ES2439766T3 - Dispositivo termoeléctrico - Google Patents

Dispositivo termoeléctrico Download PDF

Info

Publication number
ES2439766T3
ES2439766T3 ES09781695T ES09781695T ES2439766T3 ES 2439766 T3 ES2439766 T3 ES 2439766T3 ES 09781695 T ES09781695 T ES 09781695T ES 09781695 T ES09781695 T ES 09781695T ES 2439766 T3 ES2439766 T3 ES 2439766T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
semiconductor
partitions
metal sheet
thermoelectric device
thermoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES09781695T
Other languages
English (en)
Inventor
Sigrid Limbeck
Rolf BRÜCK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Application granted granted Critical
Publication of ES2439766T3 publication Critical patent/ES2439766T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

Dispositivo termoeléctrico (1) que presenta al menos: - una primera lámina metálica (2) con un primer espesor (3) del material, - una segunda lámina metálica (4) con un segundo espesor (5) del material, - un espacio intermedio (6) entre la primera lámina metálica (2) y la segunda lámina metálica (4), - un revestimiento de aislamiento eléctrico (7) sobre la primera lámina metálica (2) y la segunda lámina metálica (7)hacia el espacio intermedio (6), - una multitud de primeras partijas semiconductoras (8) y segundas partijas semiconductoras (9) que estáninmovilizadas en el espacio intermedio (6) sobre el revestimiento de aislamiento (7) y que están unidaseléctricamente una con otra, caracterizado por que la primera lámina metálica (2) es una lámina de acero con los componentes de aleación cromo y aluminio y presentaun primer espesor (3) del material que está en el intervalo de 30 μm a 300 μm, y la primera lámina metálica (2)presenta una capa de soporte de catalizador (11) en un lado exterior (10) alejado del revestimiento de aislamientoeléctrico (7).

Description

Dispositivo termoeléctrico.
La presente invención concierne a un dispositivo para generar energía eléctrica, por ejemplo a partir del gas de escape de un motor de combustión interna por medio de un generador. Se quiere dar a entender con esto especialmente un generador para convertir energía térmica de un gas de escape en energía eléctrica, es decir, un llamado generador termoeléctrico.
El gas de escape de un motor de un vehículo automóvil posee energía térmica que puede convertirse en energía eléctrica por medio de un generador o aparato termoeléctrico para, por ejemplo, llenar una batería u otro acumulador de energía y alimentar directamente la energía necesaria a consumidores eléctricos. Se proporciona así energía en mayor cantidad para el funcionamiento del vehículo automóvil.
Un generador termoeléctrico de esta clase presenta al menos una pluralidad de elementos convertidores termoeléctricos. Los materiales termoeléctricos son de una clase que permite convertir esta energía efectivamente térmica en energía eléctrica (efecto Seebeck), y viceversa (efecto Peltier). El “efecto Seebeck” se basa en el fenómeno de la conversión de energía térmica en energía eléctrica y se utiliza para la generación de energía termoeléctrica. El “efecto Peltier” es la inversa del efecto Seebeck y consiste en un fenómeno que va acompañado de adsorción de calor y que se origina en relación con un flujo de corriente a través de materiales diferentes. El efecto Peltier ya se ha propuesto, por ejemplo, para la refrigeración termoeléctrica.
Tales elementos convertidores termoeléctricos presentan preferiblemente una multitud de elementos termoeléctricos que están posicionados entre un llamado “lado caliente” y un llamado “lado frío”. Los elementos termoeléctricos comprenden, por ejemplo, al menos dos paralelepípedos semiconductores (p-dopados y n-dopados) que están unidos alternativamente con puentes eléctricamente conductores en su lado superior y en su lado inferior (hacia el “lado caliente” y el “lado frío, respectivamente). Unas placas cerámicas o unos revestimientos cerámicos y/o unos materiales semejantes sirven para el aislamiento de los puentes metálicos y, por tanto, están dispuestos preferiblemente entre los puentes metálicos. Si se establece un gradiente de temperatura a ambos lados de los paralelepípedos semiconductores, se forma entonces un potencial de tensión. En un sitio de contacto se absorbe con ello calor (“lado caliente”), llegando los electrones de un lado a la banda de conducción energética situada a mayor altura del paralelepípedo siguiente. En el otro lado pueden entonces liberar energía los electrones para llegar nuevamente al otro lado con un nivel de energía más bajo (“lado frío”). Por tanto, se puede establecer un flujo de corriente con un gradiente de temperatura correspondiente.
