[发明专利]堆叠热电模块

说明书

技术领域

本发明总体涉及热电模块。

背景技术

热电模块(TEM)是一类基于半导体的器件，可以用于例如对对象进行加热或冷却，或可以用于在被置于热源与热沉之间时产生功率。通常，在电学上串联并且在热学上并联地布置交替掺杂型半导体团块(pellet)。随着电流流经团块，TEM的一侧更冷，而另一侧更热。相反，在将TEM置于热梯度中时，TEM可以驱动电流通经负载。TEM可以用于对器件进行冷却或加热，或用于借助于反馈控制回路来维持操作温度。

发明内容

一个实施例是一种装置，包括具有多个指状物的第一导热体和具有多个指状物的第二导热体。第一导热体和第二导热体被配置为使得第一导热体的指状物与第二导热体的指状物相互交叉。多个热电模块中的每个热电模块具有第一主表面和相对的第二主表面。第一主表面与第一导热体的指状物之一热接触，第二主表面与第二导热体的指状物之一热接触。

另一实施例是一种方法，包括：提供具有多个指状物的第一导热体以及具有多个指状物的第二导热体。配置第一导热体和第二导热体，使得第一导热体的指状物与第二导热体的指状物相互交叉。多个热电模块中的每个热电模块具有第一主表面和相对的第二主表面。第一主表面被配置为与第一导热体的指状物之一热接触，第二主表面被配置为与第二导热体的指状物之一热接触。

另一实施例是一种系统，包括具有多个指状物的第一导热体，以及具有多个指状物的第二导热体。第一导热体和第二导热体被配置为使得第一导热体的指状物与第二导热体的指状物相互交叉。多个热电模块中的每个热电模块具有第一主表面和相对的第二主表面。第一主表面与第一导热体的指状物之一热接触，第二主表面与第二导热体的指状物之一热接触。控制器被配置为通过多个热电模块来控制第一导热体与第二导热体之间热传递的速率。

附图说明

通过结合附图而阅读以下详细描述，将理解各个实施例。各个特征可以不是按比例绘制的，为了论述清楚，可以任意地增大或减小各个特征的尺寸。为了便于应用图中的各个特征，将这些特征描述为“垂直的”或“水平的”。这样的描述并不限制这些特征相对于自然地平面或重力的方向。现在结合附图来参考以下描述，附图中：

图1A示出了包括垂直堆叠的热电模块的装置的示例实施例；

图1B示出了包括水平堆叠的热电模块的装置的示例实施例；

图2A-2C示出了具有多个指状物的两个导热体的定位；

图3示出了两个导热体中的工作流体和蒸汽的循环的示例，其中每个导热体包含蒸汽室并且热耦合至TEM；

图4示出了与两个指状物中的每个指状物热接触的TEM的分解图；

图5示出了TEM和四个指状物，所述TEM和四个指状物被配置为响应于热源产生的热来产生功率；

图6A-6C示出了其中热管和导热块形成导热体的指状物的示例实施例；以及

图7示出了示例方法。

具体实施方式

热电模块(TEM)典型地由在电学上串联且在热学上并联的多个n掺杂和p掺杂团块组成。当外部施加的电势导致电子和/或空穴流经团块时，维持团块两端的温度差。团块以交替的形式彼此电串联，使得TEM的一侧响应于电流流动而更冷，而另一侧更热。因此，TEM可以用作热泵。在当向TEM的团块两端强加热梯度时产生可以用于生产工作的电势的意义上，TEM的操作是可逆的。

随着电流流经团块，Joule加热(I²R)使团块中功率耗散。耗散功率提高了团块的温度，并降低了泵浦效率。耗散功率还增加了要由TEM来去除的热。因此，通常，与较大的泵浦电流相比，在较小的泵浦电流下TEM的效率更高。然而，泵浦电流越小，热传送速率越低。这种权衡典型地引起设计妥协，尤其是对于特定系统设计需求。

可以通过增大TEM的面积从而减小通过每个团块的电流，和/或热隔离(例如，将团块的热侧和冷侧以更高的程度绝缘)来提高TEM的效率。Hodes等人的序列号为12/128,478的美国专利申请公开了一种装置，在该装置中使用例如蒸汽室之类的导热基板来横向地扩散来自热源的热，该专利申请的全部公开一并在此作为参考。横向导热基板允许使用更大的TEM，这可以减小通过TEM的每单位面积的热通量(单位热通量)，从而允许TEM以更高的效率来操作。然而，在冷却或温度控制应用中，或在例如来自汽车排气系统的废热回收应用中，这种方法可能需要使用更大的电路组件基板(例如，印刷电路板)面积。在这种情况下，为TEM提供更大的面积以实现更高的操作效率可能是极为昂贵和/或不可实现的。需要一种备选方法来降低通过TEM团块的电流密度，所述TEM团块在电路组件基板上占用较小的面积。