DE102018128690A1 - Thermoelektrisches Umwandlungsmodul und Verfahren zur Herstellung desselbigen - Google Patents

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Kwang Min Choi
Byung Wook KIM
Hoo Dam LEE
Ho Chan AN
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Abstract

Ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10; 10') kann aufweisen: eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210) und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220), welche wechselweise angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektroden (131, 132; 231, 232), welche die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220), die wechselweise angeordnet sind, wechselweise an einer Seite und an einer gegenüberliegenden Seite verbindet, wobei die Mehrzahl von Elektroden (131, 132; 231, 232) eine hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231) aufweisen kann, welche eingerichtet ist, so dass sie, bezogen auf hochtemperaturseitige Endabschnitte der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220), zu einem Rohr (20), durch welches ein Wärmeübertragungsfluid (21) strömt, hin vorsteht und in ein Durchgangsloch (20h), das in dem Rohr (20), durch welches das Wärmeübertragungsfluid (21) strömt, ausgebildet ist, dazu einbringbar ist, Wärme während eines direkten Kontaktierens des Wärmeübertragungsfluides (21) zu erhalten und die erhaltene Wärme an die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220) zu übertragen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. Juni 2018 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Anmelde-Nr. 10-2018-0073363 , deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme für alle Zwecke hierin einbezogen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul und ein Verfahren zur Herstellung desselbigen.
  • Beschreibung der bezogenen Technik
  • Ein thermoelektrisches Modul wird im Allgemeinen für ein thermoelektrisches Energieerzeugungssystem genutzt, welches einen Seebeck-Effekt des Erzeugens einer elektromotorischen Kraft mittels einer Temperaturdifferenz zwischen gegenüberliegenden Flächen davon verwendet.
  • Während der thermoelektrischen Energieerzeugung durch das thermoelektrische Modul kann eine Ausgangsleistung der thermoelektrischen Energieerzeugung erhöht werden, indem eine Temperaturdifferenz zwischen einem Hochtemperaturabschnitt und einem Niedrigtemperaturabschnitt auf einem hohen Wert gehalten wird. Diesbezüglich beeinflusst eine Wärmeübertragungsrate von einer Wärmequelle zu einem thermoelektrischen Modul erheblich die Ausgangsleistung der Energieerzeugung.
  • Ein Beispiel eines Gebiets, welches eine thermoelektrische Energieerzeugung unter Verwendung des thermoelektrischen Moduls nutzt, kann die Nutzung von Abwärme eines Abgassystems eines Fahrzeugs als ein repräsentatives Beispiel umfassen.
  • Da das herkömmliche thermoelektrische Modul Wärme während des Berührens einer Fläche eines Abgasrohrs des Fahrzeugs erhält, geht Wärme an einer Grenzfläche zwischen dem thermoelektrischen Modul und dem Abgasrohr verloren. Dementsprechend ist es schwierig, die Temperatur eines Hochtemperaturabschnitts des thermoelektrischen Moduls auf eine bestimmte Temperatur oder höher zu steigern und gibt es folglich eine Begrenzung hinsichtlich des Verbesserns der thermoelektrischen Leistungsfähigkeit.
  • Um diese Probleme zu lösen, ist eine Struktur eines thermoelektrischen Moduls erforderlich, welche die Temperatur eines Hochtemperaturabschnitts des thermoelektrischen Moduls durch effektives Nutzen der Wärme im Abgas erhöhen kann.
  • Die Informationen, welche in diesem Hintergrund-der-Erfindung-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören, angesehen werden.
  • ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
  • Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine Struktur eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls zu schaffen, welches die Temperatur eines Hochtemperaturabschnitts eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls während des direkten Kontaktierens bzw. direkten Berührens (nachfolgend auch nur noch „direkten Kontaktierens“) eines Wärmeübertragungsfluides (zum Beispiel Abgas eines Fahrzeugs) hoher Temperatur erhöhen kann.
  • Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung dienen dazu, die thermoelektrische Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten, indem die Haltbarkeit eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls, welches hoher Temperatur und Vibrationen ausgesetzt ist, verbessert wird.
  • Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind dazu gedacht, ein Verfahren zum Herstellen des vorstehend genannten thermoelektrischen Umwandlungsmoduls zu schaffen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul (z.B. Modul zur thermoelektrischen Umwandlung) bereitgestellt, welches aufweist: eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (z.B. n-Typ-Thermoelektrische-Umwandlung-Materialen bzw. n-Typ-Materialen zur thermoelektrischen Umwandlung) und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (z.B. p-Typ-Thermoelektrische-Umwandlung-Materialen bzw. p-Typ-Materialen zur thermoelektrischen Umwandlung), welche wechselweise bzw. abwechselnd (nachfolgend auch nur noch „wechselweise“) angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektroden, welche die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien, die wechselweise angeordnet sind, wechselweise an Hochtemperaturseiten und Niedrigtemperaturseiten der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien verbinden.
  • Die Mehrzahl von Elektroden kann eine hochtemperaturseitige Elektrode, welche in ein Durchgangsloch, das in einem Rohr, durch welches ein Wärmeübertragungsfluid strömt, ausgebildet ist, eingebracht ist, um Wärme während eines direkten Kontaktierens des Wärmeübertragungsfluides zu erhalten, und welche, bezogen auf hochtemperaturseitige Endabschnitte der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien, hin zum Rohr, durch welches das Wärmeübertragungsfluid strömt, vorsteht, um die erhaltene Wärme an die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien zu übertragen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls, welches eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ, die wechselweise angeordnet sind, und plattenartige hochtemperaturseitige Elektroden, welche zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ eingebracht sind, aufweist, bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: (a) wechselweises, sequentielles Anordnen (z.B. abwechselnd der Reihe nach Anordnen) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ, der hochtemperaturseitigen Elektroden, der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ und von Trägern (z.B. Stützelementen), so dass die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ, die hochtemperaturseitigen Elektroden, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ und die Träger einander überlappen, und (b) Erwärmen (z.B. Aufheizen) von Endabschnitten der hochtemperaturseitigen Elektroden, deren gegenüberliegenden Endabschnitte zwischen die thermoelektrischen Materialien eingebracht sind, während die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ, die hochtemperaturseitigen Elektroden, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ und die Träger zusammengepresst werden, um die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ, die hochtemperaturseitigen Elektroden, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ und die Träger zu verschweißen.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Konzeptansicht, welche ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt,
    • 2A und 2B sind Ansichten, welche einige Konfigurationen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls von 1 darstellen,
    • 3 ist eine Ansicht, welche einige Konfigurationen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls von 1 darstellt,
    • 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 5, 6 und 7 sind Ansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, und
    • 8 ist eine Konzeptansicht, welche ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, einschließlich z.B. konkrete Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden (zumindest) teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
  • In den Figuren beziehen sich durchgehend durch zahlreiche Figuren der Zeichnung(en) gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können.
