特許 6289453 熱電材料を有する糸および熱電モジュール用の部品の製造のための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6289453

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】熱電材料を有する糸および熱電モジュール用の部品の製造のための方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/32 20060101AFI20180226BHJP

   H01L 35/30 20060101ALI20180226BHJP

   H01L 35/34 20060101ALI20180226BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20180226BHJP

【ＦＩ】

   H01L35/32 A

   H01L35/30

   H01L35/34

   H02N11/00 A

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-517809(P2015-517809)

(86)(22)【出願日】2013年6月25日

(65)【公表番号】特表2015-528203(P2015-528203A)

(43)【公表日】2015年9月24日

(86)【国際出願番号】EP2013063289

(87)【国際公開番号】WO2014001339

(87)【国際公開日】20140103

【審査請求日】2016年3月24日

(31)【優先権主張番号】102012105496.7

(32)【優先日】2012年6月25日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】500038927

【氏名又は名称】エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100102185

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 繁範

(72)【発明者】

【氏名】ブリュック ロルフ

(72)【発明者】

【氏名】ミュラー ヴィルフリート

【審査官】 安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５２２４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１９８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−００９９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２９４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０３１８８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２７７８０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５２９７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１００６４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３５／００−３４

Ｈ０２Ｎ １１／００

Ｈ０１Ｌ ２７／１６

Ｆ０１Ｎ ５／０２

Ｆ０２Ｇ ５／０２−０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

広がり（２）を有する糸（１）であって、糸（１）は、広がり（２）に沿って、熱電材料（３）と、電気絶縁材料（６）と、熱絶縁材料（７）と、を備える、糸。

【請求項2】

請求項１に記載の糸（１）であって、糸（１）の熱電材料（３）は、広がり（２）に沿って、異なった熱電材料（３）を備える、糸。

【請求項3】

請求項１または２に記載の糸（１）であって、糸（１）は、広がり（２）に沿って、熱電材料（３）および／または非熱電材料（４）で追加的にコーティングされる、糸。

【請求項4】

請求項１〜３の１つに記載の糸（１）であって、糸（１）は、以下の特性の少なくとも１つ：
‐少なくとも２００Ｎ／ｍｍ^２の引張強さを有する、少なくとも１つの繊維（５）、
‐互いにねじれた、複数の繊維（５）、
‐径方向（９）に、および広がりの方向（１０）に、異なった材料特性（１１）、
‐空洞（８）であって、空洞（８）は、複数の繊維（５）によって形成され、以下のグループから選ばれた少なくとも１つの材料で少なくとも部分的に満たされる：
熱電材料（３）、
電気絶縁材料（６）、
電気伝導材料（３１）、
熱絶縁材料（７）、
熱伝導材料（３２）、
シール材料（３４）、
を備える、糸。

【請求項5】

請求項１〜４の１つに記載の糸（１）であって、糸（１）は、広がり（２）の方向に、異なった横断面領域（３５）を備える、糸。

【請求項6】

請求項１〜５の１つに記載の糸（１）であって、糸（１）は、管状のレセプタクル（１３）の外側周囲面（１４）に、径方向（９）に複数の層を備える巻きに、巻きつけられ、従って、ｎドープまたはｐドープされた、少なくとも１つの環状の熱電半導体素子（３８）が形成されることができ、前記熱電半導体素子（３８）は、他の環状の部品（１２）と共に、管状の熱電モジュール（１５）の外スリーブ（２５）と内スリーブ（２６）との間に、配置される、糸。

【請求項7】

熱電モジュール（１５）用の部品（１２）の製造のための方法であって、少なくとも以下のステップ：
ａ）広がり（２）を有する少なくとも１つの糸（１）を提供するステップ、
ｂ）外側周囲面（１４）を有する管状のレセプタクル（１３）を提供するステップ、
ｃ）熱電材料（３）を前記少なくとも１つの糸（１）に付けるステップ、
ｄ）前記少なくとも１つの糸（１）を前記管状のレセプタクル（１３）の周りに巻き、外側周囲面（１４）に、熱電モジュール（１５）用の少なくとも１つの環状の部品（１２）が形成されるようにするステップ、
を含み、
前記管状のレセプタクル（１３）は、周囲方向（１６）に少なくとも部分的に周りに延びる、少なくとも１つのウェブ（１７）を備え、ポケット（１９）が、軸方向（１８）に、前記管状のレセプタクル（１３）の外側周囲面（１４）に、形成されるようになっており、ポケット（１９）は、前記少なくとも１つの糸（１）によって少なくとも部分的に満たされる、方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、複数の糸（１）が提供され、複数の糸（１）は、前記管状のレセプタクル（１３）に、同時にステップｄ）で適用される、方法。

