoelektrischen Material (202) angeordnet ist und Wärme auf das erste thermoelektrische Material (201) und das zweite thermoelektrische Material (202) überträgt.

Description

  • GEBIET
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen allgemein ein thermoelektrisches Modul, das zum direkten Umwandeln von thermischer Energie in elektrische Energie und von elektrischer Energie in thermische Energie ausgebildet ist, sowie eine Leistungserzeugungsvorrichtung.
  • HINTERGRUND
  • Im Allgemeinen weist eine thermoelektrische Vorrichtung zwei gegenüberliegende Elektroden und ein zwischen den Elektroden angeordnetes thermoelektrisches Material auf (beispielsweise ein Paar aus einem ersten thermoelektrischen Material und einem zweiten thermoelektrischen Material). Die thermoelektrische Vorrichtung nutzt den thermoelektrischen Effekt des thermoelektrischen Materials, beispielsweise den Thomson-Effekt, den Peltier-Effekt oder den Seebeck-Effekt, zum direkten Umwandeln von thermischer Energie in elektrische Energie oder von elektrischer Energie in thermische Energie. Ferner werden in der Praxis thermoelektrische Module mit thermoelektrischen Vorrichtungen verwendet, die parallel zueinander angeordnet sind.
  • Ein Beispiel für solch eine thermoelektrische Vorrichtung bzw. solch ein thermoelektrisches Modul ist in Diller, R. W., Bell, L. E., „Experimental Results Confirming Improved Efficiency of Thermoelectric Power Generation System with Alternate Thermodynamic Cycles,“ Proceedings of the 22nd International Conference on Thermoelectrics, Herault, France, August 2003 beschrieben. [gesucht am 19. Januar 2010] Internet <URL:
    • http://www.bsst.com/pdfs/Confirming-Results-TE-Power-Gen-Systems.pdf>. Dieses Dokument offenbart ein thermoelektrisches Modul mit einem Hochtemperaturelement, einem thermoelektrischen Material, einem Niedertemperaturelement, einem thermoelektrischen Material und einem Hochtemperaturelement, die in dieser Reihenfolge wiederholt und linear angeordnet sind.
  • Bei dem auf der oben angegebenen Webseite offenbarten thermoelektrischen Modul sind das Hochtemperaturelement und das Niedertemperaturelement jedoch jeweils zwischen den thermoelektrischen Materialien angeordnet. Daher wird das thermoelektrische Modul verwendet, während die thermoelektrischen Materialien der Atmosphäre ausgesetzt sind. Daher werden die thermoelektrischen Materialien beispielsweise oxidiert oder nitriert und verschlechtern sich somit. Die thermoelektrischen Materialien verschlechtern sich ebenfalls aufgrund von Wasser.
  • US 2008/0236174 A1 offenbart eine thermoelektrische Vorrichtung mit einem Wafer aus Glas und einem zweiten Wafer. Der Wafer aus Glas wird durch mehrere leitfähige Durchgänge definiert. Durch den zweiten Wafer erstrecken sich ebenfalls mehrere leitfähige Durchgänge. Mehrere Metallfilme sind zwischen dem Wafer aus Glas und dem zweiten Wafer angeordnet.
  • US 2005/0263177 A1 offenbart thermoelektrische Systeme mit hoher Leistungsdichte.
  • US 3 830 664 A offenbart einen thermoelektrischen Generator.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften thermoelektrischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines Gehäuses gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 3 ist ein schematischer Schnitt durch das Gehäuse gemäß der ersten Ausführungsform entlang der Linie B-B in 2;
    • 4 ist ein schematischer Schnitt durch das Gehäuse gemäß der ersten Ausführungsform entlang der Linie C-C in 2;
    • 5 ist eine schematische Darstellung eines Leistungserzeugungselements gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 6 ist ein Schnitt durch ein Leistungserzeugungsmodul gemäß der ersten Ausführungsform entlang der Linie A-A in 1;
    • 7 ist ein Schnitt durch ein thermoelektrisches Modul gemäß einer zweiten Ausführungsform entlang der Linie A-A in 1;
    • 8 ist eine schematische Darstellung eines thermoelektrischen Moduls gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • 9 ist ein schematischer Schnitt durch ein thermoelektrisches Modul gemäß der dritten Ausführungsform entlang der Linie D-D in 8;
    • 10 ist eine Darstellung des thermoelektrischen Moduls gemäß der dritten Ausführungsform, aus dem ein Leistungserzeugungselement entfernt worden ist;
    • 11 ist ein Schnitt durch ein thermoelektrisches Modul gemäß einer vierten Ausführungsform entlang der Linie A-A in 1;
    • 12 ist eine schematische Darstellung eines thermoelektrischen Moduls gemäß einer fünften Ausführungsform;
    • 13 ist eine schematische Darstellung eines thermoelektrischen Moduls gemäß einer sechsten Ausführungsform;
    • 14 ist eine schematische Darstellung des thermoelektrischen Moduls gemäß der sechsten Ausführungsform;
    • 15 ist eine schematische Darstellung des thermoelektrischen Moduls gemäß der sechsten Ausführungsform;
    • 16 ist eine schematische Darstellung einer Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform;
    • 17 ist ein Schnitt durch die Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform entlang der Linie E-E in 16;
    • 18 ist eine schematische Darstellung einer Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform;
    • 19 ist ein Schnitt durch die Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform entlang der Linie F-F in 18;
    • 20 ist eine schematische Darstellung eines Dichtelements gemäß der achten Ausführungsform;
    • 21 ist ein Schnitt durch eine Leistungserzeugungsvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform;
    • 22 ist eine schematische Darstellung eines Ringelements gemäß einer neunten Ausführungsform;
    • 23 ist ein Schnitt durch das Ringelement gemäß der neunten Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22;
    • 24 ist eine schematische Darstellung eines Leistungserzeugungselements gemäß der neunten Ausführungsform;
    • 25 ist ein Schnitt durch das Leistungserzeugungselement gemäß der neunten Ausführungsform entlang der Linie H-H in 24;
    • 26 ist ein Schnitt durch ein thermoelektrisches Modul gemäß der neunten Ausführungsform entlang der Linie A-A in 1, bei der das Leistungserzeugungsmodul aus dem thermoelektrischen Modul entfernt worden ist;
    • 27 ist ein Schnitt durch das thermoelektrische Modul gemäß der neunten Ausführungsform entlang der Linie A-A in 1;
    • 28 ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einer zehnten Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22;
    • 29A ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einer elften Ausführungsform entlang der Line G-G in 22;
    • 29B ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einem anderen Beispiel der elften Ausführungsform entlang der Line G-G in 22;
    • 30A ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einer zwölften Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22;
    • 30B ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einem anderen Beispiel der zwölften Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22;
    • 30C ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einem anderen Beispiel der zwölften Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22;
    • 31 ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einer dreizehnten Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22;
    • 32 ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einer vierzehnten Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22;
    • 33 ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22; und
    • 34 ist ein Schnitt durch ein Ringelement gemäß einer sechzehnten Ausführungsform entlang der Linie G-G in 22.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Allgemeinen weist ein thermoelektrisches Modul gemäß einer Ausführungsform ein Gehäuse und ein Leistungserzeugungselement auf. Das Gehäuse weist eine erste Temperaturschicht und eine zweite Temperaturschicht auf, die erste Temperaturschicht und die zweite Temperaturschicht sind gestapelt angeordnet, und das Gehäuse weist ferner ein zylindrisches Durchgangsloch auf, das so vorgesehen ist, dass es die erste Temperaturschicht und die zweite Temperaturschicht durchdringt. Das Leistungserzeugungselement weist thermoelektrische Materialien auf, die derart gestapelt sind, dass Strom in dem Leistungserzeugungselement in einer Richtung fließt, wobei das Leistungserzeugungselement so in dem Durchgangsloch vorgesehen ist, dass gegenüberliegende Enden der jeweiligen thermoelektrischen Materialien bei der ersten Temperaturschicht bzw. der zweiten Temperaturschicht positioniert sind.
  • Eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen geliefert. Die Zeichnungen stellen lediglich schematische Darstellungen des thermoelektrischen Moduls 1 der Ausführungsform dar. Es sei daher bemerkt, dass die Beziehungen zwischen den Dicken und den Abmessungen in der Ebene, die Verhältnisse der Dicken der Elemente, etc. nicht notwendigerweise so gezeigt sind, wie sie tatsächlich aufgebaut sind.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration eines thermoelektrischen Moduls 1 gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch zeigt. Das thermoelektrische Modul 1 weist ein Gehäuse 10 und ein Leistungserzeugungselement 20 auf. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des Gehäuses 10 schematisch zeigt. 3 ist ein schematischer Schnitt durch das Gehäuse 10, das in 2 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie B-B in 2. 4 ist ein schematischer Schnitt durch das Gehäuse 10, das in 2 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie C-C in 2. Das Gehäuse 10 weist eine Niedertemperaturschicht 101, eine Wärmeisolierschicht 102, eine Hochtemperaturschicht 103 und einen zylindrischen Abschnitt 104 auf. Das Gehäuse 10 weist einen Aufbau aus fünf Schichten auf, einschließlich der Niedertemperaturschicht 101, der Wärmeisolierschicht 102, der Hochtemperaturschicht 103, der Wärmeisolierschicht 102 und der Niedertemperaturschicht 101, die in dieser Reihenfolge ausgehend von dem einen Ende des Gehäuses 10 angeordnet sind.
  • Das Gehäuse 10 weist eine beliebige Zahl von Schichten auf, solange das Gehäuse 10 einen schichtartigen Aufbau aufweist, bei dem die Reihenfolge der Niedertemperaturschicht 101, der Wärmeisolierschicht 102, der Hochtemperaturschicht 103, der Wärmeisolierschicht 102 und der Niedertemperaturschicht 101 ausgehend von dem einen Ende des Gehäuses 10 wiederholt wird. Alternativ dazu kann der schichtartige Aufbau derart sein, dass die Reihenfolge der Hochtemperaturschicht 103, der Wärmeisolierschicht 102, der Niedertemperaturschicht 101, der Wärmeisolierschicht 102 und der Hochtemperaturschicht 103 ausgehend von dem einen Ende des Gehäuses 10 wiederholt wird.