  • Nachstehend werden diverse beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist anzumerken, dass durchgehend durch die Beschreibung die gleichen oder gleichwertige Bezugszeichen die gleichen oder gleichwertige Bestandteile kennzeichnen, auch wenn sie in unterschiedlichen Zeichnungen vorgesehen sind. Außerdem wird in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung eine detaillierte Beschreibung von wohlbekannten Funktionen und Strukturen weggelassen, wenn jene den Gegenstand der vorliegenden Erfindung eher undeutlich machen würde.
  • 1 ist eine Konzeptansicht, welche ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (z.B. n-Typ-Thermoelektrische-Umwandlung-Materialen bzw. n-Typ-Materialen zur thermoelektrischen Umwandlung) 110 und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (z.B. p-Typ-Thermoelektrische-Umwandlung-Materialen bzw. p-Typ-Materialen zur thermoelektrischen Umwandlung) 120, welche wechselweise bzw. abwechselnd angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektroden 130, welche wechselweise die Mehrzahl von wechselweise angeordneten thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien auf einer Hochtemperaturseite und einer Niedrigtemperaturseite davon verbindet, auf.
  • Die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 können n-Typ-Halbleitervorrichtungen (z.B. n-dotierte Halbleitervorrichtungen) aufweisen.
  • Die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 können p-Typ-Halbleitervorrichtungen (z.B. p-dotierte Halbleitervorrichtungen) aufweisen
  • Die Mehrzahl von Elektroden 130 kann dazu eingerichtet sein, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 elektrisch in Reihe geschaltet zu verbinden.
  • Die Mehrzahl von Elektroden 130 kann hochtemperaturseitige Elektroden 131, welche untere Endabschnitte (oder hochtemperaturseitige Endabschnitte) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und untere Endabschnitte (oder hochtemperaturseitige Endabschnitte) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 elektrisch verbinden, und niedrigtemperaturseitige Elektroden 132, welche obere Endabschnitte (oder niedrigtemperaturseitige Endabschnitte) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und obere Endabschnitte (oder niedrigtemperaturseitige Endabschnitte) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 elektrisch verbinden, aufweisen.
  • Indessen ist es vorteilhafter, wenn eine Temperaturdifferenz der Hochtemperaturteile und der Niedrigtemperaturteile der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien höher ist, um die Energieerzeugungsleistung des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 zu verbessern. Zum Beispiel kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 verwendet werden, um die Last der Batterie des Fahrzeuges durch Wiederverwerten von Wärme des Abgases des Fahrzeuges zu reduzieren. Konventionell ist die an einer Grenzfläche eines Abgasrohrs und einem thermoelektrischen Umwandlungsmodul verlorenen Wärme hoch, so dass die Energieerzeugungseffizienz verschlechtert ist, da das thermoelektrische Umwandlungsmodul an einer Oberfläche des Abgasrohrs des Fahrzeugs angebracht ist.
  • Die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul, welches ein Wärmeübertragungsfluid direkt kontaktiert bzw. direkt berührt (nachfolgend auch nur noch „direkt kontaktiert“), um die Wärme, welche verloren geht, wenn Wärme von einem Wärmeübertragungsfluid an das thermoelektrische Umwandlungsmodul übertragen wird, zu minimieren. Detaillierter betrachtet ist es das Grundmerkmal des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode vorzusehen, welche hin zu einem Rohr, durch welches ein Wärmeübertragungsfluid strömt, vorsteht, so dass die Elektrode in ein Durchgangsloch, das in dem Rohr, durch welches das Wärmeübertragungsfluid strömt, ausgebildet ist, eingebracht ist, um Wärme zu erhalten, während sie das Wärmeübertragungsfluid direkt kontaktiert, und die erhaltene Wärme an eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien zu übertragen.
  • Das Wärmeübertragungsfluid kann hierbei ein Wärmeübertragungsfluid hoher Temperatur sein oder kann ein Wärmeübertragungsfluid (d.h. ein Kühlmittel / Kältemittel) niedriger Temperatur sein.
  • Wenn das Wärmeübertragungsfluid hoher Temperatur direkt kontaktiert wird, kann die Elektrode in das Durchgangsloch, welches in dem Hochtemperaturdurchgangsrohr ausgebildet ist, eingebracht werden, um thermische Energie von dem Wärmeübertragungsfluid hoher Temperatur aufzunehmen. Ferner kann, wenn das Wärmeübertragungsfluid niedriger Temperatur direkt kontaktiert wird, die Elektrode in das Durchgangsloch, welches in dem Niedrigtemperaturdurchgangsrohr ausgebildet ist, eingebracht werden, um thermische Energie an das Kühlmittel / Kältemittel abzugeben.
  • Obwohl nachstehend als ein Beispiel beschrieben wird, dass die hochtemperaturseitige Elektrode in das Hochtemperaturdurchgangsrohr eingebracht ist, ist es von einem Fachmann in der Technik zu verstehen, dass die niedrigtemperaturseitige Elektrode auf gleichem oder äquivalentem Schema in das Innere des Niedrigtemperaturdurchgangsrohrs eingebracht sein kann.
  • Die Eigenschaften des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Abschnitt der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 eingebracht (z.B. eingesetzt) sein in und angeschweißt sein an die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120.
  • Die hochtemperaturseitige Elektrode 131 ist von einem Platten-Typ, und ein Endabschnitt der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 kann in das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 eingebracht (z.B. eingeführt) sein und ein gegenüberliegender Endabschnitt der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 kann zwischen das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ 110 und das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ 120 eingebracht sein und mit diesen verschweißt sein. Da hierdurch Wärme, welche aus einem Wärmeübertragungsfluid 21 aufgenommen wird, linear entlang der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 transportiert werden kann und an die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 geliefert werden kann, können thermische Spannungen an einem Abschnitt (z.B. einem linearen Abschnitt) der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 konzentriert werden, um zu verhindern, dass eine Beschädigung auftritt.
  • Das heißt, wenn die Elektrode gekrümmt oder gebogen ist, werden thermische Spannung verhältnismäßig an dem gekrümmten oder gebogenen Abschnitt konzentriert, so dass die Elektrode bei einer relativ niedrigen Temperatur beschädigt werden kann, und die hochtemperaturseitige Elektrode 131 gemäß der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich lang (z.B. der Länge nach) nach oben und nach unten in der Art einer Platte und kann ihre Eigenschaften sogar bei einer relativ hohen Temperatur beibehalten.
  • Die hochtemperaturseitige Elektrode 131 kann bis zu einem Punkt, welcher nicht mehr bzw. nicht weiter (nachfolgend nur noch „nicht mehr“) als 1/3 einer Länge von den hochtemperaturseitigen Endabschnitten des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ 110 und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ 120 aus zu den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ 110 und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ 120 ist (z.B. sich an einer Stelle nicht mehr als bei 1/3 der besagten Länge von dem hochtemperaturseitigen Endabschnitten aus befindet), eingebracht werden/sein, um geschweißt zu werden/sein. Das heißt, dass in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Aufwärts-/Abwärts-Längen (z.B. Vertikallängen) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 gleich sind und die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 derart vorgesehen sein können, dass sie zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 um nicht mehr als 1/3 einer Aufwärts-/Abwärts-Länge der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 eingebracht sind.
