CN103299444A - 具有热膨胀补偿单元的热电模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电模块（1），该热电模块沿纵向（9）延伸并具有外管（2）和设置在外管（2）内的内管（3）以及设置在该外管和内管之间的中间腔（4），其中设有至少一个第一带状结构（5）和至少一个第二带状结构（7），所述第一带状结构（5）从内管（3）上的第一连接结构（6）起而第二带状结构（7）从外管（2）上的第二连接结构（12）起分别沿相反的方向（11）至少沿周向（8）或沿纵向（9）延伸并且至少沿周向（8）或沿纵向（9）至少部分地形成一重叠部（10），其中在所述重叠部（10）的区域中设置有至少一对半导体元件（13）。

Description

具有热膨胀补偿单元的热电模块

技术领域

本发明涉及一种具有管状构型的热电模块及其制造方法。该热电模块用于构造适合用于将排气热能转化成电能的热电发电机。

背景技术

来自机动车发动机的排气含有热能，所述热能可以借助于一热电发电机转化成电能，以例如为电池或其它蓄能器充电或者直接给耗电器输入所需能量。因此，机动车能够以改善的能量效率运行并且为机动车的运行提供更多的能量。

这样的热电发电机具有至少一个热电模块，其中通常将多个这样的（构造相同的）模块电连接，使得它们共同地形成一热电发电机。用于此的热电材料是一种能有效地将热能转化成电能（塞贝克效应）和相反转化（帕耳帖效应）的材料。这种热电模块优选具有多个热电元件，这些热电元件设置在所谓的热侧和所谓的冷侧之间。热电元件包括例如至少两个半导体元件，它们是p型掺杂和n型掺杂的并且共同形成最小的热电单元。这些半导体元件在其（分别朝向热侧和冷侧的）上侧和下侧上交替地（wechselseitig）设有导电桥，从而分别使n型掺杂和p型掺杂的半导体元件彼此连接。通常这些导电桥相对于接纳热电元件的壳体电绝缘。如果在半导体元件的两侧提供温度梯度，则在半导体元件的端部之间形成一电势。在较热侧上的带电粒子由于较高的温度而被增强地激励到导电带中。由于在该过程中在导电带中产生的浓度差，带电粒子扩散到半导体元件的较冷侧，由此产生电势差。在热电模块中，使半导体元件、特别是大量的半导体元件电串联。为了使串联半导体元件的、所产生的电势差不彼此抵消，总是交替地使带有不同的主要带电粒子（n型掺杂和P型掺杂）的半导体元件直接电接触。借助于一连接的负载电阻可以使电路闭合、进而输出电功率。

特别适合用在机动车中的是管状热电模块，其中多个半导体元件环状地彼此相继地设置在一内管与一外管之间，其中该内管或外管被排气或热介质流经。由于跨热电模块存在的温度势（温差），使得热电模块经受各部件的不同热膨胀。为了提供耐久的热电模块，必须在热电模块内部或者在热电发电机内部对该不同的热膨胀进行补偿。

发明内容

基于此本发明的目的是，至少部分地解决参照现有技术描述的技术问题。特别是意图提出一种管状热电模块，该管状热电模块能够对热电模块各部件的不同热膨胀进行补偿并且从而即使在运行中也实现热电模块的高耐用性。希望能制造出耐热并且耐久的热电模块。

该目的通过具有权利要求1的特征的热电模块来实现。本发明的有利实施方案以及用于制造本发明的热电模块的方法在从属权利要求中给出。应当指出的是，在权利要求中单独列出的特征可以用任何技术上合理的方式彼此组合并且得出本发明的其它实施方案。说明书特别是与附图相结合地对本发明作出进一步的解释并且给出了本发明的其它的实施方案。

根据本发明的热电模块沿纵向延伸并具有外管和设置在外管内的内管以及设置在该外管和内管之间的中间腔。此外，设有至少一个第一带状结构和至少一个第二带状结构，所述第一带状结构从内管上的第一连接结构起而所述第二带状结构从外管上的第二连接结构起彼此沿相反的方向至少沿周向或沿纵向延伸并且至少沿周向或沿纵向至少部分地形成一重叠部。在所述重叠部的区域中设置有至少一个半导体元件或至少一对半导体元件。

在此，所述模块特别是具有双管的形式，其中外管和内管彼此同心地设置并且它们之间的环隙用作中间腔，在所述中间腔中设有热电元件。管的形状优选基本上是圆柱形的，但这一点并非绝对必要。因此，特别是也可以使用矩形或方形的管形状，在某些情况下，它们甚至可以在应力最小化和/或制造精度方面具有更好的效果。特别地在此所谓的热侧是设置在外管上还是设置在内管上是无关紧要的。

特别地，第一带状结构和/或第二带状结构由金属板条形成，它们在两个端部之间具有长度，在两个侧面之间具有宽度，以及在两个表面之间具有厚度。所述带状结构的重叠部涉及所考虑的各对第一带状结构和第二带状结构的至少一部分长度和至少一部分宽度。第二带状结构以其一端部与外管相连接，而第一带状结构本身以一端部与内管相连接。第一连接结构和/或第二连接结构在此优选设计成（特别是借助于焊接或通过钎焊连接）材料结合。当通过原子力和/或分子力将连接对象保持在一起时存在材料结合的连接。带状结构的相应另一端部伸入到中间腔中。特别地，带状结构为此至少部分地沿管件的纵向和/或沿管件的周向延伸，必要时还沿径向朝相对的管件延伸。在此，至少一对第一带状结构和第二带状结构（至少部分地）彼此重叠。该重叠部的区域在此情况下被用于在所述带状结构之间放置半导体元件，所述半导体元件因此利用带状结构一方面与热侧导热接触并且另一方面与冷侧导热接触。

在带状结构的表面上设有半导体元件，所述半导体元件特别是例如通过印制方法直接构建在带状结构上。特别是，半导体元件在带状结构上的构建按层地进行，使得可以针对相应的应用情况和建造位置来构造在耐热性、导热性等方面具有不同特性的半导体元件。特别是，设置在重叠部区域中的半导体元件设计成方形的、圆柱形的和/或圆环段形的。关于用于施加半导体元件的印制方法，特别是可以使用如下方法：可控喷印、连续喷印、喷泡式喷印。这些方法还可从为钎焊金属蜂窝体而施加层的技术领域已知（参见例如WOA12005021198，该文献作为示例整体被引用以说明所述方法）。同样，这些方法也可以用于将半导体材料施加到在此所述的带状结构上。特别是，作为无端材料提供带状结构，使得能以成本有利并且高产量的制造方法来施加半导体材料。带状结构在此后才被裁切到所需的尺寸，或者通过相应的分隔方法来实现这种裁切。

为使n型掺杂和p型掺杂半导体元件相应交替地彼此电连接以形成热电元件，在带状结构上设置特别是导电桥或者电导体结构。带状结构优选是金属的并且具有电绝缘部，所述电绝缘部使电导体结构与带状结构绝缘。特别地，在每一对第一带状结构和第二带状结构上仅设置一个热电元件，使得在各对带状结构上的热电元件同样能彼此并联或串联。当然也可以在每一对带状结构上仅设置一个半导体元件，使得通过与另一对带状结构电连接才形成热电元件。特别是，带状结构具有这样大的宽度，使得多个热电元件沿宽度的方向相继布置并且能彼此串联电连接。组成一个热电元件的相应的两个半导体元件在此优选沿长度方向并排设置。特别是多于一个热电元件沿带状结构的长度方向并排地串联或并联设置，从而确保通过热电元件对外管和内管之间的中间腔进行高度的空间利用。

据此，经半导体元件彼此连接的带状结构形成一种用于这两个管件的连接桥。所述连接桥在此情况下能够将至少一个管件的膨胀转化成管件的运动，或者这样补偿至少一个管件的膨胀，使得至少一个管件的运动不会损坏热电模块的功能，其中例如损坏了设置在管件之间的半导体元件或其电导体结构。在此，连接桥优选这样构造，使得热膨胀不仅利用中间腔中的构件来补偿，而且至少部分地转化成内管相对于外管的相对运动。换言之，热电模块的各构件的热膨胀必要时以如下方式补偿：使得热膨胀由带状结构完全吸收或者补偿和/或至少使得外管和内管能相对运动并且该运动通过中间腔中的构件（即带状结构、半导体元件等）这样补偿：使得应力被卸载并且避免热电模块的构件被损坏。这样，带状结构沿纵向的取向或者定向例如允许轴向移动，和/或带状结构沿周向的取向或者定向例如允许管件相对彼此扭转，这是因为带件的纵向膨胀或至少一个管件的膨胀引起一相应的相对运动或者允许该运动（由此卸载热电模块内部的应力）。在此观察到：带有半导体的中部区域在运行中尽管存在交变热载荷但仍能保持应力特别低。