  • Die Niedertemperaturschicht (zweite Temperaturschicht) 101 wird durch ein Niedertemperaturmedium (beispielsweise Wasser) vollständig gekühlt. Die Niedertemperaturschicht 101 wird durch Saugen von Wasser durch einen Einlass 101a, der wie in 2 durch einen Pfeil α gezeigt näher an dem Leser vorgesehen ist, in die Schicht 101, Zirkulation des Wassers durch die Schicht 101 und Auslassen des Wassers aus einem Auslass 101b vollständig gekühlt. Die vorliegende Erfindung stellt keine Einschränkung im Hinblick auf die Richtung in der und die Position und den Winkel bei denen das Niedertemperaturmedium in die Niedertemperaturschicht 101 und aus derselben strömt und die Art und Weise der Strömung innerhalb der Niedertemperaturschicht 101 dar. Die Niedertemperaturschicht 101 ist durch einen relativen Temperaturunterschied zu der im Folgenden beschriebenen Hochtemperaturschicht 102 definiert. Hier wird die Niedertemperaturschicht 101 durch einen Strom von Wasser gekühlt. Es kann jedoch ein anderes Fluid wie eine Flüssigkeit, ein Gas oder dergleichen durch die Niedertemperaturschicht 101 zirkulieren. Ferner kann die Niedertemperaturschicht 101 ein durch eine externe Vorrichtung gekühltes Medium sein.
  • Die Wärmeisolierschicht 102 isoliert die Niedertemperaturschicht 101 thermisch von der Hochtemperaturschicht 103, indem in dem Innenraum der Schicht 102 eine Atmosphäre mit verringertem Druck vorliegt. Die Wärmeisolierschicht 102 kann ein Medium sein, das einen Wärme isolierenden Effekt aufweist. Da die Wärmeisolierschicht 102 zwischen der Niedertemperaturschicht 101 und der Hochtemperaturschicht 103 angeordnet ist, wird verhindert, dass Wärme direkt von der Hochtemperaturschicht 103 in die Niedertemperaturschicht 101 übertritt.
  • Die Hochtemperaturschicht (erste Temperaturschicht) 103 wird durch ein Hochtemperaturmedium (beispielsweise Gas) vollständig erwärmt. Die Hochtemperaturschicht 103 wird durch Saugen von Gas durch einen Einlass 103a, der wie in 2 durch den Pfeil β gezeigt rechts vorgesehen ist, in die Schicht 103, Zirkulation des Gases durch die Schicht 103 und Auslassen des Gases aus einem in 2 links vorgesehenen Auslass 103b vollständig erwärmt. Die vorliegende Ausführungsform stellt keine Einschränkung im Hinblick auf die Richtung in der und die Position und den Winkel bei denen das Hochtemperaturmedium in die Hochtemperaturschicht 103 und aus derselben strömt und die Art und Weise der Strömung innerhalb der Hochtemperaturschicht 103 dar.
  • Hier wird die Hochtemperaturschicht 103 durch Gas erwärmt. Es kann jedoch auch ein anderes Fluid wie ein Gas, eine Flüssigkeit oder dergleichen durch die Hochtemperaturschicht 103 zirkulieren. Ferner kann die Hochtemperaturschicht 103 ein durch eine externe Vorrichtung erwärmtes Medium sein.
  • Der zylindrische Abschnitt (das Durchgangsloch) 104 durchdringt den schichtartigen Aufbau mit der Niedertemperaturschicht 101, der Wärmeisolierschicht 102 und der Hochtemperaturschicht 103 von der Außenfläche einer Schicht an einem Ende zu der Außenfläche einer Schicht an einem anderen Ende. Der zylindrische Abschnitt 104 ist wie ein Zylinder geformt, in dem ein Durchgangsloch ausgebildet ist.
  • Das Gehäuse 10 ist beispielsweise aus einem Metall wie Cu, Ni, Fe oder Al, einer auf einem solchen Metall basierenden Legierung oder einem keramischen Material, das unter Verwendung von Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid als einem Material ausgebildet ist, hergestellt.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des Leistungserzeugungselements 20 schematisch zeigt. Das Leistungserzeugungselement 20 weist ein erstes thermoelektrisches Material 201 und ein zweites thermoelektrisches Material 202, bei denen die Richtungen eines Stroms, der fließt, wenn jedem Material ermöglicht wird, Leistung zu erzeugen, indem ein Ende des Materials auf eine hohe Temperatur eingestellt wird und das andere Ende des Materials auf eine niedrige Temperatur eingestellt wird, variieren, eine erste Elektrode 203, eine zweite Elektrode 204 und eine Wärmeplatte 205 auf.
  • Das erste thermoelektrische Material 201 ist ein p-Typ-Halbleiter mit beispielsweise Material(ien) mit einem thermoelektrischen Effekt. Das zweite thermoelektrische Material 202 ist ein n-Typ-Halbleiter mit beispielsweise einem Material mit einem thermoelektrischen Effekt. Das erste thermoelektrische Material 201 und das zweite thermoelektrische Material 202 erzeugen jeweils Leistung, wenn die Temperatur zwischen den gegenüberliegenden Enden des Materials variiert. In dem ersten thermoelektrischen Material 201 fließt Strom von einer Hochtemperaturseite zu einer Niedertemperaturseite. Im Gegensatz dazu fließt in dem zweiten thermoelektrischen Material 202 Strom von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite. Somit sind das erste thermoelektrische Material 201 und das zweite thermoelektrische Material 202 derart gestapelt, dass Strom sowohl in dem ersten thermoelektrischen Material 201 als auch in dem zweiten thermoelektrischen Material 202 in derselben Richtung fließt, wenn den Materialien 201 und 202 ermöglicht wird, Leistung zu erzeugen.
  • Die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 sind an den jeweiligen gegenüberliegenden Enden des Leistungserzeugungselements 20 vorgesehen. Die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 werden dazu verwendet, dem thermoelektrischen Modul 1 zu ermöglichen, elektrische Energie zu einer externen Schaltung zu übertragen oder von dieser aufzunehmen.
  • Die Wärmeplatte 205 überträgt auf effiziente Weise Wärme auf das erste thermoelektrische Material 201 und das zweite thermoelektrische Material 202. Die Wärmeplatte 205 ist zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem zweiten thermoelektrischen Material 202 vorgesehen, die benachbart zueinander angeordnet sind, wenn sie gestapelt sind. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel sind die Wärmeplatten 205 zwischen der ersten Elektrode 203 und dem ersten thermoelektrischen Material 201 und zwischen der zweiten Elektrode 204 und dem zweiten thermoelektrischen Material 202 vorgesehen. Die Wärmeplatte 205 muss jedoch nicht notwendigerweise an diesen Positionen vorgesehen sein. Die Wärmeplatten 205 weisen Material(ien) mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand (einer höheren Leitfähigkeit) als das erste thermoelektrische Material 201 und das zweite thermoelektrische Material 202 und einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf. Die Wärmeplatte 205 weist beispielsweise eines oder mehrere von Materialien wie Cu, Al, Fe, Mo, Ti, Ni, Co, Cr, Zr, Ta und W auf.
  • Das Leistungserzeugungselement 20 ist wie ein Zylinder mit einem kleineren Durchmesser als dem Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 104 geformt. Somit ist das Leistungserzeugungselement 20 in dem zylindrischen Abschnitt 104 aufgenommen. Auf diese Weise wird das in 1 gezeigte thermoelektrische Modul 1 ausgebildet.
  • 6 ist ein Schnitt durch das in 1 gezeigte thermoelektrische Modul; der Schnitt ist entlang der Linie A-A in 1. 6 zeigt, dass das Leistungserzeugungselement 20 in dem zylindrischen Abschnitt 104 aufgenommen ist. Das Leistungserzeugungselement 20 hat eine Positionsbeziehung zu dem Gehäuse 10, die im Folgenden beschrieben ist.
  • Das erste thermoelektrische Material 201 und das zweite thermoelektrische Material 202 sind derart angeordnet, dass Strom in einer konstanten Richtung von der zweiten Elektrode 204 zu der ersten Elektrode 203 fließt. Das erste thermoelektrische Material 201 ist derart angeordnet, dass ein Ende des ersten thermoelektrischen Materials 201, das näher an der ersten Elektrode 203 ist, in dem Bereich der Niedertemperaturschicht 101 positioniert ist, während das andere Ende des ersten thermoelektrischen Materials 201, das näher an der zweiten Elektrode 204 ist, in dem Bereich der Hochtemperaturschicht 202 positioniert ist. Auf ähnliche Weise ist das zweite thermoelektrische Material 202 derart positioniert, dass ein Ende des zweiten thermoelektrischen Materials 202, das näher an der ersten Elektrode 203 ist, in dem Bereich der Hochtemperaturschicht 202 positioniert ist, während das andere Ende des zweiten thermoelektrischen Materials 202, das näher an der zweiten Elektrode 204 ist, in dem Bereich der Niedertemperaturschicht 101 positioniert ist.
  • Die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 können so vorgesehen sein, dass sie die gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Abschnitts 104 abdichten. Bei der ersten Ausführungsform fließt Strom von der zweiten Elektrode 204 zu der ersten Elektrode 203.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist ein Wärmeleitmaterial 206 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Leistungserzeugungselement 20 vorgesehen. Das Wärmeleitmaterial 206 ist zwischen dem Leistungserzeugungselement 20 und jeder Hochtemperaturschicht 103 und Niedertemperaturschicht 101 vorgesehen. Ein Raum zur Wärmeisolierung oder ein Wärmeisolierelement ist zwischen dem Leistungselement 20 und der Wärmeisolierschicht 102 angeordnet.
  • Das Wärmeleitelement 206 leitet Wärme von der Niedertemperaturschicht 101 oder der Hochtemperaturschicht 103 zu dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem zweiten thermoelektrischen Material 202. Ferner isoliert das Wärmeleitelement 206 das Leistungserzeugungselement 20 elektrisch von dem zylindrischen Abschnitt 104 des Zylinders 10. Das Wärmeleitelement 206 kann ein Material wie MgO, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Keramik oder Glimmer oder ein Material wie ein elektrisch isoliertes Metall, dessen Wärmeleitfähigkeit hoch ist, aufweisen. Das Wärmeleitelement 206 kann aus einem Material ausgebildet sein, das nicht elektrisch isoliert ist. In diesem Fall muss das Wärmeleitelement 206 gegenüber dem Gehäuse 10, dem ersten thermoelektrischen Material 201, dem zweiten thermoelektrischen Material 202 und der Wärmeplatte 205 isoliert sein.
