WO2013182361A1 - Thermoelectric element for converting energy between thermal energy and electrical energy and method for disassembling the thermoelectric element - Google Patents

Thermoelectric element for converting energy between thermal energy and electrical energy and method for disassembling the thermoelectric element Download PDF

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WO2013182361A1
WO2013182361A1 PCT/EP2013/059305 EP2013059305W WO2013182361A1 WO 2013182361 A1 WO2013182361 A1 WO 2013182361A1 EP 2013059305 W EP2013059305 W EP 2013059305W WO 2013182361 A1 WO2013182361 A1 WO 2013182361A1
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thermoelectric
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Martin Koehne
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01F7/04—Means for releasing the attractive force

Definitions

  • thermoelectric element for the conversion of energy between thermal energy and electrical energy and a method for disassembly of the thermoelectric element
  • thermoelekthsches element also called thermocouple
  • FIG. 2 is a schematic representation of the structure of an exemplary embodiment
  • thermoelectric element and Fig. 3 is a schematic representation of the structure of an exemplary thermoelectric module with series connected
  • thermoelectric elements Such thermoelectric elements or thermoelectric modules composed thereof are constructed from individual thermoelectric legs 10, 20, as described, for example, in AT 410 492 B. The structure looks like this
  • Fig. 4a is a schematic representation of the frictional structure of a
  • thermoelectric element a thermoelectric element
  • Fig. 4 b is a schematic
  • thermoelectric element Representation of cohesive structure of another exemplary thermoelectric element.
  • thermoelectric legs 10, 20 increases at cohesive construction of the module the risk of module failure, since the cohesive construction, the mechanical load on the thermoelectric legs 10, 20 and the connection points at least one order of magnitude higher than in non-positive construction.
  • a single interruption of the current flow for example by a crack in a thermoelectric leg or by a detached connection point, causes the module to fail.
  • Modules according to the current state of the art can not be repaired in the event of a defect due to their cohesive structure but can only be replaced.
  • the precious metals contained in the module can only with great effort
  • thermoelectric legs 10, 20 and the conductor track devices 30, 50, 60 are susceptible to cracking or through
  • thermoelectric material such as skutterudites
  • these thermal process steps require the individual legs to be coated prior to vacuum brazing to avoid sublimation of antimony from the material.
  • frictional structure very high forces are necessary to hold a module reliably in the composite and thus to ensure good thermal and electrical contacts. These forces can be up to 1000 N per module.
  • thermoelectric element for converting energy between thermal energy and electrical energy, comprising: a first thermoelectric leg, a second thermoelectric leg, wherein the first thermoelectric leg has a first magnetic region and the second thermoelectric leg has a second Magnetic region, and a first magnetic conductor device, which is connected to the first and the second magnetic region magnetic force-locking.
  • Magnetic- frictionally means that the adhesion is caused by the magnetic attraction.
  • the present invention also provides a method of disassembling a thermoelectric element.
  • thermoelectric module soft and hard magnetic materials can be used to construct a thermoelectric module.
  • a frictionally constructed module can be advantageously realized, which retains its frictional structure even without external force or requires only very small external forces to function reliably.
  • the housing which receives the contact force for the modules, be much less solid or even designed as in the cohesive modular design.
  • thermoelectric leg has a third magnetic region and the second thermoelectric leg has a fourth magnetic region; and wherein a second magnetic
  • Conductor device is provided, which is connected to the third magnetic field magnetic force-locking and wherein a third magnetic
  • thermoelectric legs using magnetic forces in that for the module structure and the connection technology no process steps are necessary, in which the material is exposed to higher temperatures than the later operating temperatures. This results in a longer life of the thermoelectric legs and
  • thermoelectric legs between the first magnetic region and the first magnetic conductor device and the second magnetic region and the first magnetic conductor device additionally at least partially a first electrical conductive layer is provided, there is the advantage of a better electrical coupling of the thermoelectric legs to the magnetic
  • thermoelectric legs to the magnetic conductor path devices.
  • thermoelectric legs there is the advantage of an even better electrical coupling of the thermoelectric legs to the magnetic
  • Conductor means having a first recess for receiving the first magnetic portion and a second recess for receiving the second magnetic portion, there is the advantage of the far-reaching robustness of the structure against all types of shocks that can exert shear forces on the individual components.
  • Track device has a third recess for receiving the third magnetic region and / or wherein the third magnetic track device has a fourth recess for receiving the fourth magnetic region, there is also the advantage of extensive robustness of the structure against all types of
  • Circuit board device magnetic force-locking with a first magnetic
  • Insulation layer is connected, there is a further advantage of the non-positive structure according to the invention by the extensive mechanical decoupling of the components of the module.
  • Insulation layer are connected, also gives the latter advantage.
  • thermoelectric modules on the principle of frictional connection is greatly simplified, since there are already holding forces between the individual components during construction by the magnetism and not only when the complete structure for the frictional connection is mechanically compressed.
  • magnetic or magnetizable materials for the heat exchanger and a connection of the modules to the heat exchanger via the magnetic forces can be realized.
  • Another advantage of the method and the element according to the invention is the ability to repair a defective module can. Since the components of the module are fixed only by magnetic forces, a defective module can be dismantled with little effort and the defective components
  • Fig. 1 is a schematic representation of a thermoelectric element for
  • Fig. 2 is a schematic representation of the structure of an exemplary
  • thermoelectric element thermoelectric element
  • Fig. 3 is a schematic representation of the structure of an exemplary
  • thermoelectric module with series-connected thermoelectric elements
  • Fig. 4a is a schematic representation of the frictional structure of a
  • thermoelectric element
  • thermoelectric element 4b is a schematic representation of the cohesive structure of another exemplary thermoelectric element.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a thermoelectric element for
  • reference numeral 10 denotes a first thermoelectric leg and reference numeral 20 a second thermoelectric leg, which is connected to the first thermoelectric leg 10 via a first magnetic circuit device 30.
  • Reference numeral 50 denotes a second magnetic
  • thermoelectric leg 10 Circuit conductor means which is connected to the thermoelectric leg 10
  • reference numeral 60 denotes a third magnetic conductor means which is connected to the thermoelectric leg 20.
  • Reference numerals 100 and 300 denote first and second electrical insulation layers.
  • Reference numerals 200 and 400 denote first and second magnetic heat spreaders.
  • Reference symbols L1, L2, L3 denote first, second and third electrical conduction layers, and reference symbols V1, V2, V3, V4 denote first, second, third and fourth recesses for receiving a first one and second magnetic portions 10a, 10b of the first thermoelectric leg 10 and first and second magnetic portions 20a, 20b of the second
  • thermoelectric leg 20 The core of the embodiment is the use of soft and hard magnetic
  • thermoelectric legs 10, 20 Materials for the construction of a thermoelectric element by adhesion.
  • the two thermoelectric legs 10, 20 with a soft or
  • a magnetic plate can be used which is coated in an electrically insulating manner. This can increase the magnetic force with which the magnetic strip conductors 30, 50, 60 adhere to the two thermoelectric legs 10, 20.
  • Such thermoelectric elements and thermoelectric modules composed thereof are exposed to very high temperatures when used in the exhaust system of a car. Therefore, in the selection of soft or hard magnetic materials, the height of the Curie temperature of importance.
  • the following materials have a high Curie temperature and are therefore particularly suitable as magnetic materials for the hot side of the structure of the invention. Examples of particularly suitable
  • Hard magnetic and semi-hard magnetic materials are summarized in Table 1 below.