【請求項9】

請求項７または８に記載の方法であって、非熱電材料（４）から成る少なくとも１つの糸（１）が、共に巻きつけられる、方法。

【請求項10】

請求項７〜９の１つに記載の方法であって、ステップｃ）は、ステップｄ）と少なくとも部分的に同時にまたはステップｄ）の後で実行される、方法。

【請求項11】

管状の熱電モジュール（１５）であって、少なくとも、コールドサイド（２０）、ホットサイド（２１）、およびその間に配置された環状の部品（１２）を備え、前記部品（１２）は、
‐熱電材料（３）を含む、部品（１２）、
‐電気絶縁材料（６）を含む、部品（１２）、
‐熱絶縁材料（７）を含む、部品（１２）、
‐電気伝導材料（３１）を含む、部品（１２）、
‐熱伝導材料（３２）を含む、部品（１２）、
‐シール材料（３４）を含む、部品（１２）、
のグループから選ばれた少なくとも１つの部品（１２）を備え、さらに、少なくとも１つの環状の部品（１２）は、請求項７〜１０の１つに記載の方法で製造される、管状の熱電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電材料を備える糸と、熱電モジュール用の部品の製造のための方法と、に関する。

【背景技術】

【0002】

熱電モジュールは、例えば発電機によって内燃機関の排ガスから、電気エネルギーを生成するのに適している。これは、特に、電気エネルギーへ排ガスの熱エネルギーを変換するための発電機、つまりいわゆる熱電発電機、のことを言う。

【0003】

自動車の内燃機関からの排ガスは、熱エネルギーを有し、熱エネルギーは、例えば、バッテリーまたは他のエネルギー貯蔵装置に充電するために、および／または電気消費物に必要なエネルギーを直接に供給するために、熱電発電装置によって電気エネルギーに変換されることができる。このようにして、自動車は、改善されたエネルギー効率で作動され、より多くのエネルギーが、自動車の作動のために利用できる。

【0004】

熱電モジュールは、少なくとも、複数の熱電素子を備える。熱電材料は、有効に熱エネルギーを電気エネルギーに変換でき（ゼーベック効果）、その逆（ペルティエ効果）も同様であるような、性質のものである。熱電素子は、例えば、少なくとも２つの半導体素子（ｐドープおよびｎドープ）を含み、少なくとも２つの半導体素子は、ホットサイドの方におよびコールドサイドの方にそれぞれ向けられる、それらの互いに相対する端部に、電気伝導材料から成るブリッジが交互に備えられる。熱電モジュールでは、多くのこのような半導体素子が、電気的に直列に接続される。直列の半導体素子による生じたポテンシャル差が互いに相殺されないように、常に、異なった多数電荷キャリア（ｎドープおよびｐドープ）を有する半導体素子は、交互に、直接的電気接触が提供される。接続された負荷抵抗器により、電流回路は閉じられることができ、それで電力が取り出されることができる。

【0005】

自動車における、特に乗用自動車における、使用のための相応の熱電モジュールを提供することが、すでに試みられてきた。これらは、けれども、大抵、製造コストが高く、比較的低い効率により特徴付けられる。従って、まだ大量生産適性が得られていない。

【0006】

特に、熱電モジュールの製造のための方法は、複雑で費用がかかる。多数の部品が、熱電モジュールを形成するのに組み立てられなければならず、相応に、部品公差が、互いに合わせられなければならないからである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ここから出発して、本発明の課題は、先行技術に関連して示された問題を、少なくとも部分的に解決することである。特に、構成要素の数を減少し、今まで必要であった個々の公差を合わせることを、低減し、または回避さえできるようにすることにより、管状の熱電モジュールの製造のための方法を簡単にすることが意図される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この課題は、請求項１の特徴による糸によって、および／または請求項７の特徴による熱電モジュール用の部品の製造のための方法によって、解決される。本発明の有利な構成、およびまた、（そのように製造された）部品の、（例えば熱電モジュールまたは熱電発電機のような）上位の構造ユニットへの統合は、従属請求項に示される。請求項に個々に挙げられた特徴は、任意に、技術的に有意な方法で、互いに組み合わせ可能であり、本発明のさらなる構成を示す。これは、特に、糸に関する説明が、同じように、部品の製造のための方法に、および熱電モジュールにも、応用でき、その逆もそうであることを、意味する。明細書は、特に図と関連して、本発明を説明し、本発明のさらなる実施例を挙げる。