  • Hier ist das Wärmeleitelement 206 an jedem der gegenüberliegenden Enden des ersten thermoelektrischen Materials 201 oder des zweiten thermoelektrischen Materials 202 angeordnet. Das Wärmeleitelement 206 ist nicht zwischen dem Bereich der Wärmeisolierschicht 102 und des ersten thermoelektrischen Materials 201 und des zweiten thermoelektrischen Materials 202 angeordnet. Das heißt, ein Raum ist zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem Bereich der Wärmeisolierschicht 102 und zwischen dem zweiten thermoelektrischen Material 202 und dem Bereich der Wärmeisolierschicht 102 vorhanden. Dies dient dazu, einen Temperaturunterschied zwischen den gegenüberliegenden Enden des ersten thermoelektrischen Materials 201 oder des zweiten thermoelektrischen Materials 202 herzustellen, wobei das erste thermoelektrische Material 201 oder das zweite thermoelektrische Material 202 von dem Gehäuse 10 getrennt gehalten werden. Der Raum zwischen dem Gehäuse 10 und dem Leistungserzeugungselement 20 ermöglicht eine Verringerung des Wärmepfades zwischen der Niedertemperaturschicht 101 und der Hochtemperaturschicht 103. Dies verhindert, dass ein Wirkungsgrad einer Leistungserzeugung mit einem abnehmenden Temperaturunterschied zwischen den gegenüberliegenden Enden des ersten thermoelektrischen Materials 201 oder des zweiten thermoelektrischen Materials 202 abnimmt.
  • Wie vorher beschrieben, ist bei dem thermoelektrischen Modul 1 der Raum zwischen dem Gehäuse 10 und dem Leistungserzeugungselement 20 vorgesehen. Es kann jedoch ein ringartiges Wärmeisolierelement mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit so angeordnet sein, dass es den Raum ausfüllt.
  • Bei dem thermoelektrischen Modul 1 wird ein Wirkungsgrad einer Umwandlung von Wärme zu Elektrizität dadurch verbessert, dass die Wärmeisolierschicht 102 zwischen der Hochtemperaturschicht 101 und der Niedertemperaturschicht 103 angeordnet ist. Die Wirkungen der ersten Ausführungsform können jedoch ohne Vorsehen der Wärmeisolierschicht 102 erhalten werden.
  • Ferner müssen das erste thermoelektrische Material 201 und das zweite thermoelektrische Material 202 nicht notwendigerweise die gleiche Größe aufweisen. Zusätzlich dazu müssen, wenn das Leistungserzeugungselement 20 eine Mehrzahl von ersten thermoelektrischen Materialien 201 und eine Mehrzahl von zweiten thermoelektrischen Materialien 202 aufweist, die ersten thermoelektrischen Materialien 201 nicht notwendigerweise die gleiche Größe oder den gleichen Typ aufweisen, und die zweiten thermoelektrischen Materialien 202 müssen nicht notwendigerweise die gleiche Größe oder den gleichen Typ aufweisen. Ferner kann das erste thermoelektrische Material 201 einen stapelartigen Aufbau aufweisen, bei dem eine Mehrzahl von ersten thermoelektrischen Materialien gestapelt angeordnet ist. Dies gilt auch für das zweite thermoelektrische Material 202.
  • Wenn das Gehäuse 10 einen Leiter aufweist, erfordert das thermoelektrische Modul 1 das vorher beschriebene Wärmeleitelement 206 zur elektrischen Isolierung des Gehäuses 10 gegenüber dem Leistungserzeugungselement 20. Wenn andererseits das Gehäuse 10 aus einem Isolator ausgebildet ist, erfordert das thermoelektrische Modul 1 das vorher beschriebene Wärmeleitelement 206 nicht.
  • Ferner kann das Wärmeleitelement 206 mindestens an der Außenumfangsfläche des Leistungserzeugungselements 20 oder der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 104 vorgesehen sein. Dann kann das Wärmeleitelement 206 zwischen der Außenumfangsfläche des Leistungserzeugungselements 20 und der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 104 positioniert werden, wenn das Wärmeleitelement 206, das Leistungserzeugungselement 20 und der zylindrische Abschnitt 104 zusammengebaut werden.
  • Nun wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. 7 ist ein Schnitt durch das in 1 gezeigte thermoelektrische Modul 1; der Schnitt ist entlang der Linie A-A in 1. Komponenten der zweiten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform ist anstelle des Wärmeleitelements 206, das in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, eine Isolierschicht 207 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Leistungserzeugungselement 20 angeordnet. Die Isolierschicht 207 ist zylindrisch und so angeordnet, dass sie den direkten Kontakt zwischen dem Gehäuse 10 und dem Leistungserzeugungselement 20 verhindert. Das Innere des zylindrischen Abschnitts 104 ist von dem Leistungserzeugungselement 20 und der Isolierschicht 207 ausgefüllt und enthält keinen Zwischenraum. Die Isolierschicht 207 muss nicht aus einem einzigen Material ausgebildet sein.
  • Hier entspricht die Isolierschicht 207 dem Wärmepfad beider thermoelektrischer Materialien (201 und 202) und beider Temperaturschichten (101 und 103). Somit weist die Isolierschicht 207 vorzugsweise ein Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit auf. In diesem Fall ist, wenn die Isolierschicht 207 dünn ist, der Wärmepfad in der vertikalen Richtung des Leistungserzeugungselements 20 lang und in der radialen Richtung des Leistungserzeugungselements ausreichend kurz.
  • Die Isolierschicht 207 kann an mindestens der Außenumfangsfläche des Leistungserzeugungselements 20 oder der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 104 vorgesehen sein. Wenn das Gehäuse 10 aus einem Isolator ausgebildet ist, ist die Isolierschicht 207 nicht erforderlich.
  • Nun wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Konfiguration eines thermoelektrischen Moduls 1 gemäß der dritten Ausfiihrungsform zeigt. 9 ist ein Schnitt durch das in 8 gezeigte thermoelektrische Modul 1; der Schnitt ist entlang der Linie D-D in 8. 10 ist eine Darstellung des in 9 gezeigten Zustands, in der das in dem zylindrischen Abschnitt 104 aufgenommene Leistungserzeugungselement 20 aus dem thermoelektrischen Modul 1 entfernt worden ist. Komponenten der dritten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der zweiten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform ist der in dem Gehäuse 10 vorgesehene zylindrische Abschnitt 104 kegelförmig. Die Isolierschicht 207 und das Leistungserzeugungselement 20, das in der Isolierschicht 207 aufgenommen ist, sind so ausgebildet, dass sie dieselbe Kegelform wie der zylindrische Abschnitt 104 aufweisen.
  • Somit kann das Leistungserzeugungselement 20 gemäß der dritten Ausführungsform ohne Weiteres in dem Gehäuse 20 positioniert werden, indem das Leistungserzeugungselement 20 einfach in den zylindrischen Abschnitt 104 gedrückt wird.
  • Die Isolierschicht 207 kann an mindestens der Außenumfangsfläche des Leistungserzeugungselements 20 oder der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 104 vorgesehen sein. Wenn das Gehäuse 10 aus einem Isolator ausgebildet ist, dann sind in dem Leistungserzeugungsmodul 1 das Gehäuse 10 und das Leistungserzeugungselement 20 elektrisch voneinander isoliert. Daher ist die Isolierschicht 207 nicht erforderlich.
  • Nun wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. 11 ist ein Schnitt durch das in 1 gezeigte thermoelektrische Modul 1; der Schnitt ist entlang der Linie A-A in 1. Komponenten der vierten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der zweiten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Bei der vierten Ausführungsform ist ein Wärmeleitelement 208 in dem Leistungserzeugungselement 20 vorgesehen. Das Wärmeleitelement 208 ist in dem Bereich der Hochtemperaturschicht 103 zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem zweiten thermoelektrischen Material 202 positioniert. Die Enden des ersten thermoelektrischen Materials 201 und die Enden des zweiten thermoelektrischen Materials 202 werden in dem Bereich der Hochtemperaturschicht 103 positioniert gehalten. Bei dem in 11 gezeigten Beispiel ist die Wärmeplatte 205 zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem Wärmeleitelement 208 und zwischen dem zweiten thermoelektrischen Material 202 und dem Wärmeleitelement 208 vorgesehen. Die Wärmeplatte 205 muss jedoch nicht unbedingt vorgesehen sein. Ferner kann ein dem Wärmeleitelement 208 entsprechendes Element in dem Bereich der Niedertemperaturschicht 101 vorgesehen sein.
  • Das Wärmeleitelement 208 ist aus mindestens einem Material ausgebildet, das aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die ähnlich zu denen der Wärmeplatte 205 sind. Das Wärmeleitelement 208 ist in dem Leistungserzeugungselement 20 vorgesehen, und die gesamte Länge des Leistungserzeugungselements 20 ist unverändert. Somit sind die Volumina des ersten thermoelektrischen Materials 201 und des zweiten thermoelektrischen Materials 202 kleiner als diejenigen der ersten Ausführungsform. Dies dient dazu, die Größen von Abschnitten des ersten thermoelektrischen Materials 201 und des zweiten thermoelektrischen Materials 202, die in dem Bereich der Hochtemperaturschicht 103 positioniert sind, zu verringern. Das leitende Element 208 hält jedoch einen Temperaturunterschied aufrecht. Somit können die Materialien des ersten thermoelektrischen Materials 201 und des zweiten thermoelektrischen Materials 202 eingespart werden, ohne den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung zu verringern.
  • Bei dem dargestellten Beispiel ist das Wärmeleitelement 208 vorgesehen, wenn der Stapelabschnitt zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem zweiten thermoelektrischen Material 202 in dem Bereich der Hochtemperaturschicht 103 positioniert ist. Die obige Beschreibung gilt auch für den Fall, in dem der Stapelabschnitt zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem zweiten thermoelektrischen Material 202 bei der Niedertemperaturschicht 101 positioniert ist.