尽管上文描述了在外管、内管与中间腔中的部件之间存在复杂的（即特别是联合的和/或同时的）补偿运动，但该补偿运动可以主要或甚至（基本上）仅由中间腔中的部件来实施。

根据一变型实施方案，外管和内管相对彼此这样地布置，使得热电模块的热膨胀通过外管相对于内管的相对运动来补偿。特别是这包括：整个内管相对于外管运动或反之，即特别是在任何位置处外管相对于内管在其定位方面都不是刚性固定的。

外管和内管在此这样地彼此（直接或间接）相连接和/或这样支承，使得当它们由于温度载荷膨胀和/或收缩时总体上能相对运动。这特别是表明：可以实现内管和外管的位移，由此确保在这些管件之间的剪切应力最小。

管状模块的各部件（外管、内管、半导体元件等）的热膨胀于是必要时附加地引起一沿热电模块的周向的（相对）运动（即例如相对彼此的扭转或者转动）和/或沿热电模块的纵向的（相对）运动（即例如相对彼此的轴向移动）和/或沿热电模块的径向的（相对）运动。这特别是表明：所述元件、即内管或外管中的至少一个在承受热负载时执行一运动，或特别是这两个元件相对彼此运动。通过该（相对）运动使热电模块内部的热应力被卸载，使得特别是通常极脆的半导体元件不被损坏并因此制造出耐久的热电模块。

该可相对彼此运动的管件的思想也可以独立于具有带状结构和在重叠部区域中的半导体元件对的模块构型实现，使得上述目的也可以通过下述热电模块（与上述模块构型无关地）来实现：

管状热电模块，该热电模块沿纵向延伸并具有外管、设置在外管内的内管以及设置在该外管和内管之间的中间腔，其中外管和内管这样相对彼此布置，使得模块的热膨胀通过外管相对于内管的相对运动来补偿。

为解释该基本思想，可以全面地参见上、下文。

本发明的热电模块的另一实施方式包括：热电模块沿纵向延伸并具有外管、设置在外管内的内管以及设置在该外管和内管之间的中间腔。外管和内管这样相对彼此布置，使得模块的热膨胀通过设置在中间腔中的部件来补偿。特别是，设置在中间腔中的热电元件这样设置，使得由不同的热膨胀引起的管件的相对运动不会引起设置在中间腔中的构件的损坏。优选地，外管相对于内管的相对运动仅通过设置在中间腔中的热电模块部件来补偿。由于固有的温差而在内管和外管之间引起不同的膨胀，并且希望尽可能地实现应力最小。该解决方案在此情况下在于，位于其间的对应力敏感的半导体元件这样设置（单独地和/或在必要时设置的“支撑件”上或者带状结构上），使得它们尽可能地（以尽可能低的载荷）跟随这两个管件的相对运动。所涉及的部件特别是至少包括半导体元件和/或半导体元件设置在其上的必要时设置的支撑件或者带状结构。

优选地，不是通过外管或内管的结构上的措施（例如折曲等）来确保对不同热膨胀的补偿，而是仅通过外管相对于内管的相对运动和/或通过设置在中间腔中的部件的设置或补偿运动来确保对不同热膨胀的补偿。

根据热电模块的另一特别优选的实施方式，第一连接结构和第二连接结构相对于热电模块的周向倾斜布置或者相对于热电模块的纵向倾斜布置。在连接结构的这样的取向或定向下，可以使带状结构的较长长度通过一连接过程（例如硬或软钎焊或焊接）而与内管和外管相连接，由此可以降低制造成本。这一点特别是在如下情况下是合适的：使用尽可能少的带状结构并且尽管如此希望实现中间腔中的半导体元件的高空间利用。

根据热电模块的另一特别优选的实施方式，第一连接结构在内管上螺旋状地延伸，而第二连接结构在外管上螺旋状地延伸。在此特别优选的是，所有第一带状结构都以唯一的螺旋形的第一连接结构被固定（特别是焊接或钎焊）在内管上，和/或所有第二带状结构都以唯一的螺旋形的第二连接结构被固定（特别是焊接或钎焊）在外管上。