  • Obwohl die Kontaktflächen der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 größer werden, sowie die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 tiefer zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 eingebracht werden, verringert sich die Wärme, welche obere Endabschnitte der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 (welche zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 eingebracht sind) erreicht. Ferner ist es vorteilhaft, Temperaturgradienten von den hochtemperaturseitigen Endabschnitten aus zu den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 linear auszubilden, um Ströme zu erzeugen, und radiale Temperaturgradienten werden in dem Inneren der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 ausgebildet, falls die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 um nicht weniger als 1/3 der Längen der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 eingebracht werden, und folglich nimmt die Geradlinigkeit der Ströme in dem Inneren der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 ab, was in der Verringerung der Energieerzeugungsleistungsfähigkeit der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 resultiert.
  • Um die Energieerzeugungsleistungsfähigkeit der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 zu maximieren, können in dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung folglich die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 bis zu einem Punkt, welcher nicht mehr als 1/3 der Längen von den hochtemperaturseitigen Endabschnitten aus zu den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 ist, eingebracht werden/sein, um geschweißt zu werden/sein.
  • In einer weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die hochtemperaturseitigen Elektroden jedoch entsprechend den Eigenschaften der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien und/oder der Elektroden, welche in dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 genutzt werden, bis zu nicht weniger als 1/3 der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien eingebracht werden.
  • Die hochtemperaturseitige Elektrode 131 kann aus einem Material gefertigt sein, dessen Eigenschaften sich nicht aufgrund von Oxidation oder dergleichen verändern, selbst wenn die hochtemperaturseitige Elektrode 131 Abgas direkt kontaktiert.
  • Die hochtemperaturseitige Elektrode 131 kann beispielsweise aus einem thermoelektrischen Umwandlungsmaterial auf Oxidbasis ausgebildet sein. Da das thermoelektrische Umwandlungsmaterial auf Oxidbasis eine exzellente thermische und/oder elektrische Leitungseigenschaft (z.B. thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit) hat und beständig gegenüber Oxidation bei einer hohen Temperatur ist, kann es für das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches ein Schema des direkten Kontaktierens von Abgas nutzt, verwendet werden.
  • In dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 können Diffusionsverhinderungsschichten 192 zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 angeordnet sein, um wechselseitige Diffusion der Elektrodenmaterialien und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien zu verhindern.
  • Falls die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 einander direkt berühren, verändern sich deren Eigenschaften aufgrund der Diffusion der anderen Materialien und können sich somit die thermoelektrischen Wirkungsgrade der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 verschlechtern oder kann sich die elektrische (oder thermische) Leitfähigkeit der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 verschlechtern. Um dies zu verhindern, kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 Diffusionsverhinderungsschichten 192 zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 aufweisen.
  • Verbindungsschichten (z.B. Fügeschichten bzw. Anbindungsschichten) zum thermischen Schweißen können in dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 angeordnet sein.
  • Die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 können miteinander thermisch verschweißt sein. Zum Beispiel können die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 miteinander verlötet (z.B. hartverlötet) sein. Zum Löten (insbesondere Hartlöten) ist zusätzlich zu Materialien (die hochtemperaturseitigen Elektroden und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien der vorliegenden Erfindung), welche Ziele zum Verbinden sind, im Allgemeinen ein Zusatzwerkstoff (z.B. ein Hartlot), welches mittels Hitze schmilzt und die Materialien, welche Ziele zum Verbinden sind, verschweißt, notwendig.
  • In dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Lötverbindungsmittel (z.B. ein Lötklebmittel und/oder eine Lötpaste, bspw. Hartlot-Klebemittel bzw. eine Hartlotpaste) 191, welche eine Verbindungsschicht zum thermischen Schweißen ist, zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 angeordnet.
  • Wenn indessen die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 miteinander durch eine andere Maßnahme als Löten verbunden werden, kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 ohne die Verwendung eines Lötverbindungsmittels 191 ausgebildet werden.
  • Die niedrigtemperaturseitige Elektrode 132 kann Wärme mit dem Niedrigtemperaturdurchgangsrohr 30, durch welches ein Kühlmittel / Kältemittel 31 strömt, austauschen und kann thermische Energie in dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 mittels des Kühlmittels / Kältemittels 31 abführen.
  • Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 kann ferner Träger (z.B. Stützelemente) 140 aufweisen, welche wechselweise mit den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 derart angeordnet sind, dass sie (die Träger) die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120, welche miteinander an ihren niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten verbunden sind, isolieren.
  • Unter Bezugnahme auf 1 können die Träger 140 zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120, von denen zumindest Teile miteinander an den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten davon verbunden sind, eingebracht (z.B. eingesetzt) werden/sein, um geschweißt zu werden/sein.
  • Die mehreren thermoelektrischen Umwandlungsmaterialen 110 und 120 des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 können miteinander in Reihe verbunden sein, wenn die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120, welche (z.B. paarweise) miteinander an ihren niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten verbunden sind, (z.B. paarweise) an ihren hochtemperaturseitigen Endabschnitten voneinander getrennt sind.
  • Die Träger 140 können an der Hochtemperaturseite des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 derart angeordnet sein, dass sie wechselweise mit den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 angeordnet sind, um die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120, welche zueinander benachbart sind und nicht durch die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 miteinander verbunden sind, voneinander zu isolieren.
  • Die Träger 140 können teilweise zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ, welche miteinander an ihren niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten verbunden sind, eingebracht (z.B. eingesetzt) sein, so dass Flächen (z.B. erste seitliche Flächen) der Träger 140 an den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und gegenüberliegende Flächen (z.B. zu den ersten Flächen gegenüberliegende zweite seitliche Flächen) der Träger 140 an den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 abgestützt sind. Unter Bezugnahme auf 1 heißt das, dass die Träger 140 teilweise zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120, welche miteinander an ihren niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten verbunden sind, eingebracht (z.B. eingesetzt) sein können und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 abstützen können, so dass die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 voneinander um eine bestimmte Distanz im Abstand angeordnet sind.
  • Die Träger 140 können vorgesehen sein, so dass sie die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 abdecken. Das heißt, dass die Träger 140 eine Gestalt haben können, welche sich in einer Richtung (der Links-/Rechts-Richtung von 1), in der die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 angeordnet sind, so erstreckt, dass sie die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 abdeckt.
  • Die Träger 140 können eine T-Gestalt haben. Die Träger 140 können Abschnitte (z.B. Längen, insbesondere Längenstücke) haben, welche sich in einer Richtung (der Links-/Rechts-Richtung von 1), in der die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 angeordnet sind, so erstrecken, dass sie zugleich die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 abdecken und die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, welche benachbart zu den hochtemperaturseitigen Endabschnitten der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 sind, stützen.