  • Nun wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die ein thermoelektrisches Modul 1 schematisch zeigt. Komponenten der fünften Ausführungsform, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Bei der fünften Ausführungsform sind Strömungsplatten 30 im Inneren der Niedertemperaturschicht 101 und der Hochtemperaturschicht 103 vorgesehen. Die Strömungsplatten 30 sind derart angeordnet, dass z.B. in der Niedertemperaturschicht 101 Wasser oder dergleichen zu dem zylindrischen Abschnitt 104 strömt. Auf ähnliche Weise sind die Strömungsplatten 30 derart angeordnet, dass z.B. in der Hochtemperaturschicht 103 Gas oder dergleichen zu dem zylindrischen Abschnitt 104 strömt.
  • Die fünfte Ausführungsform ermöglicht, dass Wärme auf effiziente Weise zu dem ersten thermoelektrischen Material 201 und dem zweiten thermoelektrischen Material 202 in dem Leistungserzeugungselement 20, das in dem zylindrischen Abschnitt 104 aufgenommen ist, geleitet werden kann. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Strömungsplatten 30 im Inneren sowohl der Niedertemperaturschicht 101 als auch der Hochtemperaturschicht 103 angeordnet. Ähnliche Effekte werden erzielt, wenn die Strömungsplatten 30 innerhalb einer der Niedertemperaturschicht 101 und der Hochtemperaturschicht 103 angeordnet sind.
  • Nun wird eine sechste Ausführungsform beschrieben. Komponenten der sechsten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein thermoelektrisches Modul 1 zeigt. Das thermoelektrische Modul 1 weist eine Mehrzahl von zylindrischen Abschnitten 104 auf, in denen jeweils das Leistungserzeugungselement 20 aufgenommen ist.
  • Ferner ist 14 eine perspektivische Ansicht, die schematisch das thermoelektrische Modul 1 gemäß einem anderen Beispiel der sechsten Ausführungsform zeigt. Das thermoelektrische Modul 1 weist zylindrische Abschnitte 104 mit jeweils einem rechtwinkligen Schlitz auf. Daher sind die Leistungserzeugungselemente 20 ebenfalls wie quaderförmige Prismen geformt. Ferner ist 15 eine perspektivische Ansicht, die schematisch das thermoelektrische Modul 1 gemäß einem anderen Beispiel der sechsten Ausführungsform zeigt. Das thermoelektrische Modul 1 weist einen zylindrischen Abschnitt 104 mit einem dreiecksförmigen Schlitz auf. Daher ist das Leistungserzeugungselement 20 ebenfalls wie ein dreiecksförmiges Prisma geformt.
  • Die sechste Ausführungsform ermöglicht das Vorsehen einer Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 20 in dem thermoelektrischen Modul 1. Dies erhöht die erzeugte Leistungsmenge entsprechend. Ferner kann ein Querschnitt des Leistungserzeugungselements 20, der den zylindrischen Abschnitt 104 unter rechten Winkeln schneidet, eine beliebige Form aufweisen.
  • Eine geeignete Kombination der ersten bis sechsten Ausführungsformen liefert ein thermoelektrisches Modul 1 mit einem hohen Wirkungsgrad einer Leistungserzeugung.
  • Nun wird eine siebte Ausführungsform beschrieben. Komponenten der siebten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Die siebte Ausführungsform betrifft eine Leistungserzeugungsvorrichtung 2, die das bei der ersten Ausführungsform beschriebene thermoelektrische Modul 1 verwendet, das in 1 dargestellt ist. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Konfiguration der Leistungserzeugungsvorrichtung 2 gemäß der siebten Ausführungsform zeigt. 17 ist ein Schnitt durch die Leistungserzeugungsvorrichtung, die in 16 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie E-E in 16.
  • Die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 weist das thermoelektrische Modul 1, ein Dichtelement 401 und ein Dichtelement 402 auf. Das thermoelektrische Modul 1 ist ähnlich zu dem bei der ersten Ausführungsform dargestellten ausgebildet und weist ein Leistungserzeugungselement 1 auf.
  • Das Dichtelement 401 weist einen Anschluss 401a, ein Isolierelement 401b und einen Dichtrahmen 401c auf. Das Isolierelement 401b ist aus einem Isoliermaterial wie einem Keramikmaterial oder dergleichen ausgebildet. Ein Durchgangsloch ist in dem Isolierelement 401b ausgebildet. Elektrodenanschlüsse, die an den jeweiligen gegenüberliegenden Flächen des Isolierelements 401b vorgesehen sind, sind über das Durchgangsloch zum Ausbilden des Anschlusses 401a miteinander verbunden. Der Anschluss 401a und das Isolierelement 401b können als ein einziges Keramiksubstrat einstückig ausgebildet sein. Der Dichtrahmen 401c ist beispielsweise aus einem Metall wie Cu, Ni, Fe oder Al oder einer auf einem dieser Metalle basierenden Legierung ausgebildet. Das Dichtelement 401 ist über den Dichtrahmen 401c zum Abdichten des Durchgangslochs 104 auf der Seite der ersten Elektrode 203 auf eine luftdichte Weise an dem Gehäuse 10 fest geschweißt oder fest gelötet. Der Anschluss 401a dient dazu, von dem Leistungserzeugungselement 20 erzeugte Leistung zu erhalten. Der Anschluss 401a ist mittels eines Verbindungsmaterials 501 wie einem Lötmittel oder einer leitfähigen Paste mit der ersten Elektrode 203 verbunden.
  • Auf ähnliche Weise weist das Dichtelement 402 einen Anschluss 402a, ein Isolierelement 402b und einen Dichtrahmen 402c auf. Das Isolierelement 402b ist aus einem Isoliermaterial wie einem Keramikmaterial oder dergleichen ausgebildet. Ein Durchgangsloch ist in dem Isolierelement 402b ausgebildet. Elektrodenanschlüsse, die an den jeweiligen gegenüberliegenden Flächen des Isolierelements 402b vorgesehen sind, sind über das Durchgangsloch zum Ausbilden des Anschlusses 402a elektrisch miteinander verbunden. Der Anschluss 402a und das Isolierelement 402b können als ein einziges Keramiksubstrat einstückig ausgebildet sein. Der Dichtrahmen 402c ist beispielsweise aus einem Metall wie Cu, Ni, Fe oder Al oder einer auf einem dieser Materialien basierenden Legierung ausgebildet. Das Dichtelement 402 ist über den Dichtrahmen 402c zum Abdichten des Durchgangslochs 104 auf der Seite der zweiten Elektrode 204 auf eine luftdichte Weise an dem Gehäuse 10 fest geschweißt oder fest gelötet. Der Anschluss 402a dient dazu, von dem Leistungserzeugungselement 20 erzeugte Leistung zu erhalten. Der Anschuss 402a ist mittels eines Verbindungsmaterials 502 wie einem Lötmittel oder einer leitfähigen Paste mit der zweiten Elektrode 204 verbunden.
  • Das Dichtelement 401 ist mit einer Schicht in dem schichtartigen Aufbau des thermoelektrischen Moduls 1 verbunden, die so an einem Ende des Moduls 1 angeordnet ist, dass sie den zylindrischen Abschnitt 104 bedeckt. Auf ähnliche Weise ist das Dichtelement 402 mit einer Schicht in dem schichtartigen Aufbau des thermoelektrischen Moduls 1 verbunden, die so an dem anderen Ende des Moduls 1 angeordnet ist, dass sie den zylindrischen Abschnitt 104 bedeckt. Daher ist das Innere des zylindrischen Abschnitts 104, in dem das Leistungserzeugungselement 20 aufgenommen ist, luftdicht verschlossen. Das Innere des zylindrischen Abschnitts 104 kann eine Atmosphäre mit verringertem Druck enthalten oder mit einem inaktiven Gas wie Ar gefüllt sein.
  • Gemäß der siebten Ausführungsform ist das Innere des zylindrischen Abschnitts 104, in dem das Leistungserzeugungselement 20 aufgenommen ist, in der Leistungserzeugungsvorrichtung 2 abgedichtet. Somit kann verhindert werden, dass sich das Leistungserzeugungselement 20 verschlechtert, unabhängig von der Umgebung, in der die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 verwendet wird.
  • Nun wird eine achte Ausführungsform beschrieben. Komponenten der achten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Die achte Ausführungsform betrifft eine Leistungserzeugungsvorrichtung 2, die das thermoelektrische Modul 1 verwendet, das eine Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 20 verwendet, wie in 14 gezeigt ist. Außerdem sind bei der achten Ausführungsform die mehreren Leistungserzeugungselemente 20, die in dem thermoelektrischen Modul 1 vorgesehen sind, in Reihe miteinander verbunden.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Konfiguration der Leistungserzeugungsvorrichtung 2 gemäß der achten Ausführungsform zeigt. 19 ist ein Schnitt durch die Leistungserzeugungsvorrichtung 2, die in 18 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie F-F in 18. 20 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch die Konfiguration des Dichtelements 404 zeigt.
  • Die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 weist das thermoelektrische Modul 1, ein Dichtelement 403 und ein Dichtelement 404 auf. Das thermoelektrische Modul 1 weist zwei zylindrische Abschnitte 104 und Leistungserzeugungselemente 20 auf, die in den jeweiligen zylindrischen Abschnitten 104 aufgenommen sind.
  • Die zwei Leistungserzeugungselemente 20 sind in den jeweiligen zylindrischen Abschnitten 104 aufgenommen, so dass die Richtung eines durch das Leistungserzeugungselement 20 fließenden Stroms bei den zwei Leistungserzeugungselementen 20 variiert. Das heißt, das thermoelektrische Modul 1 weist das Leistungserzeugungselement 20, bei dem die erste Elektrode 203 bei einer Schicht positioniert ist, die sich an dem einen Ende des thermoelektrischen Moduls 1 befindet, und das Leistungserzeugungselement 20, bei dem die zweite Elektrode 204 bei der Schicht positioniert ist, die sich an dem einen Ende des thermoelektrischen Moduls 1 befindet, auf.
  • Das Dichtelement 403 weist einen Anschluss 403a, einen Anschluss 403b, ein Isolierelement 403c und einen Dichtrahmen 403d auf. Das Isolierelement 403c ist aus einem Isoliermaterial wie einem Keramikmaterial oder dergleichen ausgebildet. Eine Mehrzahl von (bei der vorliegenden Ausführungsform zwei) Durchgangslöchern ist in dem Isolierelement 403c ausgebildet. Elektrodenanschlüsse, die an den jeweiligen gegenüberliegenden Flächen des Isolierelements 403c vorgesehen sind, sind über die Durchgangslöcher zum Ausbilden der Anschlüsse 403a und 403b miteinander verbunden. Die Anschlüsse 403a und 403b und das Isolierelement 403c können als ein einziges Keramiksubstrat einstückig ausgebildet sein. Der Dichtrahmen 403d ist beispielsweise aus einem Metall wie Cu, Ni, Fe, Al oder einer auf einem dieser Metalle basierenden Legierung ausgebildet. Das Dichtelement 403 ist über den Dichtrahmen 403d zum Abdichten einer Seite jedes der Durchgangslöcher 104 auf eine luftdichte Weise an dem Gehäuse 10 fest geschweißt oder fest gelötet. Die Anschlüsse 403a und 403b dienen dazu, von dem Leistungserzeugungselement 20 erzeugte Leistung zu erhalten. Der Anschluss 403a ist mittels des Verbindungsmaterials 501, beispielsweise Lötmittel oder eine leitfähige Paste, mit der ersten Elektrode 203 verbunden. Der Anschluss 403b ist auf ähnliche Weise mit der zweiten Elektrode 204 verbunden.
  • Das Dichtelement 404 weist einen Draht 404a, ein Isolierelement 404b und einen Dichtrahmen 404c auf. Das Isolierelement 404b ist beispielsweise aus einem Isoliermaterial wie einem Keramikmaterial oder dergleichen ausgebildet. Der Draht 404a ist zum elektrischen Verbinden der zweiten Elektrode eines der Leistungserzeugungselemente 20 mit der ersten Elektrode 203 des anderen Leistungserzeugungselements 20 an einer Fläche des Isolierelements 404b vorgesehen. Der Draht 404a und das Isolierelement 404b können als ein einziges Keramiksubstrat einstückig ausgebildet sein. Der Dichtrahmen 404c ist aus mindestens einem Material ausgebildet, das aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die ähnlich zu denen des Gehäuses 10 sind. Das Dichtelement 404 ist über den Dichtrahmen 404c zum Abdichten der anderen Seite des Durchgangslochs 104 auf eine luftdichte Weise an dem Gehäuse 10 fest geschweißt oder fest gelötet.
  • Das Dichtelement 403 ist mit einer Schicht in dem schichtartigen Aufbau des thermoelektrischen Moduls 1 verbunden, die sich an dem einen Ende des Moduls 1 befindet, so dass sie die zwei zylindrischen Abschnitte 104 bedeckt. Auf ähnliche Weise ist das Dichtelement 404 mit einer Schicht in dem schichtartigen Aufbau des thermoelektrischen Moduls 1 verbunden, die sich an dem anderen Ende des Moduls 1 befindet, so dass sie die zwei zylindrischen Abschnitte 104 bedeckt.
  • Somit ist das Innere der zylindrischen Abschnitte 104, in denen die Leistungserzeugungselement 20 aufgenommen sind, durch die Dichtelemente 403 und 404 abgedichtet. Das Innere der zylindrischen Abschnitte 104 kann eine Atmosphäre mit verringertem Druck enthalten oder mit einem inaktiven Gas wie Ar gefüllt sein. Ferner ermöglichen die Dichtelemente 403 und 404 der Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 20 miteinander in Reihe verbunden zu sein. Damit kann die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 durch die miteinander in Reihe verbundene Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 20 erzeugte Leistung ausgeben.
  • Bei dem dargestellten Beispiel sind die zwei Leistungserzeugungselemente 20, die in der Leistungserzeugungsvorrichtung 2 vorgesehen sind, in Reihe geschaltet. Die obige Beschreibung gilt jedoch auch für den Fall, in dem mindestens drei Leistungserzeugungselemente 2, die in der Leistungserzeugungsvorrichtung 2 vorgesehen sind, in Reihe geschaltet sind. Das heißt, die vorher beschriebene Konfiguration kann durch geeignetes Anpassen der Richtung von Stromflüssen in jeweiligen Leistungserzeugungselementen 20, die in dem thermoelektrischen Modul 1 vorgesehen sind, und von Anschlüssen und Drähten, die in den Dichtelementen 403 und 404 vorgesehen sind, modifiziert werden.
  • Ferner kann, wenn das thermoelektrische Modul 1 eine Mehrzahl der zylindrischen Abschnitte 104 aufweist, wie in 13 gezeigt, eine Gruppe von Dichtelementen 403 und 404 in jedem der zylindrischen Abschnitte 104 vorgesehen sein. Alternativ dazu kann die Mehrzahl von zylindrischen Abschnitten 104 mit der Gruppe von Dichtelementen 403 und 404 bedeckt sein.
  • In dem Fall, der im Folgenden beschrieben ist, sind mindestens zwei Leistungserzeugungselemente 20, die in der Leistungserzeugungsvorrichtung 2 vorgesehen sind, parallel geschaltet. 21 zeigt ein Beispiel der Leistungserzeugungsvorrichtung 2, die in den 18 und 19 gezeigt ist. Bei dieser Leistungserzeugungsvorrichtung 2 ist anstelle des Dichtelements 403 ein Dichtelement 405 vorgesehen, und anstelle des Dichtelements 404 ist ein Dichtelement 406 vorgesehen. Ferner ist die Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 20 so in dem thermoelektrischen Modul 1 vorgesehen, dass Strom in allen der Leistungserzeugungselemente 20 in derselben Richtung fließt. Das heißt, alle der Leistungserzeugungselemente 20 sind so in dem thermoelektrischen Modul 1 vorgesehen, dass sich die erste Elektrode 203 bei einer Schicht in dem schichtartigen Aufbau des thermoelektrischen Moduls 1 befindet, die sich an dem einen Ende des Moduls 1 befindet.
  • Das Dichtelement 405 weist einen Anschluss 405a, einen Draht 405b, ein Isolierelement 405c und einen Dichtrahmen 405d auf. Das Isolierelement 405 ist beispielsweise aus einem Isoliermaterial wie einem Keramikmaterial oder dergleichen ausgebildet. Ein Draht 405b ist an einer Fläche des Isolierelements 405c so vorgesehen, dass die ersten Elektroden 203 der Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 20 elektrisch mit dem Draht 405b verbunden werden können. Ferner ist ein Anschluss 405a über ein in dem Isoliermaterial 405c ausgebildetes Durchgangsloch elektrisch mit der anderen Fläche des Isoliermaterials 405c verbunden. Der Anschluss 405a dient zum Erhalten von Leistung, die durch die Leistungserzeugungselemente 20 erzeugt wird. Der Anschluss 405a, der Draht 405b und das Isolierelement 405c können als ein einziges Keramiksubstrat einstückig ausgebildet sein. Zusätzlich dazu ist der Draht 405b mit der Mehrzahl von ersten Elektroden 203 mittels des Verbindungsmaterials 501 wie einem Lötmittels oder einer leitfähigen Paste verbunden. Der Dichtrahmen 405d ist aus mindestens einem Material ausgebildet, das aus einer Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die ähnlich zu denen des Gehäuses 10 sind. Das Dichtelement 405 ist über den Dichtrahmen 405d zum Abdichten einer Seite des Durchgangslochs 104 auf eine luftdichte Weise mit dem Gehäuse 10 fest verschweißt oder fest gelötet.
  • Auf ähnliche Weise weist das Dichtelement 406 einen Anschluss 406a, einen Draht 406b, ein Isoliermaterial 406c und einen Dichtrahmen 406d auf. Der Anschluss 406a dient dazu, von dem Leistungserzeugungselement 20 erzeugte Leistung zu erhalten. Der Draht 406b wird zum Verbinden der zweiten Elektroden 204 der Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 20 verwendet. Der Draht 406b ist mittels des Verbindungsmaterials 501 wie einem Lötmittel oder einer leitfähigen Paste mit der Mehrzahl von zweiten Elektroden 204 verbunden. Somit kann die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 durch die Mehrzahl von parallel geschalteten Leistungserzeugungselementen 20 erzeugte Leistung ausgeben.
  • Nun wird eine neunte Ausführungsform beschrieben. Die neunte Ausführungsform betrifft das präzise Positionieren und Fixieren des Leistungserzeugungselements 20 und des Wärmeleitelements 206 bezüglich des Gehäuses 10. Wie vorher beschrieben, weist das thermoelektrische Modul 1 zum Vorsehen eines geeigneten Wärmepfades zwischen dem Leistungserzeugungselement 20 und sowohl der Niedertemperaturschicht 101 als auch der Hochtemperaturschicht 103 bei Eliminieren des Wärmepfads zwischen dem Leistungserzeugungselement 20 und der Wärmeisolierschicht 102 in dem zylindrischen Abschnitt 104 einen Hohlaufbau auf. Der Hohlaufbau wird durch genaues Positionieren und Fixieren des Leistungserzeugungselements 20 und des Wärmeleitelements 206 bezüglich des Gehäuses 10 erhalten. Es ist jedoch nicht einfach, das Leistungserzeugungselement 20 und das Wärmeleitelement 206 bezüglich des Gehäuses 10 zu positionieren und zu fixieren.