  • specific electrical resistance of copper 0.0178 Qmm 2 / m
  • EleMarken temperature Expansion resistance in field strength capacity name BH in ° C coefficient Qmm 2 / m W / mK Hc in kA / m
  • Table 2 below shows a list of suitable soft magnetic elements.
  • thermoelectric element via magnetic forces, the contact surfaces, i. the magnetic regions 10a, 10b, 20a, 20b, on the
  • thermoelectric legs 10, 20 particularly important.
  • the contact surfaces can be made of a soft magnetic or semi-hard or a hard magnetic material. Particularly suitable are semi-hard or hard magnetic
  • thermoelectric material Materials whose coefficient of thermal expansion is as close as possible to the thermal expansion coefficient Thermal expansion coefficient are.
  • Table 3 shows thermal expansion coefficients of some thermoelectric materials.
  • thermoelectric legs 10, 20 The attachment of the contact surface, i. The magnetic areas 10a, 10b, 20a, 20b, to the thermoelectric legs 10, 20 must be made so that it bears a multiple of the forces that can be transmitted by the magnetic forces. Because these forces
  • connection are relatively small, numerous methods are suitable for the connection of the contact surface. Particularly advantageous is the connection, if in the production of the
  • thermoelectric material for the later thermoelectric legs 10, 20 the magnetic material of the contact surfaces is already mitgesintert as lower and upper contact surface in the powder compact.
  • Preferred methods for sintering are high current assisted sintering (eg, SPS) or hot pressing, both of which provide very good material bonding between the thermoelectric and magnetic materials.
  • the contact layer of the magnetic regions 10a, 10b, 20a, 20b on the thermoelectric leg 10, 20 should have a thickness which may be in the range of 0, 1 mm - 5 mm. Particularly suitable is a thickness> 1 mm, since material is removed from the contact surface during the later dimensional grinding.
  • Track devices 30, 50, 60 as well as for the conductor track devices in the
  • V2, V3, V4 are provided, as shown by way of example in FIG. These recesses V1, V2, V3, V4 prevent the thermoelectric element or module from becoming inoperative due to supercritical vibration forces or shearing movements. Particularly advantageous depths for these recesses V1, V2, V3, V4 are 10 [im - 1 mm. A preferred
  • the magnetic alloys used for the conductor tracks 30, 50, 60 are electrically rather poor conductors.
  • the present embodiment therefore includes magnetic alloy trace devices 30, 50, 60 additionally coated with a good conductive electrical layer L1, L2, L3 on the side in contact with the thermoelectric legs 10, 20.
  • the advantage is that thereby an electrical conductor with very low electrical resistance is in direct contact with the thermoelectric legs 10, 20 and thereby the electrical losses are minimized.
  • Cobalt or a nickel-cobalt alloy is particularly advantageous as the metal for the coating of the conductor track devices 30, 50, 60, since this also applies at high temperatures
  • the reinforcing magnet of the heat distribution device 200, 400 can also come into direct contact with the exhaust gas in the exhaust gas line as a heat exchanger.
  • thermoelectric element for modular construction.
  • the names for the individual components are taken from Fig. 1.
  • neodymium-iron-boron (NdFeB) is used as the magnetic material in this embodiment.
  • NdFeB is currently the most powerful magnetic material. Its maximum operating temperature is around 200 ° C.
  • NdFeB is currently the most powerful magnetic material. Its maximum operating temperature is around 200 ° C.
  • thermoelectric material Skutterudit and Halb-Heusler finds use of aluminum-nickel-cobalt. Although this material is less powerful than NdFeB, it has an operating temperature of at least 500 ° C, which makes it very suitable for the thermoelectric materials Skutterudit and Halb-Heusler
  • the repair of thighs, elements or modules and the dismantling of thighs, elements thighs or modules for the Nederverêt are very simple by the principle of construction on magnetic adhesive forces.
  • for the Nederverêt can be demagnetized by use of very strong external magnetic fields and / or by heating the Curie temperature of the material of at least one magnetic component, the magnetic components of the element or module and so the elements or modules in a very simple way and Be broken down into their individual components.

Abstract

The invention relates to a thermoelectric element for converting energy between thermal energy and electrical energy, comprising: a first thermoelectric limb (10), a second thermoelectric limb (20), wherein the first thermoelectric limb (10) has a first magnetic region (10a) and the second thermoelectric limb (20) has a second magnetic region (20a), and further comprising a first magnetic conductive track arrangement (30) which is connected magnetically by positive engagement to the first and the second magnetic region (10a; 20a). The invention further relates to a method for disassembling the thermoelectric element.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Thermoelekt sches Element zur Umwandlung von Energie zwischen thermischer Energie und elektrischer Energie und ein Verfahren zum Auseinanderbauen des thermoelektrischen Elements Thermoelekt beautiful element for the conversion of energy between thermal energy and electrical energy and a method for disassembly of the thermoelectric element
Die Erfindung betrifft ein thermoelekthsches Element (auch Thermopaar genannt) zur Umwandlung von Energie zwischen thermischer Energie und elektrischer Energie und ein Verfahren zum Auseinanderbauen des thermoelektrischen Elements. The invention relates to a thermoelekthsches element (also called thermocouple) for the conversion of energy between thermal energy and electrical energy and a method for disassembly of the thermoelectric element.
Stand der Technik Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines beispielhaften Prior Art FIG. 2 is a schematic representation of the structure of an exemplary embodiment
thermoelektrischen Elements, und Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines beispielhaften thermoelektrischen Moduls mit in Reihe geschalteten thermoelectric element, and Fig. 3 is a schematic representation of the structure of an exemplary thermoelectric module with series connected
thermoelektrischen Elementen. Derartige thermoelektrische Elemente bzw. daraus zusammengesetzte thermoelektrische Module sind aus einzelnen thermoelektrischen Schenkeln 10, 20 aufgebaut, wie es beispielsweise in der AT 410 492 B beschrieben wird. Dabei sieht der Aufbau ein thermoelectric elements. Such thermoelectric elements or thermoelectric modules composed thereof are constructed from individual thermoelectric legs 10, 20, as described, for example, in AT 410 492 B. The structure looks like this
Alternieren der Schenkel vom p-Typ (Leitungsmechanismus durch Defektelektronen) bzw. n-Typ (Leitungsmechanismus durch Elektronen) vor. Alternate the p-type legs (conduction mechanism by holes) and n-type (conduction mechanisms by electrons).
Fig. 4a) ist eine schematische Darstellung des kraftschlüssigen Aufbaus eines Fig. 4a) is a schematic representation of the frictional structure of a
beispielhaften thermoelektrischen Elements, und Fig. 4 b) ist eine schematische exemplary thermoelectric element, and Fig. 4 b) is a schematic
Darstellung des stoffschlüssigen Aufbaus eines weiteren beispielhaften thermoelektrischen Elements. Representation of cohesive structure of another exemplary thermoelectric element.
Es gibt im Wesentlichen zwei Arten des Modulbaus. Der Unterschied zwischen diesen beiden Modulbauarten liegt in der thermischen und elektrischen Anbindung der einzelnen Bauteile. Diese kann kraftschlüssig F, wie in Fig. 4a) dargestellt, oder stoffschlüssig S, wie in Fig. 4b) dargestellt, erfolgen. Darüber hinaus sind auch Kombinationen aus den beiden vorgenannten Modulbauarten möglich. Durch die Vielzahl der in Reihe geschalteten thermoelektrischen Schenkel 10, 20, wie in Fig. 3 dargestellt, erhöht sich bei stoffschlüssiger Bauweise des Moduls das Risiko eines Modulausfalls, da durch die stoffschlüssige Bauweise die mechanische Belastung für die thermoelektrischen Schenkel 10, 20 und die Verbindungsstellen mindestens eine Größenordnung höher ist als bei kraftschlüssiger Bauweise. Bereits eine einzige Unterbrechung des Stromflusses, beispielsweise durch einen Riss in einem thermoelektrischen Schenkel oder durch eine abgelöste Verbindungsstelle, führt dazu, dass das Modul ausfällt. Module nach dem heutigen Stand der Technik sind aufgrund ihres stoffschlüssigen Aufbaus im Falle eines Defektes nicht zu reparieren sondern können nur ausgetauscht werden. Die im Modul enthaltenen wertvollen Metalle können darüber hinaus nur mit großem Aufwand There are essentially two types of modular construction. The difference between these two types of modules lies in the thermal and electrical connection of the individual components. This can be frictionally F, as shown in Fig. 4a), or cohesively S, as shown in Fig. 4b), take place. In addition, combinations of the two aforementioned modular types are possible. The multiplicity of series-connected thermoelectric legs 10, 20, as shown in FIG. 3, increases at cohesive construction of the module the risk of module failure, since the cohesive construction, the mechanical load on the thermoelectric legs 10, 20 and the connection points at least one order of magnitude higher than in non-positive construction. Already a single interruption of the current flow, for example by a crack in a thermoelectric leg or by a detached connection point, causes the module to fail. Modules according to the current state of the art can not be repaired in the event of a defect due to their cohesive structure but can only be replaced. In addition, the precious metals contained in the module can only with great effort
wiederverwertet werden. Für eine Wiederverwertung muss das Modul wieder in seine ursprünglichen Bestandteile zurückgebaut wird. be recycled. For recycling, the module must be restored to its original components.
Stand der Technik ist ferner die stoffschlüssige Verbindung zwischen den The prior art is also the cohesive connection between the
thermoelektrischen Schenkeln 10, 20 und den Leiterbahneinrichtungen 30, 50, 60. Diese stoffschlüssigen Verbindungen sind anfällig für Rissbildung bzw. können durch thermoelectric legs 10, 20 and the conductor track devices 30, 50, 60. These cohesive connections are susceptible to cracking or through
Unterschiede im Wärmeausdehnungskoeffizienten das thermoelektrische Material insbesondere bei thermozyklischer Beanspruchung zerrütten. Darüber hinaus sind bei stoffschlüssiger Verbindung thermische Prozessschritte notwendig, die bei Temperaturen durchgeführt werden, die deutlich über der maximalen Betriebstemperatur des Moduls liegen. Diese thermischen Prozessschritte erfordern zum Beispiel bei thermoelektrischen Materialien wie den Skutteruditen die einzelnen Schenkel vor dem Vakuumlöten zu beschichten, um eine Sublimation von Antimon aus dem Material heraus zu vermeiden. Beim kraftschlüssigen Aufbau sind sehr hohe Kräfte notwendig sind, um ein Modul zuverlässig im Verbund zu halten und so gute thermische und elektrische Kontakte zu gewährleisten. Diese Kräfte können pro Modul bis zu 1000 N betragen. Differences in the coefficient of thermal expansion disrupt the thermoelectric material, especially under thermocycling. In addition, in material-locking connection thermal process steps are necessary, which are carried out at temperatures that are well above the maximum operating temperature of the module. For example, in thermoelectric materials such as skutterudites, these thermal process steps require the individual legs to be coated prior to vacuum brazing to avoid sublimation of antimony from the material. When frictional structure very high forces are necessary to hold a module reliably in the composite and thus to ensure good thermal and electrical contacts. These forces can be up to 1000 N per module.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft ein thermoelektrisches Element zur Umwandlung von Energie zwischen thermischer Energie und elektrischer Energie, das folgende Komponenten aufweist: einen ersten thermoelektrischen Schenkel, einen zweiten thermoelektrischen Schenkel, wobei der erste thermoelektrische Schenkel einen ersten magnetischen Bereich aufweist und der zweite thermoelektrische Schenkel einen zweiten magnetischen Bereich aufweist, und eine erste magnetische Leiterbahneinrichtung, welche mit dem ersten und dem zweiten magnetischen Bereich magnetisch-kraftschlüssig verbunden ist. Magnetisch- kraftschlüssig bedeutet, dass der Kraftschluss durch die magnetische Anziehungskraft bewirkt wird. The present invention provides a thermoelectric element for converting energy between thermal energy and electrical energy, comprising: a first thermoelectric leg, a second thermoelectric leg, wherein the first thermoelectric leg has a first magnetic region and the second thermoelectric leg has a second Magnetic region, and a first magnetic conductor device, which is connected to the first and the second magnetic region magnetic force-locking. Magnetic- frictionally means that the adhesion is caused by the magnetic attraction.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Auseinanderbauen eines thermoelektrischen Elements. The present invention also provides a method of disassembling a thermoelectric element.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Preferred developments are the subject of the respective subclaims.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können weich- und hartmagnetische Materialien zum Aufbau eines thermoelektrischen Moduls Verwendung finden. Dadurch kann ein kraftschlüssig aufgebautes Modul vorteilhaft realisiert werden, das auch ohne äußere Kraft seinen kraftschlüssigen Aufbau behält bzw. nur sehr geringe äußere Kräfte benötigt um zuverlässig zu funktionieren. Dadurch kann im Gegensatz zur rein kraftschlüssigen Modulbauart das Gehäuse, das die Anpresskraft für die Module aufnimmt, sehr viel weniger massiv ausgeführt sein oder sogar genauso ausgeführt sein wie bei der stoffschlüssigen Modulbauart. In the device according to the invention, soft and hard magnetic materials can be used to construct a thermoelectric module. As a result, a frictionally constructed module can be advantageously realized, which retains its frictional structure even without external force or requires only very small external forces to function reliably. As a result, in contrast to the purely non-positive modular design, the housing, which receives the contact force for the modules, be much less solid or even designed as in the cohesive modular design.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, wobei der erste thermoelektrische Schenkel einen dritten magnetischen Bereich aufweist und der zweite thermoelektrische Schenkel einen vierten magnetischen Bereich aufweist; und wobei eine zweite magnetische According to a preferred development, wherein the first thermoelectric leg has a third magnetic region and the second thermoelectric leg has a fourth magnetic region; and wherein a second magnetic
Leiterbahneinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem dritten magnetischen Bereich magnetisch-kraftschlüssig verbunden ist und wobei eine dritte magnetische Conductor device is provided, which is connected to the third magnetic field magnetic force-locking and wherein a third magnetic
Leiterbahneinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem vierten magnetischen Bereich magnetisch-kraftschlüssig verbunden ist, besteht ein weiterer Vorteil des Conductor device is provided, which is magnetically-positively connected to the fourth magnetic region, there is a further advantage of
erfindungsgemäßen Modulaufbaus unter Nutzung von Magnetkräften darin, dass für den Modulaufbau und die Verbindungstechnik keine Prozessschritte notwendig sind, in denen das Material höheren Temperaturen als den späteren Betriebstemperaturen ausgesetzt ist. Dadurch wird eine höhere Lebensdauer der thermoelektrischen Schenkel und inventive module structure using magnetic forces in that for the module structure and the connection technology no process steps are necessary, in which the material is exposed to higher temperatures than the later operating temperatures. This results in a longer life of the thermoelectric legs and
insbesondere der Beschichtung auf den Schenkeln sichergestellt. especially the coating on the legs ensured.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, zwischen dem ersten magnetischen Bereich und der ersten magnetischen Leiterbahneinrichtung sowie dem zweiten magnetischen Bereich und der ersten magnetischen Leiterbahneinrichtung zusätzlich zumindest teilweise eine erste elektrische Leitschicht vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil einer besseren elektrischen Ankopplung der thermoelektrischen Schenkel an die magnetischen According to a preferred development, between the first magnetic region and the first magnetic conductor device and the second magnetic region and the first magnetic conductor device additionally at least partially a first electrical conductive layer is provided, there is the advantage of a better electrical coupling of the thermoelectric legs to the magnetic
Leiterbahneinrichtungen. Interconnect facilities.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, wobei zwischen dem dritten magnetischen Bereich und der zweiten magnetischen Leiterbahneinrichtung zusätzlich zumindest teilweise eine zweite elektrische Leitschicht vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil einer noch besseren elektrischen Ankopplung der thermoelektrischen Schenkel an die magnetischen Leiterbahneinrichtungen. According to a preferred refinement, wherein at least partially a second electrical conduction layer is additionally provided between the third magnetic region and the second magnetic conduction device, there is the advantage of an even better electrical coupling of the thermoelectric legs to the magnetic conductor path devices.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, wobei zwischen vierten magnetischen Bereich und der dritten magnetischen Leiterbahneinrichtung zusätzlich zumindest teilweise eine dritte elektrische Leitschicht vorgesehen ist, ergibt sich der Vorteil einer noch besseren elektrischen Ankopplung der thermoelektrischen Schenkel an die magnetischen According to a preferred development, wherein at least partially a third electrical conduction layer is provided between the fourth magnetic region and the third magnetic conduction device, there is the advantage of an even better electrical coupling of the thermoelectric legs to the magnetic
Leiterbahneinrichtungen. Interconnect facilities.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wobei die erste magnetische According to a preferred embodiment wherein the first magnetic
Leiterbahneinrichtung eine erste Vertiefung zur Aufnahme des ersten magnetischen Bereichs und eine zweite Vertiefung zur Aufnahme des zweiten magnetischen Bereichs aufweist, ergibt sich der Vorteil der weitgehenden Robustheit des Aufbaus gegen alle Arten von Erschütterungen, die Scherkräfte auf die einzelnen Bauteile ausüben können. Conductor means having a first recess for receiving the first magnetic portion and a second recess for receiving the second magnetic portion, there is the advantage of the far-reaching robustness of the structure against all types of shocks that can exert shear forces on the individual components.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, wobei die zweite magnetische According to a preferred embodiment, wherein the second magnetic
Leiterbahneinrichtung eine dritte Vertiefung zur Aufnahme des dritten magnetischen Bereichs aufweist und/oder wobei die dritte magnetische Leiterbahneinrichtung eine vierte Vertiefung zur Aufnahme des vierten magnetischen Bereichs aufweist, ergibt sich ebenfalls der Vorteil der weitgehenden Robustheit des Aufbaus gegen alle Arten von Track device has a third recess for receiving the third magnetic region and / or wherein the third magnetic track device has a fourth recess for receiving the fourth magnetic region, there is also the advantage of extensive robustness of the structure against all types of
Erschütterungen, die Scherkräfte auf die einzelnen Bauteile ausüben können. Vibrations that can exert shear forces on the individual components.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, wobei die erste magnetische According to a preferred embodiment, wherein the first magnetic
Leiterbahneinrichtung magnetisch-kraftschlüssig mit einer ersten magnetischen Circuit board device magnetic force-locking with a first magnetic
Wärmeverteilereinrichtung über eine dazwischen liegende erste elektrische Heat distribution device via an intermediate first electrical
Isolationsschicht verbunden ist, ergibt sich ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen kraftschlüssigen Aufbaus durch die weitgehende mechanische Entkopplung der Bauteile des Moduls. Dies bedeutet, dass die kraftschlüssige Anbindung der thermoelektrischen Schenkel, der Leiterbahneinrichtungen und der Wärmeverteilereinrichtungen vollständig oder überwiegend durch Magnetkräfte erfolgt. Dadurch werden die Vorteile des stoffschlüssigen Aufbaus (gute thermische und elektrische Kontakte, leichtes Gehäuse, einfachere Montage) und des kraftschlüssigen Aufbaus (keine kritische Übertragung von mechanischen Belastungen durch Insulation layer is connected, there is a further advantage of the non-positive structure according to the invention by the extensive mechanical decoupling of the components of the module. This means that the frictional connection of the thermoelectric legs, the conductor track devices and the heat distribution devices takes place completely or predominantly by magnetic forces. Thereby, the advantages of cohesive structure (good thermal and electrical contacts, lightweight housing, easier installation) and the frictional structure (no critical transmission of mechanical stress through
unterschiedliche Wärmeausdehnungs-koeffizienten der Bauelemente, sehr einfache Demontage für die Wiederaufbereitung/ Recycling) in dem erfindungsgemäßen different coefficients of thermal expansion of the components, very easy dismantling for recycling / recycling) in the invention
Aufbauprinzip vereint. Construction principle combined.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, wobei die zweite und die dritte magnetische Leiterbahneinrichtung magnetisch-kraftschlüssig mit einer zweiten magnetischen According to a preferred embodiment, wherein the second and the third magnetic track device with magnetic force-locking with a second magnetic
Wärmeverteilereinrichtung über eine dazwischen liegende zweite elektrische Heat distribution device via an intermediate second electrical
Isolationsschicht verbunden sind, ergibt sich ebenfalls der zuletzt genannte Vorteil.  Insulation layer are connected, also gives the latter advantage.
