包括热电材料的线材以及用于制备热电模块的部件的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有延伸度(2)的线材(1)，其中所述线材(1)至少部分地包括热电材料(3)。而且，本发明专利技术还涉及一种用于制备热电模块(15)的部件(12)的方法，所述方法至少包括以下步骤：a)提供至少一个具有延伸度(2)的线材(1)；b)提供具有外周表面(14)的管状接收部(13)；和c)将所述至少一个线材(4)绕所述管状接收部(13)缠绕，从而在所述外周表面(14)上形成热电模块(15)的至少一个环形部件(12)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括热电材料的线材，并涉及用于制备热电模块的部件的方法。
技术介绍
热电模块适于通过发生器来从例如内燃机的废气中产生电能。这具体涉及用于将 废气的热能转换成电能的发生器，也就是所谓的热电发生器。 来自机动车内燃机的废气携带有热能，该热能可通过热电发生器而转换成电能， 以便例如为电池或某些其他的能量存储器充电，和/或直接为电力消耗品供应所需的能 源。通过这种方式，机动车在提高的能量效率下运行，并且可获得更多的能量来用于机动车 的运行。 热电模块至少具有多个热电元件。热电材料是能以有效的方式将热能转换成电能 (塞贝克效应）和将电能转换成热能（珀耳帖效应）的材料。热电元件例如包括至少两种 半导体元件（P型掺杂和η型掺杂），所述半导体元件在它们分别朝向热端和朝向冷端的相 对端部上以交替方式设有由导电材料制成的桥部。在热电模块中，许多这种半导体元件串 联电连接。为了使由串联的半导体元件所产生的电势差不会相互抵消掉，通常的情况是将 具有不同种的多数电荷载流子（η型掺杂和ρ型掺杂）的半导体元件构造为以交替方式直 接电接触。电路可以是封闭式的，并因此可通过相连的负载电阻来采撷电功率。 已经尝试提供用于机动车、尤其是载客机动车的相应的热电模块。然而，这些热电 模块通常造价昂贵，并且特点是效率相对较低。因此，迄今尚未能实现针对大规模生产的适 应性。 具体来说，制备热电模块的方法复杂且昂贵，因为必须组装多个部件以形成热电 模块，并且还必须相应地协调彼此间的部件公差。
技术实现思路
以所述现有技术作为出发点，本专利技术的目的在于至少部分地解决与现有技术相关 的突出技术问题。特别地，力争通过能够减少部件的数量并减少或甚至避免迄今所要求的 对个体公差的协调来简化用于制备管状热电模块的方法。 所述目的可以通过根据权利要求1中所述特征的线材来实现，和/或还可通过根 据权利要求7中所述的特征的用于制备热电模块的部件的方法来实现。本专利技术的优选实施 例以及部件在上位的结构单元（例如，热电模块或热电发生器）中的（相应产生的）整合 均限定在从属权利要求中。权利要求书中所单独限定的特征可以通过技术上有意义的任何 期望方式而相互结合，并展示本专利技术的其他实施例。这意味着，与线材相关的说明同等地适 用于上述用于制备部件的方法并且还适用于热电模块，反之亦然。本说明书尤其是与附图 相结合地对本专利技术进行了解释，并对本专利技术的其他示例性实施例加以阐述。 所述线材具有一定的延伸度，并至少部分地包括热电材料。所述延伸度具体描述 了线材的长度，其中所述线材还通过直径来描述，其定义为线材横截面的（最大）直径。 具体地，所述线材易于被形成，绕成等（无需热电材料）。所述线材可具有单部件 或多部件（例如，具有多个纤维部/丝状体）构造。如果所述线材具有多部件构造，那么它 的各部分有所不同，例如在各个线材区位/部分中，纤维部/丝状体的数目和/或构造均不 同。 具体地，所述线材具有延伸度，这在技术术语中称为连续性。在这一方面中，连续 性是指当线材用在制备（热电）部件的方法中时其具有那种通常可裁切一定长度的延伸 度。具体地，所述延伸度为至少50mm[毫米]，特别为至少500mm，并优选超过1000mm。 线材中也可使用由不同材料制成的纤维部。优选地，所述线材至少部分地由选自 以下组合的至少一种材料形成： -陶瓷材料； -玻璃纤维材料； -碳纤维； -金属材料；和 -热电材料。 纤维部的材料的选择使得能够以面向应用的方式设置所述线材的属性，具体说是 各个部分中的属性。因此，所述线材可具体地（单独或组合地）具有以下属性：热电性、导 电性、电绝缘性、导热性、热绝缘性、密封性和/或高机械强度。 下列材料尤其可用作热电材料： 类型: 材料: V-VI Bi2Tc3 IV-VI PbTc Zn4Sb3 Zn4Sb3 石圭化物 p-MnSii.73 ； n-Mg2Si〇.4Sn〇.6 ; Si〇.8〇Ge〇.2〇 ； Si〇.94Ge〇.〇6 方钴矿 CoSb3 半哈斯勒 TiNiSn n/p 型包合物 Ba8Gai6Ge3O 氧化物 p-NaC〇2〇4 津特耳相 P-Yb14MnSb11 ThiP4 LavxTc4 根据一个优选实施例，所述线材沿其延伸度包括不同的热电材料。