  • 22 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Konfiguration eines Ringelements 209 gemäß der neunten Ausführungsform zeigt. 23 ist ein schematischer Schnitt durch das Ringelement 209; der Schnitt ist entlang der Linie G-G in 22. Komponenten der neunten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Das Ringelement 209 entspricht einer Kombination aus dem Wärmeleitelement 206 und der Wärmeplatte (dem Wärmelement) 205. Das Wärmeleitelement 206 ist wie ein Zylinder mit fast demselben Innendurchmesser wie dem des zylindrischen Abschnitts 104 geformt, so dass es in den zylindrischen Abschnitt 104 des Gehäuses 10 passt. Die Form des Wärmeleitelements 206 kann wie bei der sechsten Ausführungsform beschrieben abhängig von der Form des zylindrischen Abschnitts 104 variiert werden. Das Wärmeleitelement 206 weist ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser auf, der in der Höhenrichtung gleichmäßig ist. Das Wärmeleitelement 206 weist in der Höhenrichtung fast dieselbe Größe wie die Hochtemperaturschicht 103 und die Niedertemperaturschicht 101 auf. Dabei ist die Höhenrichtung als die Richtung definiert, in der die Hochtemperaturschicht 103 und die Niedertemperaturschicht 101 gestapelt sind. Die Wärmeplatte 205 ist in der Höhenrichtung des Wärmeleitelements 206 an einem Mittelabschnitt des Wärmeleitelements 206 positioniert. Die Wärmeplatte 205 ist ein Plattenelement mit demselben Innendurchmesser wie dem des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206. Die Wärmeplatte 205 ist bezüglich des Wärmeleitelements 206 befestigt. Ein beliebiges Verfahren kann zum Befestigen der Wärmeplatte 205 an dem Wärmeleitelement 206 verwendet werden; das Verfahren unterliegt keinen bestimmten Einschränkungen.
  • 24 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch die Konfiguration des Leistungserzeugungselements 20 mit den Ringelementen 209, dem ersten thermoelektrischen Material 201, dem zweiten thermoelektrischen Material 202, der ersten Elektrode 203 und der zweiten Elektrode 204, die gemäß der neunten Ausführungsform miteinander verbunden sind, zeigt. 25 ist ein schematischer Schnitt durch das Leistungserzeugungselement 20 mit den miteinander verbundenen Ringelementen 209; der Schnitt ist entlang der Linie H-H in 24. Das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 sind jeweils wie ein Zylinder mit derselben Größe eines Außendurchmessers wie der Innendurchmesser des Durchgangslochs in dem Ringelement 209 geformt. Das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 sind jeweils in das Ringelement 209 gepresst, bis zu einer Position, an der das Material oder die Elektrode in Kontakt mit der Wärmeplatte 205 kommt. Da das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 durch das Ringelement 209 miteinander verbunden sind, kann das Leistungserzeugungselement 20 ohne Weiteres mit den miteinander verbundenen Wärmeleitelementen 206 zusammengebaut werden.
  • 26 ist ein Schnitt durch das in 1 gezeigte thermoelektrische Modul 1; der Schnitt ist entlang der Linie A-A und zeigt, dass das Leistungserzeugungselement 20 mit den miteinander verbundenen Ringelementen 209 noch nicht in das Gehäuse 10 gepresst worden ist. Im Vergleich zu 26 zeigt 27 das in das Gehäuse 10 gepresste Leistungserzeugungselement 20 mit den miteinander verbundenen Ringelementen 209. Das Leistungserzeugungselement 20 mit den miteinander verbundenen Wärmeleitelementen 206 wird bis zu einer Position, an der jedes der Ringelemente 209 der Hochtemperaturschicht 103 oder der Niedertemperaturschicht 101 gegenüberliegt, in den zylindrischen Abschnitt 104 gepresst. Danach wird das Leistungserzeugungselement 20 mit den miteinander verbundenen Ringelementen 209 bezüglich des Gehäuses 10 positioniert und befestigt. Ein beliebiges Verfahren kann zum Befestigen des Gehäuses 10 an dem Ringelement 209 verwendet werden; das Verfahren unterliegt keinen besonderen Beschränkungen.
  • Nun wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Befestigen des Gehäuses 10 an den Ringelementen 209 beschrieben. Wie bei der unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen dritten Ausführungsform ist der zylindrische Abschnitt 104 in der Höhenrichtung kegelförmig. Die Ringelemente 209 und das Leistungserzeugungselement 20 sind so geformt, dass sie dieselbe Kegelform wie der zylindrische Abschnitt 104 aufweisen. Ferner ist jedes der Ringelemente 209 so dimensioniert, dass es an der gewünschten Position in den zylindrischen Abschnitt 104 passt (genauer gesagt an der Position, an der das Wärmeleitelement 206 der Hochtemperaturschicht 103 oder der Niedertemperaturschicht 101 gegenüberliegt). Somit kann das Leistungserzeugungselement 20 mit den miteinander verbundenen Ringelementen 209 ohne Weiteres bezüglich des Gehäuses 10 positioniert und befestigt werden, indem das Leistungserzeugungselement 20 einfach in den zylindrischen Abschnitt 104 gepresst wird.
  • Ein anderes Beispiel für ein Verfahren zum Befestigen des Gehäuses 10 an den Ringelementen 209 wird beschrieben. Das Gehäuse 10 ist aus einem Material mit einem kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als mindestens das Wärmeleitelement 206 oder das Leistungserzeugungselement 20 ausgebildet. Wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung 20 verwendet wird, dehnen sich die Wärmeleitelemente 206 und das Leistungserzeugungselement 20 aus. Somit kommen die Wärmeleitelemente 206 in engem Kontakt mit dem Gehäuse 10. Damit werden das Leistungserzeugungselement 20 und die Wärmeleitelemente 206 bezüglich des Gehäuses 10 befestigt. Das Gehäuse 10, das aus einem Material mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, bewirkt eine Verringerung eines Wärmewiderstands. Demzufolge kann die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 einen Wirkungsgrad einer Leistungserzeugung erhöhen. Das Material mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, das für das Gehäuse 10 verwendet wird, ist beispielsweise eine Invar-Legierung (Fe-36.5Ni oder dergleichen), eine Super-Invar-Legierung (FE-32Mi-5Co) oder ein Wärmeschrumpfmaterial.
  • Nun wird eine zehnte Ausführungsform beschrieben. Die zehnte Ausführungsform betrifft die Konfiguration des Ringelements 209. 28 ist ein schematischer Schnitt durch das Ringelement 209, das in 22 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie G-G in 22. Komponenten der zehnten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Wenn das Wärmeleitelement 206 aus einem Isoliermaterial wie einer Keramik ausgebildet ist, ist die Außenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 mit einem dünnen Film 210 bedeckt. Der dünne Film 210 ist ein Leitermaterial wie Cu, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Wärmewiderstand zwischen dem Wärmeleitelement 206 und dem Gehäuse 10 kann niedriger sein als der, der erhalten wird, wenn das Wärmeleitelement 206 nicht mit dem dünnen Film 210 bedeckt ist. Daher bietet die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 einen verbesserten Wirkungsgrad einer Leistungserzeugung.
  • Nun wird eine elfte Ausführungsform beschrieben. Die elfte Ausführungsform betrifft die Konfiguration des Ringelements 209. 29A und 29B sind schematische Schnitte durch das in 22 gezeigte Ringelement 209; der Schnitt ist entlang der Linie G-G in 22. Komponenten der elften Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Wenn das Wärmeleitelement 206 aus einem Leiter wie einem Metall ausgebildet ist, ist die Außenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 mit einem dünnen Film 211 bedeckt, wie in 29A gezeigt ist. Der dünne Film 211 ist ein Isoliermaterial. Auf ähnliche Weise ist, wenn das Wärmeleitelement 206 aus einem Leiter wie Metall ausgebildet ist, die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 wie in 29B gezeigt mit dem dünnen Film 211 bedeckt. Der Wärmewiderstand zwischen dem Wärmeleitelement 206 und dem Gehäuse 10 kann niedriger als der sein, der erhalten wird, wenn das Wärmeleitelement 206 nicht mit dem dünnen Film 211 bedeckt ist. Somit bietet die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 einen verbesserten Wirkungsgrad einer Leistungserzeugung.
  • Nun wird eine zwölfte Ausführungsform beschrieben. Die zwölfte Ausführungsform betrifft die Konfiguration des Ringelements 209. Die 30A, 30B und 30C sind schematische Schnitte durch das in 22 gezeigte Ringelement 209; die Schnitte sind entlang der Linie G-G in 22. Komponenten der zwölften Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Das Wärmeleitelement 206 weist ein kegelförmiges Durchgangsloch von einer ersten Fläche (der oberen Seite der 30A) zu einer zweiten Fläche (der unteren Seite der 30A) auf. Die Wärmeplatte 205 ist ebenfalls so geformt, dass sie dieselbe Kegelform wie das Durchgangsloch in dem Wärmeleitelement 206 aufweist. Die Wärmeplatte 205 ist so dimensioniert, dass sie an der gewünschten Position in das Wärmeleitelement 206 passt (genauer an einem Mittelabschnitt des Wärmeleitelements 206 in der Höhenrichtung).
  • Die Form des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 ist bei der Beschreibung des in 30B dargestellten Beispiels in die folgenden drei Abschnitte unterteilt: den Mittelabschnitt, an den die Wärmeplatte 205 angepasst ist, einen ersten Abschnitt, an den entweder das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 oder die zweite Elektrode 204 durch ein Loch in der ersten Fläche (in 30B oben) angepasst ist, und einen zweiten Abschnitt, an den entweder das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 oder die zweite Elektrode 204 durch ein Loch in der zweiten Fläche (in 30B unten) angepasst ist. Der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 verläuft kegelförmig von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche, mit einer Kegelform, die der Dicke der Wärmeplatte 205 entspricht. Der erste Abschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 ist so geformt, dass er zwischen der ersten Fläche und dem Mittelabschnitt denselben Innendurchmesser aufweist. Der erste Abschnitt und der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 haben an der Position, an der der erste Abschnitt und der Mittelabschnitt miteinander verbunden sind, die gleiche Form. Der zweite Abschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 verläuft kegelförmig von der zweiten Fläche zu dem Mittelabschnitt. Der zweite Abschnitt und der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 haben an der Position, an der der zweite Abschnitt und der Mittelabschnitt miteinander verbunden sind, die gleiche Form. Ferner kann die Öffnung des Durchgangslochs in der zweiten Fläche des Wärmeleitelements 206 die gleiche Abmessung wie die Öffnung des Durchgangslochs in der ersten Fläche des Wärmeleitelements 206 haben. Die Wärmeplatte 205 ist so geformt, dass sie dieselbe Kegelform wie der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 hat. Außerdem ist die Wärmeplatte 205 so dimensioniert, dass sie an dem Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 in das Wärmeleitelement 206 passt. Die Wärmeplatte 205 kann eine Dicke aufweisen, die größer oder gleich der Höhe des Mittelabschnitts in dem Durchgangsloch des Wärmeleitelements 206 ist.
