用于车辆的热电发电机的热电模块制造技术

本发明专利技术涉及一种热电模块（1），该热电模块具有内周面（2）、轴线（3）和外周面（4），其中沿轴线（3）的方向并且在内周面（2）和外周面（4）之间布置有多个具有热电材料（6）的半导体元件（5）并且该半导体元件交替地彼此电连接，其中至少一部分半导体元件（5）具有至少一个内框架部件（7）或一个外框架部件（8），并且至少内框架部件（7）形成中断的内周面（2），其中内周面（2）还形成热电模块（1）的冷侧（27），并且至少在中断的内周面（2）上设置有形状不稳定的护套（14）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于车辆的热电发电机的热电模块
本专利技术涉及一种特别是在热电发电机中使用的热电模块，该热电发电机在车辆中使用。
技术介绍
从机动车的内燃机中排出的排气具有热能，该热能可被借助于热电发电机转换为电能，例如用于给电池或另一种蓄电器充电和/或将所需的能量直接输送给用电设备。由此使机动车以改进的能量效率运行，并且在更大的范围中为机动车的运行提供能量。这种热电发电机具有至少一个热电模块。热电模块例如包括至少两个半导体元件（p型掺杂的和n型掺杂的），该半导体元件在其上侧和下侧上（朝向热侧或冷侧）交替地具有导电桥，并且其形成最小的热电单元或者说热电元件。热电材料是一种能将热能转换为电能（塞贝克效应）并且也能相反地转换（帕尔贴效应）的类型。如果在半导体元件的两侧提供有温度梯度，那么在半导体元件的端部之间形成电位。在较热侧上的带电粒子通过较高温度更多地被激励到导电带（Leitungsband）中。通过导电带中的在此产生的浓度区别，带电粒子扩散到半导体元件的较冷侧上，由此产生电位差。在热电模块中优选地电串联大量半导体元件。为了使串联的半导体元件的产生的电位差不相互抵消，始终交替地使半导体元件和不同的优势带电粒子（n型掺杂的和p型掺杂的）直接电接触。借助于所连接的电负载电阻，能闭合电路并且因此输出电功率。为了确保半导体元件的持久的可用性，在导电桥和热电材料之间通常布置有防扩散屏障（Diffusionsbarriere），其防止包含于电桥中或焊料中的材料扩散到热电材料中。因此避免了半导体材料或热电元件的效率损失或功能故障。热电模块或半导体元件的结构通常通过各个部件的组合，即热电材料、防扩散屏障、导电桥、绝缘装置和必要时其它的壳体元件的组合来实现。大量单独部件的这种组合也要求精确匹配各个部件的公差并且考虑从热侧到冷侧的热传递以及导电桥的充分接触，以使得能通过热电模块产生电流。为了将这种半导体元件布置在热电模块中，通常设置有壳体、壁和/或支承管用于在外部界定模块，半导体元件固定在这些部件上。这特别导致，在制造时产生高公差要求，以便一方面实现半导体元件相关于电连接以及壳体位置的精确配合的布置。此外存在的问题是，由于外壳体部件和内壳体部件的不同热负荷，也必须补偿这些部件的不同的膨胀性能而不将特别高的应力导入热电材料中。恰恰在热电模块的这种制造方面期望的是，能容易地相互组合多个部件，以简化储存和操作并且也在组装时产生轻便的、稳定的结构。在热电模块中基本上通过从热侧到冷侧的热流来确定效率。热侧通常被加载气态的排气并且冷侧被加载液态的冷却介质。由于气态介质的热容量通常明显小于液态介质的热容量，因此有利的是，提高气态介质的热传递面积。出于这个原因，可以恰好当在热侧上提供了较大的热传递面积时明显改进热电模块的效率。
技术实现思路
由此出发，本专利技术的目的是，至少部分地解决和现有技术相关地所述的问题。特别应给出一种热电模块，其能技术上简单地制造，具有减少的部件数量，对于期望的使用而言是稳定的，和/或此外具有高效率，以从排气的热能中产生电能。该目的利用一种根据权利要求1所述特征的热电模块来实现。本专利技术的其它有利的设计方案在从属权利要求中给出。在权利要求中单独描述的特征能以任意的、技术上合理的方式相互组合并且揭示了本专利技术的其它设计方案。说明书特别与附图相结合地进一步对本专利技术进行说明并且列举了本专利技术的补充的实施例。根据本专利技术的热电模块具有内周面、轴线和外周面，其中沿轴线的方向并且在内周面和外周面之间布置有多个具有热电材料的半导体元件并且该半导体元件交替地彼此电连接。此外，至少一部分半导体元件具有至少一个内框架部件，由此内框架部件形成中断的内周面。内周面形成热电模块的冷侧并且还至少在中断的内周面上设置有形状不稳定的护套。热电模块特别构成热电发电机的一个单独的结构单元。在此优选的是，热电模块具有一接口，利用该接口，这种热电模块在必要时能与多个其它热电模块电联接。在热电模块内部也就特别实现了所有集成在该热电模块中的半导体元件的电连接或者说联接。这种热电模块一方面暴露于冷却介质并且另一方面暴露于加热介质。在此特别要注意到，热电模块通过其内周面与冷却介质接触并且通过其外周面与加热介质（特别是排气）接触，或者说由这些介质流过/环流。因此，内周面实际上形成所谓的冷侧，而外周面形成热电模块的所谓的热侧。此外优选的是，热电模块设计为长形的，也就是说例如按照轨道或管道的类型设计。虽然非常特别优选的是热电模块以近似如圆柱体或管道的形状构造，然而这种形状并不是强制性的。对于这种热电模块而言特别也可以考虑椭圆形的横截面或多边形的横截面。相应于这种构造也可以识别出中心轴线以及内周面和外周面。内周面在此特别界定了内部通道，冷却介质能流过该内部通道。通过这种布置结构能明显提高管状热电模块的效率，因为气态的排气加载到大面积的外周面上并且冷却介质被引导通过内部通道。热电材料定位在该内周面和外周面之间，其中这些热电材料分别被配设给所谓的半导体元件。多个这种半导体元件能沿轴线的方向彼此上下堆叠的布置，特别是按照以下类型，即具有p型掺杂的热电材料的半导体元件和具有n型掺杂的热电材料的半导体元件交替地彼此相邻地布置。就这方面来说非常特别优选的是，预先规定的掺杂的半导体元件完全围绕内周面延伸，例如按照盘或环的形式。该热电材料现在被内框架部件和/或外框架部件围住。优选的是，半导体元件具有各一个内框架部件以及外框架部件，该内框架部件以及外框架部件分别在内部和外部完全围绕热电材料。相应于半导体元件的形状，框架部件例如按照环或圆柱体的类型设计。特别优选的是，热电材料与框架部件力锁合地连接（压紧）。“力锁合的连接”通过力的传递产生。这例如包括压力和/或摩擦力。力锁合的连接的牢固度纯粹通过起作用的力来确保。此外优选的是，框架部件同时形成用于热电材料以及导电体的防扩散屏障。作为用于框架部件的材料优选的是镍或钼，其中它们分别非常特别优选地具有框架部件的材料中至少95质量百分比。作为热电材料特别视为合适的是以下材料：n型:Bi2Te3;PbTe;Ba0,3Co3,95Ni0,05Sb12;Bay(Co,Ni)4Sb12;CoSb3;Ba8Ga16Ge30;La2Te3;SiGe;Mg2(Si,Sn);p型:(Bi,Sb)2TE3;Zn4Sb3;TAGS;PbTe;SnTe;CeFe4Sb12;Yb14MnSb11;SiGe;Mg2(Si,Sb).热电材料或半导体元件交替地彼此电连接，因此由于在内周面和外周面之间的温度差而形成了穿过热电模块和热电材料的电流。电连接可以通过金属桥、电缆、焊料或类似物实现。如已经说明地，电连接优选地（仅）借助于框架部件实现。在热电模块的根据本专利技术的设计方案中，至少内框架部件不形成连续的内周面和/或必要时额外地外框架部件不形成连续的外周面。这尤其是指，至少内周面和必要时额外地外周面不按照连续的壳体壁的形式设计，而是在此设置有中断处。对于热电模块例如按照管的类型设计的情况而言，可能提供圆柱形的连续的内周面和/或圆柱形的连续的外周面。利用内框架部件仅形成一部分的圆柱形的内周面，因此一部分的这种（设想的）圆柱形的内周面是空置的或中断的。这必要时相应也适用于（设想的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.25 DE 102011012448.91.一种热电模块(1)，所述热电模块具有内周面(2)、轴线(3)和外周面(4)，其中沿所述轴线(3)的方向并且在所述内周面(2)和外周面(4)之间布置有多个具有热电材料(6)的半导体元件(5)并且所述半导体元件交替地彼此电连接，其中至少一部分半导体元件(5)至少具有内框架部件(7)，因此内框架部件(7)形成中断的内周面(2)，其中内周面(2)还形成所述热电模块(1)的冷侧(27)，并且至少在所述中断的内周面(2)上设置有形状不稳定的护套(14)，其中所述形状不稳定的护套(14)是伸缩软管，所述伸缩软管在室温下具有指向外周面(4)的预载力(15)。2.根据权利要求1所述的热电模块(1)，其中，所述半导体元件(5)包括布置在内框架部件(7)和外框架部件(8)之间的热电材料(6)，其中，至少所述内框架部件(7)在一侧突出于所述热电材料(6)并且在那里和相邻的内框架部件一起形成形状稳定的连接区域(10)。3.根据权利要求1或2所述的热电模块(1)，其中，至少在所述中断的内周面(2)中，在相邻的内框架部件(7)之间形成自由空间(11)，所述自由空间填充...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布吕克，S·林贝克，
申请(专利权)人：排放技术有限公司，
类型：
国别省市：