通过在设置在外管与内管之间的中间腔中的带状结构上设置半导体元件，至少是热电模块沿径向的热膨胀经由带状结构被弹性地吸收。由部件、即内管或外管之一或这两个管相对彼此引起的热电模块沿纵向的膨胀可以通过带状结构的端部分别指向所述纵向的带状结构布置来补偿，或者也可以通过带状结构相对于纵向的倾斜布置来补偿，其中不同热膨胀的仅一部分沿纵向得到补偿。待补偿热膨胀的另一部分则沿热电模块的径向和/或周向被吸收。在补偿该不同的热膨胀时，内管相对于外管运动。同样可以利用内管和外管相应产生的热膨胀来产生该运动，并且将它们连接起来的带状结构或者半导体元件相应地避让/顺从。带状结构可以沿径向弹性地补偿热应力。沿热电模块的周向或纵向的热膨胀同时意味着对于半导体元件的剪切应力，但该热膨胀通过内管相对于外管的运动并且通过带状结构的相应倾斜而被卸载。由于此原因可将由外管和内管组成的组中的至少一个部件设计成可动的，从而能够实现内管相对于外管的相对运动。

在热电模块的内管和/或外管的可动布置结构中，特别应注意的是，应保持内管和/或外管在热电发电机内部的连接，其中特别是应保持中间腔的密封性以及热侧相对于冷侧的密封性。出于此原因，特别是应在相应的管端部上设置用于内管和/或外管的滑座，以允许内管和/或外管相对于接纳部或热电发电机的壳体以较小程度运动，而不会损害热电模块本身的密封性或者热侧相对于冷侧的密封性。

根据热电模块的另一特别优选的实施方式，至少沿热电模块的周向或沿热电模块的纵向设置多个第一带状结构和多个第二带状结构。特别是提出，沿周向相继地设置至少六（6）对第一和第二带状结构，所述第一和第二带状结构特别是螺旋状地——即沿热电模块的纵向并且沿周向——延伸穿过整个热电模块并且因此在相应的第一带状结构和相应的第二带状结构之间容纳多个半导体元件。特别是因此每一对设有多于20个、特别是多于50个、特别有利的是多于100个热电元件。该多个热电元件例如可以通过印制方法施加到特别是无端的带状结构上，所述带状结构在印制之后至少与半导体材料一起被切分成具有希望的长度和宽度的相应的第一和/或第二带状结构。

尽管优选内管和/或外管是独立的部件，但这也不是强制的。因此，这样的内管/外管也可以（局部）地形成有带状结构本身，例如通过将该带状结构在端部区域上卷绕地构造成稳定的管件。这样，带状结构的端部区域至少部分地形成相应的管件，而带状结构的另一端部区域形成带有半导体元件的重叠部。特别是多个带状结构并排布置并且被螺旋地卷绕，使得可以形成具有用于半导体元件的相应重叠部的内管或外管。

内管和外管之间的中间腔特别是被填充以空气、真空或保护气环境，使得各部件沿径向、沿纵向和沿周向实现不受限的热膨胀、以及使带状结构沿径向实现不受限的弹性运动。通过空气、真空或保护气环境同时确保了：半导体元件之间的电绝缘以及热侧和冷侧之间的良好热绝缘。

半导体元件对中间腔的填充度优选在20%～80%的范围内，特别是在20%～40%的范围内。对中间腔的填充度在此指的是在内管与外管之间理论上在无带状结构的情况下能够通过半导体材料完全填充的体积。在内管和外管之间通过半导体材料完全填充的中间腔因此具有100%的填充度。

根据本发明的另一方面，提出一种用于制造本发明的热电模块的方法，该方法至少包括以下步骤：

a）提供至少一个第一带状结构和至少一个第二带状结构，

b）将导电的导体结构至少施加到第一带状结构或第二带状结构上，

c）将半导体元件施加到至少一个带状结构的导体结构上，

d）将所述至少一个第一带状结构和所述至少一个第二带状结构分别设置成一对，其中第一带状结构和第二带状结构在一区域中形成重叠部，使得半导体元件分别经电导体结构与带状结构相连接，并且能够沿相应的一对第一带状结构和第二带状结构产生电流。

特别是，该带状结构在步骤d）之后才与内管和/或外管例如通过焊接方法、钎焊方法和/或粘接连接材料结合地连接来制造热电模块。

还应当指出的是，特别是对于金属带状结构的情况，在执行步骤b）之前还施加电绝缘层，由此确保金属结构与导体结构的电解耦。

根据方法的另一特别优选的实施方式，在步骤d）中或在步骤d）之后使至少内管或外管至少部分地通过带状结构形成。这特别是意味着，不为内管和/或外管补充另外的管元件，而是内管和/或外管仅通过带状结构形成。必要时特别是可以设置如下的管件端部区域：其已经具有特别的构造以使之具有一相对于热电发电机壳体的滑座或滑架并且从而能在热电模块内部提供内管或外管的相对运动并且能确保相对于其它部件的密封性。