Se ha intentado ya proporcionar generadores termoeléctricos correspondientes para su aplicación en vehículos automóviles, especialmente automóviles de turismo; véase, por ejemplo, el documento DE 10 2005 005 077 A1. Sin embargo, éstos eran casi siempre de una fabricación muy cara y se caracterizaban por un rendimiento relativamente pequeño. Por tanto, no se ha podido lograr todavía una idoneidad para fabricación en serie. Además, se ha podido comprobar que los generadores termoeléctricos conocidos requieren casi siempre un volumen de construcción muy grande y, por ese motivo, solo pueden integrarse con dificultad en las instalaciones de gas de escape existentes.
Partiendo de esto, el cometido de la presente invención consiste en resolver al menos parcialmente los problemas expuestos con respecto al estado de la técnica. En particular, se pretende indicar un dispositivo termoeléctrico que haga posible un rendimiento mejorado en materia de conversión de energía térmica proporciona en energía eléctrica, sea capaz de hacer frente a los esfuerzos cambiantes en el sistema de gas de escape de motores de combustión interna móviles y sea de construcción muy compacta.
Estos problemas se resuelven con un dispositivo conforme a las características de la reivindicación 1. Ejecuciones ventajosas del dispositivo según la invención y la integración de este dispositivo en unidades constructivas de rango superior están indicadas en las reivindicaciones formuladas en forma subordinada. Cabe consignar que las características expuestas individualmente en las reivindicaciones pueden combinarse unas con otras de cualquier manera tecnológicamente pertinente y mostrar otras ejecuciones de la invención. La descripción, especialmente en relación con las figuras, explica adicionalmente la invención y señala ejemplos de realización complementarios de la misma.
El dispositivo termoeléctrico según la invención presenta al menos lo siguiente:
-
una primera lámina metálica con un primer espesor del material,
-
una segunda lámina metálica con un segundo espesor del material,
-
un espacio intermedio entre la primera lámina metálica y la segunda lámina metálica,
-
un revestimiento de aislamiento eléctrico sobre la primera lámina metálica y la segunda lámina metálica hacia el espacio intermedio,
-
una multitud de primeras partijas semiconductoras y segundas partijas semiconductoras que están inmovilizadas en el espacio intermedio sobre el revestimiento de aislamiento y que están unidas eléctricamente una con otra.
Con el dispositivo termoeléctrico aquí propuesto se indica especialmente un módulo estratificado o en capas para un aparato termoeléctrico o un generador termoeléctrico. En este caso, las partijas semiconductoras están dispuestas entre dos láminas metálicas. El término “lámina metálica” pretende expresar en este contexto especialmente que está prevista aquí una pared metálica muy delgada para el dispositivo termoeléctrico de modo que sea especialmente favorable el paso de calor o la transmisión de calor hacia las partijas semiconductoras. Además, el dispositivo termoeléctrico es de construcción muy delgada o muy plana, de modo que también aquí se pueden utilizar espacios especialmente limitados para su integración en un vehículo automóvil. Eventualmente, la primera lámina metálica y la segunda lámina metálica pueden desarrollar funciones diferentes, de modo que, por ejemplo, la primera lámina metálica forma el llamado “lado caliente” y, por consiguiente, deberá ser estable frente a altas temperaturas. En contraste con esto, la segunda lámina metálica podría formar el “lado frío”, pudiendo ser ésta también, por ejemplo, más estable en su forma (es decir, presentar un segundo espesor de material mayor) para aguantar la presión del refrigerante que circule por delante de ella. Por consiguiente, se prefiere que la primera lámina metálica y la segunda lámina metálica estén realizadas como elementos separados.
Las dos láminas metálicas forman entre ellas un espacio intermedio, por ejemplo a la manera de un emparedado. Es posible a este respecto que el espacio intermedio esté limitado solamente por las láminas metálicas; sin embargo, esto no es forzosamente necesario. Preferiblemente, el espacio intermedio no es sustancialmente más alto que las partijas semiconductoras que se encuentran en el mismo.