换言之，这具体 是指在延伸度的方向上形成了包括不同热电材料的至少两个线材区位（相继地或彼此相 邻地）。这尤其适用在所述线材仍作为用于制备所述热电部件的起始元件的情况，具体来 说，即其随后还会在线材区位之间分离的情况。尤其是，这些不同的热电材料在与温度相关 的效率最大值方面有所不同。每种热电材料具有特定的最佳操作温度，在此最佳操作温度 时，其就热能向电能的转换而言达到最高效率。可以对线材区位的热电材料进行不同种掺 杂。 具体地，所述线材沿着延伸度还包括非热电材料。这具体意味着沿着所述延伸度 来设置完全由非热电材料形成的部分。具体地，所述线材具有至少部分地交替包括热电材 料和非热电材料的多个部分。 根据一个特别有利的线材实施例，沿所述延伸度以材料（热电材料、非热电材料） 对线材进行（附加的）涂覆。这具体是指在所述线材中或在所述线材表面上提供包括热电 材料和/或非热电材料的涂层。如果在（单个）线材中设置各种材料，那么这些涂层则通 常不相互重叠地设置，而是彼此并排地设置。层厚度同样可以改变，但这不是绝对必要的。 优选地，所述层厚度起始自线材表面，使得能够形成封闭的表面层，但所述线材仍然可以与 涂层一起变形（所述涂层可能尚未永久定型）。 具体地，线材具有至少一个纤维部，尤其是具有至少200N/mm2的抗张强度R m的纤 维部。 此外，还优选地，所述线材的纤维部中的至少一个纤维部涂覆有从以下组合中选 取的至少一种材料： -热电材料； -非热电材料； -电绝缘材料； -导电材料； -热绝缘材料； -导热材料；和 -密封材料（针对气体和/或液体）。 以相关术语所阐述的属性或材料特性涉及用于将热能转换成电能的热电材料。这 具体是指，电绝缘意味着材料的电导率低于热电材料的电导率。这同样适用于术语导 电（在此情况下，只是高于而已）、热绝缘、导热和密封。 具体地，所述线材在不同部分具有不同的涂层，具体说是涂覆有选自上述指定组 合中的至少一种材料。在各个部分中，这些属性或材料的结合也是可行的。具体地，可以提 供将既带电绝缘性且带热绝缘性的材料作为涂层的部分。 具体地，所述线材具有相互缠绕的多个纤维部。所述纤维部的数目可例如是2至 30个,优先为使用2至10个纤维部。 所述纤维部的缠绕式构造具体出现在当纤维部沿其延伸度彼此抵靠放置且彼此 相互盘绕时。缠绕应理解为具体指代纤维部相对彼此的绕转，和/或纤维部相对彼此的螺 旋式环绕。 优选地，在所述线材的相同部分中，至少两种具有不同属性的纤维部彼此缠绕。因 此，可以将具有热电属性的纤维部与具有非热电性、热绝缘性及电绝缘性的纤维部相结合。 所述线材具体可通过具有高机械强度的纤维部来加固。 根据一个特别有利的线材实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有延伸度(2)的线材(1)，其中所述线材(1)至少部分地包括热电材料(3)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.25 DE 102012105496.71. 一种具有延伸度（2)的线材（1)，其中所述线材（1)至少部分地包括热电材料（3)。2. 根据权利要求1所述的线材（1)，其中，所述线材（1)沿所述延伸度（2)至少包括不 同的热电材料（3)或非热电材料（4)。3. 根据权利要求1或2所述的线材（1)，其中，所述线材（1)沿所述延伸度（2)涂覆有 上述材料（3, 4)。4. 根据上述权利要求中任一项所述的线材（1)，其中，所述线材（1)具有以下中的至少 一个： -至少一个具有至少200N/mm2的抗张强度的纤维部（5); -相互缠绕的多个纤维部（5); -至少在径向方向（9)或所述延伸度的方向（10)上的不同的材料特性（11); -腔体（8)，其中所述腔体（8)至少部分地填充有选自以下组合的至少一种材料： ?热电材料（3); ?电绝缘材料（6); ?导电材料（31); ?热绝缘材料（7); ?导热材料（32);和 ?密封材料（34)。5. 根据上述权利要求中任一项所述的线材（1)，其中，所述线材（1)在所述延伸度（2) 的方向上具有不同的横截面区域（35)。6. 根据上述权利要求中任一项所述的线材（1)，其中，所述线材（1)以在径向方向（9) 上包括多重的线圈的形式缠绕在管状接收部（13)的外周表面（14)上，并由此形成至少一 个环形的n型掺杂或p型掺杂的热电半导体元件（38)，所述热电半导体元件连同其他环形 部件（12) -起构造在管状热电模块（15)的外套筒（25)与内套筒（26)之间。7. -种用于制备热电模块（15)的部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·布吕克，维尔弗里德·米勒，
申请(专利权)人：依米泰克排放技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE