[发明专利]具有曲折形状的p-n布置的热电模块的热电发电机

说明书

背景技术

废气热量，例如电厂或者汽车的废气热量经常没有利用就排放到环境里。然而有效地利用这种热能会提高效率。利用这种废气热量的一种方法是热电发电机（TEG），它们根据塞贝克-效应，部分也称为热电效应，在有温度差时产生一个电压。用于从废气热量产生能量的装置例如在DE 10 2008 005 334 A1里已经公开。

以前热电发电机常常以堆叠结构形式被使用。这例如可见DE 10 2005 009 480 A1。在这种结构中热电模块（TEM）和其它的热交换构件（冷-和热边）在堆叠里上下相互交替。这些堆叠被机械夹紧。由于热电模块的堆叠结构产生了附带的传热，其中这导致热损失，这种损失降低了热电发电机的效率。如果设计有一种机械夹紧，那么此外还通过夹紧构件而加大了热电发电机的总重。

DE 103 33 084 A1也公开了一种具有堆叠结构的热电发电机，其中热电偶然而并不是相互平齐地布置，而且其中在一种可能的实施方案中，热电偶的腿以一种曲折形状布置在一个载体薄膜上。因此可以使热电偶链里相互紧随的热电接触位置，优选是金属的接触线桥，布置成具有高的密度并与热电偶的反向边缘有大的间距。这种布置可以保证一种简化的，机械稳定的结构，并且有利地对热电偶链的长时稳定性产生影响，然而不会改善效率。此外热电偶在载体薄膜上的制备优选包括了热电材料和金属的薄层沉积，和通过湿化学腐蚀形成的补充构造，这造成制造时间长，材料花费多。

发明内容

通过按照本发明建议的p-n腿的结构减少传热的数量，因而改善热电发电机的效率。因为放弃一种机械夹紧，如同在通常的堆叠结构里那样，附带地减小了部件的重量，从而得到一种重量减小和紧凑的构件，其制造成本也降低。

按照本发明的布置的另外一个优点是，可以根据良好的可触及性建立一种材料的热和电的连接。也可以通过p-n-热偶的直接接触而放弃热电偶腿的折弯，这节省了所用材料和重量，并通过取消安装步骤节省了过程时间。

热电方法获得能量的前提条件是足够大的温度差，这种温差通过热源（例如废气）和冷却源（例如冷却水）而产生。热电发电机位于这之间。在热电发电机的热边和冷边之间的温度差对应于一定的热流。热电发电机将一部分的这种热流转变成电功率。

热电发电机可以由若干个热电模块构成，这些模块有由许多热电元件组成。

一个热电模块包括有多个p-n-腿，其中相邻的腿分别可以由各自不同的材料制成。热电偶特别优选地由p-和n-导通半导体构成，因为这些半导体的特征在于高的热电效应，尤其是高的热电系数，而且还可以为p-（正的，缺少电子）和n-（负的，电子多余）的导通半导体组合提供一种形成构造的工艺。

单个p-n-腿的方向这样设置，使得它们从电来说是串联，而从热来说是并联，并且p-导通的和n-导通的腿相互交替。

附图说明

以下根据附图对本发明进行详细说明。所示为：

图1  按照现有技术的一个热电偶的正视图；

图2  在一个部件里具有曲折形布置的p-和n-腿的一个热电发电机的正视图；

图3 由p-和n-腿组成的部件的一个立体图，成条带状。

具体实施方式

为了更好地说明此发明，在图1中表示了一种由现有技术已知的热电偶或者热电模块10。

热电模块10通常由两个薄的电绝缘板12，14组成，在这些板之间交替布置了由不同材料组成的小直平行六面体16。不同材料的两个直平行六面体16分别借助于接触小岛18相互连接，从而其形成一种电串联线路20。两个板中的一个板12接受流入的热流22（热边），而另一个板14则放出流出的热流24（冷边）。所有的直平行六面体16平行地由热流流过，该热流从热边流向冷边。

图2表示了一种按照本发明的具有许多p-和n- 腿54，56的热电模块50的正视图，这些腿成串联状布置在一个部件块58里。

p-n-偶60由半导体材料的双导体构成，其在一端62连接并且利用热电效应。在这里所示的实施例中，按照图2和3，p-n-偶60分别包括有一个p- 掺杂的半导体54和一个n-掺杂的半导体56。

许多p-n-偶60，以腿54，56的形式，相互并排地成列布置在一个部件块58里。相邻的腿54，56分别由p-n-传导的材料制成。

在两个构成一个p-n-偶60 的，相邻腿54，56之间的边界线上，两个腿54，56部分地分离开，并因此电绝缘，从而形成一个间隙66。间隙66的长度在图2中用标号68 表示。