[发明专利]热电模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序的包括多个热电元件的热电模块。

背景技术

热电模块具有以正和负掺杂的热电半导体材料的形式的多个热电元件，这些热电元件电连接，尤其经由多个导体桥串联地电连接。热电模块具有第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁和第二侧壁分别以导热、电绝缘且固定的方式连接至多个导体桥。现在，如果在第一侧壁与第二侧壁之间施加温度差，则热电元件由于塞贝克效应而产生电压。由于产生电压所需的第一侧壁与第二侧壁之间的温度差，所以在热电模块中产生由热因素引起的机械应力，其限制了暖侧上的最高温度和最大温度差。

热电模块可以例如在机动车中用于能量回收，以便从废热中回收电能。有利地，这种热电模块可以被集成到热交换器中，该热交换器将用作热源的第一流体与用作散热器的第二流体彼此耦接以传递热量。那么，在各个热交换器内部，将这些热电模块设置在热传递路径中，热量沿该热传递路径从热源传递到散热器。

发明内容

本发明基于这种目的，即提出一种热电模块的改进的或至少不同的实施方案，其特征尤其在于由热因素导致的模块中降低的机械应力，以及优选地扩大的能用温度范围。

根据本发明，该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。有利的实施方案是从属权利要求的主题。

本发明基于在从两个侧壁中的至少一个通向所分配的导体桥的热传递耦接路径中设置至少一个液态金属层的总体思想。由此，在该热传递耦接路径中，消除了各个侧壁与对应的导体桥之间的机械固定，同时保持了热传递。这种液态金属层可以构造为具有优异的导热性，并且可以同时用作一种滑动膜，使得出现由第一侧壁和第二侧壁的不同热膨胀而导致的机械应力。有利的是，热电模块至少具有这种液态金属层，该液态金属层布置在第一导体桥与第一侧壁的背离第一导体桥的外侧之间。因此，第一导体桥仅与第一侧壁热接触，而没有机械固定，使得第一导体桥与第一侧壁的相对运动是可能的。因此，可以补偿在运行期间处于不同温度水平的第一侧壁和第二侧壁的不同的热膨胀。因此，可以使用较高的温度以及第一侧壁与第二侧壁之间的较高的温度差，从而可以提高热电模块的效率和功率密度。

在说明书和所附的权利要求中，液态金属层被理解为具有至少在操作温度下为液态的金属或金属合金的层。因此，液态金属层的材料尤其是在室温下可以是固态的。因此，原则上，取决于热电模块的应用领域，已经可以实现最高350℃的熔化温度。典型的液态金属可以是金属陶瓷分散体。由于较高的导热性，在热电模块中优选地分别使用基本上纯的金属或金属合金。因此，措辞“基本上纯的”是指，由于生产而不能获得绝对的纯度，并且由于生产，在这种“纯的”金属合金中总是可能包含一部分微不足道的非金属污染物。这种金属或金属合金优选地具有50℃与250℃之间的熔点。这种合金可以包括例如镓、铋、铟、铜、银或锡。例如，32.5％的铋、16.5％的锡和51％的铟的合金被称为菲尔德金属(Field’s metal)，并且具有约62℃的熔点。另一种合金是例如58.0％的铋、42.0％的锡，并且具有138℃的熔点。其他这种合金也是可能的。

在说明书和所附的权利要求中，操作温度被理解为在热电模块的操作期间的温度。由于在操作期间通常在热电模块的第一侧和第二侧上施加不同的温度的事实，在热电模块中具有温度梯度。因此，操作温度是热电模块中的位置的函数。例如，在操作期间被加热的侧壁之一附近的液态金属层的操作温度比在操作期间被冷却的另一侧附近的液态金属层的温度高。

此外，本发明提出了在至少一个这种液态金属层中设置至少一个间隔元件。即使在热电模块的操作期间两个侧壁被推向彼此，也可以由此在液态金属层中分别确保设置的或预定的最小层厚度。当发生相应的侧壁分别与热源或散热器的壁的预张紧抵靠以改进接触并因此改进热传递时，尤其是后者的情况。例如，所述侧壁可以推靠在其中引导流体的管道上，该管道分别供应或排放热量。如果没有这种间隔元件，那么存在这样的风险，即，在操作期间为液态的液态金属层被强烈地移位并且在极端的情况下甚至被完全移位，由此不能或者仅在有限的程度上实现其功能。因此，各个间隔元件改进了装备有至少一个这种液态金属层的热电模块的操作模式。这种间隔元件优选地分别由金属或金属合金或陶瓷，例如玻璃构成，并且具有比液态金属层更高的熔点。各个间隔元件的熔点优选地(明显)高于热电模块的操作温度。

其中多个这种间隔元件设置在相应的液态金属层中的实施方案是特别有利的。在操作期间，可以产生宽的支撑件以确保期望的液态金属层厚度。间隔元件可以由此有利地设置成彼此间隔开。