  • Die Träger 140 können zwischen den hochtemperaturseitigen Endabschnitten der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 und dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 so angeordnet sein, dass sie die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien und das Hochtemperaturdurchgangsrohr isolieren und das thermoelektrische Umwandlungsmodul und die hochtemperaturseitigen Elektroden stützen.
  • Ferner können die Träger 140 die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vor einem äußeren Schlag, welcher von dem Durchgangsrohr aus übertragen wird, schützen.
  • Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 können mit einer Last 170, welche elektrische Leistung, die durch die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 erzeugt wird, verbraucht, elektrisch verbunden sein. Ein (elektrischer) Strom 11, welcher durch das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 erzeugt wird, kann in der in 1 gezeigten Pfeilrichtung fließen.
  • Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 kann ferner aufweisen ein Klemmelement (z.B. Einspannelement) 150, welches die mehreren thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und die Träger 140 klemmt (z.B. zusammenklemmt / miteinander verspannt).
  • Das Klemmelement 150 kann derart eingerichtet sein, dass zwei C-förmige Elemente miteinander verbunden werden, während die zwei Elemente einander gegenüberliegen. Das heißt, dass das Klemmelement 150 eine Gestalt haben kann, bei welcher irgendeine Seitenfläche eines rechteckigen Kastens, von dem eine Oberseite und eine Unterseite offen sind, nicht vorgesehen ist. Das Klemmelement 150 kann die mehreren gestapelten thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und die Träger 140 fixieren, während es diese umgibt.
  • Eine Innenfläche des Klemmelements 150, welche die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien oder die Elektroden kontaktiert, kann zur Isolierung (z.B. insbesondere elektrischen Isolierung) isolationsbeschichtet sein. Eine Innenseite des Klemmelements 150 kann mit Keramiken isolationsbeschichtet sein, um zu verhindern, dass ein Kurzschluss im Inneren des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 erzeugt wird.
  • Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 weist ferner ein Gehäuse 160, welches einen Innenraum, in welchem die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120, die Mehrzahl von Elektroden 131 und dergleichen untergebracht sind, definiert und welches Komponenten des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 vor einem äußeren Schlag oder Fremdsubstanzen schützt, auf.
  • Das Gehäuse 160 kann eine rechteckige Parallelepiped-Form, bei welcher eine Fläche des Gehäuses 160, welche dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 zugewandt ist, offen ist, haben.
  • Die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120, die Mehrzahl von Elektroden 131, die Träger 140 und die Klemmelemente 150 können an dem Inneren des Gehäuses 160 (z.B. an der Innenseite davon) fixiert sein.
  • Das Gehäuse 160 kann mit dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 und dem Niedrigtemperaturdurchgangsrohr 30 verbunden sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 160 an das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 gelötet (z.B. mittels Hartlötens gelötet) sein. Das Innere des Gehäuses 160 kann evakuiert sein oder mit einem Inertgas gefüllt sein.
  • 2A und 2B sind Ansichten, welche einige Konfigurationen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls von 1 darstellen. 3 ist eine Ansicht, welche einige Konfigurationen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls von 1 darstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 2A und 2B kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 ferner eine Dichtung 180 aufweisen, welche zwischen der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 und dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 angeordnet ist, um zu verhindern, dass ein inneres Fluid durch das Durchgangsloch 20h, welches in dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20, durch welches das Wärmeübertragungsfluid 21 strömt, ausgebildet ist, hindurch entweicht.
  • Die Dichtung 180 kann Dichtungsdurchgangslöcher, deren Anzahl der Anzahl der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 entspricht, aufweisen, so dass die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 durch die Dichtungsdurchgangslöcher hindurch verlaufen. Die Dichtung 180 kann Dichtungsdurchgangslöcher in einer Form, welche mit der Form der Durchgangslöcher 20h des Hochtemperaturdurchgangsrohrs 20 korrespondiert, aufweisen.
  • Eine Isolationsschicht zur Isolierung kann zusätzlich zwischen der Dichtung 180 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110 und 120 angeordnet sein. Beispielsweise kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 dazu eingerichtet sein, eine Leckage des Wärmeübertragungsfluides 21 aus dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 zu verhindern und zur gleichen Zeit das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 zu isolieren, indem Glaswolle zwischen der Dichtung 180 und den Trägern 140 angeordnet wird.
  • Die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 können in die in dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 ausgebildeten Durchgangslöcher 20h durch die Dichtung 180 hindurchverlaufend eingebracht sein.
  • Eine Isolationsschicht 23 zur Isolierung von der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 kann an einer Innenfläche des Durchgangslochs 20h vorgesehen sein. Da, wenn das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 aus einem Leiter, wie beispielsweise Metall, ausgebildet ist, ein elektrischer Strom zwischen der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 und dem Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 fließt, wenn das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 die hochtemperaturseitige Elektrode 131 berührt, kann die Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls sich verschlechtern. Um dies zu verhindern, kann die Isolationsschicht 23 an einem Abschnitt einer Innenfläche des Durchgangslochs 20h, welcher die hochtemperaturseitige Elektrode 131 berührt, bereitgestellt sein.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann indessen ein Abschnitt der hochtemperaturseitigen Elektrode 131, welcher das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 berührt, isolationsbeschichtet sein. Da jedoch der Wärmetransfer von dem Wärmeübertragungsfluid 21 an die hochtemperaturseitige Elektrode 131 sinken kann, wenn ein gesamter Teil der hochtemperaturseitigen Elektrode 131, welcher in das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 eingebracht ist, isolationsbeschichtet ist, ist die Isolationsbeschichtung auf einen Teil, welcher das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 berührt, beschränkt (im vorliegenden Fall kann eine (Sicherheits-)Spanne von einer bestimmten Länge unter Berücksichtigung einer Toleranz vorgesehen sein).
  • Unter Bezugnahme auf 3 kann zur Verringerung eines Strömungswiderstands des Wärmeübertragungsfluides 21 eine Durchgangsöffnung 131h an einem Abschnitt der hochtemperaturseitigen Elektrode 131, welcher in das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 eingebracht ist, ausgebildet sein.
  • Eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 131h kann in der hochtemperaturseitigen Elektrode 131 vertikal und horizontal ausgebildet sein. Die Durchgangslöcher 131h können eine Kreisform oder andere diverse Formen haben.
  • Hierdurch kann ein Strömungswiderstand, welcher auf das Wärmeübertragungsfluid 21 durch die hochtemperaturseitige Elektrode 131, die in das Hochtemperaturdurchgangsrohr 20 eingebracht ist, aufgebracht wird, verringert werden und kann Wärme effizient von dem Wärmeübertragungsfluid 21 an die hochtemperaturseitige Elektrode 131 übertragen werden. Das heißt, dass, da das Wärmeübertragungsfluid 21 leichtgängig strömt, die hochtemperaturseitige Elektrode 131 effizient Wärme von dem Wärmeübertragungsfluid 21 hoher Temperatur, welches von einer oberen (z.B. stromaufwärts gelegenen) Seite des Hochtemperaturdurchgangsrohrs 20 aus eingeleitet wird, erhalten kann.