【0009】

糸は、広がりを有し、少なくとも部分的に熱電材料を備える。広がりは、特に糸の長さを記述し、糸は、さらに、糸の横断面の（最大）直径として定義される直径により、記述される。

【0010】

糸は、特に、（熱電材料なしに）容易に変形可能、巻くことが可能等である。糸は、一部分から成って、または複数部分から成って（例えば、複数の繊維／フィラメントで）、構成されることができる。糸が複数部分から成って構成される場合、これは、例えば、繊維／フィラメントの数および／または配置が、いろいろな糸領域／部分で異なることによって、部分が異なることもできる。

【0011】

糸は、特に広がりを呈し、それは、技術的意味で、連続的と表現される。連続的は、糸が、それが（熱電）部品用の製造方法において使用される際に、通常切られる長さであるような広がりを呈することを、ここでは意味する。特に、広がりは、少なくとも５０ｍｍ［ミリメートル］であり、特に少なくとも５００ｍｍであり、望ましくは１０００ｍｍを上回る。

【0012】

糸には、異なった材料から成る繊維も使用されることができる。望ましくは、糸は、少なくとも部分的に、
‐セラミック材料、
‐ガラス繊維材料、
‐炭素繊維、
‐金属材料、
‐熱電材料、
のグループから選ばれる少なくとも１つの材料により、形成される。繊維の材料の選択により、糸の特性を、特に個々の部分において、利用に合わせて調節することができる。糸は、従って、特に以下の特性を（単独でまたは組み合わせで）呈する：熱電性、電気伝導性、電気絶縁性、熱伝導性、熱絶縁性、シール性、および／または高い機械的強度。

【0013】

熱電材料として、特に以下の材料が使用される。

【表1】

【0014】

望ましい構成によると、糸は、広がりに沿って異なった熱電材料を備える。換言すると、特に、広がりの方向に（連続して、または互いに隣接して）少なくとも２つの糸領域が形成され、少なくとも２つの糸領域は、異なる熱電材料を備える。これは、特に、糸がまだ熱電部品の製造用の出発要素としてある、つまり特にあとでさらに糸領域の間で分割される場合に、当てはまる。特に、これらの異なった熱電材料は、温度依存性の効率最大値に関して異なる。どの熱電材料も、固有の最適使用温度を備え、固有の最適使用温度では、電気エネルギーへの熱エネルギーの変換に関して、最大効率が達成される。糸領域の熱電材料は、異なってドープされることが、可能である。

【0015】

特に、糸は、広がりに沿って非熱電材料も備える。特に、これは、広がりに沿って非熱電材料のみによって形成される部分が設けられることを、意味する。特に、糸は、少なくとも部分的に交互に熱電材料と非熱電材料とを有する、複数の部分を備える。

【0016】

糸の特に有利な構成によると、糸は、広がりに沿って、材料（熱電材料、非熱電材料）で（追加的に）コーティングされる。これは、特に、糸にまたは糸表面上に、コーティングが設けられ、コーティングは、熱電材料および／または非熱電材料を含むことを、意味する。異なる材料が（個々の）糸に設けられる場合、これらのコーティングは、通常、重なり合ってではなく、互いに並んで設けられる。層厚さは、同様に変化することができるが、これはしかし不可欠ではない。望ましくは、層厚さは、糸表面から進んで、閉じた表面が形成されるが、糸が（場合によってはまだしっかり固定されない）コーティングでまだ変形できるように、定められる。

【0017】

特に、糸は、少なくとも１つの繊維を備え、特に少なくとも２００Ｎ／ｍｍ^２の引張強さＲ_ｍを有する繊維である。

【0018】

望ましくは、その上、糸の繊維の少なくとも１つは、以下のグループ：
‐熱電材料、
‐非熱電材料、
‐電気絶縁材料、
‐電気伝導材料、
‐熱絶縁材料、
‐熱伝導材料、
‐シール材料（気体および／または液体に対して）、
から選ばれた少なくとも１つの材料でコーティングされる。相対的に示される特性または材料特性は、電気エネルギーへの熱エネルギーの変換の目的で使用される、熱電材料に関係付けられる。これは、特に、「電気絶縁性」は、材料の電気伝導度が、熱電材料の電気伝導度よりも低いということを、意味する。同じことが、「電気伝導性」（この場合さらに高い限り）、「熱絶縁性」、「熱伝導性」、および「シール性」について言える。

