專利名稱：帶有密封元件的用于車輛熱電發(fā)電機的熱電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是應(yīng)用于在車輛中使用的熱電發(fā)電機中的熱電模塊，該熱電模塊具有至少一個密封元件。
背景技術(shù)：
來自機動車內(nèi)燃機的排氣含有熱能，該熱能可以借助于熱電發(fā)電機轉(zhuǎn)化成電能，以便例如對電池或其他蓄能器充電和/或直接給耗電器供給所需能量。由此，機動車以改善的能量效率運行并且更多的能量可被用于使機動車運行。這種熱電發(fā)電機具有至少一個熱電模塊。熱電模塊包括例如至少兩個半導(dǎo)體元件(P型摻雜和n型摻雜)，所述半導(dǎo)體元件在其上側(cè)和下側(cè)(分別朝向熱側(cè)和冷側(cè))上交替地設(shè)有導(dǎo)電橋。這兩個半導(dǎo)體元件形成最小熱電單元或者說熱電元件。熱電材料是一種能有效地將熱能轉(zhuǎn)化成電能(塞貝克效應(yīng))和將電能轉(zhuǎn)化成熱能(珀耳帖效應(yīng))的材料。如果在半導(dǎo)體元件的兩側(cè)提供溫度降，則在半導(dǎo)體元件的端部之間形成電勢。在較熱側(cè)的帶電粒子由于較高的溫度而增強地被激勵到導(dǎo)電帶中。由于在此情況下在導(dǎo)電帶中產(chǎn)生的濃度差，帶電粒子擴散到半導(dǎo)體元件的較冷側(cè)，由此產(chǎn)生電勢差。在熱電模塊中，優(yōu)選使大量的半導(dǎo)體元件電串聯(lián)。為了確保串聯(lián)的半導(dǎo)體元件中所產(chǎn)生的電勢差不會彼此抵消，總是交替地使帶有不同優(yōu)勢帶電粒子(n型摻雜和p型摻雜)的半導(dǎo)體元件直接電接觸。借助于一連接的負(fù)載電阻，可以使電路閉合并從而輸出電功率。為確保半導(dǎo)體元件的持續(xù)可用性，在導(dǎo)電橋和熱電材料之間一般設(shè)有擴散障礙，該擴散障礙防止電橋中所含的材料向熱電材料的擴散、進(jìn)而防止半導(dǎo)體材料或者是熱電元件的效率損失或功能故障。熱電模塊或者是半導(dǎo)體元件的建立通常通過將各單個部件——即熱電材料、擴散障礙、導(dǎo)電橋、絕緣體和必要的附加殼體元件——組裝成一被熱的或者是冷的介質(zhì)流過的熱電模塊來實現(xiàn)。對大量的各單個部件的該組裝還需要精確地確定各單個部件的公差并且考慮從熱側(cè)向冷側(cè)的熱傳遞以及導(dǎo)電橋的充分接觸，以使得能夠產(chǎn)生通過熱電材料的電流。為了在熱電模塊中設(shè)置這樣的半導(dǎo)體兀件,一般設(shè)有形成模塊外邊界的殼體壁和/或支撐管，半導(dǎo)體元件安裝于其上。這特別是引起:對制造提出高公差要求，從而一方面關(guān)于電連接另一方面關(guān)于殼體的位置實現(xiàn)半導(dǎo)體元件的精確匹配地設(shè)置。此外存在問題的是:由于內(nèi)外殼體部件的不同熱載，必須在無需向熱電材料中引入特別高的電壓的情況下對這些部件的不同膨脹特性進(jìn)行補償。正是在熱電模塊的制造方面希望的是，可以使多個部件容易地彼此組合，以簡化安裝和處理并且另外在組裝時實現(xiàn)簡單但穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。上述要求同樣適用于密封元件，所述密封元件旨在密封特別是管狀的熱電模塊的相應(yīng)端部，使得在相應(yīng)的一側(cè)圍繞/包圍熱電模塊的熱介質(zhì)或冷介質(zhì)持久地保持與設(shè)置在熱電模塊中的熱電元件分離。特別是對于這些部件，在使熱電模塊相對于氣態(tài)和/或液態(tài)介質(zhì)密封的背景下需要盡可能穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)，從而能夠避免在這種密封元件的匹配精確性方面或組裝方面的過高要求。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明的目的是:至少部分地解決結(jié)合背景技術(shù)描述的問題。特別是希望提供一種熱電模塊，它能夠相對于熱介質(zhì)或冷介質(zhì)密封、同時可技術(shù)上簡單地制造并且具有減少的部件數(shù)量。