Para materializar ahora un flujo de corriente dirigido a través de las primeras partijas semiconductoras y las segundas partijas semiconductoras se propone que las láminas metálicas estén provistas al menos parcialmente de un revestimiento de aislamiento eléctrico sobre el cual estén inmovilizadas o unidas eléctricamente una con otra las partijas semiconductoras. Como revestimiento de aislamiento entra en consideración especialmente al menos una capa de óxido de aluminio. El espesor del revestimiento deberá ser en este caso más pequeño que el primer espesor del material y/o el segundo espesor del material de las láminas metálicas, es decir que, por ejemplo, deberá ser inferior a 300 μm (micrómetros). En cuanto al revestimiento de aislamiento eléctrico hay que cuidar de que éste no dificulte excesivamente el paso de calor desde un lado exterior de la lámina metálica hacia las partijas semiconductoras. Esto puede conseguirse especialmente también haciendo que el revestimiento de aislamiento esté previsto realmente tan solo en la zona de los puntos de contacto de las partijas semiconductoras. En cualquier caso, este revestimiento de aislamiento eléctrico ha de hacerse tan denso que no pueda ser atravesado por el medio de unión, especialmente el material de soldadura, de modo que se eviten con seguridad mediante el revestimiento de aislamiento unas uniones eléctricamente conductoras hacia la lámina metálica y/o las vías de corriente contiguas.
Como material conductivo para termopares de termoeléctricos, que están formados aquí con una multitud de primeras partijas semiconductoras y segundas partijas semiconductoras, entran en consideración especialmente materiales semiconductores p-dopados y n-dopados. En este caso, se podría utilizar, por ejemplo, telurita de bismuto (Bi2, Te3). Además, se podrían utilizar los materiales siguientes [para los intervalos de temperaturas
siguientes en Kelvin]:
Tipo p:
CsBi4Te6: SbI3 (0,005%) [aprox. 225 K];
((Sb2 Te3)72Bi2Te3)25(Sb2 Se3)3
[aprox. 300 K];
Tl9BiTe6
[aprox. 500 K];
GeTe1-x(AgSbTe2)x
[aprox. 700 K];
Tipo n:
Bi0,85 Sb0,15 [aprox. 80 K];
(Sb2Te3)5(Bi2Te3)90(Sb2 Se3)5
[aprox. 300 K];
Bi2Te2,7Se0,3
[aprox. 450 K];
Pb0,75Sn0,25Se
[aprox. 800 K].
Por tanto, en este dispositivo termoeléctrico se utilizan las dos láminas metálicas delgadas para limitar el espacio intermedio y para producir un paso de calor hacia las primeras partijas semiconductoras y las segundas partijas semiconductoras. Las primeras partijas semiconductoras y las segundas partijas semiconductoras pueden estar habilitadas y soldadas aquí, por ejemplo, a la manera de pequeños paralelepípedos y/o pequeñas varillas alargadas de material de diferente conducción. Cada dos partijas semiconductoras diferentes están unidas eléctricamente una con otra de modo que den como resultado una conexión en serie. Una de las dos láminas metálicas absorbe la corriente de calor entrante (“lado caliente”), mientras que la lámina metálica cede la corriente de calor saliente (“lado frío”).
En lo que respecta al diseño de la disposición o conexionado de las distintas primeras partijas semiconductoras y segundas partijas semiconductoras, la naturaleza y/o la configuración y/o la posición de las primeras partijas semiconductoras y/o las segundas partijas semiconductoras pueden estar adaptada al espacio de montaje, el flujo calorífico, la conducción de corriente, etc., pudiendo diferenciarse éstas especialmente también en el presente caso. La unión eléctrica de las primeras partijas semiconductoras y las segundas partijas semiconductoras está realizada preferiblemente en forma alternativa, al menos para una parte de las partijas semiconductoras – por tanto, está prevista especialmente una conexión en serie de las diferentes partijas semiconductoras. No obstante, como alternativa o acumulativamente, puede estar materializada también una conexión en paralelo de modo que (al menos) una pluralidad de partijas semiconductoras de la misma clase estén unidas eléctricamente una con otra.
Según la invención, se ha previsto una ejecución del dispositivo termoeléctrico en la que la primera lámina metálica es una lámina de acero con los componentes de aleación cromo y aluminio y presenta un primer espesor del material que está en el intervalo de 30 μm a 300 μm. La lámina de acero aquí propuesta con los componentes de aleación cromo y aluminio es especialmente estable frente a altas temperaturas y resistente a la corrosión de gases de escape que provienen de motores de combustión interna móviles. Por tanto, se proponen aquí especialmente también láminas de acero como las que se han utilizado en el tratamiento de gas de escape con cuerpos de nido de abeja metálicos. Se prefieren en este caso ambas láminas metálicas con la composición siguiente: aproximadamente 18-25% en peso de cromo, aproximadamente 3-6% en peso de aluminio, aditivos de titanio, itrio y circonio entre aproximadamente 0,04 y 0,08% en peso y también hierro como material de base. En principio, podría ser pertinente construir la primera lámina metálica con un primer espesor del material de, por ejemplo, hasta 2 mm, pero se prefiere especialmente también el intervalo de 50 μm a 300 μm. En este caso, se pueden proporcionar al mismo tiempo un buen paso del calor y, por otro lado, una estabilidad suficiente para el dispositivo termoeléctrico. El segundo espesor del material de la segunda lámina metálica puede elegirse independientemente de esto, pero no deberá sobrepasar tampoco los 2 mm y en particular deberá ser mayor que el primer espesor del material.
