DE102007063168A1 - Thermoelectric module for thermoelectric generator to produce electrical energy, has insulating layer sections that are separated from one another, where insulating layer electrically insulates electric guide elements from heat source - Google Patents

Thermoelectric module for thermoelectric generator to produce electrical energy, has insulating layer sections that are separated from one another, where insulating layer electrically insulates electric guide elements from heat source Download PDF

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Peter Dr. Treffinger
Cornelius Ferrari
Christian Häfele
Wolf Eckhard Dr. Müller
Christian Stiewe
Gabriele Dr. Karpinski
Rainer Dr. Richter
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

The module (10) has electric guide elements (28, 34) arranged in different positions (26, 32), respectively, where the position (32) is at a distance from the position (26). A set of thermoelectric elements (30) is arranged between the positions, and an insulating layer (22) electrically insulates the electric guide elements (28) relative to a heat source (12) formed by a waste gas system of a combustion engine or the electric guide elements (34) relative to a heat sink. The insulating layer comprises insulating layer sections (24) that are separated from one another. The insulating layer sections of the insulating layer are composed of a ceramic material, alumina, or aluminum nitride.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Modul, mit in einer ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelementen, mit in einer zweiten, zur ersten Lage beabstandeten Lage angeordneten elektrischen Leitelementen, mit einer zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordneten Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen, und mit mindestens einer Isolierschicht, mittels welcher die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmequelle oder die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isolierbar sind.The The present invention relates to a thermoelectric module, with in a first layer arranged electrical guide elements, with arranged in a second, spaced apart from the first layer position electrical Guide elements, with one between the first layer and the second Location arranged plurality of thermoelectric elements, and with at least one insulating layer, by means of which in the first Location arranged electrical guide elements relative to a heat source or the arranged in the second layer electrical guide elements are electrically isolable relative to a heat sink.

Die Erfindung betrifft ferner einen thermoelektrischen Generator mit mindestens einem thermoelektrischen Modul der eingangs genannten Art, wobei mittels der mindestens einen Isolierschicht die in der ersten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmequelle oder die in der zweiten Lage angeordneten elektrischen Leitelemente relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isoliert sind.The The invention further relates to a thermoelectric generator with at least one thermoelectric module of the aforementioned Art, wherein by means of at least one insulating layer in the first layer arranged electrical guide elements relative to a Heat source or arranged in the second layer electrical Guide elements are electrically insulated relative to a heat sink.

Ein solcher thermoelektrischer Generator und ein eingangs genanntes thermoelektrisches Modul sind in der US 6,028,623 offenbart.Such a thermoelectric generator and an aforementioned thermoelectric module are in the US 6,028,623 disclosed.

Mit einem thermoelektrischen Generator kann eine elektrische Leistung erzeugt werden, indem Wärme aus einer Wärmequelle über die thermoelektrischen Elemente einer Wärmesenke zugeführt wird. Die an elektrischen Anschlüssen eines thermoelektrischen Moduls abgreifbare Spannung ist u. a. abhängig von den für die thermoelektrischen Elemente verwendeten Materialien und von der über den thermoelektrischen Elementen anliegenden Temperaturdifferenz.With a thermoelectric generator can be an electrical power can be generated by transferring heat from a heat source the thermoelectric elements of a heat sink is supplied. The electrical connections of a thermoelectric Module tapped voltage is u. a. depending on the materials used for the thermoelectric elements and of the overlying the thermoelectric elements Temperature difference.

Üblicherweise werden jeweils zwei thermoelektrische Elemente eines Moduls zu einem Paar zusammengefasst. Ein erstes thermoelektrisches Element eines solchen Paars weist ein positiv dotiertes Material auf, ein zweites thermoelektrisches Element eines solchen Paars weist ein negativ dotiertes Material auf. Eine an einem Paar thermoelektrischer Elemente abgreifbare Spannung ist relativ klein. Daher wird üblicherweise eine Mehrzahl von Paaren miteinander in Serie geschaltet, um die über diesen Paaren abgreifbare Spannung zu erhöhen. Unterschiedliche Paare thermoelektrischer Elemente und/oder unterschiedliche Gruppen mit miteinander in Serie geschalteten Paaren können zur Einstellung einer Strom-Spannungs-Charakteristik eines thermoelektrischen Moduls oder mehrerer thermoelektrischer Module auch parallel geschaltet werden.Usually become two thermoelectric elements of a module to a Couple summarized. A first thermoelectric element of a such pair has a positively doped material, a second one thermoelectric element of such a pair has a negative doped material on. One on a pair of thermoelectric elements tapped voltage is relatively small. Therefore, usually a plurality of pairs are connected in series with each other over the to increase the voltage that can be tapped from these pairs. Different pairs thermoelectric elements and / or different groups with Paired with each other can be used for adjustment a current-voltage characteristic of a thermoelectric module or more thermoelectric modules also connected in parallel become.

Um einen Wärmestrom durch einen thermoelektrischen Generator zu leiten, wird ein guter Wärmekontakt des thermoelektrischen Moduls zu der Wärmequelle und/oder zu der Wärmesenke angestrebt. Andererseits muss ein elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Leitelementen einer Lage des thermoelektrischen Moduls und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke vermieden werden. Daher werden Isolierschichten verwendet, welche eine gute Wärmeleitung von der Wärmequelle hin zu der ersten Lage und/oder von der zweiten Lage hin zu der Wärmesenke ermöglichen, hierbei jedoch die elektrischen Leitelemente relativ zu der Wärmequelle bzw. zu der Wärmesenke elektrisch isolieren.Around a heat flow through a thermoelectric generator To conduct, a good thermal contact of the thermoelectric Module to the heat source and / or to the heat sink sought. On the other hand, an electrical contact between the electrical guide elements of a layer of the thermoelectric Module and the heat source or the heat sink be avoided. Therefore, insulating layers are used which good heat conduction from the heat source to the first layer and / or from the second layer to the heat sink allow, however, the electrical guide elements relative to the heat source or to the heat sink electrically isolate.

Thermoelektrische Generatoren haben den Vorteil, dass sie verschleißfrei arbeiten, da sie keine bewegten Bauteile aufweisen. Nachteilig ist jedoch, dass die thermoelektrischen Generatoren einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad aufweisen und dass für einen guten Wärmekontakt der einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators Raum greifende und schwere Vorrichtungen erforderlich sind, welche die einzelnen Lagen bzw. Schichten gegeneinander verspannen. Erschwerend kommt hinzu, dass sich ein thermoelektrischer Generator während des Betriebs in Abhängigkeit von der anliegenden Temperaturdifferenz ausdehnt. Die Vorrichtungen, mit denen die einzelnen Lagen bzw. Schichten des thermoelektrischen Generators miteinander verspannt werden, müssen also eine Kompensation dieser thermisch bedingten Ausdehnungen erlauben.thermoelectric Generators have the advantage of being wear-free work because they have no moving parts. The disadvantage is however, that the thermoelectric generators a comparatively have low efficiency and that for a good Thermal contact of the individual layers or layers of the thermoelectric Generators space-consuming and heavy devices required are, which clamp the individual layers or layers against each other. To make matters worse, that is a thermoelectric generator during operation depending on the adjacent Temperature difference expands. The devices with which the individual Layers or layers of the thermoelectric generator with each other Thus, a compensation of this allow thermally induced expansions.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein thermoelektrisches Modul und einen thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen guten Wirkungsgrad, eine kompakte Bauweise und einen möglichst spannungsfreien Betrieb eines thermoelektrischen Generators ermöglichen.Of these, The present invention is based on the object, a thermoelectric module and a thermoelectric generator of the type mentioned above, which has a good efficiency, a compact design and a stress-free as possible Enable operation of a thermoelectric generator.

Diese Aufgabe wird bei einem thermoelektrischen Modul und bei einem thermoelektrischen Generator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die mindestens eine Isolierschicht eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten umfasst, welche voneinander getrennt sind.These Task is in a thermoelectric module and a thermoelectric Generator of the type mentioned solved in that the at least one insulating layer comprises a plurality of insulating layer sections includes, which are separated from each other.

Mit Hilfe der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten können kleinflächige Verbindungselemente zwischen einer Wärmequelle und der ersten Lage des thermoelektrischen Moduls und/oder zwischen einer Wärmesenke und der zweiten Lage des thermoelektrischen Moduls geschaffen werden. Durch die Auftrennung oder Segmentierung einer großflächigen elektrischen Isolierschicht in eine Mehrzahl kleinflächiger Isolierschichtabschnitte ist es möglich, die durch eine Erwärmung des thermoelektrischen Generators und des thermoelektrischen Moduls auftretenden thermomechanischen Spannungen zwischen einzelnen Lagen und/oder Schichten des Moduls und des Generators zu verringern. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn aneinander angrenzende Bauteile des Moduls, beispielsweise die elektrischen Leitelemente der ersten Lage und mindestens ein Isolierschichtabschnitt, aus Materialien mit voneinander stark abweichenden Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind.With the aid of the plurality of insulating layer sections, small-area connecting elements can be created between a heat source and the first layer of the thermoelectric module and / or between a heat sink and the second layer of the thermoelectric module. By the separation or segmentation of a large-area electrical insulating layer into a plurality of small-area insulating layer sections, it is possible to heat up the thermoelectric generator and the thermoelectric module to reduce passing thermo-mechanical stresses between individual layers and / or layers of the module and the generator. This is particularly advantageous if adjoining components of the module, for example the electrical guiding elements of the first layer and at least one insulating layer section, are made of materials with greatly differing thermal expansion coefficients.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das thermoelektrische Modul bzw. der thermoelektrische Generator lediglich eine Isolierschicht mit voneinander getrennten Isolierschichtabschnitten aufweist. Eine solche Isolierschicht kann eine elektrische Isolierung gegenüber einer Wärmequelle oder gegenüber einer Wärmesenke ermöglichen. Vorteilhaft ist es, wenn der thermoelektrische Generator jeweils eine Isolierschicht zur Isolierung gegenüber einer Wärmequelle und gegenüber einer Wärmesenke aufweist.in the Under the invention, it is possible that the thermoelectric Module or the thermoelectric generator only an insulating layer having separated insulating layer sections. A such insulating layer can be compared with electrical insulation a heat source or a heat sink enable. It is advantageous if the thermoelectric Generator each an insulating layer for insulation opposite a heat source and with respect to a heat sink.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens einem Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten genau ein thermoelektrisches Element zugeordnet. Dies ermöglicht eine weitestgehend vollständige Vermeidung von thermomechanisch bedingten Spannungen zwi schen den zueinander benachbarten Schichten des Moduls und/oder des Generators.To An advantageous embodiment of the invention is at least an insulating layer portion of the plurality of Isolierschichtabschnitten exactly associated with a thermoelectric element. this makes possible a largely complete avoidance of thermomechanical conditional voltages between the adjacent layers of the module and / or the generator.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Anzahl der Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht gleich der Anzahl der thermoelektrischen Elemente ist. Hierdurch ist es möglich, jedem thermoelektrischen Element des Moduls genau einen Isolierschichtabschnitt zuzuordnen. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem thermoelektrischen Modul, dessen thermoelektrische Elemente über eine größere Fläche verteilt sind. Bei einem solchen Modul können thermomechanische Spannungen sogar dann unterbunden werden, wenn über dieser Fläche ein Temperaturgefälle anliegt.Especially it is preferred if the number of Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer equal to the number of thermoelectric Elements is. This makes it possible to any thermoelectric Element of the module to assign exactly one Isolierschichtabschnitt. This is particularly advantageous in a thermoelectric module whose thermoelectric elements over a larger one Area are distributed. In such a module can thermomechanical stresses are suppressed even if over this surface a temperature gradient is applied.

Günstig ist es ferner, wenn mindestens einem Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten mindestens zwei thermoelektrische Elemente zugeordnet sind. Hierdurch kann die Anzahl der bereitzustellenden Isolierschichtabschnitte verringert werden, wodurch sich der Aufbau des Moduls vereinfacht.Cheap it is further, if at least one insulating layer of the Plurality of insulating layer portions at least two thermoelectric Elements are assigned. This allows the number of to be provided Insulating layer sections are reduced, which increases the structure simplified the module.