另外，希望它對于所期待的使用可持久堅固地實施并且另外具有高效率，以便從排氣的熱能產(chǎn)生盡可能多的電能。該目的通過具有權(quán)利要求1特征的熱電模塊來實現(xiàn)。本發(fā)明的其他有利實施方案在從屬權(quán)利要求中給出。在權(quán)利要求書中單獨列出的特征可以以任意的、技術(shù)上合理的方式組合并且形成本發(fā)明的另外的實施方案。說明書、特別是與附圖相結(jié)合對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明并且提出本發(fā)明的其他的實施例。根據(jù)本發(fā)明的熱電模塊包括相應(yīng)地被配設(shè)給熱側(cè)或冷側(cè)的內(nèi)周面和外周面。在內(nèi)周面和外周面之間設(shè)有中間空間。熱電模塊包括幾何軸線和至少一個密封元件，其中密封元件至少部分地形成所述內(nèi)周面或僅通過一電絕緣層與設(shè)置在那里的熱側(cè)或冷側(cè)分隔開。另外，密封元件使所述中間空間至少相對于所述冷側(cè)密封。另外，密封元件具有至少一個電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體使設(shè)置在熱電模塊中的至少一個熱電元件與本身設(shè)置在熱電模塊外的至少一個第二電導(dǎo)體相連接。此外優(yōu)選地，密封元件至少部分地形成熱電模塊的外周面或僅通過電絕緣體與設(shè)置在外周面上的冷側(cè)或熱側(cè)分隔開。特別是，密封元件還附加地使中間空間相對于熱側(cè)密封。熱電模塊特別是形成熱電發(fā)電機的一獨立的結(jié)構(gòu)單元。在此優(yōu)選的是，熱電模塊具有一端子，利用該端子能使這樣的熱電模塊必要時與多個另外的熱電模塊電連接。也就是說，在熱電模塊內(nèi)特別是實現(xiàn)了所有在那里內(nèi)置的熱電元件的電連接或聯(lián)接。這樣的熱電模塊在此情況下一方面在熱側(cè)上暴露于熱介質(zhì)并且另一方面在冷側(cè)上暴露于冷介質(zhì)。在此特別是關(guān)注:使熱電模塊通過其外周面與冷介質(zhì)接觸并且通過其內(nèi)周面與熱介質(zhì)(特別是排氣)相接觸，或者是被這樣的介質(zhì)穿流或繞流過。因此，實踐中內(nèi)周面形成熱電模塊的所謂熱側(cè)，而外周面形成熱電模塊的所謂冷側(cè)。另外優(yōu)選的是，熱電模塊設(shè)計成長形的，即例如按照軌道或管子的類型。盡管非常特別優(yōu)選的是熱電模塊大致設(shè)計成例如筒件或管件，但這種形狀卻不是強制性的。特別是，對于這種熱電模塊也可以考慮卵形橫截面或多邊形橫截面。與該設(shè)計相應(yīng)地，這時也可以識別出中央的幾何軸線以及內(nèi)周面和外周面。內(nèi)周面在此特別是界定出一能被熱介質(zhì)(排氣)穿流的內(nèi)通道。使熱電元件在內(nèi)周面和外周面之間定位在熱電模塊的中間空間中。沿?zé)犭娔K的幾何軸線的方向可以將多個這樣的熱電元件特別是按照如下方式彼此堆疊布置:交替地彼此相鄰地設(shè)置含有P型摻雜熱電材料的半導(dǎo)體元件和含有n型摻雜熱電材料的半導(dǎo)體元件。在此方面非常特別優(yōu)選的是，半導(dǎo)體元件以給定的定量完全圍繞內(nèi)周面延伸，例如按照片或環(huán)的方式。熱電材料在此情況下由導(dǎo)電橋作為外框架，該導(dǎo)電橋在下面被稱為連接元件。熱電材料在此情況下至少部分地由這些連接元件作為外框架，從而通過連接元件形成內(nèi)周面和外周面。連接元件優(yōu)選在內(nèi)部和外部分別完全圍繞熱電材料。與半導(dǎo)體元件的形狀相對應(yīng)地,連接元件例如按照環(huán)件或者是(空心)柱的方式實施。特別優(yōu)選的是，熱電材料與連接元件力鎖合地連接(壓接)，特別是在不使用釬焊材料或粘接劑的情況下連接。另外優(yōu)選的是，連接元件同時為熱電材料以及電流導(dǎo)體形成擴散障礙。連接元件材料優(yōu)選鎳或鑰，并且鎳或鑰非常特別優(yōu)選地在連接元件材料中存在至少95% (質(zhì)量百分比)。熱電材料或者是半導(dǎo)體元件交替地通過連接元件彼此電連接，從而由于在內(nèi)周面和外周面間的溫度差形成穿流過熱電材料和熱電模塊的電流。在熱電材料之間的電連接也可以通過金屬橋、纜線、釬焊材料等實現(xiàn)。