[發(fā)明專利]用于制造熱電元件的方法以及熱電元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380029442.2
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN104380491B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·布呂科;S·林貝克
• 申請（專利權(quán)）人: 排放技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01L35/26
• 分類號: H01L35/26;H01L35/34
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 張魯濱,吳鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于制造熱電元件的方法以及一種熱電元件。

背景技術(shù)

熱電模塊被單獨地或大量地用作熱電發(fā)電機，該熱電發(fā)電機由溫度勢(Temperaturpotential)和由此得出的熱流產(chǎn)生電能。電能基于所謂的塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生。熱電模塊由相互電連接的p型摻雜和n型摻雜的熱電元件構(gòu)成。熱電元件具有所謂的熱側(cè)和相對布置的冷側(cè)，熱電元件通過該熱側(cè)和冷側(cè)分別導(dǎo)電地交替與相鄰布置的其它熱電元件相連。熱側(cè)在此與熱電模塊的被加載了熱介質(zhì)(例如排氣)的壁導(dǎo)熱連接。相應(yīng)地，熱電元件的冷側(cè)與熱電模塊的被加載了冷介質(zhì)(例如冷卻水)的另一壁導(dǎo)熱連接。

熱電發(fā)電機特別在機動車中、但也在其它技術(shù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，在所述技術(shù)領(lǐng)域中溫度勢通過熱電發(fā)電機的布置結(jié)構(gòu)被充分用于產(chǎn)生電能。

在熱電發(fā)電機運行時，熱電元件暴露于溫度勢之下，因此熱流在熱電元件的熱側(cè)與冷側(cè)之間流動以用于產(chǎn)生電能。此外，熱電元件暴露于交變熱應(yīng)力之下，該交變熱應(yīng)力由熱側(cè)和冷側(cè)上的變換的溫度值引起。這種負載可能導(dǎo)致熱電元件失效，因此至少降低了熱能轉(zhuǎn)換為電能的效率。

發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明的目的是，至少部分地解決關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)所提出的問題。特別應(yīng)提出一種用于制造熱電元件的方法，通過該方法能夠提供一種持久的并相對于交變熱應(yīng)力結(jié)實耐用的熱電元件。此外應(yīng)提出一種相應(yīng)的熱電元件，該熱電元件能夠耐久地承受相應(yīng)的負載。

該目的通過一種如下所述的用于制造熱電元件的方法和一種如下所述的熱電元件來實現(xiàn)。要指出的是，以下說明的特征能夠以任意的技術(shù)上合理的方式相互組合并且呈現(xiàn)出本發(fā)明的其它設(shè)計方案。特別結(jié)合附圖給出的描述進一步說明本發(fā)明并提出本發(fā)明的補充的實施例。還要指出的是，在此所提出的熱電元件的應(yīng)用不限于機動車。只要在技術(shù)上合理，下面的關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方式就相應(yīng)地適用于根據(jù)本發(fā)明的熱電元件。

根據(jù)本發(fā)明的用于制造熱電元件的方法至少具有以下步驟：

a)提供至少一個纖維，

b)為至少一個纖維涂覆熱電材料，從而形成至少一個經(jīng)涂覆的纖維，

c)至少將至少一個經(jīng)涂覆的纖維盤繞成具有中心軸線的環(huán)形結(jié)構(gòu)，

以及特別是

d)壓制環(huán)形結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生熱電元件。

該方法優(yōu)選地以順序a)至c)，特別是以順序a)至d)被依次實施，其中，特別是步驟a)，b)和c)能夠被多次地和/或彼此并行地實施。特別地，該方法包括在上述步驟之間的其它步驟，例如用于處理纖維、經(jīng)涂覆的纖維和/或環(huán)形結(jié)構(gòu)的步驟。

纖維特別具有至少一種以下特性：細長形、絲狀、柔性、橫截面優(yōu)選為圓形、纖維長度優(yōu)選比直徑至少大100倍、至少0.5微米的直徑、最大5微米的直徑。該方法特別包括使用恰好一個、但優(yōu)選多個纖維來制造熱電元件。

優(yōu)選地，至少一個纖維由非熱電材料制成，特別是由陶瓷材料制成。在此特別提出了以下材料，這些材料能夠單獨地或也以彼此組合的形式應(yīng)用：氧化鋁、二氧化鋯。

特別地，在步驟b)中使用這樣一種熱電材料，該熱電材料具有以下材料中的至少一種：

根據(jù)一個特別有利的設(shè)計方案，至少一個纖維構(gòu)造成在至少一種材料特性方面適配于熱電材料。特別是，至少在150℃至600℃的溫度范圍內(nèi)，纖維和熱電材料的熱膨脹系數(shù)彼此相對應(yīng)并優(yōu)選彼此相差最高10％，特別僅相差最高2％。

優(yōu)選地，至少一個纖維具有以下材料特性：

〃纖維材料的強度比熱電材料高；

〃纖維材料的抗拉強度大于100N/mm²[牛頓每平方毫米]

〃纖維材料的抗壓強度大于500N/mm²

優(yōu)選地，通過將熱電材料沉積在纖維上——例如借助CVD(化學(xué)氣相沉積)或PVD(物理氣相沉積)方法，實現(xiàn)為至少一個纖維涂覆熱電材料。但也可以使用其它方法用于涂覆步驟。

優(yōu)選地，將至少一個經(jīng)涂覆的纖維盤繞成具有中心軸線的環(huán)形結(jié)構(gòu)，使得至少一個經(jīng)涂覆的纖維圍繞中心軸線盤繞。特別地，至少一個纖維被額外地折疊。特別地，該環(huán)形結(jié)構(gòu)具有一內(nèi)徑和一外徑。特別地，通過該方法制造不具有內(nèi)徑的(圓柱形的)盤元件(也就是說，環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為0mm)。

備選提出的環(huán)形結(jié)構(gòu)或至少一個經(jīng)涂覆的纖維的壓制特別在溫度為至少250℃[攝氏度]的情況下進行，其中，優(yōu)選地將至少為2bar的壓力用于制造環(huán)形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，溫度大于500℃，壓力小于2.5bar。