Besonders bevorzugt ist es, wenn zwei Isolierschichtabschnitten genau ein elektrisches Leitelement zugeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass die üblicherweise aus einem metallischen Material hergestellten elektrischen Leitelemente sich stark ausdehnen können und dabei trotzdem in einem großflächigen Kontakt mit zwei voneinander getrennten Isolierschichtabschnitten stehen können, ohne dass erhöhte thermomechanische Spannungen auftreten.Especially it is preferred if two Isolierschichtabschnitten exactly one associated with electrical guide element. This makes it possible that usually made of a metallic material electrical vanes can expand greatly and while still in a large-scale contact stand with two separate Isolierschichtabschnitten can, without increased thermo-mechanical stresses occur.

Günstig ist es ferner, wenn mindestens einem Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten mindestens zwei elektrische Leit elemente zugeordnet sind. Hierdurch kann der Aufbau des Moduls vereinfacht werden.Cheap it is further, if at least one insulating layer of the Plurality of insulating layer portions at least two electrical Guiding elements are assigned. This allows the structure of the module be simplified.

Bevorzugt ist es, wenn mindestens ein Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten eine den thermoelektrischen Elementen zugewandte Kontaktfläche aufweist. Diese Kontaktfläche ermöglicht einen guten Wärmeübergang von dem Isolierschichtabschnitt hin zu einem elektrischen Leitelement. Hierdurch kann ein Wärmestrom in effektiver Weise von der Wärmequelle den thermoelektrischen Elementen zugeleitet und/oder von den thermoelektrischen Elementen über ein elektrisches Leitelement einer Wärmesenke zugeleitet werden.Prefers it is when at least one insulating layer portion of the plurality of insulating layer portions facing the thermoelectric elements Contact surface has. This contact surface allows a good heat transfer from the insulating layer section towards an electrical guide element. This can cause a heat flow effectively from the heat source to the thermoelectric Elements supplied and / or from the thermoelectric elements via fed an electrical guide element of a heat sink become.

Vorzugsweise ist die Kontaktfläche mindestens so groß wie ein zu der Kontaktfläche paralleler Querschnitt mindestens eines thermoelektrischen Elements. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Trennung der Isolierschicht in eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitte keinen negativen Einfluss auf den Wärmeübergang zwischen einer Wärmequelle und den thermoelektrischen Elementen und/oder den thermoelektrischen Elementen und der Wärmesenke hat.Preferably the contact area is at least as large as one to the contact surface parallel cross section at least a thermoelectric element. This ensures that in that the separation of the insulating layer into a plurality of insulating layer sections no negative influence on the heat transfer between a heat source and the thermoelectric elements and / or the thermoelectric elements and the heat sink.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten eine den thermoelektrischen Elementen zugewandte, rechteckförmige, insbesondere quadratische Kontaktfläche auf. Solche Kontaktflächen eignen sich besonders gut für im Querschnitt quadratische thermoelektrische Elemente.at a further embodiment of the invention comprises at least an insulating layer portion of the plurality of insulating layer portions a the thermoelectric elements facing, rectangular, in particular square contact surface. Such contact surfaces are particularly suitable for square in cross-section thermoelectric elements.

Bevorzugt ist es, wenn die Kontaktfläche mindestens 0,1 mm2 groß ist. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Kontaktfläche maximal 600 mm2 groß ist.It is preferred if the contact surface is at least 0.1 mm 2 in size. Furthermore, it is preferred if the contact area is at most 600 mm 2 .

Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Kontaktfläche maximal 400 mm2 groß ist. Kontaktflächen mit den genannten Größen ermöglichen einerseits eine gute Wärmeübertragung und tragen andererseits zu einer effektiven Vermeidung von thermomechanischen Spannungen des Moduls bei.In particular, it is preferred if the contact area is at most 400 mm 2 . Contact surfaces with the mentioned sizes, on the one hand, enable good heat transfer and, on the other hand, contribute to an effective avoidance of thermo-mechanical stresses of the module.

Günstig ist es, wenn mindestens ein Isolierschichtabschnitt der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten eine den thermoelektrischen Elementen abgewandte Fläche zur Kontaktierung einer Wärmequelle oder einer Wärmesenke aufweist, um einen guten Wärmeübergang zwischen der Isolierschicht und der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke zu ermöglichen.It is favorable if at least one insulating layer section of the plurality of insulating layer sections has a surface facing away from the thermoelectric elements for contacting a heat source or a heat sink in order to ensure good heat transfer between the insulating layer and the heat source or the heat sink possible.

Vorteilhaft ist es, wenn zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht unmittelbar aneinander anliegen. Dies bedeutet, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte "auf Stoß" aneinander angrenzen. Hierdurch können die Wärme übertragenden Kontaktflächen der zueinander benachbarten Isolierschichtabschnitte maximiert werden.Advantageous it is when two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer directly abut each other. This means that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte abut each other "on impact". This allows the heat transferring contact surfaces the mutually adjacent Isolierschichtabschnitte be maximized.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht relativ zueinander beabstandet sind. Dieser Abstand kann wenige Mikrometer, beispielsweise 50 μm oder auch mindestens 1 mm betragen, so dass sich zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte relativ zueinander ausdehnen können.To a further advantageous embodiment of the invention is provided that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer spaced relative to each other are. This distance can be a few microns, for example 50 microns or at least 1 mm, so that adjacent to each other Insulating layer sections can expand relative to each other.

Bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Isolierschicht eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 0,5 μm und 500 μm beträgt. Diese geringen Schichtstärken ermöglichen einen besonders gute Wärmeleitung.Prefers it is when the at least one insulating layer is an insulating layer thickness which is between 0.5 μm and 500 μm. These low layer thicknesses allow one particularly good heat conduction.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Isolierschicht eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 10 μm und 2 mm beträgt. Hierdurch kann eine mechanisch stabile, insbesondere freitragende Isolierschicht bereitgestellt werden.To a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the at least one insulating layer has an insulating layer thickness which is between 10 μm and 2 mm. This allows a mechanically stable, in particular self-supporting Insulating layer can be provided.

Vorteilhaft ist es, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht aus einem keramischen Material hergestellt sind. Ein solches Material weist eine hohe Wärmebeständigkeit auf.Advantageous it is when the Isolierschichtabschnitte the at least one insulating layer are made of a ceramic material. Such a material has a high heat resistance.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht Aluminiumoxid umfassen. Hierdurch kann ein guter elektrischer Isolator bereitgestellt werden.Further it is preferred if the Isolierschichtabschnitte the at least an insulating layer of alumina. This can be a good electrical insulator can be provided.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht Aluminiumnitrid umfassen. Aluminiumnitrid weist eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit auf.Further it is preferred if the Isolierschichtabschnitte the at least comprise an insulating layer of aluminum nitride. Aluminum nitride points a very good thermal conductivity.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente kraftschlüssig miteinander verbunden. Auf diese Weise kann ein guter Wärmeübergang zwischen den Isolierschichtabschnitten und den zu isolierenden elektrischen Leitelementen geschaffen werden.To an advantageous embodiment of the invention the insulating layer portions of the at least one insulating layer and the electrical guide elements to be isolated frictionally connected with each other. In this way, a good heat transfer between the insulating layer sections and the electrical to be insulated Guiding elements are created.

Für einen besonders guten Wärmeübergang wird vorgeschlagen, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten der mindestens einen Isolierschicht und den zu isolierenden elektrischen Leitelementen eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist. Zur Herstellung der Wärmeleitschicht kann beispielsweise eine Wärmeleitpaste verwendet werden.For a particularly good heat transfer is proposed that between the Isolierschichtabschnitten the at least one Insulating layer and the electrical guide elements to be insulated an additional heat conducting layer is arranged. For example, to produce the heat-conducting layer a thermal grease can be used.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht einen optimalen Wärmeübergang. Darüber hinaus ist es gegebenenfalls auch möglich, auf Spannvorrichtungen, welche einzelne Lagen und/oder Schichten des Moduls und/oder des Generators gegeneinander verspannen, zu verzichten. Hierdurch können das Gewicht und der Bauraum eines thermoelektrischen Generators wesentlich reduziert werden. Zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eignen sich die Fügeverfahren Kleben, Löten oder Schweißen besonders gut.To a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the insulating layer sections of at least an insulating layer and the electrical guide elements to be insulated are cohesively connected to each other. this makes possible an optimal heat transfer. About that In addition, it may also be possible to use clamping devices, which individual layers and / or layers of the module and / or the Generator against each other brace, to dispense. This allows the weight and the installation space of a thermoelectric generator be significantly reduced. For producing a cohesive connection The joining methods gluing, soldering or are suitable Welding particularly well.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht durch ein Beschichtungsverfahren auf die zu isolierenden elektrischen Leitelemente aufgebracht sind. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung von Isolierschichtabschnitten mit einer niedrigen Schichtstärke und eine zuverlässige Befestigung der Isolierschichtabschnitte der Isolierschicht an den zu isolierenden elektrischen Leitelementen.Especially it is preferred if the insulating layer sections of at least an insulating layer by a coating method to be isolated electrical guide elements are applied. this makes possible a simple production of insulating layer sections with a low layer thickness and a reliable Attachment of the insulating layer sections of the insulating layer to the to insulating electrical guide elements.

Im Rahmen der Erfindung ist jede der vorstehend unter Bezugnahme auf die Ansprüche 1 bis 25 beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Moduls mit einem erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generator gemäß Anspruch 26 kombinierbar.in the Within the scope of the invention, each of the above is with reference to Claims 1 to 25 described embodiments of the thermoelectric module according to the invention with a thermoelectric according to the invention Generator can be combined according to claim 26.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators sind die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht des thermoelektrischen Moduls und die Wärmequelle kraftschlüssig miteinander verbunden. Hierdurch kann ein guter Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle und der mindestens einen Isolierschicht hergestellt werden.To a development of the thermoelectric inventive Generators are the Isolierschichtabschnitte the at least one Insulating layer of the thermoelectric module and the heat source positively connected with each other. This can be a good heat transfer between the heat source and the at least one insulating layer are produced.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen den Isolierschichtabschnitten der mindestens einen Isolierschicht und der Wärmequelle eine zusätzliche Wärmeleitschicht, insbesondere unter Verwendung einer Wärmeleitpaste, angeordnet sein.to Improvement of the heat transfer can be between the insulating layer portions of the at least one insulating layer and the heat source an additional heat conducting layer, in particular using a thermal paste, be arranged.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht und die Wärmequelle stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Hierdurch kann ein optimaler Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle und der Isolierschicht bereitgestellt werden. Die Isolierschicht und die Wärmequelle können durch Löten, Kleben oder Schweißen miteinander verbunden werden.It is particularly preferred if the insulating layer sections of the at least one insulating layer and the heat source are materially interconnected. In this way, an optimal heat transfer between the heat source and the insulating layer can be provided. The insulating layer and the heat source can be connected to each other by soldering, gluing or welding.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Isolierschichtabschnitte der mindestens einen Isolierschicht durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wärmequelle aufgebracht sind. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung von Isolierschichtabschnitten mit einer niedrigen Schichtstärke und eine zuverlässige Befestigung der Isolierschichtabschnitte der Isolierschicht an der Wärmequelle.A preferred embodiment of the invention provides that the insulating layer portions of the at least one insulating layer are applied to the heat source by a coating process. This allows easy production of insulating layer sections with a low layer thickness and a reliable Attachment of the insulating layer sections of the insulating layer to the Heat source.