如上所述，電連接優(yōu)選(僅)借助于連接元件實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的密封元件在此情況下使熱電模塊的中間空間在熱電模塊的相應(yīng)端部上與外部封閉，從而中間空間至少相對于冷側(cè)、但優(yōu)選還相對于熱側(cè)密封，防止了冷介質(zhì)或者是熱介質(zhì)進(jìn)入中間空間。在此，密封元件優(yōu)選是一獨立的構(gòu)件并且不是通過半導(dǎo)體材料、連接元件或通過圍繞熱電模塊的外管或內(nèi)管形成的。由此，密封元件沿軸線方向具有一延展長度，該延展長度特別是熱電模塊的中間空間的長度的至多20%，優(yōu)選至多10%。熱電模塊的中間空間的長度由半導(dǎo)體材料彼此間在軸線方向上的最大距離限定。在此，密封元件具有至少一個電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體與熱電模塊內(nèi)的至少一個連接元件相接觸，因而能使在熱電模塊中產(chǎn)生的電流穿過密封元件被向外傳導(dǎo)到第二電導(dǎo)體。特別是，密封元件至少部分地形成內(nèi)周面和外周面。這意味著，密封元件直接被熱介質(zhì)和/或冷介質(zhì)流過。必要時，密封元件僅通過套筒與設(shè)置在外周面上的冷側(cè)分隔開，從而允許熱量流經(jīng)由密封元件在冷側(cè)和熱側(cè)之間流動。但因為密封元件不具有沿軸線方向的大延展長度，該熱量流即使在無附加的密封元件熱絕緣體的情況下也僅能以較低的程度影響熱電模塊的效率。中間空間相對于冷側(cè)和/或熱側(cè)的密封特別是通過使密封元件與產(chǎn)生外周面和/或內(nèi)周面的連接元件之間的材料結(jié)合地連接來實現(xiàn)。優(yōu)選地密封元件通過電導(dǎo)體與設(shè)置在內(nèi)周面上的連接元件導(dǎo)電連接，從而在此確保中間空間相對于設(shè)置在熱電模塊的內(nèi)周面上的熱側(cè)的密封。外周面上的密封優(yōu)選通過在套筒與密封元件之間形成密封面來產(chǎn)生。套筒特別是用于使連接元件相對于冷側(cè)電絕緣。這種電絕緣層也可以設(shè)置在熱電模塊的內(nèi)周面上。另外，該電絕緣層特別是可以在密封元件安裝在熱電模塊的內(nèi)周面上之后設(shè)置在該內(nèi)周面上。在此情況下，密封元件僅通過電絕緣層與設(shè)置在熱電模塊的內(nèi)周面上的冷側(cè)或熱側(cè)分隔開。因為密封元件至少部分地形成熱電模塊的內(nèi)周面并且特別是附加地形成外周面，實現(xiàn)了 一種結(jié)構(gòu)簡單的解決方案以使熱電模塊的中間空間被密封并且同時將在熱電模塊中產(chǎn)生的電流向外導(dǎo)出。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的密封元件設(shè)置在熱電模塊的兩個端部上，其中可以在熱電模塊上設(shè)置不同實施方式的密封兀件。根據(jù)一特別優(yōu)選的實施方案，密封元件實施成單件式的。由此實現(xiàn)了，通過附加一單個部件，使熱電模塊一方面至少相對于冷側(cè)密封另一方面與設(shè)置在熱電模塊外的第二電導(dǎo)體導(dǎo)電連接。由此實現(xiàn)了一種簡單的解決方案，其可確保熱電模塊的成本有利的組裝以及持久的可用性?！皢渭健痹诖耸侵?，密封元件在與熱電模塊相組裝之前形成一單個的結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)單元特別是由多個相互力鎖合、形鎖合或材料結(jié)合地連接的單獨的構(gòu)件制成。根據(jù)熱電模塊的另一特別優(yōu)選的實施方式，密封元件由多個層形成并至少具有以下功能:-形成一電導(dǎo)體，該電導(dǎo)體用于沿軸線的方向引導(dǎo)電流穿過密封元件，
