帶有密封元件的用於車輛熱電發電機的熱電模塊的製作方法

2023-05-10 08:14:56

專利名稱：帶有密封元件的用於車輛熱電發電機的熱電模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種特別是應用於在車輛中使用的熱電發電機中的熱電模塊，該熱電模塊具有至少一個密封元件。
背景技術：
來自機動車內燃機的排氣含有熱能，該熱能可以藉助於熱電發電機轉化成電能，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並且更多的能量可被用於使機動車運行。這種熱電發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體元件(P型摻雜和n型摻雜)，所述半導體元件在其上側和下側(分別朝向熱側和冷側)上交替地設有導電橋。這兩個半導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化成電能(塞貝克效應)和將電能轉化成熱能(珀耳帖效應)的材料。如果在半導體元件的兩側提供溫度降，則在半導體元件的端部之間形成電勢。在較熱側的帶電粒子由於較高的溫度而增強地被激勵到導電帶中。由於在此情況下在導電帶中產生的濃度差，帶電粒子擴散到半導體元件的較冷側，由此產生電勢差。在熱電模塊中，優選使大量的半導體元件電串聯。為了確保串聯的半導體元件中所產生的電勢差不會彼此抵消，總是交替地使帶有不同優勢帶電粒子(n型摻雜和p型摻雜)的半導體元件直接電接觸。藉助於一連接的負載電阻，可以使電路閉合併從而輸出電功率。為確保半導體元件的持續可用性，在導電橋和熱電材料之間一般設有擴散障礙，該擴散障礙防止電橋中所含的材料向熱電材料的擴散、進而防止半導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流過的熱電模塊來實現。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並且考慮從熱側向冷側的熱傳遞以及導電橋的充分接觸，以使得能夠產生通過熱電材料的電流。為了在熱電模塊中設置這樣的半導體兀件,一般設有形成模塊外邊界的殼體壁和/或支撐管，半導體元件安裝於其上。這特別是引起:對製造提出高公差要求，從而一方面關於電連接另一方面關於殼體的位置實現半導體元件的精確匹配地設置。此外存在問題的是:由於內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行補償。正是在熱電模塊的製造方面希望的是，可以使多個部件容易地彼此組合，以簡化安裝和處理並且另外在組裝時實現簡單但穩定的結構。上述要求同樣適用於密封元件，所述密封元件旨在密封特別是管狀的熱電模塊的相應端部，使得在相應的一側圍繞/包圍熱電模塊的熱介質或冷介質持久地保持與設置在熱電模塊中的熱電元件分離。特別是對於這些部件，在使熱電模塊相對於氣態和/或液態介質密封的背景下需要儘可能穩健的結構，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。

發明內容
由此出發，本發明的目的是:至少部分地解決結合背景技術描述的問題。特別是希望提供一種熱電模塊，它能夠相對於熱介質或冷介質密封、同時可技術上簡單地製造並且具有減少的部件數量。另外，希望它對於所期待的使用可持久堅固地實施並且另外具有高效率，以便從排氣的熱能產生儘可能多的電能。該目的通過具有權利要求1特徵的熱電模塊來實現。本發明的其他有利實施方案在從屬權利要求中給出。在權利要求書中單獨列出的特徵可以以任意的、技術上合理的方式組合併且形成本發明的另外的實施方案。說明書、特別是與附圖相結合對本發明進行進一步的說明並且提出本發明的其他的實施例。根據本發明的熱電模塊包括相應地被配設給熱側或冷側的內周面和外周面。在內周面和外周面之間設有中間空間。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周面或僅通過一電絕緣層與設置在那裡的熱側或冷側分隔開。另外，密封元件使所述中間空間至少相對於所述冷側密封。另外，密封元件具有至少一個電導體，所述電導體使設置在熱電模塊中的至少一個熱電元件與本身設置在熱電模塊外的至少一個第二電導體相連接。此外優選地，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置在外周面上的冷側或熱側分隔開。特別是，密封元件還附加地使中間空間相對於熱側密封。熱電模塊特別是形成熱電發電機的一獨立的結構單元。在此優選的是，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，在熱電模塊內特別是實現了所有在那裡內置的熱電元件的電連接或聯接。這樣的熱電模塊在此情況下一方面在熱側上暴露於熱介質並且另一方面在冷側上暴露於冷介質。在此特別是關注:使熱電模塊通過其外周面與冷介質接觸並且通過其內周面與熱介質(特別是排氣)相接觸，或者是被這樣的介質穿流或繞流過。因此，實踐中內周面形成熱電模塊的所謂熱側，而外周面形成熱電模塊的所謂冷側。另外優選的是，熱電模塊設計成長形的，即例如按照軌道或管子的類型。