【0019】

特に、糸は、異なった部分に、異なったコーティングを備え、特に、上に示されたグルーブから選ばれた、少なくとも１つの材料でコーティングされる。個々の部分では、これらの特性または材料の組み合わせも可能である。特に、電気絶縁性も熱絶縁性もある材料がコーティングとして存在する、部分が設けられ得る。

【0020】

特に、糸は、互いにねじれた、複数の繊維を備える。繊維の数は、例えば２〜３０であることができ、２〜１０の繊維の使用が望ましい。

【0021】

糸のねじれた配置は、特に、繊維がその広がりに沿って互いに接して置かれ、互いに絡み合ったときに、現れる。ねじれは、特に、繊維が互いによじれる、および／または繊維がらせん状に互いに巻かれる、と解釈される。

【0022】

望ましくは、異なった特性を有する少なくとも２つの種類の繊維が、糸の同じ部分で一緒にねじられる。従って、熱電特性を有する繊維を、非熱電および熱絶縁およびまた電気絶縁特性を備える繊維と、組み合わせることができる。糸は、特に、高い機械的強度を有する繊維により、強化されることができる。

【0023】

糸の特に有利な構成によると、糸は、空洞を備える。空洞は、例えば細孔のように、構成され得る。それに関し、空洞は、閉鎖および／または互いに接続され得る。通常、空洞は、少なくとも部分的に、糸のまたは繊維の材料によって形成／画定される。空洞は、繊維の間におよび／または繊維内に形成され得る。

【0024】

特に、空洞は、以下のグループ：
‐熱電材料、
‐非熱電材料、
‐電気絶縁材料、
‐電気伝導材料、
‐熱絶縁材料、
‐熱伝導材料、
‐シール材料（気体および／または液体に対して）、
から選ばれた少なくとも１つの材料で、少なくとも部分的に満たされる。

【0025】

望ましくは、糸は、少なくとも、径方向に、または広がりの方向に、異なった材料特性を備える。従って、糸は、両方の方向に、異なった材料特性を備えることができる。特に、異なった材料特性は、異なった材料の使用により、および糸の異なった構造により、および／または糸の製造の間の異なった処理により、生じる。そのような処理は、例えば、熱処理、および／または圧力による処理または同様のものを含むことができる（例えば焼結法）。

【0026】

特に有利な構成によると、糸は、特に、広がりの方向に、異なった横断面領域を備える。「異なった」は、ここでは、横断面領域の直径または大きさが、広がりの方向に変化することを、意味する。この変化は、段階的におよび／または連続的に起こる。これらの異なった横断面領域により、非常に薄い層が、熱電モジュールに生じることもでき、特に、熱電モジュール全体も、少なくとも部分的に、１つ以上の提案された糸から製造可能である。

【0027】

特に、糸は、管状のレセプタクルの外側周囲面に、径方向に複数の層を備える巻きに、巻きつけ可能であり、従って、ｎドープまたはｐドープされた、少なくとも１つの環状の熱電半導体素子が形成されることができ、熱電半導体素子は、他の環状の部品と共に、管状の熱電モジュールの外スリーブと内スリーブとの間に、配置可能である、

【0028】

糸は、今度は、追加的に、熱電モジュール用の部品の製造のための望ましい方法と関連して使用される。

【0029】

熱電モジュールの部品の製造のための本方法は、少なくとも以下のステップを含む：
ａ）広がりを有する少なくとも１つの糸を提供するステップ、
ｂ）熱電材料をその少なくとも１つの糸に適用するステップ、
ｃ）外側周囲面を有する管状のレセプタクルを提供するステップ、
ｄ）その少なくとも１つの糸をその管状のレセプタクルの周りに巻き、外側周囲面に、熱電モジュール用の少なくとも１つの環状の部品が形成されるようにするステップ。

【0030】

熱電モジュール用の部品として、特に、環状の熱電半導体素子を挙げることができる。複数のそのような、ｎドープおよびｐドープ半導体素子は、後に、交互に連続して配置され、相応の電気相互接続で、管状の熱電モジュールを形成するように組み立てられる。交互の電気相互接続は、熱電モジュールにある温度ポテンシャルが、電流に変換されることを、可能にする。熱電部品に加えて、電気絶縁性または熱絶縁性の環状の部品も作り出されることができ、かかる環状の部品は、熱電部品の間に配置される。さらに、電気伝導性およびまた熱伝導性の部品も作り出されることができ、かかる部品は、例えば、個々の熱電部品の電気伝導接続のために、用いられる。