Durch die Erfindung wird die Fertigung von thermoelektrischen Modulen nach dem Prinzip des Kraftschlusses stark vereinfacht, da hier durch den Magnetismus bereits Haltekräfte zwischen den einzelnen Bauelementen während des Aufbaus bestehen und nicht erst dann, wenn der vollständige Aufbau für den Kraftschluss mechanisch zusammengepresst wird. Bei Verwendung von magnetischen bzw. magnetisierbaren Materialien für den Wärmetauscher ist auch eine Anbindung der Module an den Wärmetauscher über die Magnetkräfte realisierbar. By the invention, the production of thermoelectric modules on the principle of frictional connection is greatly simplified, since there are already holding forces between the individual components during construction by the magnetism and not only when the complete structure for the frictional connection is mechanically compressed. When using magnetic or magnetizable materials for the heat exchanger and a connection of the modules to the heat exchanger via the magnetic forces can be realized.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Elements liegt in der Möglichkeit, ein defektes Modul reparieren zu können. Da die Bestandteile des Moduls nur durch magnetische Kräfte fixiert sind, kann ein defektes Modul mit geringem Aufwand zurückgebaut werden und die defekten Bauteile Another advantage of the method and the element according to the invention is the ability to repair a defective module can. Since the components of the module are fixed only by magnetic forces, a defective module can be dismantled with little effort and the defective components
ausgetauscht werden. Dieser einfache Rückbau des Moduls erlaubt auch die Module mit sehr geringem Aufwand in ihre einzelnen Bestandteile zu zerlegen und somit sortenrein einer Wederverwertung zu zuführen. Darüber hinaus können die Bauteile des Moduls auch direkt für den Aufbau neuer Module verwendet werden. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. be replaced. This simple dismantling of the module also allows the modules with very little effort to disassemble into their individual components and thus sort of a Nederverwertung to perform. In addition, the components of the module can also be used directly for the construction of new modules. Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines thermoelektrischen Elements zurBrief description of the drawings In the drawings: Fig. 1 is a schematic representation of a thermoelectric element for
Umwandlung von Energie zwischen thermischer Energie und elektrischer Energie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Conversion of energy between thermal energy and electrical energy according to an embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines beispielhaften Fig. 2 is a schematic representation of the structure of an exemplary
thermoelektrischen Elements;  thermoelectric element;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines beispielhaften Fig. 3 is a schematic representation of the structure of an exemplary
thermoelektrischen Moduls mit in Reihe geschalteten thermoelektrischen Elementen;  thermoelectric module with series-connected thermoelectric elements;
Fig. 4a) eine schematische Darstellung des kraftschlüssigen Aufbaus eines Fig. 4a) is a schematic representation of the frictional structure of a
beispielhaften thermoelektrischen Elements; und  exemplary thermoelectric element; and
Fig. 4b) eine schematische Darstellung des stoffschlüssigen Aufbaus eines weiteren beispielhaften thermoelektrischen Elements. 4b) is a schematic representation of the cohesive structure of another exemplary thermoelectric element.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente. In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines thermoelektrischen Elements zur Fig. 1 is a schematic representation of a thermoelectric element for
Umwandlung von Energie zwischen thermischer Energie und elektrischer Energie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Conversion of energy between thermal energy and electrical energy according to an embodiment of the invention.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 10 einen ersten thermoelektrischen Schenkel und Bezugszeichen 20 einen zweiten thermoelektrischen Schenkel, der mit dem ersten thermoelektrischen Schenkel 10 über eine erste magnetische Leiterbahneinrichtung 30 verbunden ist. Bezugszeichen 50 bezeichnet eine zweite magnetische In Fig. 1, reference numeral 10 denotes a first thermoelectric leg and reference numeral 20 a second thermoelectric leg, which is connected to the first thermoelectric leg 10 via a first magnetic circuit device 30. Reference numeral 50 denotes a second magnetic
Leiterbahneinrichtung, die mit dem thermoelektrischen Schenkel 10 verbunden ist, und Bezugszeichen 60 bezeichnet eine dritte magnetische Leiterbahneinrichtung, die mit dem thermoelektrischen Schenkel 20 verbunden ist. Bezugszeichen 100 und 300 bezeichnen eine erste und zweite elektrische Isolationsschicht. Bezugszeichen 200 und 400 bezeichnen eine erste und zweite magnetische Wärmeverteilereinrichtung. Bezugszeichen L1 , L2, L3 bezeichnen eine erste, zweite und dritte elektrische Leitschicht, und Bezugszeichen V1 , V2, V3, V4 bezeichnen eine erste, zweite, dritte und vierte Vertiefung zur Aufnahme eines ersten und zweiten magnetischen Bereichs 10a, 10b des ersten thermoelektrischen Schenkels 10 und eines ersten und zweiten magnetischen Bereichs 20a, 20b des zweiten Circuit conductor means which is connected to the thermoelectric leg 10, and reference numeral 60 denotes a third magnetic conductor means which is connected to the thermoelectric leg 20. Reference numerals 100 and 300 denote first and second electrical insulation layers. Reference numerals 200 and 400 denote first and second magnetic heat spreaders. Reference symbols L1, L2, L3 denote first, second and third electrical conduction layers, and reference symbols V1, V2, V3, V4 denote first, second, third and fourth recesses for receiving a first one and second magnetic portions 10a, 10b of the first thermoelectric leg 10 and first and second magnetic portions 20a, 20b of the second
thermoelektrischen Schenkels 20. Kern der Ausführungsform ist die Verwendung von weich- und hartmagnetischen thermoelectric leg 20. The core of the embodiment is the use of soft and hard magnetic
Materialien zum Aufbau eines thermoelektrischen Elements durch Kraftschluss. Dazu werden die beiden thermoelektrischen Schenkel 10, 20 mit einem weich- oder  Materials for the construction of a thermoelectric element by adhesion. For this purpose, the two thermoelectric legs 10, 20 with a soft or
hartmagnetischen Material beschichtet. Als Material für die magnetischen coated hard magnetic material. As material for the magnetic
Leiterbahneinrichtungen 30, 50, 60 wird eine hartmagnetische Verbindung gewählt. Track devices 30, 50, 60, a hard magnetic connection is selected.
Darüber hinaus kann für die elektrischen Isolationsschichten 100, 300 eine magnetische Platte verwendet werden, die elektrisch isolierend beschichtet ist. Dadurch kann die magnetische Kraft erhöht werden, mit der die magnetischen Leiterbahneinrichtungen 30, 50, 60 auf den beiden thermoelektrischen Schenkeln 10, 20 haften. Dabei sind In addition, for the electrical insulation layers 100, 300, a magnetic plate can be used which is coated in an electrically insulating manner. This can increase the magnetic force with which the magnetic strip conductors 30, 50, 60 adhere to the two thermoelectric legs 10, 20. There are
insbesondere folgende Komponenten, wie in Fig. 1 dargestellt, aus weich- bzw. in particular the following components, as shown in Fig. 1, from soft or
hartmagnetischem Material gefertigt: die Beschichtung der Kontaktflächen der made of hard magnetic material: the coating of the contact surfaces of
thermoelektrischen Schenkel 10, 20, d.h. die magnetischen Bereiche 10a, 10b, 20a, 20b, die Leiterbahneinrichtungen 30, 50, 60 und optional die Wärmeverteilereinrichtungen (Heat Spreader) 200, 400. Derartige thermoelektrische Elemente und daraus zusammengesetzte thermoelektrische Module sind bei Verwendung im Abgasstrang eines PKW sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Daher ist bei der Auswahl der weich- bzw. hartmagnetischen Werkstoffe die Höhe der Curietemperatur von Bedeutung. Folgende Werkstoffe besitzen eine hohe Curietemperatur und sind daher besonders als magnetische Materialien für die heiße Seite des erfindungsgemäßen Aufbaus geeignet. Beispiele für besonders geeignete thermoelectric legs 10, 20, i. the magnetic regions 10a, 10b, 20a, 20b, the interconnect devices 30, 50, 60 and optionally the heat spreaders 200, 400. Such thermoelectric elements and thermoelectric modules composed thereof are exposed to very high temperatures when used in the exhaust system of a car. Therefore, in the selection of soft or hard magnetic materials, the height of the Curie temperature of importance. The following materials have a high Curie temperature and are therefore particularly suitable as magnetic materials for the hot side of the structure of the invention. Examples of particularly suitable
hartmagnetische und halbharte magnetische Materialien sind in folgender Tabelle 1 zusammengestellt. Zum Vergleich: Spezifischer elektrischer Wderstand von Kupfer: 0,0178 Qmm2/m, Wärmeleitfähigkeit von Auspuffedelstahl 1.4313 (= X3CrNiMo13-4 = C max.: 0,05 ; Cr: 12,00 - 14,00; Ni: 3,50 - 4,50; Mo: 0,30 - 0,70; N: min. 0,02 (in Masse%)): 25 W/mK Energie¬Hard magnetic and semi-hard magnetic materials are summarized in Table 1 below. For comparison: specific electrical resistance of copper: 0.0178 Qmm 2 / m, thermal conductivity of exhaust stainless steel 1.4313 (= X3CrNiMo13-4 = C max: 0.05, Cr: 12.00 - 14.00, Ni: 3.50 - 4.50, Mo: 0.30 - 0.70, N: at least 0.02 (in mass%)): 25 W / mK Energie¬
Curiethermischer Spez. elektr. WärmeleitKoerzitiv-Curiethermischer Spez. Electr. WärmeleitKoerzitiv-
EleMarkenprodukt temperatur AusdehnungsWiderstand in fähigkeit in feldstärke mente namen BH in in °C koeffizient Qmm2/m W/mK Hc in kA/m EleMarkenprodukt temperature Expansion resistance in field strength capacity name BH in ° C coefficient Qmm 2 / m W / mK Hc in kA / m
kJ/m3 kJ / m3
CROVAC CROVAC
16/550  16/550
(Vacuum- (vacuum-
FeCrCo 640 10 0,7 20,5 53 - 61 37 schmelze) FeCrCo 640 10 0.7 20.5 53 - 61 37 melt)
Arnokrome™  Arnokrome ™
3 (Arnold)  3 (Arnold)
Aleast VIII  Aleast VIII
AINiCo 850 1 1 -13 0,5 60 1 13 - 122 36,5 - 44  AINiCo 850 1 1 -13 0.5 60 1 13 - 122 36.5 - 44
(Cibas)  (Ciba)
Magnetoflex  MAGNETOflex
93  93
CoFeV 700 1 1 0,65 30 30 - 35 20  CoFeV 700 1 1 0.65 30 30 - 35 20
(Vacuumsch  (Vacuumsch
melze)  melze)
Tabelle 1 Table 1
Folgende Tabelle 2 zeigt eine Zusammenstellung geeigneter weichmagnetischer Elemente. Table 2 below shows a list of suitable soft magnetic elements.