En cuanto a la construcción de la primera lámina metálica, se ha previsto, además, que ésta presente una capa de soporte de catalizador en un lado exterior alejado del revestimiento de aislamiento eléctrico. Esto puede conducir especialmente a que la primera lámina metálica entre en contacto directo, a través de su lado exterior, con los gases de escape de un motor de combustión interna. Como capa de soporte de catalizador entran en consideración especialmente una capa de zeolita y/o un llamado revestimiento aplicado por lavado. Además, es posible que la capa de soporte de catalizador comprenda realmente un catalizador, especialmente metales nobles que estén distribuidos dentro o sobre la capa de soporte del catalizador. Respecto de la altura de la capa de soporte del catalizador hay que tener en cuenta que ésta no dificulte significativamente el paso de calor del gas de escape hacia las partijas semiconductoras en el espacio intermedio del dispositivo termoeléctrico. Eventualmente, esto puede compensarse poniendo en marcha reacciones exotermas con el catalizador en el lado exterior de modo que pueda liberarse aquí, in situ, calor adicional.
Según un perfeccionamiento de la invención, se propone también que la multitud de primeras partijas semiconductoras y segundas partijas semiconductoras estén unidas eléctricamente una con otra mediante material de soldadura aplicado sobre el revestimiento de aislamiento. Se prefiere a este respecto que los puntos de soldadura que sirven para la inmovilización de las partijas semiconductoras no sobrepasen sustancialmente la sección transversal o la superficie de contacto de las partijas semiconductoras. Así, se pueden materializar especialmente puntos de soldadura con una superficie de, por ejemplo, 0,8 mm2 a 5 mm2 y preferiblemente de 1 mm2 a 2 mm2 (milímetros cuadrados). El material de soldadura se aplica preferiblemente presionando un agente adhesivo sobre el revestimiento de aislamiento en los sitios deseados y poniendo entonces a la lámina metálica en contacto con material de soldadura en forma de polvo que permanece adherido a estos sitios prefijados de agente adhesivo. La granulometría del material de soldadura se puede elegir en este caso de modo que se proporcione exactamente tanto material de soldadura que se forme el sitio de soldadura deseado.
Además, se considera como ventajoso que la multitud de primeras partijas semiconductoras y segundas partijas semiconductoras presenten una altura de partija de 1 mm a 5 mm (milímetros). Esto conduce, por un lado, a una configuración muy compacta del dispositivo termoeléctrico y garantiza, por otro lado, una diferencia de temperatura suficiente entre la primera lámina metálica y la segunda lámina metálica, a todo lo largo del espacio intermedio. Se prefiere muy especialmente una altura de partija en el intervalo de 1 a 2 mm. Regularmente, todas las partijas semiconductoras presentarán la misma altura de partija.
Además, se propone también que la primera lámina metálica y la segunda lámina metálica estén unidas directamente una con otra. Como unión directa entran en consideración especialmente uniones de soldadura de aporte y/o uniones de soldadura autógena. Se deberá prestar atención muy especialmente a que la unión mutua sea hermética a los gases, es decir que se evite especialmente la penetración de gas de escape y/i oxígeno en el espacio intermedio. Eventualmente, se pueden utilizar también para ello unos medios de apriete mecánicos y/o unos medios de junta adicionales.
Precisamente en este contexto puede ser también pertinente realizar el espacio intermedio con un material de carga que rodee al menos parcialmente a la multitud de primeras partijas semiconductoras y segundas partijas
semiconductoras. Se prefiere muy especialmente que el material de carga llene todo el espacio intermedio. Como material de carga entra en consideración, por ejemplo, una masa de relleno, tal como, por ejemplo, silicato. Aún cuando se prefiere esta variante, se podrían materializar igualmente otras medidas constructiva para evitar un contacto de un gas de escape con las partijas semiconductoras, tal como también, por ejemplo, una caperuza, una tapa, un diafragma o similares.