Die vorstehend unter Bezugnahme auf die Unteransprüche 27 bis 30 beschriebenen Vorteile einzelner Ausgestaltungen zur Verbindung der Isolierschicht mit einer Wärmequelle ergeben sich sinngemäß auch bei entsprechender Ausgestaltung der Verbindung zwischen einer Isolierschicht und einer Wärmesenke. Diese Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 31 bis 34 beschrieben.The with reference to the subclaims 27 to 30 described advantages of individual embodiments for connection the insulating layer with a heat source arise mutatis mutandis with a corresponding embodiment of the connection between an insulating layer and a heat sink. These embodiments are in the subclaims 31 to 34 described.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Wärmequelle durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist, insbesondere durch ein Abgassystem des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Eine solche Wärmequelle kann beispielsweise einen Wärmeübertrager umfassen, in welchem das heiße Abgas eines Verbrennungsmotors geführt ist. Dieser Wärmeübertrager überträgt die Wärme des Abgases hin zu der mindestens einen Isolierschicht des thermoelektrischen Moduls, welches eine elektrische Spannung bereitstellt. Dies hat den Vorteil, dass die sonst ungenutzte Abwärme eines Kraftfahrzeugs genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen und in ein Bordnetz einzuspeisen. Somit kann der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht werden.Especially it is preferred if the heat source through an exhaust system a discontinuous combustion device is formed, in particular by an exhaust system of the internal combustion engine of a Motor vehicle. Such a heat source can, for example comprise a heat exchanger, in which the hot exhaust gas of an internal combustion engine is guided. This heat exchanger transfers the heat of the exhaust gas towards the at least one insulating layer the thermoelectric module, which provides an electrical voltage. This has the advantage that the otherwise unused waste heat A motor vehicle can be used to generate electrical energy to generate and feed into a vehicle electrical system. Thus, the overall efficiency of the motor vehicle can be increased.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die Wärmequelle durch ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist, beispielsweise durch ein Abgassystem einer Brennkammer oder eines Heizkessels insbesondere eines Kraftwerks. Hierdurch kann der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks erhöht werden.Further it is preferred if the heat source through an exhaust system a continuous combustion device formed is, for example, by an exhaust system of a combustion chamber or a boiler, in particular a power plant. This can the overall efficiency of a power plant can be increased.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further Features and advantages of the invention are the subject of the following Description and the drawings of preferred embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators; 1 a perspective view of an embodiment of a thermoelectric generator according to the invention;

2: eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Isolierschicht eines erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generators. 2 : A top view of an embodiment of an insulating layer of a thermoelectric generator according to the invention.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Same or functionally equivalent elements are in all figures denoted by the same reference numerals.

Eine Ausführungsform eines mit dem Bezugszeichen 8 bezeichneten thermoelektrischen Generators ist in der 1 dargestellt. Der Generator 8 umfasst eine insgesamt mit 12 bezeichnete Wärmequelle. Die Wärmequelle 12 weist einen Wärmeübertrager 14 auf, mit einer umfangsseitig geschlossenen Heißgasführung 16 zur Durchführung von Heißgas, beispielsweise dem Abgas eines Verbrennungsmotors.An embodiment of a reference numeral 8th designated thermoelectric generator is in the 1 shown. The generator 8th includes a total of 12 designated heat source. The heat source 12 has a heat exchanger 14 on, with a circumferentially closed hot gas duct 16 for carrying out hot gas, for example the exhaust gas of an internal combustion engine.

Die Heißgasführung 16 ist durch eine Wandung 18 begrenzt. Die Wandung 18 kann insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt sein.The hot gas guide 16 is through a wall 18 limited. The wall 18 may in particular be made of a metallic material.

Die Wandung 18 weist auf einer der Heißgasführung 16 abgewandten Außenseite eine ebene Wandfläche 20 auf. Die Wandfläche 20 dient zur Anordnung eines insgesamt mit 10 bezeichneten thermoelektrischen Moduls oder einer Mehrzahl von Modulen 10. Ein Modul 10 kann sich über einen Teilabschnitt der Wandfläche 20 oder auch über die gesamte Wandfläche 20 erstrecken.The wall 18 indicates one of the hot gas guide 16 facing away from a flat wall surface 20 on. The wall surface 20 is used to arrange a total with 10 designated thermoelectric module or a plurality of modules 10 , A module 10 can extend over a section of the wall surface 20 or over the entire wall surface 20 extend.

Das Modul 10 weist eine flächige Isolierschicht 22 auf. Die Isolierschicht 22 ist in eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten 24 segmentiert. Die einzelnen Isolierschichtabschnitte 24 sind voneinander getrennt. Die Isolierschichtabschnitte 24 sind auf der Wandfläche 20 des Wärmeübertragers 14 verteilt angeordnet.The module 10 has a flat insulating layer 22 on. The insulating layer 22 is in a plurality of insulating layer portions 24 segmented. The individual insulating layer sections 24 are separated from each other. The insulating layer sections 24 are on the wall surface 20 of the heat exchanger 14 arranged distributed.

Das Modul 10 weist ferner eine erste Lage 26 von elektrischen Leitelementen 28 auf. Die erste Lage 26 ist benachbart zu der Isolierschicht 22 angeordnet. Die elektrischen Leitelemente 28 erstrecken sich in einer zu der Isolierschicht 22 zumindest annähernd parallelen Ebene.The module 10 also has a first location 26 of electrical guiding elements 28 on. The first location 26 is adjacent to the insulating layer 22 arranged. The electrical guiding elements 28 extend in one to the insulating layer 22 at least approximately parallel plane.

Ferner umfasst das Modul 10 eine Mehrzahl von mit 30 bezeichneten thermoelektrischen Elementen. Die Elemente 30 sind zwischen der ersten Lage 26 und einer zweiten Lage 32 des Generators 8 angeordnet. Die zweite Lage 32 umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Leitelementen 34. Die elektrischen Leitelemente 34 erstrecken sich in einer Ebene, welche zumindest annähernd parallel zu der Isolierschicht 22 verläuft.Furthermore, the module comprises 10 a plurality of with 30 designated thermoelectric elements. The Elements 30 are between the first location 26 and a second location 32 of the generator 8th arranged. The second location 32 comprises a plurality of electrical guiding elements 34 , The electrical guiding elements 34 extend in a plane which is at least approximately parallel to the insulating layer 22 runs.

In der 1 sind zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nur jeweils eine Teilmenge der Isolierschichtabschnitte 24, der elektrischen Leitelemente 28 und 34 sowie der thermoelektrischen Elemente 30 des Moduls 10 dargestellt.In the 1 are to improve the Clarity only one subset of the Isolierschichtabschnitte 24 , the electrical guiding elements 28 and 34 and the thermoelectric elements 30 of the module 10 shown.