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Tabelle 2 Table 2
Für den Aufbau eines derartigen thermoelektrischen Elements über Magnetkräfte sind die Kontaktflächen, d.h. die magnetischen Bereiche 10a, 10b, 20a, 20b, auf den For the construction of such a thermoelectric element via magnetic forces, the contact surfaces, i. the magnetic regions 10a, 10b, 20a, 20b, on the
thermoelektrischen Schenkeln 10, 20 besonders wichtig. Die Kontaktflächen können aus einem weichmagnetischen oder halbhart- oder einem hartmagnetischen Material gefertigt werden. Besondere gut geeignet sind halbhart- oder hartmagnetische thermoelectric legs 10, 20 particularly important. The contact surfaces can be made of a soft magnetic or semi-hard or a hard magnetic material. Particularly suitable are semi-hard or hard magnetic
Materialien, die in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten möglichst nahe dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermoelektrischen Materials sind. Die folgende Tabelle 3 zeigt Wärmeausdehnungskoeffizienten einiger thermoelektrischer Materialen. Materials whose coefficient of thermal expansion is as close as possible to the thermal expansion coefficient Thermal expansion coefficients of the thermoelectric material are. The following Table 3 shows thermal expansion coefficients of some thermoelectric materials.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
Tabelle 3 Table 3
Die Anbindung der Kontaktfläche, d.h. der magnetischen Bereiche 10a, 10b, 20a, 20b, an die thermoelektrischen Schenkel 10, 20 muss so erfolgen, dass diese ein Mehrfaches der Kräfte erträgt, die durch die Magnetkräfte übertragen werden können. Da diese Kräfte The attachment of the contact surface, i. The magnetic areas 10a, 10b, 20a, 20b, to the thermoelectric legs 10, 20 must be made so that it bears a multiple of the forces that can be transmitted by the magnetic forces. Because these forces
vergleichsweise gering sind, sind für die Anbindung der Kontaktfläche zahlreiche Verfahren geeignet. Besonders vorteilhaft ist die Anbindung, wenn bei der Herstellung des are relatively small, numerous methods are suitable for the connection of the contact surface. Particularly advantageous is the connection, if in the production of the
thermoelektrischen Materials für den späteren thermoelektrischen Schenkel 10, 20 das magnetische Material der Kontaktflächen bereits als untere und obere Kontaktfläche im Pulverpressling mitgesintert wird. Bevorzugte Methoden für das Sintern sind Starkstrom unterstütztes Sintern (z. B. SPS) oder Heißpressen, die beide eine sehr gute stoffliche Anbindung zwischen dem thermoelektrischen und dem magnetischen Material erzielen. Thermoelectric material for the later thermoelectric legs 10, 20, the magnetic material of the contact surfaces is already mitgesintert as lower and upper contact surface in the powder compact. Preferred methods for sintering are high current assisted sintering (eg, SPS) or hot pressing, both of which provide very good material bonding between the thermoelectric and magnetic materials.
Um genügend hohe magnetische Kräfte zu erzielen, sollte die Kontaktschicht der magnetischen Bereiche 10a, 10b, 20a, 20b auf dem thermoelektrischen Schenkel 10, 20 eine Dicke haben, die im Bereich von 0, 1 mm - 5 mm liegen kann. Besonders geeignet ist eine Dicke > 1 mm, da beim späteren Maß-Schleifen Material von der Kontaktfläche abgetragen wird. In order to achieve sufficiently high magnetic forces, the contact layer of the magnetic regions 10a, 10b, 20a, 20b on the thermoelectric leg 10, 20 should have a thickness which may be in the range of 0, 1 mm - 5 mm. Particularly suitable is a thickness> 1 mm, since material is removed from the contact surface during the later dimensional grinding.
Darüber hinaus ist es sehr vorteilhaft, wenn sowohl für die Kontaktflächen in den In addition, it is very beneficial if both for the contact surfaces in the
Leiterbahneinrichtungen 30, 50, 60 als auch für die Leiterbahneinrichtungen in der Track devices 30, 50, 60 as well as for the conductor track devices in the
Anbindung an die Wärmeverteilereinrichtungen 200, 400 die passenden Vertiefungen V1 ,Connection to the heat distribution devices 200, 400, the appropriate wells V1,
V2, V3, V4 vorgesehen sind, wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt wird. Diese Vertiefungen V1 , V2, V3, V4 verhindern, dass durch überkritische Vibrationskräfte oder Scherbewegungen das thermoelektrische Element bzw. Modul funktionsunfähig wird. Besonders vorteilhafte Tiefen für diese Vertiefungen V1 , V2, V3, V4 sind 10 [im - 1 mm. Eine bevorzugte V2, V3, V4 are provided, as shown by way of example in FIG. These recesses V1, V2, V3, V4 prevent the thermoelectric element or module from becoming inoperative due to supercritical vibration forces or shearing movements. Particularly advantageous depths for these recesses V1, V2, V3, V4 are 10 [im - 1 mm. A preferred
Gestaltung für die Kontaktflächen sieht vor, dass diese geläppt sind und die Design for the contact surfaces provides that these are lapped and the
Kontaktflächen planparallel ohne Luftspalt zueinander in Kontakt sind. ln einem realen thermoelektrischen Element bzw. Modul sind bestimmte Anforderungen, insbesondere an die Planparallelität, nur mit hohem Aufwand zu erfüllen. Daher sind alternative Maßnahmen zur Verbesserung der thermischen bzw. elektrischen Anbindung zwischen den entsprechenden Bauelementen notwendig. Besonders bevorzugt sind der Einsatz sehr dünner Grafitfolien oder von flüssigem Metall bzw. Metall mit niedrigem Schmelzpunkt um den Kapillarspalt in der Kontaktfläche zu füllen. Dadurch werden die herstellungsbedingten Mängel in der Oberflächenbeschaffenheit der Kontaktstellen zwischen den Bauelementen optimal ausgeglichen und der thermische bzw. elektrische Widerstand reduziert. Contact surfaces are plane-parallel without air gap in contact. In a real thermoelectric element or module certain requirements, in particular to the plane parallelism, can be met only with great effort. Therefore, alternative measures to improve the thermal or electrical connection between the corresponding components are necessary. Particularly preferred are the use of very thin graphite foils or of liquid metal or metal with a low melting point to fill the capillary gap in the contact surface. As a result, the production-related defects in the surface condition of the contact points between the components are optimally balanced and the thermal or electrical resistance is reduced.