  • Die Form des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 ist bei der Beschreibung des in 30C dargestellten Beispiels wie unter Bezugnahme auf die 30B beschrieben in einen Mittelabschnitt, einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt. Der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 verläuft kegelförmig von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche, mit einer Kegelform, die der Dicke der Wärmeplatte 205 in der Höhenrichtung entspricht. Der erste Abschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 ist so geformt, dass er zwischen der ersten Fläche und dem Mittelabschnitt denselben Innendurchmesser aufweist. Der erste Abschnitt und der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 weisen an der Position, an der der erste Abschnitt und der Mittelabschnitt miteinander verbunden sind, die gleiche Form auf. Der zweite Abschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 ist so geformt, dass er zwischen dem Mittelabschnitt und der zweiten Fläche denselben Innendurchmesser aufweist. Der zweite Abschnitt und der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 weisen an der Position, an der der zweite Abschnitt und der Mittelabschnitt miteinander verbunden sind, die gleiche Form auf. Somit weist die Öffnung des Durchgangslochs in der zweiten Fläche des Wärmeleitelements 206 eine geringere Größe als die Öffnung des Durchgangslochs in der ersten Fläche des Wärmeleitelements 206. Die Wärmeplatte 205 ist so geformt, dass sie dieselbe Kegelform wie die des Mittelabschnitts des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 hat. Außerdem ist die Wärmeplatte 205 so dimensioniert, dass sie an dem Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 in das Wärmeleitelement 206 passt. Die Wärmeplatte 205 kann eine Dicke haben, die größer oder gleich der Höhe des Mittelabschnitts des Durchgangslochs des Wärmeleitelements 206 ist.
  • Bei der zwölften Ausführungsform kann, wie unter Bezugnahme auf die 30A, 30B und 30C beschrieben, das Durchgangsloch in dem Wärmeleitelement 206 zumindest an dem Abschnitt, an den die Wärmeplatte angepasst ist, kegelförmig sein. Somit ermöglicht die zwölfte Ausfuhrungsform, dass die Wärmeplatte 205 ohne Weiteres bezüglich des Wärmeleitelements 206 befestigt werden kann.
  • Nun wird eine dreizehnte Ausführungsform beschrieben. Die dreizehnte Ausführungsform betrifft die Konfiguration des Ringelements 209. 31 ist ein schematischer Schnitt durch das Ringelement 209, das in 22 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie G-G in 22. Komponenten der dreizehnten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Bei der Beschreibung der dreizehnten Ausführungsform ist die Form des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 wie unter Bezugnahme auf die 30B beschrieben in einen Mittelabschnitt, einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt. Das Wärmeleitelement 206 weist im Inneren ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser auf, der in der Höhenrichtung bis auf den Mittelabschnitt, an den die Wärmeplatte 205 angepasst ist, gleichmäßig ist. Die Höhe des Mittelabschnitts des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 ist dieselbe wie die Dicke der Wärmeplatte 205. Zusätzlich dazu kann die Wärmeplatte 205 eine Dicke haben, die größer als die Höhe des Mittelabschnitts in dem Durchgangsloch des Wärmeleitelements 206 ist. Das Wärmeleitelement 206 weist einen vorspringenden Abschnitt 212 auf, der an dem Mittelabschnitt des Durchgangslochs (an der Position, an der das Wärmeleitelement 206 das Durchwärmelement 205 kontaktiert) vorgesehen ist und von der Innenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 vorspringt. Der vorspringende Abschnitt 212 kann in der Umfangsrichtung der Innenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 fortlaufend oder unterbrochen sein. Das heißt, der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 weist einen kleineren Innendurchmesser als der erste und der zweite Abschnitt auf.
  • Aufgrund des vorspringenden Abschnitts 212 weist der Wärmeleitabschnitt 206 an der Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem Mittelabschnitt eine Stufe auf. Auf ähnliche Weise weist das Wärmeleitelement 206 aufgrund des vorspringenden Abschnitts 212 an der Verbindung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Mittelabschnitt eine Stufe auf. Die Wärmeplatte 205 ist an dem Mittelabschnitt des Durchgangslochs befestigt. Das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 liegen jeweils an der Stufe in dem Durchgangsloch in dem Wärmeleitelement 206 an, wenn das Leistungserzeugungselement 20 zusammengebaut wird. Mit anderen Worten, nach einem Einsetzen in das Wärmeleitelement 206 an die geeignete Position werden das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 jeweils daran gehindert, weiter bewegt zu werden. Somit können das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202, die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 ohne Weiteres bezüglich des Wärmeleitelements 206 positioniert werden.
  • Nun wird eine vierzehnte Ausführungsform beschrieben. Die vierzehnte Ausführungsform betrifft die Konfiguration des Ringelements 209. 32 ist ein schematischer Schnitt durch das Ringelement 209, das in 22 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie G-G in 22. Komponenten der vierzehnten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Die Konfiguration des Wärmeleitelements 206 und der Wärmeplatte 205 der vierzehnten Ausführungsform ist ähnlich zu der der unter Bezugnahme auf 31 beschriebenen dreizehnten Ausführungsform.
  • Bei der vierzehnten Ausführungsform weist das Ringelement 209 ferner Wärmeplatten 213 und 214 auf. Die Wärmeplatten 213 und 214 sind so geformt, dass sie denselben Innendurchmesser wie der erste Abschnitt (oder der zweite Abschnitt) des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 haben. Die Wärmeplatten 213 und 214 sind aus einem Material ausgebildet, das ähnlich zu dem der Wärmeplatte 205 ist. Die Wärmeplatten 213 und 214 halten die Wärmeplatte 205 von den in der Höhenrichtung gegenüberliegenden Seiten auf beiden Seiten. Die Wärmeplatte 213 kontaktiert den vorspringenden Abschnitt 212 (die Stufe an der Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem Mittelabschnitt) und die Wärmeplatte 205. Die Wärmeplatte 214 kontaktiert den vorspringenden Abschnitt 212 (die Stufe an der Verbindung zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Mittelabschnitt) und die Wärmeplatte 205. Die Wärmeplatten 205, 213 und 214 können bezüglich des Wärmeleitelements 206 durch Schweißen oder dergleichen positioniert und befestigt werden. Ein Verfahren zum Befestigen der Wärmeplatten 205, 213 und 214 unterliegt keiner Einschränkung, es kann jedoch ein Schweißverfahren wie Diffusionsschweißen oder Widerstandsschweißen verwendet werden. Die Befestigung kann ganz oder teilweise an mindestens einem Abschnitt des Wärmeleitelements 206, der beide Wärmeplatten 213 und 214 kontaktiert, durchgeführt werden. Die vierzehnte Ausführungsform ermöglicht, dass die Wärmeplatte 205 ohne Weiteres bezüglich des Wärmeleitelements 206 befestigt werden kann. Zusätzlich dazu kann die Wärmeplatte 205 eine Dicke aufweisen, die größer als die Höhe des Mittelabschnitts des Durchgangslochs des Wärmeleitelements 206 ist.
  • Nun wird eine fünfzehnte Ausführungsform beschrieben. Die fünfzehnte Ausführungsform betrifft die Konfiguration des Ringelements 209. 33 ist ein schematischer Schnitt durch das Ringelement 209, das in 22 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Line G-G in 22. Komponenten der fünfzehnten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Bei der Beschreibung der fünfzehnten Ausführungsform ist die Form des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 wie unter Bezugnahme auf die 30B beschrieben in einen Mittelabschnitt, einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt. Das Wärmeleitelement 206 weist im Inneren ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser auf, der in der Höhenrichtung bis auf den Mittelabschnitt, an den die Wärmeplatte 205 angepasst ist, gleichmäßig ist. Die Höhe des Mittelabschnitts des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 ist größer oder gleich der Dicke der Wärmeplatte 205. Das Wärmeleitelement 206 weist eine Nut 215 auf, die an dem Mittelabschnitt des Durchgangslochs ausgebildet und von der Innenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 nach außen vertieft ist. Die Nut 215 ist in der Umfangsrichtung der Innenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 fortlaufend. Das heißt, der Mittelabschnitt des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 weist einen Innendurchmesser auf, der größer oder gleich dem des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts ist. Die Wärmeplatte 205 ist so geformt, dass sie einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der des ersten Abschnitts (oder des zweiten Abschnitts) des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206 und kleiner als der des Mittelabschnitts ist. Wenn das Leistungserzeugungselement 20 zusammengebaut wird, wird die Wärmeplatte 205 in die Nut 215 gepresst. Somit kann die Wärmeplatte 205 ohne Weiteres bezüglich des Wärmeleitelements 206 befestigt werden.
  • Nun wird eine sechzehnte Ausführungsform beschrieben. Die sechzehnte Ausführungsform betrifft die Konfiguration des Ringelements 209. 34 ist ein schematischer Schnitt durch das Ringelement 209, das in 22 gezeigt ist; der Schnitt ist entlang der Linie G-G in 22. 34 zeigt, dass beispielsweise die erste Elektrode 203 in das Ringelement 209 gepresst worden ist. Komponenten der sechzehnten Ausführungsform, die ähnlich zu denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden daher nicht beschrieben. Bei der sechzehnten Ausführungsform bezeichnet das Ringelement 209 eine Kombination aus dem Wärmeleitelement 206 und der Wärmeplatte 216. Die Wärmeplatte 216 ist aus einem Material ausgebildet, das ähnlich zu dem der Wärmeplatte 205 ist. Die Wärmeplatte 216 ist eine elastische Metallfolie. Die Wärmeplatte 216 ist größer als die Öffnung des Durchgangslochs in dem Wärmeleitelement 206. Wenn das Leistungserzeugungselement 20 zusammengebaut wird, wird die Seite der ersten Elektrode 203, die in das Wärmeleitelement 206 gepresst wird, mit der Wärmeplatte 216 bedeckt und zusammen mit der Wärmeplatte 216 in das Wärmeleitelement 206 gepresst. Beim Pressen in das Wärmeleitelement 206 wird die erste Elektrode 203 nach unten an die gewünschte Position in dem Durchgangsloch in dem Wärmeleitelement 206 getrieben. Ferner wird die Wärmeplatte 216 zwischen der ersten Elektrode 203 und der Innenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 gehalten. Somit kann die Wärmeplatte 216 ohne Weiteres bezüglich des Wärmeleitelements 206 befestigt werden.
