[發(fā)明專利]熱電裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580063291.1
• 申請(qǐng)日: 2015-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN107004753A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 漢斯-海茵里希·安格曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馬勒國(guó)際有限公司
• 主分類號(hào): H01L35/08
• 分類號(hào): H01L35/08
• 代理公司: 北京匯信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11335
• 代理人: 翟國(guó)明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱電裝置以及具有這樣的熱電裝置的熱電發(fā)電機(jī)。本發(fā)明還涉及一種具有這樣的熱電發(fā)電機(jī)的機(jī)動(dòng)車以及生產(chǎn)熱電裝置的方法。

本發(fā)明涉及一種熱電裝置，特別是熱電發(fā)電機(jī)或熱泵，并且涉及具有這樣的熱電裝置的機(jī)動(dòng)車。

背景技術(shù)

術(shù)語(yǔ)“熱電”被理解為意味著溫度與電的相互影響以及它們的相互轉(zhuǎn)換。熱電材料作為熱電發(fā)電機(jī)利用該影響以從廢熱產(chǎn)生電能，但是當(dāng)使用電能而將熱從處于較低溫度的溫度儲(chǔ)存罐傳遞至處于較高溫度的溫度儲(chǔ)存罐時(shí)，它們也被以“熱泵”的形式使用。

在具有內(nèi)燃機(jī)的機(jī)動(dòng)車中，熱電發(fā)電機(jī)能夠?qū)⒃谌紵^(guò)程期間產(chǎn)生的排氣中的廢熱的一部分轉(zhuǎn)化為電能并且將其供應(yīng)到機(jī)動(dòng)車的車載電系統(tǒng)中。已經(jīng)被轉(zhuǎn)化為電能的該廢熱可以因此被用于將機(jī)動(dòng)車的能量消耗降低至功能上所需要的最小量，由此避免諸如CO₂的排氣的不需要的排放。因此，車輛結(jié)構(gòu)中的熱電裝置的可能應(yīng)用的區(qū)域是非常多種多樣的。在每個(gè)可能的應(yīng)用方案中，非常重要的是當(dāng)盡可能有效地將熱轉(zhuǎn)化為電能或反之將電能轉(zhuǎn)化為熱時(shí)實(shí)現(xiàn)效率的高水平。它們?cè)跈C(jī)動(dòng)車中的使用也使額外的以緊湊形式生產(chǎn)熱電裝置的需要成為必然。

裝配在車輛中的熱電裝置因此經(jīng)常生產(chǎn)為面板或?qū)咏Y(jié)構(gòu)，其中熱電作用元件布置在導(dǎo)熱外殼內(nèi)。這使得外殼能夠在一側(cè)(“冷側(cè)”)熱連接至低溫儲(chǔ)存罐，而在另一側(cè)(“熱側(cè)”)連接至處于較高溫度的溫度儲(chǔ)存罐，以便熱電元件由于兩側(cè)之間的溫度梯度而產(chǎn)生熱電電壓，并且該電壓能夠經(jīng)由合適的電連接傳導(dǎo)至能夠使用其的外部。熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫差越大，由裝置產(chǎn)生的熱電電壓越大。

熱電裝置通常包括由熱電作用的材料制成的多個(gè)熱電元件，其通過(guò)合適的電導(dǎo)體路徑以串聯(lián)電路方式彼此連接。在該背景下，這樣的電導(dǎo)體路徑部分地連接兩個(gè)相鄰的熱電元件。

關(guān)于這樣的導(dǎo)體路徑，難點(diǎn)通常與將它們牢固地固定至熱電元件而沒有在熱電元件與導(dǎo)體路徑之間的過(guò)渡區(qū)域中創(chuàng)建的不期望的高電阻有關(guān)，所述電阻使由熱電元件產(chǎn)生的電能在其到達(dá)外部之間消散。還存在如下風(fēng)險(xiǎn)：熱電裝置的熱側(cè)區(qū)域中的熱電作用材料可能散布到導(dǎo)體路徑的材料以及結(jié)合材料中，或者反之亦然，其結(jié)果是熱電元件的塞貝克(Seebeck)系數(shù)可能被相當(dāng)顯著地降低。

針對(duì)該背景，DE102012208295A1描述了具有安裝在外殼元件上的熱電元件的熱電模塊。通過(guò)壓縮接合材料而形成的接合縫區(qū)域設(shè)置在兩個(gè)元件之間。散布屏障可以設(shè)置在熱電元件上以防止結(jié)合材料不期望地滲透熱電元件的熱電作用材料。

文獻(xiàn)WO2011/159804A2公開了一種具有由方鈷礦制成的熱電作用元件的熱電裝置。裝置包括夾在熱電作用元件與設(shè)置為確保電連接和作用的金屬層之間的層作為散布屏障。在一個(gè)變型中，金屬層也可以設(shè)置在散布屏障與熱電元件之間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種熱電裝置的改進(jìn)的實(shí)施例，其中上述問(wèn)題被消除。

該目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決。優(yōu)選的實(shí)施例為各個(gè)從屬權(quán)利要求的主題。

因此，本發(fā)明的基本構(gòu)思為以如下特別的方式使熱電裝置的熱電作用元件(在下文中，這些將被更簡(jiǎn)地稱為“熱電元件”)金屬化：也就是說(shuō)，裝配有至少一個(gè)設(shè)置在相應(yīng)的熱電元件的一個(gè)表面上的由金屬制成的適配層。因此，導(dǎo)電軌道能夠應(yīng)用于適配層，所述適配層以用于將兩個(gè)相鄰的熱電元件電連接的電串聯(lián)連接的方式起作用。設(shè)置這樣的金屬適配層有利于熱電元件上的導(dǎo)電軌道(下文中稱為導(dǎo)體路徑元件)之間的可靠的機(jī)械結(jié)合。而且，這樣的金屬層還具有有益的散布屏障的特性。最后，通過(guò)本文描述的適配層的輔助，能夠獲得熱電元件與導(dǎo)體路徑元件之間的過(guò)渡區(qū)域中的低電阻，這有益于整個(gè)裝置的熱電特性。

所述過(guò)渡區(qū)域中的特別低的電阻可以通過(guò)挑選具有最低的可能的電阻的材料用作適配層的金屬而實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)性的測(cè)試已經(jīng)示出，當(dāng)適配層的金屬具有小于0.9Ωcm的電阻率，優(yōu)選小于0.2Ωcm，最優(yōu)選地小于0.03Ωcm時(shí)，熱電裝置的熱電特性僅僅被稍微地限制，或者根本不被限制。

如果使用具有少量合金成分或者不具有合金成分的金屬，則能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的低電阻率。如果通過(guò)合適的材料選擇能夠確保適配層的金屬具有小于10％，優(yōu)選小于5％，最優(yōu)選的是小于2％的重量的合金含量，則針對(duì)所需的高導(dǎo)電率的目的實(shí)現(xiàn)了特別好的結(jié)果。

用作金屬適配層的特別合適的候選材料包括銀和銅，因?yàn)檫@些材料具有只有0.016Ωcm或0.017Ωcm的電阻率。銀的使用通常關(guān)系到比銅高很多的采購(gòu)成本。另一方面，銀已經(jīng)被證明比銅更抗氧化。因此導(dǎo)體路徑元件能夠被應(yīng)用至銀而不使用焊劑。