Dispositivo termoeléctrico.

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).

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... [Seguir leyendo]

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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) .