-用于沿?zé)犭娔K的徑向方向電絕緣的絕緣層，-使中間空間相對于液態(tài)和/或氣態(tài)的介質(zhì)密封。因此，密封元件特別是由至少一個陶瓷絕緣層和至少一個電導(dǎo)體層構(gòu)成，它們沿徑向方向疊置地沿軸線方向延伸穿過密封元件并因而產(chǎn)生密封元件。適于使密封元件電絕緣并且必要時還熱絕緣的陶瓷材料在必要時由金屬承載元件形成外框架并且相應(yīng)地穩(wěn)定化。此外，代替陶瓷絕緣層也可以使用云母層。優(yōu)選地，電導(dǎo)體至少在一側(cè)嵌入到陶瓷材料中或與云母材料相連接，其中優(yōu)選地密封元件以及還有各個層分別構(gòu)造成環(huán)狀或環(huán)段狀并且彼此嵌套。優(yōu)選地各個層彼此壓緊，從而在各個層之間產(chǎn)生至少一力鎖合的、在適當(dāng)情況下也可以還是材料結(jié)合的連接。密封元件的電導(dǎo)體優(yōu)選沿軸線方向從密封元件突起，因此能夠特別是材料結(jié)合地——例如通過焊接或釬焊——與熱電模塊的連接元件導(dǎo)電連接，使得電流能經(jīng)由電導(dǎo)體穿過熱電模塊被引導(dǎo)到第二電導(dǎo)體。通過使用云母材料，可以在承載元件、電導(dǎo)體和絕緣層之間實現(xiàn)純力鎖合的連接。也就是說，在此可以放棄(例如通過釬焊的)材料結(jié)合的連接。因此，通過使各個層彼此壓緊，可以實現(xiàn)絕緣層與電導(dǎo)體或者是與承載元件的柔性連接，從而能補償軸向和徑向上的熱膨脹。另外，力鎖合連接更適于持久地吸收由于通過固定結(jié)構(gòu)將熱電模塊固定在熱電發(fā)電機或殼體上而經(jīng)密封元件傳遞的顯著的力。經(jīng)由陶瓷絕緣層傳遞保持力在此可能導(dǎo)致密封元件過早地失效。云母(Mica)是頁硅酸鹽，其中單元結(jié)構(gòu)由在兩個對置的四面體片(Ts)之間的八面體片(Os)形成。這些片形成層，所述層通過未脫水的中間層陽離子(I)的表面與相鄰的層分隔開。順序是:...1 Ts Os Ts I Ts Os Ts...。Ts的化學(xué)式是T205。在四面體的協(xié)調(diào)的陽離子(M)周圍的協(xié)調(diào)的陰離子由相鄰的Ts氧原子和陰離子A組成。中間層陽離子的協(xié)調(diào)名義上為12重，具有簡化的公式，其可以描述如下:I M2-A-J4O10A2其中I=Cs, K，Na, NH4, Rb, Ba, CaM=Li, Fe++ 或 +++，Mg, Mn++ 或 +++，Zn, Al, Cr, V, TiT=Be, Al, B，F(xiàn)e+++, SiA=Cl, F，0H, 0(含氧云母)，S。在此非常特別優(yōu)選的是以下材料:具有高熱阻的層合云母板(Mikanite)(即特別是云母碎塊，其與合成樹脂一起被壓緊并烘烤以形成大的云母薄膜)。熱電模塊的另一特別的實施方式提出密封元件具有至少一個電絕緣層，所述絕緣層至少部分地包括云母材料。在此絕緣層僅力鎖合地與密封元件相連接。特別是，密封元件具有另外的部件(承載元件、連接元件)，它們材料結(jié)合、力鎖合和/或形鎖合地彼此連接。但絕緣層僅與密封元件的可能的各個部件力鎖合地相連接，例如通過使各部件彼此壓緊。特別是，絕緣層僅由云母形成。根據(jù)熱電模塊的另一優(yōu)選實施方式，熱電模塊的外周面至少部分地由套筒形成并且熱電模塊的中間空間相對于熱側(cè)和/或冷側(cè)至少通過密封面密封，所述密封面由套筒和密封元件形成。套筒特別是在外周面的連接元件上延伸，并由此形成電模塊的外周面。該套筒相應(yīng)地包圍熱電模塊的熱電元件，所述熱電元件在其外側(cè)上通過連接元件至少部分地彼此導(dǎo)電連接。在此提出的套筒使熱電模塊的中間空間相對于設(shè)置在外周面上的熱側(cè)或冷側(cè)密封，并且與密封元件一起產(chǎn)生密封面，從而通過在熱電模塊的端部上的密封元件確保對熱電模塊的中間空間的密封。在此，密封元件可以特別是具有在周向上環(huán)繞延伸的密封面，該密封面自身被套筒圍繞。特別是在套筒和密封元件的密封面之間設(shè)有粘接劑，所述粘接劑一方面確保套筒和密封元件的連接的耐久性并且同時實現(xiàn)改善的密封。密封面另外還可以(附加于或代替粘接劑)包括O形圈，該O形圈特別是在密封元件中例如設(shè)置在一凹槽中或也可以設(shè)置在套筒本身中，其中O形圈沿周向圍繞密封元件。在O形圈設(shè)置在密封元件的凹槽中的情況下，優(yōu)選地套筒附加地被另一固定元件包圍，該另一固定元件將套筒壓向O形圈或者是壓向密封面，從而確保對中間空間的持久密封。該實施例特別是還可以在熱電模塊的內(nèi)周面上實施。