  • Wenn die Wärmeplatte 216 durch die erste Elektrode 203 von der Seite der ersten Fläche des Wärmeleitelements 206 in der Höhenrichtung in das Wärmeleitelement 206 gepresst wird, braucht keine weitere Wärmeplatte zusammen mit dem ersten thermoelektrischen Material 201 von der Seite der zweiten Fläche des Wärmeleitelements 206 in der Höhenrichtung eingepresst werden. Ferner kann die Wärmeplatte 216 so dimensioniert sein, dass sie aus dem Wärmeleitelement 216 vorsteht, wenn die erste Elektrode 203 vollständig in das Wärmeleitelement 206 gepresst worden ist. Das heißt, die Wärmeplatte 216 kann so dimensioniert sein, dass sie die erste Elektrode 203 zum Verhindern, dass die erste Elektrode 203 das erste thermoelektrische Material 201 direkt kontaktiert, bedeckt und teilweise zwischen der ersten Elektrode 203 und der Innenumfangsfläche des Wärmeleitelements 206 eingeschlossen ist. Dies gilt ebenfalls in dem Fall, in dem entweder das erste thermoelektrische Material 201, das zweite thermoelektrische Material 202 oder die zweite Elektrode 204 zusammen mit der Wärmeplatte 216 in das Wärmeleitelement 206 gepresst wird.
  • Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen wird das Ringelement 209 mit der bezüglich des Wärmeleitelements 206 befestigten Wärmeplatte 205 dazu verwendet, den Zusammenbau des Leistungserzeugungselements 20 zu erleichtern. Somit können das Leistungserzeugungselement 20 und das Wärmeleitelement 206 ohne Weiteres bezüglich des Gehäuses 10 positioniert und befestigt werden. Daher können gemäß den vorher beschriebenen Ausführungsformen das thermoelektrische Modul 1 und die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 mit dem thermoelektrischen Modul 1 ohne Weiteres den Wärmepfad in dem Leistungserzeugungselement 20 steuern. Demzufolge können das thermoelektrische Modul 1 und die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 mit dem thermoelektrischen Modul 1 auf effiziente Weise Leistung erzeugen.
  • Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist das Gehäuse 10 von dem Wärmeleitelement 206 separat vorgesehen. Das Gehäuse 10 und das Wärmeleitelement 206 können jedoch miteinander integriert sein, wenn sie aus demselben Material ausgebildet sind. In diesem Fall kann die Wärmeplatte 205 in einer beliebigen der Konfigurationen der vorher beschriebenen Ausführungsformen an dem Wärmeleitelement 206 befestigt werden. Dies erhöht die Genauigkeit, mit der das Leistungserzeugungselement 20 in dem Gehäuse 10 positioniert wird.
  • Nun wird eine siebzehnte Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 gezeigt, sind die beiden äußersten Schichten des Gehäuses 10 aus der Niedertemperaturschicht 101 ausgebildet. Die folgenden Wirkungen werden erzielt, wenn die äußersten Schichten des Gehäuses 10 aus der Niedertemperaturschicht 101 ausgebildet sind. Beispielsweise ist, wenn ein Gas mit einer Temperatur von 600 Grad oder so durch die Hochtemperaturschicht 103 zirkuliert und Kühlwasser durch die Niedertemperaturschicht 101 zirkuliert, die Temperatur in der Nähe des Außenumfangs des Gehäuses 10 150 Grad oder niedriger, wenn die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 verwendet wird. Dies stellt lediglich ein Beispiel dar, und erforderlich ist nur, dass die Leistungserzeugungsvorrichtung 2 in einer Umgebung verwendet wird, die einen Temperaturunterschied zwischen der Niedertemperaturschicht 101 und der Hochtemperaturschicht 103 bewirkt. Daher kann auch ein Fall vorliegen, in dem ein Gas mit einer Temperatur von 150 Grad oder so durch die Hochtemperaturschicht 106 zirkuliert und eine Flüssigkeit mit einer Temperatur von 60 Grad oder so durch die Niedertemperaturschicht 101 zirkuliert. Daraus ist ersichtlich, dass der Fall, in dem die Temperatur in der Nähe des Außenumfangs des Gehäuses 10 etwa 150 Grad ist, keine Einschränkung darstellt. Es kann eine Verringerung der nachteiligen Wirkung einer Verschlechterung erzielt werden, die durch eine Diffusion oder Oxidation von Metall zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und der ersten Elektrode 203 und zwischen dem zweiten thermoelektrischen Material 202 und der zweiten Elektrode 204 bewirkt werden kann. Dies erhöht den Freiheitsgrad, mit dem Materialien für die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 ausgewählt werden können. Selbst wenn die Dichtelemente 401 und 402 wie in 16 gezeigt an den jeweiligen äußersten Schichten des Gehäuses 10 vorgesehen sind, können die Dichtelemente 401 und 402 ohne Weiteres ausgebildet werden. Auf ähnliche Weise können der Anschluss 401a und die erste Elektrode 203 ohne Weiteres verlötet werden, und der Anschluss 401a und die zweite Elektrode 204 können ohne Weiteres verlötet werden.
  • Es wird ein Vergleichsbeispiel beschrieben, bei dem beide äußersten Schichten des Gehäuses 10 aus der Hochtemperaturschicht 103 ausgebildet sind. Wenn die äußersten Schichten des Gehäuses 10 aus der Hochtemperaturschicht 103 ausgebildet sind, können die folgenden Probleme auftreten. Bei einer Verwendung der Leistungserzeugungsvorrichtung 2 werden die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 aufgrund der Hochtemperaturschicht 103 heiß. Demzufolge muss eine Auswahl eines Materials für die erste Elektrode 203 und die zweite Elektrode 204 den nachteiligen Effekt einer Diffusion oder einer Oxidation von Metall zwischen dem ersten thermoelektrischen Material 201 und der ersten Elektrode 203 und zwischen dem zweiten thermoelektrischen Material 202 und der zweiten Elektrode 204 berücksichtigen. Selbst wenn die Dichtelemente 401 und 402 wie in 16 gezeigt an den jeweiligen äußersten Schichten des Gehäuses 10 vorgesehen sind, müssen für die Dichtelemente 401 und 402 Materialien ausgewählt werden, bei denen die Haltbarkeit der Materialien berücksichtigt wird. Auf ähnliche Weise können der Anschluss 401a und die erste Elektrode 203 nicht ohne Weiteres verlötet werden, und der Anschluss 401a und die zweite Elektrode 204 können nicht ohne Weiteres verlötet werden. Daher ist es effektiv, die äußersten Schichten des Gehäuses 1 aus der Niedertemperaturschicht 101 auszubilden.

Claims (10)

  1. Thermoelektrisches Modul (1) mit: einem Gehäuse (10), das eine erste Temperaturschicht (103) und zwei zweite Temperaturschichten (101), die gestapelt angeordnet sind, aufweist und das ferner ein zylindrisches Durchgangsloch (104), das so vorgesehen ist, dass es die erste Temperaturschicht (103) und die zweiten Temperaturschichten (101) durchdringt, aufweist; einem Leistungserzeugungselement (20), das ein erstes thermoelektrisches Material (201) und ein zweites thermoelektrisches Material (202), die derart gestapelt sind, dass Strom in dem Leistungserzeugungselement (20) in einer Richtung fließt, aufweist und das so in dem Durchgangsloch (104) vorgesehen ist, dass gegenüberliegende Enden des ersten thermoelektrischen Materials (201) jeweils bei der ersten Temperaturschicht (103) und einer der zwei zweiten Temperaturschichten (101) positioniert sind und gegenüberliegende Enden des zweiten thermoelektrischen Materials (202) jeweils bei der ersten Temperaturschicht (103) und der anderen der zwei zweiten Temperaturschichten (101) positioniert sind; und einem leitfähigen Wärmelement (205), das zwischen dem ersten thermoelektrischen Material (201) und dem zweiten thermoelektrischen Material (202) angeordnet ist und Wärme auf das erste thermoelektrische Material (201) und das zweite thermoelektrische Material (202) überträgt.
  2. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, bei dem das erste thermoelektrische Material (201) ein p-Typ-Halbleiter ist und das zweite thermoelektrische Material (202) ein n-Typ-Halbleiter ist.
  3. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1 mit: einer ersten Wärmeisolierschicht (102) zwischen der ersten Temperaturschicht (103) und einer der zwei zweiten Temperaturschichten (101) und einer zweiten Wärmeisolierschicht (102) zwischen der ersten Temperaturschicht (103) und der anderen der zwei zweiten Temperaturschichten (101).
  4. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1 mit: einem Wärmeleitelement (206), das zwischen jedem von dem ersten thermoelektrischen Material (201) und dem zweiten thermoelektrischen Material (202) und der ersten Temperaturschicht (103) und/oder einer der zwei zweiten Temperaturschichten (101) vorgesehen ist.
  5. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, bei dem, wenn das Gehäuse (10) aus einem leitfähigen Material ausgebildet ist, das Leistungserzeugungselement (20) und das Gehäuse (10) elektrisch voneinander isoliert sind.
  6. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, bei dem das Durchgangsloch (104) und das Leistungserzeugungselement (20) eine identische Kegelform aufweisen.
  7. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, bei dem eine äußerste Schicht des Gehäuses (10) aus einer Niedertemperaturschicht ausgebildet ist.
  8. Thermoelektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit: einer Strömungsplatte (30), die zum Leiten eines Fluidstroms zu dem Durchgangsloch (104), wenn das Fluid durch die erste Temperaturschicht (103) oder eine der zwei zweiten Temperaturschichten (101) strömt, ausgebildet ist.
  9. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse eine Mehrzahl der Durchgangslöcher (104) aufweist und die Leistungserzeugungselemente (20), die in den Durchgangslöchern (104) vorgesehen sind, in Reihe oder parallel geschaltet sind.
  10. Leistungserzeugungsvorrichtung (2) mit dem thermoelektrischen Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit: einem Anschluss (401a), der zum Erhalten von Leistung von dem thermoelektrischen Modul (1) ausgebildet ist, bei der das Durchgangsloch (104) auf luftdichte Weise abgedichtet ist.
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