[发明专利]热电发电单元及其制作和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月2日提交的题为“THERMOELECTRIC GENERATING UNIT AND METHODS OF MAKING AND USING SAME”的美国临时专利申请第62/059,084号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

本申请涉及2014年10月2日提交的题为“THERMOELECTRIC GENERATORS FOR RECOVERING WASTE HEAT FROM ENGINE EXHAUST,AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME”的美国临时专利申请第62/059,092号，其全部内容通过引用并入本文。

本申请还涉及与本申请同日提交的题为“THERMOELECTRIC GENERATORS FOR RECOVERING WASTE HEAT FROM ENGINE EXHAUST,AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME”的PCT专利申请(申请号待宣布，TBA)，其全部内容通过引用并入本文。

领域

本申请涉及热电发电单元。应认识到，本发明具有更广泛的适用范围。

背景

通常利用在基部结构上被布置成多个串联链配置的多个热电引脚(thermoelectric leg)封装热电(TE)设备。多个热电引脚中的每一个可以包括p型或n型热电材料，其可以由高导电性和相对高的热阻率表征。一个或更多个p型TE引脚可以经由导体从每个方向以串联链配置、或热串联地电并联的配置、或热并联地电并联的配置成对联接至一个或更多个n型TE，一个导体联接在TE引脚的一个端部区域处，并且另一个导体联接在TE引脚的另一个端部区域处。当使用两个导体作为两个电极来跨越热电设备的顶部/底部区域施加偏置电压时，产生温差，使得热电设备可以用作制冷(例如，珀尔帖(Peltier))设备。当热电设备经受热接合时，其中TE引脚的第一端部区域处的导体被附接到接合部的冷侧并且在TE引脚的第二端部区域处的导体与接合部的热侧接触，该热电设备能够作为能量转换(例如，塞贝克(Seebeck))设备跨越接合部产生电压。

热电设备的能量转换效率可以通过所谓的热功率密度或“热电优值(thermoelectric figure of merit)”ZT来测量，其中，ZT等于TS²σ/k，其中，T是温度，S是塞贝克系数，σ是电导率，并且k是热电材料的热导率。为了通过采用塞贝克效应提高热电设备的ZT值，寻求高性能热电材料和开发低成本制造工艺是主要关注的问题。然而，新的材料组合和新的环境要求揭示了对用于封装热电设备的改进技术的需要。

概述

本申请涉及热电发电单元。应认识到，本发明具有更广泛的适用范围。

在一个方面，热电发电单元包括热侧热交换器，其包括第一侧、第二侧和一个或更多个离散通道；大体上平坦的第一冷侧板；以及大体上平坦的第二冷侧板。热电发生单元还可以包括布置在第一冷侧板和热侧热交换器的第一侧之间的第一多个热电设备；以及布置在第二冷侧板和热侧热交换器的第二侧之间的第二多个热电设备。热电发电单元还可以包括在热侧热交换器的一个或更多个离散通道外的相应位置处在第一冷侧板和第二冷侧板之间延伸的多个紧固件。紧固件可以设置在第一多个热电设备中的热电设备之间的间隙内，并且可以设置在第二多个热电设备中的热电设备之间的间隙内。紧固件可以压缩第一冷侧板和热侧热交换器的第一侧之间的第一多个热电设备，并且压缩第二冷侧板和热侧热交换器的第二侧之间的第二多个热电设备。

在一些实施方案中，第一多个热电设备的第一子集居中地设置，并且第一多个热电设备的第二子集外围地设置。多个紧固件的第一子集可以向第一多个热电设备的第一子集施加第一力。多个紧固件的第二子集可以向第一多个热电设备的第二子集施加第二力。第一力可以大于第二力。例如，第一力是第二力的至少1.5倍。在一些实施方案中，第一多个热电设备的第三子集设置在第一多个热电设备的第一子集和第一多个热电设备的第三子集之间。多个紧固件的第三子集可以向第一多个热电设备的第三子集施加第三力。第三力可以小于第一力并且大于第二力。在一些实施方案中，第一力是第三力的大约1.5倍，且第一力是第二力的大约3倍。在一些实施方案中，第一力可以为大约11kN-13kN，第三力为大约7kN-9kN，且第二力为大约3kN-5kN。