在此情況下，熱電模塊的內(nèi)周面至少部分地由套筒形成并且中間空間至少通過密封面密封，該密封面由套筒和密封元件形成。相應(yīng)地，套筒在內(nèi)周面的連接元件上延伸，并由此形成熱電模塊的內(nèi)周面。該套筒由此包圍熱電模塊的熱電元件，這些熱電元件在它們的內(nèi)側(cè)上通過連接元件至少部分地彼此導(dǎo)電連接。在此提出的套筒使熱電模塊的中間空間相對于設(shè)置在內(nèi)周面上的熱側(cè)或冷側(cè)密封，并且與密封元件一起產(chǎn)生密封面，從而在熱電模塊的端部上確保對中間空間的密封。以上關(guān)于設(shè)置粘接劑和/或O形圈的描述也相應(yīng)地適用。特別地，另外提出一種車輛，其包括內(nèi)燃機、排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，該車輛包括熱電發(fā)電機，所述熱電發(fā)電機具有至少一個根據(jù)本發(fā)明的熱電模塊。排氣系統(tǒng)穿過熱電模塊的內(nèi)周面延伸，而冷卻系統(tǒng)沿?zé)犭娔K的外周面的外側(cè)延伸。換言之，例如冷介質(zhì)系統(tǒng)的冷介質(zhì)在外部沿?zé)犭娔K的外周面流過，由此熱電模塊的外周面形成冷側(cè)。這還意味著，熱排氣在內(nèi)部穿流通過由熱電模塊的內(nèi)周面界定的通道，由此內(nèi)周面便形成熱側(cè)。在此特別優(yōu)選的是，熱電發(fā)電機按照管束的方式構(gòu)造，其中一方面將多個這樣的熱電模塊連接到排氣系統(tǒng)以使得它們被熱排氣穿流，而另一方面熱電模塊例如設(shè)置在一公共的(間隔開的)殼體中以使得它能夠整體上被冷介質(zhì)流繞流過。當(dāng)然，設(shè)有相應(yīng)的電端子和導(dǎo)線以實現(xiàn)冷介質(zhì)和排氣的可靠的電流產(chǎn)生和電流的繼續(xù)傳導(dǎo)。特別是可能的是，冷介質(zhì)系統(tǒng)的冷介質(zhì)在內(nèi)部穿流過由熱電模塊的內(nèi)周面界定的通道。在此情況下外周面形成熱側(cè)，而內(nèi)周面形成冷側(cè)。


下面，參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明以及技術(shù)背景。應(yīng)當(dāng)指出的是，所示實施例是優(yōu)選的，但本發(fā)明不限于此。在示意性的附圖中:圖1示出具有熱電發(fā)電機和多個熱電模塊的車輛，圖2示出管狀的熱電模塊，圖3示出熱電模塊的帶有一密封元件的一個端部，圖4示出熱電模塊的帶有一另外的密封元件的一個端部，圖5示出熱電模塊的帶有第三密封元件的一個端部，圖6示出熱電模塊的帶有第四密封元件的一個端部。
具體實施例方式圖1示出車輛20，其具有內(nèi)燃機21、排氣系統(tǒng)22、冷卻系統(tǒng)23以及熱電發(fā)電機24，該熱電發(fā)電機具有多個熱電模塊I。熱電模塊I被連接到排氣系統(tǒng)22，使得排氣穿流過熱電模塊1，其中冷卻系統(tǒng)23這樣連接到熱電發(fā)電機24，使得熱電模塊I在外側(cè)被冷介質(zhì)流過。圖2示出管狀的熱電模塊1，該熱電模塊具有內(nèi)周面2、外周面4以及熱電元件6，所述熱電元件由n型摻雜和p型摻雜的半導(dǎo)體元件5形成，這些半導(dǎo)體元件交替地在內(nèi)周面2和外周面4上通過連接元件26彼此電連接。這些熱電元件6設(shè)置在一中間空間17中，該中間空間在內(nèi)周面2和外周面4之間沿?zé)犭娔KI的軸線3延伸。內(nèi)周面2被(熱)介質(zhì)12 (排氣)穿流，外周面4被(冷)介質(zhì)12 (冷卻水)流過，使得在外周面4上形成所謂的冷側(cè)19并且在內(nèi)周面2上形成所謂的熱側(cè)18。在外周面4與熱電元件6或者是連接元件26之間另外設(shè)有一絕緣層16，使得在冷側(cè)19的介質(zhì)12與連接元件26電絕緣。熱電模塊I在其沿軸線3設(shè)置的每個端部33上各具有一密封元件7，該密封元件在此設(shè)置在套筒14內(nèi)并且至少部分地形成外周面4或者是內(nèi)周面2。密封元件7具有一電導(dǎo)體8，該電導(dǎo)體使連接元件26與設(shè)置在熱電模塊I外的第二電導(dǎo)體9導(dǎo)電連接。