儘管非常特別優選的是熱電模塊大致設計成例如筒件或管件，但這種形狀卻不是強制性的。特別是，對於這種熱電模塊也可以考慮卵形橫截面或多邊形橫截面。與該設計相應地，這時也可以識別出中央的幾何軸線以及內周面和外周面。內周面在此特別是界定出一能被熱介質(排氣)穿流的內通道。使熱電元件在內周面和外周面之間定位在熱電模塊的中間空間中。沿熱電模塊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置含有P型摻雜熱電材料的半導體元件和含有n型摻雜熱電材料的半導體元件。在此方面非常特別優選的是，半導體元件以給定的定量完全圍繞內周面延伸，例如按照片或環的方式。熱電材料在此情況下由導電橋作為外框架，該導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周面和外周面。連接元件優選在內部和外部分別完全圍繞熱電材料。與半導體元件的形狀相對應地,連接元件例如按照環件或者是(空心)柱的方式實施。特別優選的是，熱電材料與連接元件力鎖合地連接(壓接)，特別是在不使用釺焊材料或粘接劑的情況下連接。另外優選的是，連接元件同時為熱電材料以及電流導體形成擴散障礙。連接元件材料優選鎳或鑰，並且鎳或鑰非常特別優選地在連接元件材料中存在至少95% (質量百分比)。熱電材料或者是半導體元件交替地通過連接元件彼此電連接，從而由於在內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、釺焊材料等實現。如上所述，電連接優選(僅)藉助於連接元件實現。根據本發明設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端部上與外部封閉，從而中間空間至少相對於冷側、但優選還相對於熱側密封，防止了冷介質或者是熱介質進入中間空間。在此，密封元件優選是一獨立的構件並且不是通過半導體材料、連接元件或通過圍繞熱電模塊的外管或內管形成的。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%，優選至多10%。熱電模塊的中間空間的長度由半導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體，所述電導體與熱電模塊內的至少一個連接元件相接觸，因而能使在熱電模塊中產生的電流穿過密封元件被向外傳導到第二電導體。特別是，密封元件至少部分地形成內周面和外周面。這意味著，密封元件直接被熱介質和/或冷介質流過。必要時，密封元件僅通過套筒與設置在外周面上的冷側分隔開，從而允許熱量流經由密封元件在冷側和熱側之間流動。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。中間空間相對於冷側和/或熱側的密封特別是通過使密封元件與產生外周面和/或內周面的連接元件之間的材料結合地連接來實現。優選地密封元件通過電導體與設置在內周面上的連接元件導電連接，從而在此確保中間空間相對於設置在熱電模塊的內周面上的熱側的密封。外周面上的密封優選通過在套筒與密封元件之間形成密封面來產生。套筒特別是用於使連接元件相對於冷側電絕緣。這種電絕緣層也可以設置在熱電模塊的內周面上。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周面上之後設置在該內周面上。在此情況下，密封元件僅通過電絕緣層與設置在熱電模塊的內周面上的冷側或熱側分隔開。因為密封元件至少部分地形成熱電模塊的內周面並且特別是附加地形成外周面，實現了 一種結構簡單的解決方案以使熱電模塊的中間空間被密封並且同時將在熱電模塊中產生的電流向外導出。優選地，根據本發明的密封元件設置在熱電模塊的兩個端部上，其中可以在熱電模塊上設置不同實施方式的密封兀件。根據一特別優選的實施方案，密封元件實施成單件式的。由此實現了，通過附加一單個部件，使熱電模塊一方面至少相對於冷側密封另一方面與設置在熱電模塊外的第二電導體導電連接。由此實現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。「單件式」在此是指，密封元件在與熱電模塊相組裝之前形成一單個的結構單元，該結構單元特別是由多個相互力鎖合、形鎖合或材料結合地連接的單獨的構件製成。根據熱電模塊的另一特別優選的實施方式，密封元件由多個層形成並至少具有以下功能:-形成一電導體，該電導體用於沿軸線的方向引導電流穿過密封元件，