Además, se considera también como ventajoso que se presente al menos una estructura estratificada. Eventualmente, una parte de las primeras partijas semiconductoras y las segundas partijas semiconductoras puede estar construida también en forma estratificada o todas las partijas semiconductoras pueden estar construidas también en forma estratificada. Dado que se puede producir aquí un dispositivo termoeléctrico especialmente afiligranado, la aplicación estratificada (por ejemplo por medio de presión) del material sobre las láminas metálicas se puede materializar de manera especialmente sencilla y segura para el proceso.
Según un perfeccionamiento de la invención, se propone un aparato termoeléctrico que presenta una multitud de dispositivos termoeléctricos de la clase descrita según la invención, los cuales están configurados a la manera de un módulo estratificado, estando éstos dispuestos siempre orientados en sentidos contrarios uno a otro, de modo que las primeras láminas metálicas delimiten canales calientes y las segundas láminas metálicas delimiten canales fríos. Por tanto, el aparato termoeléctrico presenta preferiblemente varios estratos superpuestos, alternando la orientación de los dispositivos de modo que, siempre por parejas, las primeras láminas metálicas delimiten canales calientes y las segundas láminas metálicas delimiten canales fríos. En cuanto a los canales, es posible que estén formados solamente canales individuales entre los distintos dispositivos, pero puede estar configurada también una multitud de tales canales, por ejemplo por medio de estructuras de separación correspondientes. Es posible también, especialmente en lo que respecta a los canales fríos, que éstos estén realizados con tubos adicionales.
De manera muy especialmente preferida, se propone aquí un vehículo automóvil con un motor de combustión, una instalación de gas de escape, un circuito de refrigeración por agua y un aparato termoeléctrico de la clase anteriormente descrita, en el que la instalación de gas de escape está unida con los canales calientes y el circuito de refrigeración por agua está unido con los canales fríos.
A continuación, se explican con más detalle la invención y el entorno técnico de la misma con ayuda de las figuras. Cabe consignar que las figuras indican variantes de realización especialmente preferidas de la invención, pero ésta no queda limitada a ellas. Muestran esquemáticamente:
La figura 1, un detalle de una variante de realización de un dispositivo termoeléctrico y
La figura 2, una variante de realización de un aparato termoeléctrico en un vehículo automóvil.
En la figura 1 se ilustra esquemáticamente en una sección transversal parcial una variante de realización del dispositivo termoeléctrico. El dispositivo termoeléctrico 1 tiene arriba su lado caliente (identificado por la flecha negra) y abajo su lado frío (identificado por una flecha blanca).
El dispositivo termoeléctrico 1 está limitado ahora en su exterior por una primera lámina metálica 2 y una segunda lámina metálica 4. En el lado exterior 10 de la primera lámina metálica 2 se ilustra en una vista fragmentaria la capa de soporte de catalizador 11 que está realizada con un catalizador 23. Para hacer posible ahora en este lado caliente un buen paso de temperatura hacia el espacio intermedio 6 se ha realizado la primera lámina metálica 2 con un primer espesor 3 del material que es muy pequeño, por ejemplo en el intervalo de 50 μm a 300 μm. Frente a esto, la segunda lámina metálica se ha realizado aquí con un segundo espesor mayor 5 del material, por ejemplo en el intervalo de 120 μm a 2 mm. Tanto la primera lámina metálica 2 como la segunda lámina metálica 4 están realizadas aquí, hacia el espacio interior 6, con un revestimiento de aislamiento eléctrico 7.
Sobre este revestimiento de aislamiento eléctrico 7 están formados ahora los termopares. A este fin, las primeras partijas semiconductoras 8 (p-dopadas) y las segundas partijas semiconductoras 9 (n-dopadas) están inmovilizadas con material de soldadura 12 sobre el revestimiento de aislamiento 7 y están unidas eléctricamente una con otra (alternando en serie). Para lograr una disposición especialmente compacta se propone que las primeras partijas semiconductoras 8 y las segundas partijas semiconductoras 9 presenten una altura de partija 13 de 1 mm a 5 mm.
En la figura 2 se pretende ilustrar esquemáticamente la integración del dispositivo termoeléctrico en un vehículo automóvil 19. En este caso, un aparato termoeléctrico 15 está formado con una pluralidad de dispositivos termoeléctricos 1 de tal manera que estos dispositivos termoeléctricos 1 están configurados a la manera de módulos estratificados que están dispuestos en forma de capas unos con respecto a otros. Los módulos estratificados 16 están dispuestos aquí siempre en sentidos contrarios uno respecto de otro de modo que las primeras láminas metálicas 2 delimiten canales calientes 17 y las segundas láminas metálicas 4 delimiten canales fríos 18. En la figura 2 se ilustra ahora también que el gas de escape caliente generado en el motor de combustión 20 circula a lo largo de la instalación de gas de escape 21 y es hecho pasar entonces por los canales calientes 17. Para generar una diferencia de temperatura grande entre el lado caliente y el lado frío del dispositivo termoeléctrico se ponen éstos también en contacto térmico por un lado con agua fría de un circuito 22 de refrigeración por agua. El circuito 22 de
refrigeración por agua está unido aquí con los canales fríos 18, circulando el agua preferiblemente en sentido contrario al gas de escape.
Lista de símbolos de referencia
1 Dispositivo termoeléctrico
5 2 Primera lámina metálica 3 Primer espesor del material 4 Segunda lámina metálica 5 Segundo espesor del material 6 Espacio intermedio
10 7 Revestimiento de aislamiento 8 Primera partija semiconductora (por ejemplo p-dopada) 9 Segunda partija semiconductora (por ejemplo n-dopada) 10 Lado exterior 11 Capa de soporte de catalizador
15 12 Material de soldadura 13 Altura de partija 14 Material de carga 15 Aparato termoeléctrico 16 Módulo estratificado
20 17 Canal caliente 18 Canal frío 19 Vehículo automóvil 20 Motor de combustión 21 Instalación de gas de escape
25 22 Circuito de refrigeración por agua 23 Catalizador

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo termoeléctrico (1) que presenta al menos:
    -
    una primera lámina metálica (2) con un primer espesor (3) del material,
    -
    una segunda lámina metálica (4) con un segundo espesor (5) del material,
    -
    un espacio intermedio (6) entre la primera lámina metálica (2) y la segunda lámina metálica (4),
    -
    un revestimiento de aislamiento eléctrico (7) sobre la primera lámina metálica (2) y la segunda lámina metálica (7) hacia el espacio intermedio (6),
    -
    una multitud de primeras partijas semiconductoras (8) y segundas partijas semiconductoras (9) que están inmovilizadas en el espacio intermedio (6) sobre el revestimiento de aislamiento (7) y que están unidas eléctricamente una con otra,
    caracterizado por que
    la primera lámina metálica (2) es una lámina de acero con los componentes de aleación cromo y aluminio y presenta un primer espesor (3) del material que está en el intervalo de 30 μm a 300 μm, y la primera lámina metálica (2) presenta una capa de soporte de catalizador (11) en un lado exterior (10) alejado del revestimiento de aislamiento eléctrico (7).
  2. 2. Dispositivo termoeléctrico (1) según la reivindicación 1, en el que la multitud de primeras partijas semiconductoras
    (8) y segundas partijas semiconductoras (9) están unidas eléctricamente una con otra mediante un material de soldadura (12) aplicado sobre el revestimiento de aislamiento (7).
  3. 3.
    Dispositivo termoeléctrico (1) según la reivindicación 2, en el que la unión eléctrica entre las primeras partijas semiconductoras (8) y las segundas partijas semiconductoras (9) se efectúa solamente por medio de material de soldadura (12) aplicado sobre un revestimiento de aislamiento (7).
  4. 4.
    Dispositivo termoeléctrico (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la multitud de primeras partijas semiconductoras (8) y segundas partijas semiconductoras (9) presentan una altura de partija (13) de 1 a 5 mm.
  5. 5.
    Dispositivo termoeléctrico (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera lámina metálica (2) y la segunda lámina metálica (4) están directamente unidas una con otra.
  6. 6.
    Dispositivo termoeléctrico (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espacio intermedio
    (6) presenta un material de carga (14) que rodea al menos parcialmente a la multitud de primeras partijas semiconductoras (8) y segundas partijas semiconductoras (9).
  7. 7.
    Dispositivo termoeléctrico (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una parte de las primeras partijas semiconductoras (8) o las segundas partijas semiconductoras (9) presenta una estructura estratificada.
  8. 8.
    Aparato termoeléctrico (15) que presenta una multitud de dispositivos termoeléctricos (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores a la manera de un módulo estratificado (16) que están dispuestos siempre en sentidos contrarios uno respecto de otro, delimitando las primeras láminas metálicas (2) unos canales calientes (17) y delimitando las segundas láminas metálicas (4) unos canales fríos (18).
  9. 9.
    Vehículo automóvil (19) con un motor de combustión interna (20), una instalación de gas de escape (21), un circuito (22) de refrigeración por agua y un aparato termoeléctrico (15) según la reivindicación 8, en el que la instalación de gas de escape (21) está unida con los canales calientes (17) y el circuito (22) de refrigeración por agua está unido con los canales fríos (18).
ES09781695T 2008-08-13 2009-08-11 Dispositivo termoeléctrico Active ES2439766T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810038985 DE102008038985A1 (de) 2008-08-13 2008-08-13 Thermoelektrische Vorrichtung
DE102008038985 2008-08-13
PCT/EP2009/060371 WO2010018162A2 (de) 2008-08-13 2009-08-11 Thermoelektrische vorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2439766T3 true ES2439766T3 (es) 2014-01-24

Family

ID=41509155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES09781695T Active ES2439766T3 (es) 2008-08-13 2009-08-11 Dispositivo termoeléctrico

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9117969B2 (es)
EP (1) EP2313938B1 (es)
JP (1) JP2011530824A (es)
KR (1) KR20110053353A (es)
CN (1) CN102124585A (es)
DE (1) DE102008038985A1 (es)
DK (1) DK2313938T3 (es)
ES (1) ES2439766T3 (es)
PL (1) PL2313938T3 (es)
RU (1) RU2011109079A (es)
WO (1) WO2010018162A2 (es)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9310112B2 (en) 2007-05-25 2016-04-12 Gentherm Incorporated System and method for distributed thermoelectric heating and cooling
CN102105757A (zh) 2008-06-03 2011-06-22 Bsst有限责任公司 热电热泵
DE102008063487A1 (de) * 2008-12-17 2010-06-24 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Abgas
EP3151293A1 (en) 2009-07-24 2017-04-05 Gentherm Incorporated Thermoelectric-based power generation systems and methods
DE102010012629A1 (de) * 2010-03-24 2011-09-29 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung umfassend einen Katalysatorträgerkörper und einen thermoelektrischen Generator angeordnet in einem Gehäuse
US9006557B2 (en) 2011-06-06 2015-04-14 Gentherm Incorporated Systems and methods for reducing current and increasing voltage in thermoelectric systems
KR101654587B1 (ko) 2011-06-06 2016-09-06 젠썸 인코포레이티드 카트리지 기반 열전 시스템
DE112013000620T5 (de) * 2012-01-20 2014-10-16 Gentherm Incorporated Integrierter Katalysator/Thermoelektrischer Generator
DE102012207612B4 (de) * 2012-05-08 2016-09-29 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Wärmetauscher
DE102012105743A1 (de) 2012-06-29 2014-01-02 Elringklinger Ag Wärmeabschirmvorrichtung mit thermoelektrischer Energienutzung
WO2014022428A2 (en) 2012-08-01 2014-02-06 Gentherm Incorporated High efficiency thermoelectric generation
US20160197260A1 (en) * 2015-01-05 2016-07-07 The Boeing Company Thermoelectric generator
DE102015105939A1 (de) 2015-04-17 2016-10-20 Elringklinger Ag Vorrichtung zur thermoelektrischen Umwandlung thermischer Energie
EP3444859B1 (en) * 2016-04-15 2020-12-02 Yamaha Corporation Thermoelectric conversion module package
US10396264B2 (en) * 2016-11-09 2019-08-27 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Electronic module and method for manufacturing the same, and thermoelectric device including the same
KR20180068698A (ko) * 2016-12-14 2018-06-22 현대자동차주식회사 열전 모듈 및 그 제조 방법
CN108023504B (zh) * 2017-11-24 2019-10-18 南京理工大学 催化燃烧和热电转换集成发电装置
KR102724358B1 (ko) * 2018-02-01 2024-11-01 엘지이노텍 주식회사 열전장치
CN112228188B (zh) * 2020-10-27 2021-09-03 湖南德力重工有限公司 一种挖掘机排气处理装置及其使用方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3035109A (en) * 1959-04-09 1962-05-15 Carrier Corp Thermoelectric panel
US3225549A (en) * 1962-04-18 1965-12-28 Thore M Elfving Thermoelectric cooling device
US3240628A (en) * 1962-06-14 1966-03-15 Carrier Corp Thermoelectric panel
DE1639503B1 (de) * 1965-07-02 1970-06-04 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer Thermobatterie
US4459428A (en) * 1982-04-28 1984-07-10 Energy Conversion Devices, Inc. Thermoelectric device and method of making same
US4650919A (en) 1984-08-01 1987-03-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Thermoelectric generator and method for the fabrication thereof
CN1093758A (zh) 1993-04-16 1994-10-19 山东工业大学 铸造1300—1350℃铁基耐热钢及熔铸工艺
JPH10144967A (ja) * 1996-11-06 1998-05-29 Nhk Spring Co Ltd 冷却用熱電素子モジュール
JPH1155973A (ja) * 1997-08-05 1999-02-26 Calsonic Corp 触媒コンバータ一体型排熱発電装置
US6098396A (en) * 1998-05-27 2000-08-08 Solar Turbines Inc. Internal combustion engine having a catalytic reactor
JP3572968B2 (ja) * 1998-11-30 2004-10-06 ヤマハ株式会社 熱電モジュール用基板、その製造方法及び熱電モジュール
DE10022726C2 (de) * 1999-08-10 2003-07-10 Matsushita Electric Works Ltd Thermoelektrisches Modul mit verbessertem Wärmeübertragungsvermögen und Verfahren zum Herstellen desselben
JP4488778B2 (ja) * 2003-07-25 2010-06-23 株式会社東芝 熱電変換装置
JP4423989B2 (ja) * 2004-02-05 2010-03-03 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の熱電発電装置
WO2005109535A2 (en) * 2004-05-06 2005-11-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. A method of manufacturing a thermoelectric device
CN1702185A (zh) 2004-05-24 2005-11-30 潘传洪 一种中铬铝铁素体不锈钢及其制造的换热器、空冷器
US20060005873A1 (en) * 2004-07-06 2006-01-12 Mitsuru Kambe Thermoelectric conversion module
JP4829552B2 (ja) * 2004-07-06 2011-12-07 財団法人電力中央研究所 熱電変換モジュール
US20060157102A1 (en) * 2005-01-12 2006-07-20 Showa Denko K.K. Waste heat recovery system and thermoelectric conversion system
US20060179819A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-17 Sullivan John T System and method for reducing vehicle emissions and/or generating hydrogen
DE102006037540B4 (de) * 2005-08-12 2011-04-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Thermoelektrische Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
JP4719747B2 (ja) * 2005-08-31 2011-07-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 Egrガス発電装置
JP2008035595A (ja) * 2006-07-27 2008-02-14 Toyota Motor Corp 熱発電装置及びその製造方法
DE102006039024A1 (de) * 2006-08-19 2008-02-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Thermogenerator
JP2008072775A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 Nissan Motor Co Ltd 排熱エネルギー回収装置
US20080079109A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Chin-Kuang Luo Thermoelectric device and method for making the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008038985A1 (de) 2010-02-18
EP2313938A2 (de) 2011-04-27
CN102124585A (zh) 2011-07-13
US20110185715A1 (en) 2011-08-04
EP2313938B1 (de) 2013-10-02
WO2010018162A3 (de) 2010-07-15
US9117969B2 (en) 2015-08-25
PL2313938T3 (pl) 2014-03-31
WO2010018162A2 (de) 2010-02-18
KR20110053353A (ko) 2011-05-20
DK2313938T3 (da) 2014-01-13
JP2011530824A (ja) 2011-12-22
RU2011109079A (ru) 2012-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2439766T3 (es) Dispositivo termoeléctrico
ES2467970T3 (es) Módulo para un generador termoeléctrico y un generador termoeléctrico
JP5711152B2 (ja) 熱電デバイス
US9540982B2 (en) Exhaust train having an integrated thermoelectric generator
JP6129852B2 (ja) 排気システム用アセンブリ
US20120297755A1 (en) Module, assembly with module, thermoelectric generator unit and exhaust gas conduit device with generator unit
KR101777335B1 (ko) 전지 모듈
JP5926261B2 (ja) 封止要素を有する自動車の熱電発電装置のための熱電モジュール
CN102066708A (zh) 用于由排气热产生电能的设备
WO2012021673A2 (en) Articles and devices for thermal energy storage and methods thereof
JP2012169595A (ja) 熱電材料およびそれを製造するための方法
CN103238227B (zh) 用于排气系统的热电模块
RU2555186C2 (ru) Термоэлектрический модуль для термоэлектрического генератора автомобиля
JP6266536B2 (ja) 半導体素子および管状熱電モジュールを生産する方法
US9318683B2 (en) Thermoelectric module for a thermoelectric generator of a vehicle and vehicle having thermoelectric modules
JP2009088457A (ja) 熱電変換装置及び熱電変換装置の製造方法
CN106703955A (zh) 一种用于拖拉机上的尾气热电转换装置
JP2025077945A (ja) 蓄熱システム
TW201245569A (en) Exhaust train having an integrated thermoelectric generator