通過該第二電導(dǎo)體9可以使多個熱電模塊I彼此串聯(lián)或并聯(lián)，從而能從多個熱電模塊I構(gòu)建成一熱電發(fā)電機。熱電模塊I的中間空間17沿軸線3的方向具有由最外側(cè)的半導(dǎo)體元件5之間的距離34限定的長度。密封元件7沿軸線3的方向具有延展長度35。圖3示出熱電模塊I的一個端部33連同密封元件7。熱電模塊I的內(nèi)周面2至少部分地通過連接元件26并通過密封元件7的電導(dǎo)體8形成，而外周面4至少部分地通過套筒14形成。半導(dǎo)體元件5分別是n型摻雜和p型摻雜的并且交替地通過連接元件26彼此電連接。連接元件26在此未形成連續(xù)的內(nèi)周面2或者是外周面4，因此至少在內(nèi)周面2上附加地設(shè)有密封結(jié)構(gòu)28，該密封結(jié)構(gòu)防止了介質(zhì)12從熱電模塊I的熱側(cè)18進(jìn)入中間空間17或者是進(jìn)入半導(dǎo)體元件5之間的間隙13中。密封結(jié)構(gòu)28優(yōu)選這樣實施，使得它經(jīng)由通過連接元件26形成的內(nèi)周面2伸入通過內(nèi)周面2圍繞的通道中。因此密封結(jié)構(gòu)28可以形成渦流發(fā)生器，該渦流發(fā)生器引起介質(zhì)12的附加的渦旋并且由此改善在介質(zhì)12與熱電模塊I之間的傳熱。密封元件7使熱電模塊I在端部33處相對于外部封閉，使得介質(zhì)12至少從冷側(cè)19不能進(jìn)入熱電模塊I的中間空間17中。為此目的，在套筒14與密封元件7之間形成一密封
面25,該密封面在此通過承載件29形成,該承載件包圍電絕緣的-必要時熱絕緣的-
絕緣層16。該承載元件29用于使優(yōu)選陶瓷的絕緣層16穩(wěn)定。絕緣層16本身圍繞密封元件7的電導(dǎo)體8，該電導(dǎo)體通過接合部27與熱電模塊I的導(dǎo)電的連接元件26相連接，該接合部如圖所示是接合方法經(jīng)由外周面4所能達(dá)到/處理到的。在此提出，密封元件7至少部分地形成熱電模塊I的外周面4和內(nèi)周面2，這也包括僅一個屬于密封元件7的固定結(jié)構(gòu)36直接接觸介質(zhì)12的情況。通過固定結(jié)構(gòu)36將熱電模塊I——必要時與另外的熱電模塊I 一起——在殼體中固定，使得形成一熱電發(fā)電機。密封元件7沿軸線3方向的延展長度35在此由在密封元件7的兩側(cè)突出的電導(dǎo)體8限定。電導(dǎo)體8與第二電導(dǎo)體9接觸，通過該第二電導(dǎo)體能使熱電模塊I與另一熱電模塊I電并聯(lián)或串聯(lián)。圖4示出熱電模塊I的一個端部33連同另外的密封元件7。在此同樣地，熱電模塊I的中間空間17被內(nèi)周面2和外周面4圍繞，其中外周面4至少部分地通過套筒14形成。在半導(dǎo)體元件5之間另外形成一間隙13，該間隙如在此所示地具有穿過內(nèi)周面2朝向熱側(cè)18的開口 37。但該朝向熱側(cè)18的開口 37通過密封結(jié)構(gòu)28封閉，使得半導(dǎo)體元件5或者是連接元件26通過特別是填充有空氣或合適的絕緣材料的間隙13被熱絕緣和電絕緣。該另外的密封元件7通過接合部27與連接元件26這樣連接，使得在熱電模塊I中產(chǎn)生的電流15從連接元件26經(jīng)由接合部27流向電導(dǎo)體8并能經(jīng)由形式為設(shè)置在電導(dǎo)體8上的第二電導(dǎo)體9的集流裝置與另外的電導(dǎo)體8連接。密封元件7沿徑向方向11由多個層(10)構(gòu)成并且在其內(nèi)周面和外周面上具有承載元件29，這些承載元件特別是金屬質(zhì)的并且保持設(shè)置在它們之間的管狀絕緣材料作為絕緣層16。這些絕緣層16用于使電導(dǎo)體8相對于冷側(cè)19電絕緣。圖5不出在熱電模塊I的一個端部33處的密封兀件7的第三變型實施例。熱電模塊I具有在中間空間17中沿軸線3設(shè)置的半導(dǎo)體元件5，所述半導(dǎo)體元件形成熱電元件