-用於沿熱電模塊的徑向方向電絕緣的絕緣層，-使中間空間相對於液態和/或氣態的介質密封。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體層構成，它們沿徑向方向疊置地沿軸線方向延伸穿過密封元件並因而產生密封元件。適於使密封元件電絕緣並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並且相應地穩定化。此外，代替陶瓷絕緣層也可以使用雲母層。優選地，電導體至少在一側嵌入到陶瓷材料中或與雲母材料相連接，其中優選地密封元件以及還有各個層分別構造成環狀或環段狀並且彼此嵌套。優選地各個層彼此壓緊，從而在各個層之間產生至少一力鎖合的、在適當情況下也可以還是材料結合的連接。密封元件的電導體優選沿軸線方向從密封元件突起，因此能夠特別是材料結合地——例如通過焊接或釺焊——與熱電模塊的連接元件導電連接，使得電流能經由電導體穿過熱電模塊被引導到第二電導體。通過使用雲母材料，可以在承載元件、電導體和絕緣層之間實現純力鎖合的連接。也就是說，在此可以放棄(例如通過釺焊的)材料結合的連接。因此，通過使各個層彼此壓緊，可以實現絕緣層與電導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，力鎖合連接更適於持久地吸收由於通過固定結構將熱電模塊固定在熱電發電機或殼體上而經密封元件傳遞的顯著的力。經由陶瓷絕緣層傳遞保持力在此可能導緻密封元件過早地失效。雲母(Mica)是頁矽酸鹽，其中單元結構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的化學式是T205。在四面體的協調的陽離子(M)周圍的協調的陰離子由相鄰的Ts氧原子和陰離子A組成。中間層陽離子的協調名義上為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，Fe+++, SiA=Cl, F，0H, 0(含氧雲母)，S。在此非常特別優選的是以下材料:具有高熱阻的層合雲母板(Mikanite)(即特別是雲母碎塊，其與合成樹脂一起被壓緊並烘烤以形成大的雲母薄膜)。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雲母材料。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，絕緣層僅由雲母形成。根據熱電模塊的另一優選實施方式，熱電模塊的外周面至少部分地由套筒形成並且熱電模塊的中間空間相對於熱側和/或冷側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，並由此形成電模塊的外周面。該套筒相應地包圍熱電模塊的熱電元件，所述熱電元件在其外側上通過連接元件至少部分地彼此導電連接。在此提出的套筒使熱電模塊的中間空間相對於設置在外周面上的熱側或冷側密封，並且與密封元件一起產生密封面，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並且同時實現改善的密封。密封面另外還可以(附加於或代替粘接劑)包括O形圈，該O形圈特別是在密封元件中例如設置在一凹槽中或也可以設置在套筒本身中，其中O形圈沿周向圍繞密封元件。在O形圈設置在密封元件的凹槽中的情況下，優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周面上實施。在此情況下，熱電模塊的內周面至少部分地由套筒形成並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。相應地，套筒在內周面的連接元件上延伸，並由此形成熱電模塊的內周面。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側上通過連接元件至少部分地彼此導電連接。在此提出的套筒使熱電模塊的中間空間相對於設置在內周面上的熱側或冷側密封，並且與密封元件一起產生密封面，從而在熱電模塊的端部上確保對中間空間的密封。以上關於設置粘接劑和/或O形圈的描述也相應地適用。特別地，另外提出一種車輛，其包括內燃機、排氣系統和冷卻系統，該車輛包括熱電發電機，所述熱電發電機具有至少一個根據本發明的熱電模塊。排氣系統穿過熱電模塊的內周面延伸，而冷卻系統沿熱電模塊的外周面的外側延伸。換言之，例如冷介質系統的冷介質在外部沿熱電模塊的外周面流過，由此熱電模塊的外周面形成冷側。這還意味著，熱排氣在內部穿流通過由熱電模塊的內周面界定的通道，由此內周面便形成熱側。在此特別優選的是，熱電發電機按照管束的方式構造，其中一方面將多個這樣的熱電模塊連接到排氣系統以使得它們被熱排氣穿流，而另一方面熱電模塊例如設置在一公共的(間隔開的)殼體中以使得它能夠整體上被冷介質流繞流過。當然，設有相應的電端子和導線以實現冷介質和排氣的可靠的電流產生和電流的繼續傳導。特別是可能的是，冷介質系統的冷介質在內部穿流過由熱電模塊的內周面界定的通道。在此情況下外周面形成熱側，而內周面形成冷側。


下面，參照附圖更詳細地說明本發明以及技術背景。應當指出的是，所示實施例是優選的，但本發明不限於此。在示意性的附圖中:圖1示出具有熱電發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，其具有內燃機21、排氣系統22、冷卻系統23以及熱電發電機24，該熱電發電機具有多個熱電模塊I。熱電模塊I被連接到排氣系統22，使得排氣穿流過熱電模塊1，其中冷卻系統23這樣連接到熱電發電機24，使得熱電模塊I在外側被冷介質流過。圖2示出管狀的熱電模塊1，該熱電模塊具有內周面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型摻雜的半導體元件5形成，這些半導體元件交替地在內周面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設置在一中間空間17中，該中間空間在內周面2和外周面4之間沿熱電模塊I的軸線3延伸。