【0031】

本方法は、特に、熱電モジュール用の少なくとも個々の部品を作り出すこと、および特にまた、個々の糸または複数の糸を有する熱電モジュールを、相次いでおよび／または並行して製造すること、に適している。特に、（連続的な）糸が提供され、糸は、同じおよび／または個々の部分で、異なった材料および／または異なった特性を備える。

【0032】

糸の特性は、例えば：‐温度ポテンシャルを電流に変換するための熱電特性、
‐電気絶縁性、つまり熱電材料よりも低い電気伝導度［アンペア／（ボルト・メートル）］、
‐電気伝導性、つまり熱電材料よりも高い電気伝導度［アンペア／（ボルト・メートル）］、
‐熱絶縁性、つまり熱電材料よりも低い比熱伝導度［ワット／（ケルビン・メートル）］、
‐熱伝導性、つまり、熱電材料よりも高い比熱伝導度［ワット／（ケルビン・メートル）］、
‐高い機械的強度（特に２００Ｎ／ｍｍを上回る引張強さ）、
‐気体および／または液体に対するシール性、
であり得る。ここで挙げられた、「電気絶縁性」、「電気伝導性」、「熱絶縁性」、「熱伝導性」についての定義は、糸の特性にだけでなく、コーティング、繊維、部品、および空洞内に配置された材料にも適用される。

【0033】

原則として、本方法のステップは、ここで文字により示された順序で実行され得るが、これはしかし不可欠ではない。特に、いくつかの／全てのステップは、また少なくとも同時に実行され得る。従って、糸は、例えば糸枠から引き出されることができ（ステップａ））、コーティング浴槽を通って引き抜かれることができ（ステップｃ））、さらにレセプタクルに導かれてそこで巻きつけられることができる（ステップｂ）およびｄ））。糸が熱電材料なしでレセプタクルに置かれ、そのあとで熱電材料が（例えばこうして形成された空洞の中に）適用されることも、可能である。さらに、糸をコーティング浴槽の中で巻きつけることが、可能である。その上、例えば、複数の糸および／またはレセプタクルの提供、および必要に応じて熱電材料の再三の適用（糸の異なる部分におよび／または異なる時点で）のように、必要に応じてステップが繰り返して実行されることも、可能である。

【0034】

ステップｄ）は、望ましくは、レセプタクルの外側周囲面の少なくとも一部が、熱電材料を含む糸により覆われるように、実行される。特に、従って、径方向に外側へ、多数重なった巻きが糸で形成され、環状の部品の径方向厚さが、糸直径の倍数になるようになっている。それに関し、複数の糸および／または異なった配向を有する巻きが、設けられることができる。

【0035】

特に有利な構成によると、管状のレセプタクルは、周囲方向に少なくとも部分的に周りに延びる、少なくとも１つのウェブを備え、ポケットが、軸方向に、管状のレセプタクルの外側周囲面に、形成されるようになっており、ポケットは、少なくとも１つの糸によって少なくとも部分的に満たされる。

【0036】

提供された管状のレセプタクルは、特に、管状の熱電モジュールの内スリーブを表す。特に、管状のレセプタクルは、しかし熱電モジュールから独立して製造することができ、環状の部品が、レセプタクルから離れることができるようになっている。管状のレセプタクルは、特に、環状の部品にとっての内部形状として役立ち、従って、少なくとも１つの糸が、管状のレセプタクルから進んで、環状の部品を、連続的に、径方向におよび周囲方向におよび軸方向にも、作り出す。

【0037】

特に、ウェブは、管状のレセプタクルに、形態嵌めの態様でまたは材料的に結合される。形態嵌め結合の場合、例えば係合により、結合パートナーの一方は、他方の行く手にある、つまりそれが移動する可能性を阻止する。材料的な結合は、結合パートナーが原子のまたは分子の力によって結び付けられる、全ての結合が挙げられる。特に、ウェブは、軸方向における巻きの進捗に応じて、順次、管状のレセプタクルに適用される。

【0038】

個々のウェブの間に、ポケットが形成され、ポケットは、特に、個々の、本方法により製造された環状の部品を、軸方向に互いから分ける。

【0039】

特に、複数の、さらに異なる糸が、用いられることができ、糸は、異なったまたはさらに同じポケットに、相次いでまたは同時に、環状の部品を作り出す。

【0040】

方法の特別な構成によると、複数の糸が提供され、複数の糸は、同時にステップｄ）で管状のレセプタクルに適用される。この場合、複数の糸は、同じまたは異なった材料を備え得る。さらに、複数の糸は、少なくとも部分的に等しく構成される。

【0041】

特に、ウェブは、例えば電気絶縁性糸により、作り出されることができ、場合によっては、同時に糸の熱絶縁特性が存在する。使用される糸が、異なった部分で、対応して異なった特性を備えることも可能であり、先に定められた箇所で、管状のレセプタクルに沿って、熱電部品、電気絶縁部品、熱伝導部品またはシール部品が、作り出されることができるようになっている。これらの異なった部品は、軸方向に沿っておよび／または周囲方向に沿って互いに並んでおよび／または径方向に重なり合って、作り出されることおよび配置されることができる。

【0042】

特に、こうして作り出された部品は、先にただ部分的に作り出された後でも、さらなる方法ステップに供給され得る。これらの方法ステップは、例えば熱処理および／または圧力処理（例えば焼結法）を含み得る。さらに、コーティングの適用のための方法ステップが導入され得る。

【0043】

特に、追加的に、非熱電材料から成る少なくとも１つの糸が、共に巻きつけられる。これは、例えば、空洞の生成のためにおよび／または所望の強度の調節のために、設けられることができる。

【0044】

特に有利な構成によると、ステップｃ）は、少なくとも部分的にステップｄ）と同時におよび／またはステップｄ）の後に実行される。

【0045】

熱電材料は、例えばコーティングの形で、例えばスプレー法によりまたはペースト塊を広げることにより、少なくとも部分的に製造された部品に、適用されることができる。場合によっては、さらなる方法ステップが後に続くおよび／またはその間に実行される（熱または圧力処理）。

【0046】

特に、本方法には、少なくとも１つの糸が用いられることができ、糸は、特に、広がりに沿って異なった横断面を備える。これらの異なった横断面により、非常に薄い層が、熱電モジュールに作り出されることもでき、特に、熱電モジュール全体も、少なくとも部分的に、提案された１つ以上の糸から製造できるようになっている。

【0047】

さらに、管状の熱電モジュールが提案され、少なくとも、コールドサイド、ホットサイド、およびその間に配置された環状の部品を備え、かかる部品は、
‐熱電材料を含む部品、
‐電気絶縁材料を含む部品、
‐熱絶縁材料を含む部品、
‐電気伝導材料を含む部品、
‐シール材料を含む部品、
‐熱伝導材料を含む部品、
のグルーブから選ばれた少なくとも１つの部品を備え、さらに、少なくとも１つの環状の部品は、ここで提案された方法によって製造される。

【0048】

とりわけ望ましくは、管状の熱電モジュールの全ての環状の部品は、糸を備えるそのような部品で設計される。管状の熱電モジュールは、それに関し、望ましくは、高温または低温媒体が周囲を流れ得る、内部チャネルおよび外部円筒表面を有し、その間に配置された環状の部品が、内部でおよび外部で、異なる温度ポテンシャルにさらされるようになっている（ホットサイド、コールドサイド）。

【0049】

本発明および技術周辺は、以下で図に基づいてより詳細に説明される。図は特に好ましい実施形態を示すが、本発明はそれに限定されない。個々の図の中の同じ物には、同じ参照符号が付けられる。図では、概略的に示している。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】広がりを有する糸を示す。

【図2】糸を縦断面図で示す。

【図3】図２に示される糸を横断面図で示す。

【図4】さらなる糸を横断面図で示す。

【図5】方法ステップａ）を示す。

【図6】方法ステップｂ）を示す。

【図7】方法ステップｃ）およびｄ）を示す。

【図8】方法ステップｄ）の後のウェブを有するレセプタクルを示す。

【図9】熱電モジュールを示す。

【図10】広がりに沿って変わる横断面領域を有する糸を示す。

【発明を実施するための形態】

【0051】

図１は、広がり２を有する糸１を示す。広がり２に沿って、糸１は、いくつかの部分２４（または糸領域）に分けられ、いくつかの部分２４は、広がり１０の方向に沿って、互いにつながる。左の部分２４では、糸１は熱電材料３を備える。中央の部分２４では、糸１は電気絶縁材料６を備える。右の部分２４では、糸１は熱絶縁材料７を備える。異なった部分２４には、異なった材料特性１１があり得る。糸１は、少なくとも１つの繊維５から成る。左の部分２４では、セクションＩＩが識別される。

【0052】

図２は、図１に示されるセクションＩＩおよび（具体的に示すために拡大した）糸１を縦断面図で示す。糸１は、広がり１０の方向に延び、複数の互いに撚り合わせた繊維５により形成される。特に、個々の繊維５は、異なった特性を呈する。ここでは、糸１は、熱電材料３から、電気絶縁材料６から、および熱絶縁材料７から、作られた繊維５により、形成される。繊維５は、さらにコーティング３３が施される。

【0053】

図３は、図２に示される糸１を横断面図２３で示す。糸１はコーティング３３を備え、コーティング３３は、糸１の繊維５を径方向９に外側で（完全に）取り囲む。

【0054】

図４は、さらなる糸１を横断面図２３で示す。糸は、（最大）直径２２を備える。糸１は、複数の繊維５により形成され、複数の繊維５は、横断面図２３で互いに並んで配置されている。繊維５により、空洞８が形成され、空洞８は、ここではコーティング３３により補充される。繊維５は、異なった材料特性１１を備え、その結果、糸１が、異なった材料特性１１を、周囲方向１６に、および径方向９にも、備えるようになっている。

【0055】

図５は、本方法のステップａ）を示し、広がり２を有する糸１が提供される。糸１が、広がりの方向１０に沿って異なった部分２４に分割されることが、認識できる。これらの部分２４のそれぞれで、糸１は、異なった特性を備える。１つの部分２４では、糸１は、熱電材料３を備え、他の部分２４では、電気絶縁材料６および熱絶縁材料７を備える。

【0056】

図６は、本方法のステップｂ）を示し、外側周囲面１４を有する管状のレセプタクル１３が提供される。

【0057】

図７は、方法ステップｃ）およびｄ）を示し、複数の糸１は、管状のレセプタクル１３の周りに巻かれ、レセプタクル１３の外側周囲面１４に、環状の部品１２が形成されるようになっている。環状の部品１２は、軸方向１８に並んで配置される。

【0058】

熱電材料の適用は、今度は、巻きつけるプロセスの、前に、間に、および／または後に、なされることができ、ここで例えばスプレープロセスにより異なる時点で示されるようにである。

【0059】

特に、追加的な方法ステップが設けられることができ、追加的な方法ステップは、特に、高くされた温度および／または高くされた圧力での焼結法ステップを含む。これは、例えば、次に存在するような配置が、焼結プロセスに送り込まれ得ることを意味し、糸配置は、材料と共に、必要に応じて、圧縮され、硬化され、および／または熱処理される。それに関し、ポケットは、必要に応じて、分けられて別々に処理されることもできる。

【0060】

当然、当業者には、ここでさらなる（下位の）プロセスが組み入れられ得ることが、すぐに明らかとなり、例えば、糸の長さの切断、管状のレセプタクルの分解、等である。

【0061】

図８は、ウェブ１７を有する管状のレセプタクル１３を示し、ウェブ１７は、周囲方向１６に、管状のレセプタクル１３の周りに延びる。ウェブ１７により、ポケット１９が、ウェブ１７の間におよび外側周囲面１４の上に形成され、ポケット１９は、糸１により、少なくとも部分的に満たされる。ウェブ１７は、ここでは電気絶縁材料６から製造されるので、糸１により作り出される、熱電材料３から成る環状の部品１２が、軸方向１８に、互いから電気的に絶縁されて配置され得るようになっている。それに関し、特に、隣り合うポケット１９内に、ｎドープおよびｐドープ熱電材料３があるので、ポケット１９内に、環状のｎドープおよびｐドープ半導体素子３８が形成されるようになっている。

【0062】

ポケット１９内に、熱電材料３の他に、非熱電材料４もあることが、ここでさらに示される。特に、この非熱電材料４は、熱電材料３よりも低い電気伝導性および同じく低い熱伝導性を有する。熱電材料３と非熱電材料４との組み合わせは、環状の部品１２のいわゆる「フィルレシオ」に影響を与え得る。フィルレシオに関連して、独国特許出願公開第１０２０１００３０２５９Ａ１号明細書が参照され、その全範囲がここで引き合いに出される。フィルレシオに関連して、熱電モジュールの効率は、ホットサイドとコールドサイドとの間の熱電材料の、可能な限り大きな割合のみによって大きくなるのではなく、ホットサイドとコールドサイドとの間の最大温度ポテンシャルの保持によることも、そこで詳述される。