6。在這些半導(dǎo)體元件5之間設(shè)有一間隙13，該間隙與設(shè)置在內(nèi)周面2上的熱側(cè)18相連通。半導(dǎo)體元件5通過連接元件26交替地彼此電連接，從而在提供冷側(cè)19和熱側(cè)18的情況下能通過熱電模塊I產(chǎn)生電流。熱電模塊I在端部33處通過密封元件7密封，其中外部的管狀承載元件29圍繞絕緣層16，該絕緣層本身圍繞電導(dǎo)體8。電導(dǎo)體8通過接合部27與連接元件26導(dǎo)電連接。在設(shè)置密封元件7后，在內(nèi)周面2上施加另外的絕緣層16，所述絕緣層本身也穿過內(nèi)周面2的開口 37延伸到在半導(dǎo)體元件5之間的相應(yīng)間隙13中并且至少部分地填充這些空腔。熱電模塊I的這個特別優(yōu)選的變型實施例允許特別簡單地制造熱電模塊1，其中在設(shè)置密封元件7后在外周面4上設(shè)置套筒14并由此形成熱電模塊I的外周面4。在此在設(shè)置密封元件7之后添加的絕緣層16隨后可以再次在內(nèi)周面2的區(qū)域中被取出，從而僅間隙13和開口 37被填充以絕緣材料，但內(nèi)周面2至少部分地通過連接元件26并且通過電導(dǎo)體8形成。圖6示出密封元件7的第四變型實施例，該密封元件設(shè)置在熱電模塊I的一端部33上。在此設(shè)有一多件式的密封元件7，該密封元件與設(shè)置在外周面4上的連接元件26導(dǎo)電連接。電導(dǎo)體8在此構(gòu)造成套管，該套管本身載持密封元件7的一另外的元件38，該另外的元件通過絕緣層16而與電導(dǎo)體8電絕緣。在此在外周面4上設(shè)有套筒14，該套筒在密封元件7上與0形圈31和固定元件30 —起形成密封面25。另外設(shè)有粘接劑32，該粘接劑附加地支持中間空間17相對于冷側(cè)19的密封。電導(dǎo)體8通過接合部27——在此是焊接接合部一與連接元件26導(dǎo)電連接。內(nèi)周面2至少部分地通過連接元件26并且通過密封元件7的電導(dǎo)體8形成。在半導(dǎo)體元件5之間和/或在半導(dǎo)體元件5與密封元件7之間必要時設(shè)置的電絕緣的間隙13在此通過密封結(jié)構(gòu)28與熱側(cè)18氣密地分隔開。密封元件7具有以下的另外的功能:熱電模塊I通過密封元件7與熱電發(fā)電機24連接，其中密封元件7通過固定結(jié)構(gòu)36確保了熱電模塊I在熱電發(fā)電機內(nèi)的機械固定。為改善從固定結(jié)構(gòu)36經(jīng)另外的元件38向電導(dǎo)體8的傳力，優(yōu)選云母材料作為絕緣層16。絕緣層16、電導(dǎo)體8和另外的元件38被機械地彼此壓緊，從而產(chǎn)生各部件彼此間的純力鎖合的連接。因此產(chǎn)生一連接，其能夠在不出現(xiàn)故障的情況下補償各部件的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力以及膨脹差異。另外，可以在電導(dǎo)體8與另外的元件38之間設(shè)置電絕緣結(jié)構(gòu)，確保因為各部件彼此間的靈活連接而使電導(dǎo)體8和另外的元件38不會由于沿軸線3方向的相對運動而彼此接觸。代替該附加的電絕緣體，也可以設(shè)置防止這種接觸的機械的止擋部。
該密封元件7以結(jié)構(gòu)上非常簡單的方式確保了對熱電模塊I的中間空間17的密封，這是因為密封元件7從內(nèi)周面2延伸到外周面4并且必要時僅通過套筒14與設(shè)置在外周面的冷側(cè)19分隔開。通過在固定密封元件7之后才設(shè)置套筒14，可以放棄復(fù)雜的公差分析，這是因為密封元件7沿軸線3的方向連接到熱電模塊I的各單個部件并且不必被推入剛性的套筒14中，而后者需要確保用于密封的相應(yīng)匹配。相反，在密封元件7的電導(dǎo)體8與連接元件26之間在接合部27處進(jìn)行對接，其中，中間空間17的密封在一側(cè)通過接合部27而在另一側(cè)上——特別是在外周面4上——借助于與密封元件7連接的套筒14來實現(xiàn)。附圖標(biāo)記列表I 熱電模塊2 內(nèi)周面3 軸線4 外周面5 半導(dǎo)體元件6 熱電元件7 密封元件8 電導(dǎo)體9 第二電導(dǎo)體10 層11 徑向方向12 介質(zhì)13 間隙14 套筒15 電流16 絕緣層17 中間空間18 熱側(cè)19 冷側(cè)20 車輛21 內(nèi)燃機22 排氣系統(tǒng)23 冷卻系統(tǒng)24 熱電發(fā)電機25 密封面26 連接元件27 接合部28 密封結(jié)構(gòu)29 承載元件30 固定元件31 0 形圈