內周面2被(熱)介質12 (排氣)穿流，外周面4被(冷)介質12 (冷卻水)流過，使得在外周面4上形成所謂的冷側19並且在內周面2上形成所謂的熱側18。在外周面4與熱電元件6或者是連接元件26之間另外設有一絕緣層16，使得在冷側19的介質12與連接元件26電絕緣。熱電模塊I在其沿軸線3設置的每個端部33上各具有一密封元件7，該密封元件在此設置在套筒14內並且至少部分地形成外周面4或者是內周面2。密封元件7具有一電導體8，該電導體使連接元件26與設置在熱電模塊I外的第二電導體9導電連接。通過該第二電導體9可以使多個熱電模塊I彼此串聯或並聯，從而能從多個熱電模塊I構建成一熱電發電機。熱電模塊I的中間空間17沿軸線3的方向具有由最外側的半導體元件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的內周面2至少部分地通過連接元件26並通過密封元件7的電導體8形成，而外周面4至少部分地通過套筒14形成。半導體元件5分別是n型摻雜和p型摻雜的並且交替地通過連接元件26彼此電連接。連接元件26在此未形成連續的內周面2或者是外周面4，因此至少在內周面2上附加地設有密封結構28，該密封結構防止了介質12從熱電模塊I的熱側18進入中間空間17或者是進入半導體元件5之間的間隙13中。密封結構28優選這樣實施，使得它經由通過連接元件26形成的內周面2伸入通過內周面2圍繞的通道中。因此密封結構28可以形成渦流發生器，該渦流發生器引起介質12的附加的渦旋並且由此改善在介質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處相對於外部封閉，使得介質12至少從冷側19不能進入熱電模塊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用於使優選陶瓷的絕緣層16穩定。絕緣層16本身圍繞密封元件7的電導體8，該電導體通過接合部27與熱電模塊I的導電的連接元件26相連接，該接合部如圖所示是接合方法經由外周面4所能達到/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和內周面2，這也包括僅一個屬於密封元件7的固定結構36直接接觸介質12的情況。通過固定結構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的兩側突出的電導體8限定。電導體8與第二電導體9接觸，通過該第二電導體能使熱電模塊I與另一熱電模塊I電並聯或串聯。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周面2朝向熱側18的開口 37。但該朝向熱側18的開口 37通過密封結構28封閉，使得半導體元件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中產生的電流15從連接元件26經由接合部27流向電導體8並能經由形式為設置在電導體8上的第二電導體9的集流裝置與另外的電導體8連接。密封元件7沿徑向方向11由多個層(10)構成並且在其內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的並且保持設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用於使電導體8相對於冷側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設置的半導體元件5，所述半導體元件形成熱電元件
6。在這些半導體元件5之間設有一間隙13，該間隙與設置在內周面2上的熱側18相連通。半導體元件5通過連接元件26交替地彼此電連接，從而在提供冷側19和熱側18的情況下能通過熱電模塊I產生電流。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體8。電導體8通過接合部27與連接元件26導電連接。在設置密封元件7後，在內周面2上施加另外的絕緣層16，所述絕緣層本身也穿過內周面2的開口 37延伸到在半導體元件5之間的相應間隙13中並且至少部分地填充這些空腔。熱電模塊I的這個特別優選的變型實施例允許特別簡單地製造熱電模塊1，其中在設置密封元件7後在外周面4上設置套筒14並由此形成熱電模塊I的外周面4。在此在設置密封元件7之後添加的絕緣層16隨後可以再次在內周面2的區域中被取出，從而僅間隙13和開口 37被填充以絕緣材料，但內周面2至少部分地通過連接元件26並且通過電導體8形成。圖6示出密封元件7的第四變型實施例，該密封元件設置在熱電模塊I的一端部33上。在此設有一多件式的密封元件7，該密封元件與設置在外周面4上的連接元件26導電連接。電導體8在此構造成套管，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而與電導體8電絕緣。在此在外周面4上設有套筒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。