  • Ferner ist es gemäß dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 einfach, das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 herzustellen, wobei die Anzahl an thermoelektrischen Umwandlungsmaterialen variiert, falls notwendig.
  • Darüber hinaus kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 gemäß einer beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden, und in diesem Fall kann eine hohe thermoelektrische Leistungsfähigkeit gezeigt werden.
  • Herstellungsverfahren
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 5, 6 und 7 sind Ansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • Unter Bezugnahme auf 4 kann das Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Vorgang S1100 des wechselweisen, sequentiellen Anordnens (z.B. abwechselnd der Reihe nach Anordnens) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, der hochtemperaturseitigen Elektroden 131, der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und der Träger 140, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und die Träger 140 einander überlappen, aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 können im Vorgang S1100 die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und die Träger 140 wechselweise bzw. abwechselnd der Reihe nach angeordnet werden (z.B. einander abwechselnd in der Reihenfolge: thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ, hochtemperaturseitige Elektrode, thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ, Träger), so dass sie einander überlappen.
  • Im Vorgang S1100 können zur Einfachheit der Herstellung und zum effektiven Verschweißen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und die Träger 140 der Reihe nach von der unteren Seite zur oberen Seite bezogen auf ihre Gravitationsrichtung gestapelt werden, wie durch den Pfeil D von 5 angegeben.
  • Zudem kann im Vorgang S1100 die hochtemperaturseitige Elektrode 131 bis zu einem Punkt, welcher nicht mehr als 1/3 einer Länge von den hochtemperaturseitigen Endabschnitten der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 aus zu den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 hin ist, eingebracht werden, um angeordnet zu werden.
  • Vorgang S1100 kann das Anordnen von Verbindungsschichten zum thermischen Schweißen, welche zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 angeordnet werden können, aufweisen. Nachstehend kann die Verbindungsschicht zum thermischen Schweißen ein Lötverbindungsmittel (oder Zusatzwerkstoff) 191 in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sein.
  • Das heißt, dass im Vorgang S1100 das Lötverbindungsmittel 191 zunächst, bevor die hochtemperaturseitige Elektrode 131 angeordnet wird, angeordnet werden kann, nachdem das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ 110 angeordnet ist, und dass das Lötverbindungsmittel 191 zunächst, bevor das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ 120 angeordnet wird, angeordnet werden kann, nachdem die hochtemperaturseitige Elektrode 131 angeordnet ist.
  • Vorgang S1100 kann das Anordnen von Diffusionsverhinderungsschicht, welche zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und den hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 angeordnet werden können, aufweisen.
  • Das heißt, dass im Vorgang S1100 die Diffusionsverhinderungsschicht 192 zunächst, bevor die hochtemperaturseitige Elektrode 131 angeordnet wird, angeordnet werden kann, nachdem das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ 110 angeordnet ist, und dass die Diffusionsverhinderungsschicht 192 zunächst, bevor das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ 120 angeordnet wird, angeordnet werden kann, nachdem die hochtemperaturseitige Elektrode 131 angeordnet ist.
  • Das heißt, dass im Vorgang S1100 die Diffusionsverhinderungsschicht 192 zunächst, bevor das Lötverbindungsmittel 191 angeordnet wird, angeordnet werden kann, nachdem das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ 110 angeordnet ist, und dass die Diffusionsverhinderungsschicht 192 zunächst, bevor das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ 120 angeordnet wird, angeordnet werden kann, nachdem das Lötverbindungsmittel 191 angeordnet ist.
  • Anders als diejenige, die in 5 dargestellt ist, kann indessen die Anordnungsreihenfolge der Verbindungsschicht (oder Lötverbindungsmittel) und der Diffusionsverhinderungsschicht 192 umgekehrt sein. Dementsprechend können die Verbindungsschicht und die Diffusionsverhinderungsschicht 192 so angeordnet werden, dass die Diffusionsverhinderungs- und Verbindungseffekte unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Materialien für die Elektroden, die Verbindungsschichten, die Diffusionsverhinderungsschichten und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien höher werden kann.
  • Als Nächstes kann das Verfahren zum Herstellen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 einen Vorgang S1200 des Erwärmens (z.B. Aufheizens) von Endabschnitten der hochtemperaturseitigen Elektroden 131, deren gegenüberliegenden Endabschnitte zwischen die thermoelektrischen Materialien 110 und 120 eingebracht sind, während eines Zusammendrückens der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, der hochtemperaturseitigen Elektroden 131, der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und der Träger 140, um die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und die Träger 140 zu verschweißen, aufweisen.
  • In einem Zustand, in welchem die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und die Träger 140 gestapelt sind, können unter Bezugnahme auf 6 die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und die Träger 140 miteinander verschweißt werden durch Erwärmen (z.B. Aufheizen) von außenliegenden Endabschnitten der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 während eines Aufbringens von Kräften auf die gegenüberliegenden Seiten des Stapels.
  • Die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 können aus einem hitzebeständigen Material, mittels dessen die Eigenschaften der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 sogar durch die hohe Temperatur des Abgases nicht verändert werden, ausgebildet sein. Dementsprechend können die Endabschnitte der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 erhitzt werden und mittels Schmelzens des Lötverbindungsmittel 191 unter Verwendung von Konduktionswärme angelötet werden.
  • Konventionell sind sogar die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien einer hohen Temperatur ausgesetzt, wenn das thermoelektrische Umwandlungsmodul verschweißt wird, so dass die Materialien oxidiert werden oder die Eigenschaften der Materialien sich verschlechtern können. Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung können die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 mittels einer Heizeinrichtung hoher Temperatur oder mittels Strahlung von Laserstrahlen durch Konduktion von Wärme (Wärmeleitung) erhitzt und verschweißt werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass sich die Eigenschaften der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien aufgrund der Wärme im Herstellungsprozess verschlechtern.
  • Da es ferner einfach ist, Wärme auf die außenliegenden Endabschnitte der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 aufzubringen, da die außenliegenden Endabschnitte der hochtemperaturseitigen Elektroden 131 nebeneinander hin zu einer Seite vorstehen, kann die Herstellung einfacher werden und ist, im Vergleich mit einem existierenden Schweißverfahren des direkten Erhitzens der Verbindungsschicht, eine Wahrscheinlichkeit, dass andere Elemente aufgrund von Fertigungstoleranzen hohen Temperaturen ausgesetzt werden, gering.
  • Das Verfahren zum Herstellen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls kann als Nächstes einen Vorgang S1300 des (Ein-)Klemmens der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, der hochtemperaturseitigen Elektroden 131, der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und der Träger 140 aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 7 können nach dem Schweißen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110, die hochtemperaturseitigen Elektroden 131, die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 und die Träger 140 (ein-)geklemmt werden, so dass sie sicher fixiert sind.
  • Als Nächstes kann das Verfahren zum Herstellen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 einen Vorgang S1400 des Abdeckens mit dem Gehäuse 160 aufweisen.
  • Hierdurch können alle Einrichtungen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls in einem Paket (z.B. auf verkapselte Weise, im Englisch auch „packaged“ oder „in a package“ genannt) gefertigt werden.
