[发明专利]工作在珀耳帖模式下和塞贝克模式下的优化的热电模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电模块，包括：

第一导电路径，连接模块的第一输入和第一输出并包括串联电连接的第一组热电偶。

背景技术

图1中示出了具有两个热电偶1a、1b的热电模块的传统架构。每个热电偶1a、1b都包括两条腿2a、2b，这两条腿2a、2b通过电连接元件3在它们的一个端部处彼此相连。第一腿2a优选地由P型材料形成，以及第二腿2b优选地由N型材料形成。模块可包括多个如上所述的热电偶1a、1b，这些热电偶串联布置并通过金属连接器4a彼此相连，以优化模块的效率。金属连接器4b、4c位于热电偶串的端部，以形成模块的电连接。换言之，热电偶串联电连接且并联热连接。

热电模块可在塞贝克模式下或者珀耳帖模式下使用。它包括处于温度T_h的热端储蓄器5和处于温度T_f的冷端储蓄器6。

在塞贝克模式下，模块根据热端5和冷端6之间的温度梯度产生能量。此模式也称为发电机模式。

在珀耳帖模式下，在模块的端子处施加的电流使得在热端5和冷端6之间能够产生温度梯度。此模式也称为冷却模式。

热电模块的效率实际上依赖于所用材料、模块的几何形状以及使用环境。因此，模块或者为了冷却模式进行优化，或者为了发电机模式进行优化，但是不会同时为了两者而进行优化。

文献WO-96/15412描述了一种利用珀耳帖效应的包括热电偶的热电模块。热电偶均包括具有特定且不同的电性能和/或尺寸的两条腿。所述腿级联布置且通过导电材料制成的元件彼此连接，从而避免需要在级联的两级热电偶之间设置绝缘部件。

文献WO-2005/001946描述了一种包括至少两组热电偶的珀耳帖效应热电模块。每组热电偶都包括输入和输出。热电偶组彼此重叠布置且通过绝缘层被分开。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以为了发电机模式和冷却模式两者进行优化的热电模块。

该目的意在通过所附权利要求来实现，并且尤其通过第一组的以及第二组的各热电偶包括彼此电连接的、由导电材料制成的两条腿的事实和通过所述模块包括用于把第一组的腿进行短路而因此形成第二组热电偶的部件的事实得以实现。

附图说明

从以下对于本发明的特定实施例的描述，其它优点和特征将变得更加明显。给出的特定实施例仅仅出于非限制性示范的目的，并表示在附图中，其中：

图1示出了按照现有技术的具有两个热电偶的热电模块。

图2以俯视图的形式示出了为珀耳帖效应和塞贝克效应两者进行优化的热电模块的第一实施例。

图3示出了由塞贝克模式下的模块根据该模块的热电偶数量产生的功率。

图4示出了由珀耳帖模式下的模块根据该模块的热电偶数量产生的冷却功率。

图5示出了沿着图2的A-A线的剖视图。

图6示出了按照第二实施例的模块的俯视图。

图7和8示出了图6那种类型的模块的剖视图，图7表示珀耳帖模式，以及图8表示塞贝克模式。

图9示出了按照第二实施例的模块的当后者为了塞贝克模式进行优化时的俯视图。

图10至24示出了按照第二实施例的模块的制造的不同步骤。

具体实施方式

不同于现有技术的模块，以下描述的热电模块及其实施例使得通过采用两条导电路径能够实现珀耳帖模式下和塞贝克模式下的模块的最佳运行，采用两条导电路径使得所用的热电偶数量能够是变化的。

下文中，热电偶定义了包括彼此电连接的两条腿的元件，这两条腿优选地在它们的一个端部通过导电且优选导热的连接元件进行电连接。一个且是同一热电偶的腿优选由两种不同的材料形成，例如由P型掺杂的材料和N型掺杂的材料形成。可以采用半金属（Bi，Sb等）或者诸如Si和SiGe的简并半导体材料。所用的材料将实际上依赖于模块的使用环境，因此本领域技术人员将能够挑选出适用于热电模块的材料。

常规方式下，热电模块（例如图2中所示出的模块）例如可包括多个热电偶。连接模块的第一输入E1和第一输出S1的第一导电路径包括串联电连接的第一组热电偶p1、n1，以及连接模块的第二输入E2和第二输出S2的第二导电路径包括串联电连接的第二组热电偶p2、n2。第二组的热电偶数量少于第一组的热电偶数量。

模块的输入/输出可对应于使模块能够按照使用被电连接到电流发生器或收集器的两个端子。

腿（故热电偶）的数量的变化实际上使得产生的电功率（塞贝克效应）或者模块的冷却功率（珀耳帖效应）能够是中意的。