另外設有粘接劑32，該粘接劑附加地支持中間空間17相對於冷側19的密封。電導體8通過接合部27——在此是焊接接合部一與連接元件26導電連接。內周面2至少部分地通過連接元件26並且通過密封元件7的電導體8形成。在半導體元件5之間和/或在半導體元件5與密封元件7之間必要時設置的電絕緣的間隙13在此通過密封結構28與熱側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與熱電發電機24連接，其中密封元件7通過固定結構36確保了熱電模塊I在熱電發電機內的機械固定。為改善從固定結構36經另外的元件38向電導體8的傳力，優選雲母材料作為絕緣層16。絕緣層16、電導體8和另外的元件38被機械地彼此壓緊，從而產生各部件彼此間的純力鎖合的連接。因此產生一連接，其能夠在不出現故障的情況下補償各部件的熱應力和機械應力以及膨脹差異。另外，可以在電導體8與另外的元件38之間設置電絕緣結構，確保因為各部件彼此間的靈活連接而使電導體8和另外的元件38不會由於沿軸線3方向的相對運動而彼此接觸。代替該附加的電絕緣體，也可以設置防止這種接觸的機械的止擋部。
該密封元件7以結構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從內周面2延伸到外周面4並且必要時僅通過套筒14與設置在外周面的冷側19分隔開。通過在固定密封元件7之後才設置套筒14，可以放棄複雜的公差分析，這是因為密封元件7沿軸線3的方向連接到熱電模塊I的各單個部件並且不必被推入剛性的套筒14中，而後者需要確保用於密封的相應匹配。相反，在密封元件7的電導體8與連接元件26之間在接合部27處進行對接，其中，中間空間17的密封在一側通過接合部27而在另一側上——特別是在外周面4上——藉助於與密封元件7連接的套筒14來實現。附圖標記列表I 熱電模塊2 內周面3 軸線4 外周面5 半導體元件6 熱電元件7 密封元件8 電導體9 第二電導體10 層11 徑向方向12 介質13 間隙14 套筒15 電流16 絕緣層17 中間空間18 熱側19 冷側20 車輛21 內燃機22 排氣系統23 冷卻系統24 熱電發電機25 密封面26 連接元件27 接合部28 密封結構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固定結構37開口38 另外的元件
權利要求
1.一種熱電模塊(1)，該熱電模塊具有相應地被配設給熱側(18)或冷側(19)的內周面(2)和外周面(4)並且具有設置在所述內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周面(2)或僅通過一電絕緣層(16)與設置在所述內周面處的熱側(18)或冷側(19)分隔開，所述密封元件使所述中間空間(17)至少相對於所述冷側(19)密封並且具有至少一個電導體(8)，所述電導體使設置在熱電模塊(I)中的至少一個熱電元件(6)與設置在熱電模塊(I)外的至少一個第二電導體(9)相連接。
2.根據權利要求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.根據上述權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)形成並至少具有以下功能: -形成電導體(8)，該電導體用於引導電流(15)沿所述軸線(3) 的方向穿過所述密封元件(7), -用於沿熱電模塊(I)的徑向方向(11)電絕緣的絕緣層(16)， -使所述中間空間(17)相對於液態和/或氣態的介質(12)密封。
4.根據上述權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)至少部分地包括雲母材料並且僅力鎖合地與所述密封元件(7)相連接。
5.根據上述權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)相對於所述熱側(18)和/或所述冷側(19)密封。
6.一種車輛(20 )，該車輛具有內燃機(21)、排氣系統(22 )和冷卻系統(23 )，在該車輛中設有熱電發電機(24)，所述熱電發電機具有至少一個根據上述權利要求中任一項所述的熱電模塊(1)，其中，所述排氣系統(22)穿過所述熱電模塊(I)的內周面(2)延伸，且所述冷卻系統(23)沿所述熱電模塊(I)的外周面(4)的外側延伸。
全文摘要
本發明涉及一種熱電模塊(1)，該熱電模塊具有相應地被配設給熱側(18)或冷側(19)的內周面(2)和外周面(4)並且具有設置在所述內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周面(2)或僅通過一電絕緣層(16)與設置在該內周面處的熱側(18)或冷側(19)分隔開，使所述中間空間(17)至少相對於所述冷側(19)密封，並且具有至少一個電導體(8)，所述電導體使設置在熱電模塊(1)中的至少一個熱電元件(6)與設置在熱電模塊(1)外的至少一個第二電導體(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 優先權日2010年9月9日
發明者R·布呂科, S·林貝克 申請人:排放技術有限公司