  • Indessen kann Vorgang S1400 einen Vorgang des Evakuierens des Inneren des Gehäuses 160 oder des Einfüllens eines Inertgases aufweisen.
  • Wenn eine Fläche des Gehäuses 160 offen ist und das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 mittels Schweißens an das Rohr, durch welches das Wärmeübertragungsfluid strömt, angebracht (z.B. mittels des Gehäuses angefügt) ist, dann kann Vorgang S1400 einen Vorgang des Schweißens des Gehäuses 160 an das Rohr, durch welches das Wärmeübertragungsfluid strömt, in einem Zustand, in welchem die Komponenten des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 an dem Inneren des Gehäuses 160 fixiert sind, aufweisen. Das Gehäuse 160 kann durch ein Schema des thermischen Schweißens an das Rohr, durch welches Wärmeübertragungsfluid strömt, angeschweißt werden, beispielsweise kann es angelötet und angeschweißt werden.
  • Obwohl nicht dargestellt, können indessen die Positionen der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 umgekehrt sein, und das gleiche Schema kann sogar in diesem Fall angewendet werden, mit der Ausnahme, dass die Positionen der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ 110 und der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ 120 umgekehrt sind.
  • 8 ist eine Konzeptansicht, welche ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul 10' gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Nachstehend werden hauptsächlich Punkte des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10' gemäß den zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die von dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul 10 gemäß den zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterschiedlich sind, unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Nachstehend werden die Strukturen, welche gleich den Strukturen des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 gemäß den zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen sind oder vom Fachmann in der Technik als Äquivalente dazu verstanden werden können, die gleichen Bezugszeichen aufweisen.
  • 8 stellt einen Querschnitt des Hochtemperaturdurchgangsrohrs 20 von 1 aus einem anderen Winkel betrachtet dar, und die Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsfluides 21 ist eine Richtung von der Vorderseite zur Rückseite von 8.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 210 und 220 in (z.B. entlang) einer Umfangsrichtung des Hochtemperaturdurchgangsrohrs 20 angeordnet sein. Die hochtemperaturseitige Elektrode(n) 231 kann (können) angeordnet sein, so dass innenliegende Endabschnitte der Mehrzahl von hochtemperaturseitigen Elektroden, welche in das Rohr eingebracht sind, in einer Richtung, in welcher das Rohr gekrümmt ist, kurvenförmig angeordnet / gekrümmt sind (z.B. können die innenliegenden Endabschnitte der Mehrzahl von hochtemperaturseitigen Elektroden auf einer gekrümmten Linie liegen, welche der Krümmung des Rohrs folgt).
  • Das konventionelle thermoelektrische Umwandlungsmodul absorbiert thermische Energie durch Wärmeleitung, während ein Substrat eine Fläche eines Rohrs, durch welches ein Fluid hoher Temperatur strömt, in einem Zustand, in welchem eine hochtemperaturseitige Elektrode auf dem Substrat positioniert ist, kontaktiert. Wenn die Form des Rohrs gekrümmt ist, kann daher die thermische Energie nicht gut durch das Substrat, welches flach ist, übertragen werden.
  • Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10' gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wendet ein Schema an, bei welchem die hochtemperaturseitige Elektrode 231 direkt in das Innere des Rohrs, durch welches ein Fluid hoher Temperatur strömt, eingebracht ist, wobei thermische Energie effektiv absorbiert werden kann, sogar wenn das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10' an einem gekrümmten Rohr angeordnet ist, falls die Länge der hochtemperaturseitigen Elektrode 231 verändert wird.
  • Die hochtemperaturseitigen Elektroden 231 können daher angeordnet sein, so dass in das Rohr eingebrachte Endabschnitte der Mehrzahl von hochtemperaturseitigen Elektroden 231 in einer Richtung, in welche das Rohr gekrümmt ist, kurvenförmig angeordnet / gekrümmt sind. Das heißt, dass die Länge eines Abschnitts der hochtemperaturseitigen Elektroden 231, welcher in das Rohr eingebracht ist, ein bestimmter Wert oder mehr sein kann.
  • Um dies zu erreichen, können die mehreren hochtemperaturseitigen Elektroden 231 unterschiedlich sein (z.B. insbesondere entlang der Einführrichtung in das Rohr eine unterschiedliche Länge aufweisen).
  • Ferner können, wie nachstehend beschrieben wird, die Höhen (z.B. die Höhepositionen) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 210 und 220 unterschiedlich sein.
  • Eine niedrigtemperaturseitige Elektrode und ein thermoelektrisches Umwandlungsmaterial vom n-Typ und ein thermoelektrisches Umwandlungsmaterial vom p-Typ, welche miteinander durch die niedrigtemperaturseitige Elektrode verbunden sind, werden als ein Thermoelektrisches-Element-Satz bezeichnet.
  • Unter Bezugnahme auf 8 können mehrere pi-förmige Thermoelektrisches-Element-Sätze angeordnet sein, so dass sie in einer Umfangsrichtung eines Hochtemperaturdurchgangsrohrs 20, durch welches ein Wärmeübertragungsfluid 21 strömt, angeordnet sind und so dass hochtemperaturseitige Endabschnitte der Thermoelektrisches-Element-Sätze, welche zum Rohr benachbart sind, in einer Richtung, in welche das Rohr gekrümmt ist, kurvenförmig angeordnet / gekrümmt sind.
  • Das heißt, dass die Höhen (z.B. Höhenpositionen) der pi-förmigen Thermoelektrisches-Element-Sätze bezogen auf den pi-förmigen Thermoelektrisches-Element-Satz, welcher an der oberen Seite des Hochtemperaturdurchgangsrohrs angeordnet ist, (z.B. den zentralen Thermoelektrisches-Element-Satz) niedriger werden, so wie sie von der linken Seite zur rechten Seite gehen.
  • Auf eine andere Art ausgedrückt, können die Höhen der mehreren pi-förmigen Thermoelektrisches-Element-Sätze dergestalt unterschiedlich sein, dass die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der Thermoelektrisches-Element-Sätze innerhalb einer bestimmten Distanz von dem Rohr angeordnet sind.
  • Das thermoelektrisches Umwandlungsmodul, welches auf die vorliegende Weise ausgestaltet ist, kann effektiv thermische Energie absorbieren, da seine hochtemperaturseitigen Elektroden in das Rohr eingebracht sind, sogar wenn das thermoelektrische Umwandlungsmodul an einem zylindrischen Rohr angeordnet ist.
  • Hierdurch kann elektrische Energie effektiv durch Anbringen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls an einem hochtemperaturseitigen Durchgangsrohr, welches einen kreisförmigen Querschnitt hat, wie bei einem Abgasrohr eines Fahrzeugs, erzeugt werden.
  • Das thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 und 10' gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in einem Fahrzeug angeordnet werden, um elektrische Energie unter Verwendung von Wärme des Abgases zu erzeugen.