Die Isolierschichtabschnitte 24 der Isolierschicht 22 weisen jeweils eine den thermoelektrischen Elementen 30 zugeordnete Kontaktfläche 36 auf. Die Kontaktflächen 36 sind quadratisch und jeweils mindestens genauso groß wie ein zu den Kontaktflächen 36 paralleler Querschnitt eines thermoelektrischen Elements 30.The insulating layer sections 24 the insulating layer 22 each have a thermoelectric elements 30 assigned contact surface 36 on. The contact surfaces 36 are square and each at least as large as one to the contact surfaces 36 parallel cross section of a thermoelectric element 30 ,

Bei dem in der 1 dargestellten Modul 10 ist jedem thermoelektrischen Element 30 ein eigener Isolierschichtabschnitt 24 zugeordnet. Ferner ist zwei zueinander benachbarten Isolierschichtabschnitten 24 genau ein elektrisches Leitelement 28 der ersten Lage 26 zugeordnet.In the in the 1 illustrated module 10 is every thermoelectric element 30 a separate insulating layer section 24 assigned. Furthermore, two mutually adjacent Isolierschichtabschnitten 24 exactly one electrical guide element 28 the first location 26 assigned.

Die elektrischen Leitelemente 28 und 34 der ersten Lage 26 und 32 des Moduls 10 sind so angeordnet, dass die thermoelektrischen Elemente 30 miteinander in Reihe geschaltet sind, um eine an dem Modul 10 abgreifbare Spannung zu erhöhen. Es können auch Gruppen von thermoelektrischen Elementen 30 miteinander parallel geschaltet werden. Für den Abgriff einer mit einem Modul 10 erzeugbaren Spannung weist dieses zwei elektrische Anschlüsse 38 und 40 auf.The electrical guiding elements 28 and 34 the first location 26 and 32 of the module 10 are arranged so that the thermoelectric elements 30 connected in series with each other, one on the module 10 to increase the voltage that can be picked up. It can also be groups of thermoelectric elements 30 be connected in parallel with each other. For tapping one with a module 10 Generable voltage, this has two electrical connections 38 and 40 on.

Die Isolierschichtabschnitte 24 der Isolierschicht 22 sind jeweils über eine den thermoelektrischen Elementen 30 abgewandte Fläche 42 insbesondere stoffschlüssig mit der Wandfläche 20 des Wärmeübertragers 14 verbunden. Ein solcher Stoffschluss kann beispielsweise hergestellt werden, indem die Isolierschichtabschnitte 24 auf die Wandfläche 20 aufgeklebt, gelötet oder aufgeschweißt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Isolierschicht abschnitte 24 durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wandfläche 20 aufgetragen sind.The insulating layer sections 24 the insulating layer 22 are each about one of the thermoelectric elements 30 opposite surface 42 in particular cohesively with the wall surface 20 of the heat exchanger 14 connected. Such a material bond can be made, for example, by the Isolierschichtabschnitte 24 on the wall surface 20 glued, soldered or welded. It is particularly preferred if the insulating layer sections 24 by a coating process on the wall surface 20 are applied.

Die Verbindung zwischen der Isolierschicht 22 und den elektrischen Leitelementen 28 der ersten Lage 26 kann durch einen Kraftschluss hergestellt werden, insbesondere unter Zwischenschaltung einer zusätzlichen Wärmeleitschicht. Alternativ hierzu können auch die elektrischen Leitelemente 28 der ersten Lage 26 und die Isolierschichtabschnitte 24 der Isolierschicht 22 stoffschlüssig miteinander verbunden werden, insbesondere durch Kleben, Löten oder Schweißen.The connection between the insulating layer 22 and the electrical guiding elements 28 the first location 26 can be produced by a frictional connection, in particular with the interposition of an additional heat conducting layer. Alternatively, also the electrical guide elements 28 the first location 26 and the insulating layer sections 24 the insulating layer 22 are materially interconnected, in particular by gluing, soldering or welding.

Die elektrischen Leitelemente 34 der zweiten Lage 32 und die thermoelektrischen Elemente 30 können ebenfalls kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden.The electrical guiding elements 34 the second location 32 and the thermoelectric elements 30 can also be connected non-positively or cohesively with each other.

Das Modul 10 kann eine in der 1 nicht dargestellte weitere Isolierschicht aufweisen, welche auf der den thermoelektrischen Elementen 30 abgewandten Seite der elektrischen Leitelemente 34 angeordnet ist. Auch diese weitere Isolierschicht weist vorzugsweise voneinander getrennte Isolierschichtabschnitte 24 auf. Diese weitere Isolierschicht kann in Berührkontakt mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Wärmesenke stehen. Diese Wärmesenke kann beispielsweise einen Wärmeübertrager umfassen, der in seinem Aufbau dem Wärmeübertrager 14 der Wärmequelle 12 entspricht. Durch einen solchen Wärmeübertrager kann anstelle von Heißgas ein gekühltes Medium, beispielsweise Kühlwasser, geleitet werden, um die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle 12 und der Wärmesenke zu erhöhen.The module 10 can one in the 1 not shown further insulating layer, which on the thermoelectric elements 30 opposite side of the electrical guide elements 34 is arranged. This further insulating layer also preferably has separate insulating layer sections 24 on. This further insulating layer may be in contact with a heat sink, not shown in the drawing. This heat sink may comprise, for example, a heat exchanger, which in its construction the heat exchanger 14 the heat source 12 equivalent. By means of such a heat exchanger, instead of hot gas, a cooled medium, for example cooling water, can be passed to the temperature difference between the heat source 12 and increase the heat sink.

Für den Aufbau des Generators 8 werden vorzugsweise folgende Materialien verwendet: Die Wandung 18 des Wärmeübertragers 14 ist vorzugsweise aus einem metallischen und somit wärmebeständigen Material hergestellt.For the construction of the generator 8th The following materials are preferably used: The wall 18 of the heat exchanger 14 is preferably made of a metallic and thus heat-resistant material.

Die Isolierschichtabschnitte 24 der Isolierschicht 22 sind vorzugsweise aus einem keramischen Material hergestellt. Insbesondere umfasst ein solches Material Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid.The insulating layer sections 24 the insulating layer 22 are preferably made of a ceramic material. In particular, such a material comprises alumina and / or aluminum nitride.