32粘接劑33端部34距離35延展長度36固定結(jié)構(gòu)37開口38 另外的元件
權(quán)利要求
1.一種熱電模塊(1)，該熱電模塊具有相應(yīng)地被配設(shè)給熱側(cè)(18)或冷側(cè)(19)的內(nèi)周面(2)和外周面(4)并且具有設(shè)置在所述內(nèi)周面與所述外周面之間的中間空間(17)以及幾何軸線(3)和至少一個密封元件(7)，其中，所述密封元件(7)至少部分地形成所述內(nèi)周面(2)或僅通過一電絕緣層(16)與設(shè)置在所述內(nèi)周面處的熱側(cè)(18)或冷側(cè)(19)分隔開，所述密封元件使所述中間空間(17)至少相對于所述冷側(cè)(19)密封并且具有至少一個電導(dǎo)體(8)，所述電導(dǎo)體使設(shè)置在熱電模塊(I)中的至少一個熱電元件(6)與設(shè)置在熱電模塊(I)外的至少一個第二電導(dǎo)體(9)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電模塊(1)，其中，所述密封元件(7)實施成單件式的。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的熱電模塊(1)，其中，所述密封元件(7)由多個層(10)形成并至少具有以下功能: -形成電導(dǎo)體(8)，該電導(dǎo)體用于引導(dǎo)電流(15)沿所述軸線(3) 的方向穿過所述密封元件(7), -用于沿?zé)犭娔K(I)的徑向方向(11)電絕緣的絕緣層(16)， -使所述中間空間(17)相對于液態(tài)和/或氣態(tài)的介質(zhì)(12)密封。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的熱電模塊(1)，其中，所述密封元件(7)具有至少一個電絕緣層(16)，所述電絕緣層(16)至少部分地包括云母材料并且僅力鎖合地與所述密封元件(7)相連接。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的熱電模塊(1)，其中，所述熱電模塊(I)的外周面(4)至少部分地由套筒(14)形成，所述熱電模塊(I)的中間空間(17)至少通過由所述套筒(14)和所述密封元件(7)形成的密封面(25)相對于所述熱側(cè)(18)和/或所述冷側(cè)(19)密封。
6.一種車輛(20 )，該車輛具有內(nèi)燃機(21)、排氣系統(tǒng)(22 )和冷卻系統(tǒng)(23 )，在該車輛中設(shè)有熱電發(fā)電機(24)，所述熱電發(fā)電機具有至少一個根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的熱電模塊(1)，其中，所述排氣系統(tǒng)(22)穿過所述熱電模塊(I)的內(nèi)周面(2)延伸，且所述冷卻系統(tǒng)(23)沿所述熱電模塊(I)的外周面(4)的外側(cè)延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱電模塊(1)，該熱電模塊具有相應(yīng)地被配設(shè)給熱側(cè)(18)或冷側(cè)(19)的內(nèi)周面(2)和外周面(4)并且具有設(shè)置在所述內(nèi)周面和外周面之間的中間空間(17)以及幾何軸線(3)和至少一個密封元件(7)，其中，所述密封元件(7)至少部分地形成所述內(nèi)周面(2)或僅通過一電絕緣層(16)與設(shè)置在該內(nèi)周面處的熱側(cè)(18)或冷側(cè)(19)分隔開，使所述中間空間(17)至少相對于所述冷側(cè)(19)密封，并且具有至少一個電導(dǎo)體(8)，所述電導(dǎo)體使設(shè)置在熱電模塊(1)中的至少一個熱電元件(6)與設(shè)置在熱電模塊(1)外的至少一個第二電導(dǎo)體(9)相連接。
文檔編號F01N5/02GK103097685SQ201180043697
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者R·布呂科, S·林貝克 申請人:排放技術(shù)有限公司