Die magnetischen Legierungen, die für die Leiterbahneinrichtungen 30, 50, 60 eingesetzt werden, sind elektrisch eher schlechte Leiter. Die vorliegende Ausführungsform beinhaltet daher Leiterbahneinrichtungen 30, 50, 60 aus magnetischer Legierung, die zusätzlich mit einer guten elektrischen Leitschicht L1 , L2, L3 auf der Seite beschichtet sind, die in Kontakt mit den thermoelektrischen Schenkeln 10, 20 steht. Vorteil ist, dass dadurch ein elektrischer Leiter mit sehr geringem elektrischen Widerstand in direktem Kontakt zu den thermoelektrischen Schenkeln 10, 20 steht und dadurch die elektrischen Verluste minimiert werden. Als Metall für die Beschichtung der Leiterbahneinrichtungen 30, 50 ,60 ist Kobalt oder eine Nickel-Kobalt-Legierung besonders vorteilhaft, da diese auch bei hohen The magnetic alloys used for the conductor tracks 30, 50, 60 are electrically rather poor conductors. The present embodiment therefore includes magnetic alloy trace devices 30, 50, 60 additionally coated with a good conductive electrical layer L1, L2, L3 on the side in contact with the thermoelectric legs 10, 20. The advantage is that thereby an electrical conductor with very low electrical resistance is in direct contact with the thermoelectric legs 10, 20 and thereby the electrical losses are minimized. Cobalt or a nickel-cobalt alloy is particularly advantageous as the metal for the coating of the conductor track devices 30, 50, 60, since this also applies at high temperatures
Temperaturen noch ihre ferromagnetischen Eigenschaften besitzen und so auch bei hohen Temperaturen die Magnetkräfte durch die elektrische Leitschicht L1 , L2, L3 hindurch fast verlustfrei übertragen werden. Temperatures still have their ferromagnetic properties and so even at high temperatures, the magnetic forces are transmitted through the electrical conductive layer L1, L2, L3 almost lossless.
Aufgrund der sehr guten Korrosionsbeständigkeit bestimmter magnetischer Legierungen wie zum Beispiel AINiCo kann der verstärkende Magnet der Wärmeverteilereinrichtung 200, 400 auch direkt als Wärmetauscher mit dem Abgas im Abgasstrang in Kontakt kommen. Due to the very good corrosion resistance of certain magnetic alloys, such as AINiCo, the reinforcing magnet of the heat distribution device 200, 400 can also come into direct contact with the exhaust gas in the exhaust gas line as a heat exchanger.
In folgender Tabelle 4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Aufbau eines thermolektrischen Elements für den Modulbau dargestellt. Die Bezeichnungen für die einzelnen Bauelemente sind aus Fig. 1 übernommen. Auf der kalten Seite wird in diesem Ausführungsbeispiel als Magnetwerkstoff Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) verwendet. NdFeB ist der zur Zeit leistungsfähigste magnetische Werkstoff. Seine maximale Einsatztemperatur liegt bei ca. 200°C. Auf der heißen Seite und in direktem Kontakt mit dem thermoelektrischen Schenkel Table 4 below shows an exemplary embodiment of a structure of a thermoelectric element for modular construction. The names for the individual components are taken from Fig. 1. On the cold side, neodymium-iron-boron (NdFeB) is used as the magnetic material in this embodiment. NdFeB is currently the most powerful magnetic material. Its maximum operating temperature is around 200 ° C. On the hot side and in direct contact with the thermoelectric leg
S ßiteee S eit eee
findet Aluminium-Nickel-Kobalt Verwendung. Dieses Material ist zwar weniger leistungsfähig als NdFeB besitzt aber eine Einsatztemperatur von mind. 500°C, einen sehr gut zu den thermoelektrischen Materialien Skutterudit und Halb-Heusler passenden finds use of aluminum-nickel-cobalt. Although this material is less powerful than NdFeB, it has an operating temperature of at least 500 ° C, which makes it very suitable for the thermoelectric materials Skutterudit and Halb-Heusler
Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine herausragende Korrosionsbeständigkeit. Thermal expansion coefficient and outstanding corrosion resistance.
Bauelement Material Stärke in mmComponent Material Thickness in mm
Magnet: für Verstärkung Magnetkräfte und als Magnet: for amplifying magnetic forces and as
AINiCo  AINiCo
Wärmeverteilereinrichtung 200  Heat distribution device 200
elektrische Isolationsschicht 100 Al203 0, 1 magnetische Leiterbahneinrichtung 30 AINiCo 1 , 0electrical insulation layer 100 Al 2 0 3 0, 1 magnetic conductor device 30 AINiCo 1, 0
CDCD
Z elektrische Leitschicht L1 Co 0,3 magnetische Kontaktfläche / magnetischer Bereich  Z electric conductive layer L1 Co 0.3 magnetic contact area / magnetic area
AINiCo 0,5 10a, 20a  AINiCo 0.5 10a, 20a
Skutterudit, Halb- thermoelektrische Schenkel 10, 20 5  Skutterudite, semi-thermoelectric legs 10, 20 5
Heusler,....  Heusler, ....
magnetische Kontaktfläche / magnetischer Bereich  magnetic contact area / magnetic area
AINiCo 0,5 10b, 20b  AINiCo 0.5 10b, 20b
CD elektrische Leitschicht L2, L3 Co 0,3 CD electrical conductive layer L2, L3 Co 0.3
CDCD
CD CD magnetische Leiterbahneinrichtung 50, 60 NdFeB 0,5CD CD magnetic track device 50, 60 NdFeB 0.5
CO elektrische Isolationsschicht 300 AI2O3 0, 1CO electrical insulation layer 300 AI2O3 0, 1
Magnet: für Verstärkung Magnetkräfte und als Magnet: for amplifying magnetic forces and as
NdFeB 1 , 0 Wärmeverteilereinrichtung 400 Tabelle 4  NdFeB 1, 0 Heat Distributor 400 Table 4
Die Reparatur von Schenkeln, Elementen bzw. Modulen und der Rückbau von Schenkeln, Elementen Schenkeln, bzw. Modulen für die Wederverwertung sind durch das Aufbauprinzip über magnetische Haftkräfte sehr einfach. Insbesondere für die Wederverwertung können durch Einsatz von sehr starken äußeren Magnetfeldern und/oder durch das Erhitzen über die Curie Temperatur des Materials mindestens eines magnetischen Bauelements die magnetischen Bauelemente des Elements bzw. Moduls entmagnetisiert werden und so die Elemente bzw. Module in sehr einfacher Art und Weise in ihre einzelnen Bauelemente zerlegt werden. The repair of thighs, elements or modules and the dismantling of thighs, elements thighs or modules for the Nederverwertung are very simple by the principle of construction on magnetic adhesive forces. In particular, for the Nederverwertung can be demagnetized by use of very strong external magnetic fields and / or by heating the Curie temperature of the material of at least one magnetic component, the magnetic components of the element or module and so the elements or modules in a very simple way and Be broken down into their individual components.