Die elektrischen Leitelemente 28 und 34 sind vorzugsweise aus einem metallischen Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, hergestellt.The electrical guiding elements 28 and 34 are preferably made of a metallic material having a high thermal conductivity, in particular of copper or aluminum.

Die thermoelektrischen Elemente 30 können beispielsweise Bleitelluride und/oder Wismuttelluride umfassen.The thermoelectric elements 30 For example, they may include lead tellurides and / or bismuth tellurides.

Während des Betriebs des thermoelektrischen Generators 8 wird Heißgas durch die Heißgasführung 16 des Wärmeübertragers 14 geleitet. Hierdurch erwärmt sich die Wandung 18 und somit die Wandfläche 20 des Generators 8. Die Wandfläche 20 überträgt die Wärme auf die Isolierschichtabschnitte 24 der Isolierschicht 22, welche ihrerseits die Wärme über die elektrischen Leitelemente 28 den thermoelektrischen Elementen 30 zuleiten. Von diesen aus führt der Wärmestrom über die elektrischen Leitelemente 34 der zweiten Lage 32 hin zu einer nicht dargestellten Wärmesenke, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer weiteren Isolierschicht, welche insbesondere voneinander getrennte Isolierschichtabschnitte 24 aufweist.During operation of the thermoelectric generator 8th Hot gas is through the hot gas duct 16 of the heat exchanger 14 directed. As a result, the wall heats up 18 and thus the wall surface 20 of the generator 8th , The wall surface 20 transfers the heat to the Isolierschichtabschnitte 24 the insulating layer 22 , which in turn heat over the electrical guide elements 28 the thermoelectric elements 30 forward. From these, the heat flow leads via the electrical guide elements 34 the second location 32 towards a heat sink, not shown, preferably with the interposition of a further insulating layer, which in particular separate insulating layer sections 24 having.

Durch den beschriebenen Wärmestrom wird mit Hilfe der thermoelektrischen Elemente 30 unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts eine elektrische Spannung erzeugt, welche an den elektrischen Anschlüssen 38 und 40 des Moduls 10 abgreifbar ist.The described heat flow is achieved by means of the thermoelectric elements 30 exploiting the Seebeck effect generates an electrical voltage, which at the electrical connections 38 and 40 of the module 10 can be tapped.

In 2 ist eine Ausführungsform einer Isolierschicht 22 dargestellt, welche ebenfalls eine Mehrzahl von voneinander getrennten Isolierschichtabschnitten 24 aufweist. Diese Isolierschichtabschnitte 24 sind im Unterschied zu den in 1 dargestellten Isolierschichtabschnitten nicht relativ zueinander beabstandet, sondern liegen unmittelbar aneinander an.In 2 is an embodiment of an iso lierschicht 22 which also has a plurality of insulating layer sections separated from each other 24 having. These insulating layer sections 24 are unlike the ones in 1 shown Isolierschichtabschnitten not spaced relative to each other, but are directly adjacent to each other.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6028623 [0003] - US 6028623 [0003]

Claims (36)

Thermoelektrisches Modul (10), mit in einer ersten Lage (26) angeordneten elektrischen Leitelementen (28), mit in einer zweiten, zur ersten Lage (26) beabstandeten Lage (32) angeordneten elektrischen Leitelementen (34), mit einer zwischen der ersten Lage (26) und der zweiten Lage (32) angeordneten Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen (30), mit mindestens einer Isolierschicht (22), mittels welcher die in der ersten Lage (26) angeordneten elektrischen Leitelemente (28) relativ zu einer Wärmequelle (12) oder die in der zweiten Lage (32) angeordneten elektrischen Leitelemente (34) relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isolierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolierschicht (22) eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten (24) umfasst, welche voneinander getrennt sind.Thermoelectric module ( 10 ), in a first position ( 26 ) arranged electrical guide elements ( 28 ), in a second, to the first position ( 26 ) spaced location ( 32 ) arranged electrical guide elements ( 34 ), with one between the first layer ( 26 ) and the second layer ( 32 ) arranged plurality of thermoelectric elements ( 30 ), with at least one insulating layer ( 22 ), by means of which in the first position ( 26 ) arranged electrical guide elements ( 28 ) relative to a heat source ( 12 ) or in the second position ( 32 ) arranged electrical guide elements ( 34 ) are electrically isolable relative to a heat sink, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 ) a plurality of insulating layer portions ( 24 ), which are separated from each other. Thermoelektrisches Modul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Isolierschichtabschnitt (24) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten (24) genau ein thermoelektrisches Element (30) zugeordnet ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to claim 1, characterized in that at least one insulating layer section ( 24 ) of the plurality of insulating layer portions ( 24 ) exactly one thermoelectric element ( 30 ) assigned. Thermoelektrisches Modul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) gleich der Anzahl der thermoelektrischen Elemente (30) ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the number of insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) equal to the number of thermoelectric elements ( 30 ). Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Isolierschichtabschnitt (24) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten (24) mindestens zwei thermoelektrische Elemente (30) zugeordnet sind.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one insulating layer section ( 24 ) of the plurality of insulating layer portions ( 24 ) at least two thermoelectric elements ( 30 ) assigned. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Isolierschichtabschnitten (24) genau ein elektrisches Leitelement (28, 34) zugeordnet ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that two insulating layer sections ( 24 ) exactly one electrical guide element ( 28 . 34 ) assigned. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Isolierschichtabschnitt (24) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten (24) mindestens zwei elektrische Leitelemente (28, 34) zugeordnet sind.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one insulating layer section ( 24 ) of the plurality of insulating layer portions ( 24 ) at least two electrical guide elements ( 28 . 34 ) assigned. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Isolierschichtabschnitt (24) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten (24) eine den thermoelektrischen Elementen (30) zugewandte Kontaktfläche (36) aufweist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one insulating layer section ( 24 ) of the plurality of insulating layer portions ( 24 ) one of the thermoelectric elements ( 30 ) facing contact surface ( 36 ) having. Thermoelektrisches Modul (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (36) mindestens so groß ist wie ein zu der Kontaktfläche (36) paralleler Querschnitt mindestens eines thermoelektrischen Elements (30).Thermoelectric module ( 10 ) according to claim 7, characterized in that the contact surface ( 36 ) is at least as large as one to the contact surface ( 36 ) parallel cross-section of at least one thermoelectric element ( 30 ). Thermoelektrisches Modul (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (36) rechteckförmig ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the contact surface ( 36 ) is rectangular. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (36) quadratisch ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the contact surface ( 36 ) is square. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (36) mindestens 0,1 mm2 groß ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of claims 7 to 10, characterized in that the contact surface ( 36 ) is at least 0.1 mm 2 in size. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (36) maximal 600 mm2 groß ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of claims 7 to 11, characterized in that the contact surface ( 36 ) maximum 600 mm 2 is large. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (36) maximal 400 mm2 groß ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of claims 7 to 12, characterized in that the contact surface ( 36 ) maximum 400 mm 2 is large. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Isolierschichtabschnitt (24) der Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten (24) eine den thermoelektrischen Elementen (30) abgewandte Fläche (42) zur Kontaktierung einer Wärmequelle (12) oder einer Wärmesenke aufweist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one insulating layer section ( 24 ) of the plurality of insulating layer portions ( 24 ) one of the thermoelectric elements ( 30 ) opposite surface ( 42 ) for contacting a heat source ( 12 ) or a heat sink. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) unmittelbar aneinander anliegen.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) abut each other directly. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander benachbarte Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) relativ zueinander beabstandet sind.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that two mutually adjacent Isolierschichtabschnitte ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) are spaced relative to each other. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolierschicht (22) eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 0,5 μm und 500 μm beträgt.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 ) has an insulating layer thickness which is between 0.5 μm and 500 μm. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolierschicht (22) eine Isolierschichtstärke aufweist, welche zwischen 10 μm und 2 mm beträgt.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 ) has an insulating layer thickness which is between 10 μm and 2 mm. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) aus einem keramischen Material hergestellt sind.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) are made of a ceramic material. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) Aluminiumoxid umfassen.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) Alumina. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) Aluminiumnitrid umfassen.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) Aluminum nitride. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente (28, 34) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and the electrical guide elements to be isolated ( 28 . 34 ) are positively connected with each other. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und den zu isolierenden elektrischen Leitelementen (28, 34) eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and to be isolated electrical guide elements ( 28 . 34 ) an additional heat conducting layer is arranged. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und die zu isolierenden elektrischen Leitelemente (28, 34) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and the electrical guide elements to be isolated ( 28 . 34 ) are cohesively connected to each other. Thermoelektrisches Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) durch ein Beschichtungsverfahren auf die zu isolierenden elektrischen Leitelemente (28, 34) aufgebracht sind.Thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) by a coating process on the electrical guide elements to be isolated ( 28 . 34 ) are applied. Thermoelektrischer Generator (8) mit mindestens einem thermoelektrischen Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der mindestens einen Isolierschicht die in der ersten Lage (26) angeordneten elektrischen Leitelemente (28) relativ zu einer Wärmequelle (12) oder die in der zweiten Lage (32) angeordneten elektrischen Leitelemente (34) relativ zu einer Wärmesenke elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Isolierschicht (22) eine Mehrzahl von Isolierschichtabschnitten (24) umfasst, welche voneinander getrennt sind.Thermoelectric generator ( 8th ) with at least one thermoelectric module ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein by means of the at least one insulating layer in the first layer ( 26 ) arranged electrical guide elements ( 28 ) relative to a heat source ( 12 ) or in the second position ( 32 ) arranged electrical guide elements ( 34 ) are electrically insulated relative to a heat sink, characterized in that the at least one insulating layer ( 22 ) a plurality of insulating layer portions ( 24 ), which are separated from each other. Thermoelektrischer Generator (8) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und die Wärmequelle (12) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.Thermoelectric generator ( 8th ) according to claim 26, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and the heat source ( 12 ) are positively connected with each other. Thermoelektrischer Generator (8) nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und der Wärmequelle (12) eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist.Thermoelectric generator ( 8th ) according to claim 26 or 27, characterized in that between the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and the heat source ( 12 ) an additional heat conducting layer is arranged. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und die Wärmequelle (12) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.Thermoelectric generator ( 8th ) according to one of claims 26 to 28, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and the heat source ( 12 ) are cohesively connected to each other. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wärmequelle (12) aufgebracht sind.Thermoelectric generator ( 8th ) according to one of claims 26 to 29, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) by a coating process on the heat source ( 12 ) are applied. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und die Wärmesenke kraftschlüssig miteinander verbunden sind.Thermoelectric generator ( 8th ) according to one of claims 26 to 30, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and the heat sink are positively connected with each other. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierschichtabschnitten (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) und der Wärmesenke eine zusätzliche Wärmeleitschicht angeordnet ist.Thermoelectric generator ( 8th ) according to one of claims 26 to 31, characterized in that between the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) and the heat sink an additional heat conducting layer is arranged. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (8) und die Wärmesenke stoffschlüssig miteinander verbunden sind.Thermoelectric generator ( 8th ) according to one of claims 26 to 32, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 8th ) and the heat sink are materially interconnected. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichtabschnitte (24) der mindestens einen Isolierschicht (22) durch ein Beschichtungsverfahren auf die Wärmesenke aufgebracht sind.Thermoelectric generator ( 8th ) according to one of claims 26 to 33, characterized in that the insulating layer sections ( 24 ) the at least one insulating layer ( 22 ) are applied to the heat sink by a coating process. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (12) durch ein Abgassystem einer diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist.Thermoelectric generator ( 8th ) according to one of claims 26 to 34, characterized in that the heat source ( 12 ) is formed by an exhaust system of a discontinuous combustion device. Thermoelektrischer Generator (8) nach einem Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (12) durch ein Abgassystem einer kontinuierlich arbeitenden Verbrennungseinrichtung gebildet ist.Thermoelectric generator ( 8th ) according to claims 26 to 35, characterized that the heat source ( 12 ) is formed by an exhaust system of a continuously operating combustion device.
DE102007063168A 2007-12-19 2007-12-19 Thermoelectric module for thermoelectric generator to produce electrical energy, has insulating layer sections that are separated from one another, where insulating layer electrically insulates electric guide elements from heat source Withdrawn DE102007063168A1 (en)

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