  • In dem vorliegenden Fall können die hochtemperaturseitigen Elektrode 131 und 231 des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls 10 und 10' in die Durchgangslöcher, welche in dem Abgasrohr ausgebildet sind, eingebracht sein, um Wärme zu erhalten, während sie das Abgas direkt kontaktieren bzw. direkt berühren. Die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und 231 können die erhaltene Wärme an die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110, 120, 210 und 220 übertragen. Um dies zu erreichen, können die hochtemperaturseitigen Elektroden 131 und 231 eine Form haben, welche, bezogen auf die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien 110, 120, 210 und 220, hin zum Abgasrohr vorsteht.
  • Da das Fahrzeug, welches das auf die vorliegende Weise ausgestaltete thermoelektrische Umwandlungsmodul 10 und 10' aufweist, elektrische Energie unter Nutzung der Abwärme im Abgas erzeugt, kann die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs durch Verringern einer Last, welche der Energieversorgungsvorrichtung (eine Batterie oder eine Brennstoffzelle) des Fahrzeugs auferlegt ist, verbessert werden.
  • Da in dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul der vorliegenden Erfindung, welches auf diese Weise ausgestaltet ist, thermische Energie an die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien mittels der hochtemperaturseitigen Elektroden geliefert wird, während das Wärmeübertragungsfluid (Abgas des Fahrzeugs oder dergleichen) hoher Temperatur und die hochtemperaturseitigen Elektroden einander direkt kontaktieren bzw. direkt berühren, kann die thermoelektrische Leistungsfähigkeit im Vergleich mit einer konventionellen Technologie verbessert werden, indem die Hochtemperaturteile des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls auf eine hohe (insbesondere im Vergleich höhere) Temperatur erhöht werden.
  • Da ferner die Komponenten des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls durch die Träger und das Klemmelement gestützt und fixiert werden können und in ein Modul mittels des Gehäuses verpackt (z.B. verkapselt) werden können, kann die thermoelektrische Leistungsfähigkeit aufrechterhalten werden, indem die Haltbarkeit des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls, welches hoher Temperatur und Vibrationen ausgesetzt ist, verbessert wird.
  • Durch Nutzen des Verfahrens zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls der vorliegenden Erfindung, welches die vorgenannte Konfiguration aufweist, kann verhindert werden, dass die Eigenschaften der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien sich aufgrund hoher Temperatur verschlechtern, und kann das thermoelektrische Umwandlungsmodul auf einfache Weise gefertigt werden.
  • Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „ober...“, „unter...“, „inner...“, „äußer...“, „hoch“, „runter“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorder...“, „hinter...“, „vorne“, „hinten“ „nach innen / einwärts“, „nach außen / auswärts“, „innerhalb, „außerhalb“, „innen“, „außen“, „nach vorne / vorwärts“ und „nach hinten / rückwärts“ dazu verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren Positionen, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben.
  • Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienten dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 10':
    thermoelektrisches Umwandlungsmodul
    11:
    Strom
    20:
    Hochtemperaturdurchgangsrohr
    20h:
    Durchgangsloch
    21:
    Wärmeübertragungsfluid
    23:
    Isolationsschicht
    30:
    Niedrigtemperaturdurchgangsrohr
    31:
    Kühlmittel / Kältemittel
    110, 210:
    Thermoelektrische Umwandlungsmaterialien vom n-Typ
    120, 220:
    Thermoelektrische Umwandlungsmaterialien vom p-Typ
    130, 230:
    Eine Mehrzahl von Elektroden
    131, 231:
    Hochtemperaturseitige Elektroden
    131h:
    Durchgangsöffnung
    132, 232:
    Niedrigtemperaturseitige Elektroden
    140, 240:
    Träger
    150:
    Klemmelement
    160, 260:
    Gehäuse
    170:
    Last
    180:
    Dichtung
    191:
    Lötverbindungsmittel
    192:
    Diffusionsverhinderungsschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020180073363 [0001]

Claims (19)

  1. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10; 10'), aufweisend: eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210) und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220), welche wechselweise angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektroden (131, 132; 231, 232), welche die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220), die wechselweise angeordnet sind, wechselweise an Hochtemperaturseiten und Niedrigtemperaturseiten der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220) verbinden, wobei die Mehrzahl von Elektroden (131, 132; 231, 232) aufweist: eine hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231), welche, bezogen auf hochtemperaturseitige Endabschnitte der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220), zu einem Rohr (20), durch welches ein Wärmeübertragungsfluid (21) strömt, hin vorsteht und in ein Durchgangsloch (20h), das an dem Rohr (20), durch welches das Wärmeübertragungsfluid (21) strömt, ausgebildet ist, dazu einbringbar ist, Wärme während eines direkten Kontaktierens des Wärmeübertragungsfluides (21) zu erhalten und die erhaltene Wärme an die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220) zu übertragen.
  2. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach Anspruch 1, wobei die hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231) teilweise zwischen ein benachbartes thermoelektrisches Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110; 210) der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ und ein benachbartes thermoelektrisches Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120; 220) der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ eingebracht ist, um befestigt zu sein.
  3. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach Anspruch 2, wobei die hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231) bis zu einem Punkt, welcher mit nicht mehr als einem Drittel einer Länge von den hochtemperaturseitigen Endabschnitten aus zu den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ (110; 210) und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ (120; 220) korrespondiert, eingebracht ist, um befestigt zu sein.
  4. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend: Diffusionsverhinderungsschichten (192), welche zwischen der hochtemperaturseitigen Elektrode (131; 231) und dem thermoelektrischen Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110; 210) und zwischen der hochtemperaturseitigen Elektrode (131; 231) und dem thermoelektrischen Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120; 220) angeordnet sind, um wechselseitige Diffusion eines Elektrodenmaterials und eines thermoelektrischen Materials zu verhindern.
  5. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, ferner aufweisend: Verbindungsschichten (191), welche zum thermischen Schweißen zwischen der hochtemperaturseitigen Elektrode (131; 231) und dem thermoelektrischen Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110; 210) und zwischen der hochtemperaturseitigen Elektrode (131; 231) und dem thermoelektrischen Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120; 220) angeordnet sind.
  6. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die hochtemperaturseitige Elektrode (131) ferner mit einer Durchgangsöffnung (131h) an einem Abschnitt der hochtemperaturseitigen Elektrode (131), welcher in das Rohr (20), durch welches das Wärmeübertragungsfluid (21) strömt, eingebracht ist, versehen ist, um einen Strömungswiderstand, welcher durch den Abschnitt der hochtemperaturseitigen Elektrode (131) an das Wärmeübertragungsfluides (21) bewirkt wird, zu verringern.
  7. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: einen Träger (140; 240), welcher wechselweise mit der hochtemperaturseitigen Elektrode (131; 231) dazu angeordnet ist, die hochtemperaturseitigen Endabschnitte des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ (110; 210) und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ (120; 220), welche an niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ (110; 210) und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ (120; 220) miteinander verbunden sind, zu isolieren.
  8. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach Anspruch 7, wobei der Träger (140; 240) teilweise zwischen das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110; 210) der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ und das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120; 220) der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ eingebracht ist, wobei das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110; 210) und das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120; 220) miteinander an den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ (110; 210) und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ (120; 220) verbunden sind, um befestigt zu sein, und wobei eine erste seitliche Fläche des Trägers (140; 240) durch das an dem thermoelektrischen Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110; 210) abgestützt ist und eine zweite Fläche des Trägers (140; 240) an dem thermoelektrischen Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120; 220) abgestützt ist.
  9. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10') nach Anspruch 7 oder 8, wobei die hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231) eine Plattenform hat, welche teilweise zwischen das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110; 210) und das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120; 220), welche zueinander benachbart sind und nicht miteinander an den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ (110; 210) und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ (120; 220) verbunden sind, eingebracht ist, und wobei der Träger (140; 240) die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220), welche zueinander benachbart sind und miteinander an den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220) verbunden sind, abdeckt und die hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231) an einer Seite davon stützt.
  10. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: einen oder den Träger (140), welcher wechselweise mit der hochtemperaturseitigen Elektrode (131) dazu angeordnet ist, die hochtemperaturseitigen Endabschnitte der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120), welche nicht miteinander durch die hochtemperaturseitige Elektrode (131) verbunden sind, zu isolieren, und ein Klemmelement (150), welches die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120), die hochtemperaturseitige Elektrode (131) und den Träger (140) klemmt, wobei die hochtemperaturseitige Elektrode (131) teilweise zwischen das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ (110) und das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ (120) eingebracht ist, um zwischen diesen befestigt zu sein.
  11. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: eine Dichtung (180), welche zwischen der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120) und dem Rohr (20) dazu angeordnet ist, zu verhindern, dass ein inneres Fluid durch das Durchgangsloch (20h), welches an dem Rohr (20) ausgebildet ist, hindurch entweicht, wobei die hochtemperaturseitige Elektrode (131) die Dichtung (180) durchdringt, um in das Rohr (20) eingebracht zu sein.
  12. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10') nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (210, 220) in einer Umfangsrichtung des Rohrs (20) angeordnet ist, und wobei die Mehrzahl von hochtemperaturseitigen Elektroden (231) so angeordnet ist, dass innenliegende Endabschnitte der Mehrzahl von hochtemperaturseitigen Elektroden (231), welche in das Rohr (20) eingebracht sind, eine Kurve bilden, welche in eine Richtung, in welcher das Rohr (20) gekrümmt ist, gekrümmt ist.
  13. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10') nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei, wenn ein Satz, der eine niedrigtemperaturseitige Elektrode (232) und ein thermoelektrisches Umwandlungsmaterial vom n-Typ (210) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ sowie ein thermoelektrisches Umwandlungsmaterial vom p-Typ (220) der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ aufweist, wobei das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom n-Typ (210) und das thermoelektrische Umwandlungsmaterial vom p-Typ (220) miteinander durch die niedrigtemperaturseitige Elektrode (232) verbunden sind, als ein Thermoelektrisches-Element-Satz vom pi-Typ definiert ist, eine Mehrzahl von Thermoelektrisches-Element-Sätzen vom pi-Typ in einer Umfangsrichtung des Rohrs (20) so angeordnet ist, dass hochtemperaturseitige Endabschnitte der Mehrzahl von Thermoelektrisches-Element-Sätzen vom pi-Typ, welche benachbart zum Rohr (20) sind, eine Kurve bilden, welche in eine Richtung, in welcher das Rohr (20) gekrümmt ist, gekrümmt ist.
  14. Thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend eine Isolationsschicht (23) zwischen Abschnitten der hochtemperaturseitigen Elektroden (131), welche durch das Rohr (20) verlaufen, und dem Rohr (20) zur Isolierung der hochtemperaturseitigen Elektroden (131) und des Rohrs (20).
  15. Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls (10; 10'), welches eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210) und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220), die wechselweise angeordnet sind, und plattenartige hochtemperaturseitige Elektroden (131; 231), welche zwischen die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210) und die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220) eingebracht sind, aufweist, wobei das Verfahren aufweist: sequentielles Anordnen (S1100) eines thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ (110; 210) von der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ, einer hochtemperaturseitigen Elektrode (131; 231) von den plattenartigen hochtemperaturseitigen Elektroden, eines thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ (120; 220) von der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ und eines Trägers (140; 240) von einer Mehrzahl von Trägern wechselweise, so dass die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210), die hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231), die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220) und die Träger (140; 240) einander überlappen, und Erwärmen (S1200) von gewissen Endabschnitten der hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231), wenn die gewissen Endabschnitte Endabschnitten, die zwischen die thermoelektrischen Materialien (110, 120; 210, 220) eingebracht sind, gegenüberliegen, während eines Zusammenpressens der Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210), der hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231), der thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220) und der Träger (140; 240), um die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210), die hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231), die thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220) und die Träger (140; 240) zu verschweißen.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des sequentiellen Anordnens (S1100) aufweist: Anordnen von Diffusionsverhinderungsschichten (192) zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231) und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210) und zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231) und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220).
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Schritt des sequentiellen Anordnens (S1100) aufweist: Anordnen von Verbindungsschichten (191) zum thermischen Schweißen zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231) und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210) und zwischen den hochtemperaturseitigen Elektroden (131; 231) und den thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220).
  18. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231) bis zu einem Punkt, welcher mit nicht mehr als einem Drittel einer Länge von den hochtemperaturseitigen Endabschnitten aus zu den niedrigtemperaturseitigen Endabschnitten des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom n-Typ (110; 210) und des thermoelektrischen Umwandlungsmaterials vom p-Typ (120; 220) korrespondiert, eingebracht ist, um befestigt zu werden.
  19. Fahrzeug, aufweisend ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul (10, 10'), welches bei einem Abgasrohr, durch welches Abgas strömt, angeordnet ist, um elektrische Energie unter Nutzung der Wärme des Abgases zu erzeugen, wobei das thermoelektrische Umwandlungsmodul (10, 10') aufweist: eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom n-Typ (110; 210) und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien vom p-Typ (120; 220), welche wechselweise angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Elektroden (131, 132; 231, 232), welche die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220), die wechselweise angeordnet sind, wechselweise an Hochtemperaturseiten und Niedrigtemperaturseiten der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220) verbinden, wobei die Mehrzahl von Elektroden (131, 132; 231, 232) aufweist: eine hochtemperaturseitige Elektrode (131; 231), welche, bezogen auf hochtemperaturseitige Endabschnitte der Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220), zu einem Rohr (20), durch welches ein Wärmeübertragungsfluid (21) strömt, hin vorsteht und in ein Durchgangsloch (20h), das in dem Rohr (20), durch welches das Wärmeübertragungsfluid (21) strömt, ausgebildet ist, dazu einbringbar ist, Wärme während eines direkten Kontaktierens des Wärmeübertragungsfluides (21) zu erhalten und die erhaltene Wärme an die Mehrzahl von thermoelektrischen Umwandlungsmaterialien (110, 120; 210, 220) zu übertragen.
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