[发明专利]热电模块

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的具有流体密封外罩的热电模块。此外，本发明涉及制造所述热电模块的方法。

背景技术

热电模块既用作加热/冷却元件，例如用作所谓的珀耳帖元件，也用作热电发电机。在此情况下用于上述两种应用的基本结构是相同的。首先，例如由陶瓷制成的外部非导电层确保了电绝缘性。连接至电导体导轨的热电活性元件定位于热电模块的内部。焊料通常用作导体导轨和热电活性元件之间的接合材料。热电模块通常连接至冷却侧的陶瓷侧，并连接至温热侧的金属侧。为了实现热电模块的简单焊接，将陶瓷涂覆至金属基底材料是有利的。通常，在热电模块的温热侧，由仍然包含氧气以及特别还包含含量升高的水的废气燃烧气体产生高温，因此这些废气燃烧气体以强氧化方式起作用。热电活性元件被氧化作用改变，其中还可形成气态的（也称作挥发性的）氧化物。此外，废气夹带烃类和炭黑，烃类和炭黑在低于露点温度的温度下浓缩后在热电活性元件上沉积为寄生导电导热层。因此，出于广泛原因使废气远离热电活性元件。

除了氧化的风险外，例如包含一定的碲（Te）或锑（Sb）的某些热电活性元件具有元素气化的趋势。这在Sb类材料，例如CoSb₃和Zn₄Sb₃的情况下是重要的，因为这些热电活性元件特别要在高至400℃的高温，甚至超过该温度的高温下使用。

用于防止氧化的非晶电气模块是已知的，其完全包封在外罩中，例如由高级钢制成的外罩中，且在此情况下其内部用惰性气体填充。由此，尽管抑制了氧化作用，但不能抑制前述元素气化作用。此外，在金属外罩和内部之间存在间隙，这由此会降低热电模块的效率。

US7,461,512B2公开了一种热电模块，其内部在热电活性元件和外罩之间用凝胶-溶胶填充。利用热转化，人们用所谓的气凝胶获得热电活性元件的涂层。由于气凝胶的孔径比气化元件的平均自由路径长度小很多，元件气化作用可降低10倍。然而，这种类型的气凝胶不会保护免于氧化作用。

DE10 2011 005 246A1公开了一种具有流体密封外罩的普通热电模块，在该热电模块中布置有至少一个热电活性元件。在此情况下，外罩由两个外罩元件组装，即由金属外罩元件和另一外罩元件组装，该另一外罩元件布置在金属外罩元件具有陶瓷层的一侧。因此，提议将电绝缘层涂覆在金属外罩材料上，且在其上仅涂覆实际导电体导轨。

DE10 2012 208 295A1公开了一种热电模块，其具有外罩元件和布置在外罩元件上的热电元件，其中，在热电元件和外罩元件之间提供有接缝区，该接缝区通过压制接合材料形成。此外，热电模块包括另一外罩元件，其连接至上述外罩元件，以形成可选地流体密封的外罩，其中热电元件和接缝区被布置在外罩中。

因此，本发明致力于为普通类型的热电模块提供改善的实施方式的问题，该改善的实施方式在长使用寿命方面特别突出。

通过独立权利要求的主题根据本发明解决该问题。本发明的有利实施方式为从属权利要求的主题。

发明内容

本发明基于提供具有双包封，具体为外包封和内包封的热电模块的总体思想，所述外包封主要有特别流体密封的金属外罩或陶瓷外罩形成，所述内包封由围绕布置在流体密封的外罩内的热电活性元件的涂层形成。由于根据本发明的双包封，可克服，至少可降低氧化或涂层污染的风险，以及热电活性元件的元件气化的风险。由于该双包封，另一重大优点是两个包封不必要必须各自为气密的。所述外包封，也就是所谓的流体密封外罩，可例如由两个彼此连接的外罩部，特别是板，还特别是由两块板制成，这两块板具有弯曲的边缘，利用该弯曲的边缘所述两块板以流体密封的方式彼此接合。两个外罩部的流体密封接合例如可利用焊接（特别是激光焊接、WIG焊接、电焊、电弧焊或电容放电焊接）、钎焊（例如软钎焊、硬钎焊或高温钎焊）、粘结（例如用硅酮粘合剂或基于天然硅酸盐的无机粘合剂）或制成法兰来进行。而焊接、钎焊和粘结的方法实现了完全的流体密封的闭合,在制成法兰的情况下，保留有小的扩散间隙，然而，该扩散间隙以迷宫式密封的方式对外部存在的氧化性气体起作用。