Claims

Ansprüche  claims
1. Thermoelektrisches Element zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie mit: einem ersten thermoelektrischen Schenkel (10); einem zweiten thermoelektrischen Schenkel (20); wobei der erste thermoelektrische Schenkel (10) einen ersten magnetischen Bereich (10a) aufweist und der zweite thermoelektrische Schenkel (20) einen zweiten magnetischen Bereich (20a) aufweist; und einer ersten magnetischen Leiterbahneinrichtung (30), welche mit dem ersten und dem zweiten magnetischen Bereich (10a, 20a) magnetisch-kraftschlüssig verbunden ist. A thermoelectric element for converting thermal energy into electrical energy, comprising: a first thermoelectric leg (10); a second thermoelectric leg (20); wherein the first thermoelectric leg (10) has a first magnetic region (10a) and the second thermoelectric leg (20) has a second magnetic region (20a); and a first magnetic track device (30) which is connected to the first and the second magnetic region (10a, 20a) in a magnetically non-positive manner.
2. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 1 , wobei der erste thermoelektrische Schenkel (10) einen dritten magnetischen Bereich (10b) aufweist und der zweite thermoelektrische Schenkel (20) einen vierten magnetischen Bereich (20b) aufweist; und wobei eine zweite magnetische Leiterbahneinrichtung (50) vorgesehen ist, welche mit dem dritten magnetischen Bereich (10b) magnetisch-kraftschlüssig verbunden ist und wobei eine dritte magnetische Leiterbahneinrichtung (60) vorgesehen ist, welche mit dem vierten magnetischen Bereich (20b) magnetisch-kraftschlüssig verbunden ist. The thermoelectric element of claim 1, wherein the first thermoelectric leg (10) has a third magnetic region (10b) and the second thermoelectric leg (20) has a fourth magnetic region (20b); and wherein a second magnetic circuit track device (50) is provided, which is magnetically frictionally connected to the third magnetic area (10b) and wherein a third magnetic track device (60) is provided, which with the fourth magnetic area (20b) magnetic force-locking connected is.
3. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem ersten magnetischen Bereich (10a) und der ersten magnetischen Leiterbahneinrichtung (30) und zwischen dem zweiten magnetischen Bereich (20a) und der ersten The thermoelectric element according to claim 1 or 2, wherein between the first magnetic region (10a) and the first magnetic circuit device (30) and between the second magnetic region (20a) and the first
magnetischen Leiterbahneinrichtung (30) zumindest teilweise eine erste elektrische Leitschicht (L1) vorgesehen ist. magnetic conductor track device (30) at least partially a first electrical conductive layer (L1) is provided.
4. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 2, wobei zwischen dem dritten magnetischen Bereich (10b) und der zweiten magnetischen Leiterbahneinrichtung (50) zumindest teilweise eine zweite elektrische Leitschicht (L2) vorgesehen ist. 4. A thermoelectric element according to claim 2, wherein between the third magnetic region (10b) and the second magnetic conductor device (50) at least partially a second electrical conductive layer (L2) is provided.
Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zwischen vierten magnetischen Bereich (20b) und der dritten magnetischen Thermoelectric element according to one of claims 2 to 4, wherein between the fourth magnetic region (20b) and the third magnetic
Leiterbahneinrichtung (60) zusätzlich zumindest teilweise eine dritte elektrische Leitschicht (L3) vorgesehen ist.  Conductor device (60) additionally at least partially a third electrical conductive layer (L3) is provided.
Thermoelektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste magnetische Leiterbahneinrichtung (30) eine erste Vertiefung (V1) zur Thermoelectric element according to one of the preceding claims, wherein the first magnetic strip conductor device (30) has a first recess (V1) for
Aufnahme des ersten magnetischen Bereichs (10a) und eine zweite Vertiefung (V2) zur Aufnahme des zweiten magnetischen Bereichs (20a) aufweist. 7. Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die zweite magnetische Leiterbahneinrichtung (50) eine dritte Vertiefung (V3) zur Aufnahme des dritten magnetischen Bereichs (10b) aufweist und/oder wobei die dritte magnetische Leiterbahneinrichtung (60) eine vierte Vertiefung (V4) zur Aufnahme des vierten magnetischen Bereichs (20b) aufweist.  Receiving the first magnetic portion (10a) and a second recess (V2) for receiving the second magnetic portion (20a). 7. A thermoelectric element according to any one of claims 2 to 6, wherein the second magnetic circuit means (50) has a third recess (V3) for receiving the third magnetic portion (10b) and / or wherein the third magnetic conductor means (60) has a fourth recess (V4) for receiving the fourth magnetic region (20b).
8. Thermoelektrisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste magnetische Leiterbahneinrichtung (30) magnetisch-kraftschlüssig mit einer ersten magnetischen Wärmeverteilereinrichtung (200) über eine dazwischen liegende erste elektrische Isolationsschicht (100) verbunden ist. 8. A thermoelectric element according to any one of the preceding claims, wherein the first magnetic track device (30) is magnetically-positively connected to a first magnetic heat spreader means (200) via an intermediate first electrical insulation layer (100).
9. Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die zweite und die dritte magnetische Leiterbahneinrichtung (50; 60) magnetisch-kraftschlüssig mit einer zweiten magnetischen Wärmeverteilereinrichtung (400) über eine dazwischen liegende zweite elektrische Isolationsschicht (300) verbunden sind. A thermoelectric element according to any one of claims 2 to 8, wherein the second and third magnetic circuit means (50; 60) are magnetically frictionally connected to a second magnetic heat distribution means (400) via a second electrical insulation layer (300) therebetween.
10. Verfahren zum Auseinanderbauen des thermoelektrischen Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit folgenden Schritten: 10. A method for disassembling the thermoelectric element according to any one of claims 1 to 9, comprising the following steps:
Erhitzen des thermoelektrischen Elements auf eine Temperatur, die über einer Curie- Temperatur mindestens einer seiner magnetischen Komponenten (10a; 20a; 10b; 20b; 30; 50; 60; 200; 400) liegt; und/oder Anlegen eines externen Magnetfeldes an das thermoelektrische Element zum Entmagnetisieren mindestens einer seiner magnetischen Komponenten (10a; 20a; 10b; 20b; 30; 50; 60; 200; 400). Heating the thermoelectric element to a temperature which is above a Curie temperature of at least one of its magnetic components (10a; 20a; 10b; 20b; 30; 50; 60; 200; 400); and or Applying an external magnetic field to the thermoelectric element to demagnetize at least one of its magnetic components (10a; 20a; 10b; 20b; 30; 50; 60; 200; 400).
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