【0063】

作り出すことができる、熱電モジュールの電力は、簡単に言えば、モジュールの熱電効率と、熱電モジュールのホットサイドで生じる熱流Ｑとの積で、表される。一般に、熱電効率は、ホットサイドとコールドサイドとの間の機能層の熱抵抗の増加と共に、大きくなる。それによってホットサイドとコールドサイドとの間の温度差が大きくなるからである。一方、流れる熱流は、大きくなった熱抵抗によって減少する。これは、特に、電力が、熱電モジュールの熱抵抗の作用であることを、意味する。熱電モジュールの熱抵抗は、半導体素子（ここではつまり熱電材料３および非熱電材料４）の熱伝導度、半導体素子の幾何学的寸法、半導体素子の間に配置された電気絶縁体（例えばここではウェブ１７）の熱伝導度、およびその幾何学的寸法、から明らかになる。

【0064】

図９は、管状の熱電モジュール１５を示し、それは、内スリーブ２６および外スリーブ２５により形成される。管状の熱電モジュール１５は、中心軸２７に沿って延び、内スリーブ２６の内側にチャネル２８を備える。冷却剤２９がチャネル２８を流れ通り、高温流体３０が外スリーブ２５を流れる。それに伴って、外スリーブ２５に、熱電モジュール１５のホットサイド２１が形成され、そして対応して内スリーブ２６に、熱電モジュール１５のコールドサイド２０が形成される。けれども、本発明はこの配置の逆も含む。

【0065】

少なくとも熱電材料３から成る環状の部品１２は、内スリーブ２６と外スリーブ２５との間に配置され、電気伝導材料３１により交互に互いに接続される。熱電材料３（および必要であれば追加的に非熱電材料４）から成る環状の部品１２の他に、特に、熱電モジュール１５の他の全ての部品も、対応して製造される環状の部品１２により、形成され得る。これは、特に、望ましくは熱伝導材料３２から形成される外スリーブ２５および内スリーブ２６に、外スリーブ２５上のおよび内スリーブ２６上の電気絶縁材料６に、熱電材料３（半導体素子３８）の間の電気および熱絶縁材料６，７に、熱電モジュール１５を外へ漏れ止めする材料３４に、熱電材料３から成る環状の部品１２を交互に互いに接続する電気伝導材料３１に、当てはまる。

【0066】

図１０は、広がり２に沿って変わる横断面領域３５を有する糸１を示す。それに関し、直径２２または横断面領域３５の大きさは、広がり２に沿って、段３６でまたは連続的変化３７の形で変化する。

【0067】

述べられた糸の使用により、環状の部品用のおよび熱電モジュール用の、新しい製造方法が提案される。かかる熱電モジュールは、費用効果的に、装置に関して大きな支出をせずに、製造できる。部品交差が、ここでは少ない程度でのみ考慮されるからである。

【0068】

糸の使用により、特に熱電モジュールの周囲方向における負荷、つまり特に熱膨張により誘発される応力が、より良く補償され、または不具合なく持ちこたえられる。周囲方向に巻かれた糸は、個々の環状の部品の、およびこのように作り出された熱電モジュールの、高い機械的強度を生じさせる。

【0069】

環状の部品は、円形のまたは楕円形の構造に限定されず、例えば直方体状の、多角形の部品も、等しく製造可能である。特に、本発明によって製造される環状の部品は、従来通りに焼結材料または中実材料から成って製造される環状の部品と、組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0070】

１ 糸
２ 広がり
３ 熱電材料
４ 非熱電材料
５ 繊維
６ 電気絶縁材料
７ 熱絶縁材料
８ 空洞
９ 径方向
１０ 広がりの方向
１１ 材料特性
１２ 部品
１３ レセプタクル
１４ 外側周囲面
１５ 熱電モジュール
１６ 周囲方向
１７ ウェブ
１８ 軸方向
１９ ポケット
２０ コールドサイド
２１ ホットサイド
２２ 直径
２３ 横断面
２４ 部分
２５ 外スリーブ
２６ 内スリーブ
２７ 中心軸
２８ チャネル
２９ 冷却剤
３０ 高温流体
３１ 電気伝導材料
３２ 熱伝導材料
３３ コーティング
３４ シール材料
３５ 横断面領域
３６ 段
３７ 連続的変化
３８ 半導体素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】