如果借助印制方法来施加半导体元件，则另外提供了一种在制造技术方面简单的方法。在该方法中，可以将带状结构连续地输入例如一印制机，在那里将热电材料迅速并可靠地施加到所述带状结构上的希望位置处。必要时也可以预先或并行地产生导体结构。

另外提出一种热电发电机，该热电发动机具有多个本发明的热电模块或按照本发明的方法制造的热电模块，所述热电模块彼此电连接。特别是将一热电模块这样设置在壳体或热电发电机中，使得至少热电模块的冷侧以其相应的端部在空间上固定地设置。特别是，另外热侧的一端部在空间上固定，使得内管相对于外管的运动仅通过设置在热侧的管件的膨胀来实现。特别是，至少是热侧和必要时还有冷侧不具有另外的用于卸载热膨胀的另外的补偿特征，例如管件的折曲等。

本发明特别是应用在机动车中。热电发电机的热侧在此由机动车发动机的排气流过，而冷侧则例如由水循环回路形成。

附图说明

下面参照附图更详细地解释本发明以及其技术领域。应当指出的是，附图示出本发明的特别优选的变型实施方案，但本发明不限于此。附图示意性地示出：

图1：管状热电模块，

图2：图1的局部图，

图3：管状热电模块的另一实施例，

图4：用于制造热电模块的方法的步骤a），

图5：用于制造热电模块的方法的步骤b），

图6：用于制造热电模块的方法的步骤c），

图7：用于制造热电模块的方法的步骤d），

图8：半导体元件在带状结构之间的布置结构，

图9：热电模块在两个接纳部之间的布置结构，以及

图10：带有热电发电机的机动车。

具体实施方式

图1示出一热电模块1，该热电模块具有一外管2和一内管3，所述外管和内管沿纵向9延伸。内管3在此与一热侧22（例如内燃机的排气流）相连，而外管2与一冷侧23相连。在外管2和内管3之间形成一中间腔4，在该中间腔中布置有第一带状结构5和第二带状结构7。该第一带状结构5经第一连接结构6与内管3相连接，所述第一连接结构沿周向延伸。第一带状结构5沿纵向9和径向24以一方向11从第一连接结构6延伸出。第二带状结构7经第二连接结构12与外管2相连接并且以与第一带状结构5相反指向的方向11从第二连接结构12延伸出。在一对第一带状结构5和第二带状结构7之间形成重叠部10，在该重叠部内布置有半导体元件13，所述半导体元件与第一带状结构5和第二带状结构7相连接。

图2示出图1的局部，根据该局部图可看到对热膨胀的补偿。第一带状结构5经第一连接结构6与内管3相连接。由于内管3布置在热侧22，所以内管3不仅沿纵向9而且沿径向24膨胀。该热膨胀导致一运动21，该运动应当相对于外管2得到补偿。第二带状结构7经第二连接结构12与外管2相连接并与第一带状结构5一起形成重叠部10，在该重叠部内布置有一半导体元件13。第一带状结构5和第二带状结构7由此形成一对16。该对16具有区段高度17，该区段高度限定了沿径向24在第一连接结构6与第二连接结构12之间的距离。该对16另外具有区段长度20，该区段长度限定了沿纵向9在第一连接结构6与第二连接结构12之间的距离。另外，该对16具有对角角度19，该对角角度形成在外管2与对角长度18之间或者形成在内管3与对角长度18之间，该对角长度连接第一连接结构6与第二连接结构12。

沿纵向9以及沿径向24的热膨胀在此情况下通过内管的相对运动21来补偿，使得能够避免作用在半导体元件13上的剪切应力。内管3沿纵向9和沿径向24的运动21导致对角角度19改变，由此使该对角角度变小（见箭头方向）。由于内管3沿径向24的热膨胀还使对角长度18改变，使得剪切应力被引入到半导体元件中。对角长度18的该改变在此情况下通过内管3的相对运动21得到补偿，该相对运动由此使第一连接结构6远离第二连接结构12。由此使对角长度18保持恒定并且避免可能作用于半导体元件13的剪切应力。通过该组合的可能补偿方案，即一方面通过内管3相对于外管2的可能的相对运动21、另一方面通过带状结构5、7的弹性布置，使得不会有剪切应力传递到半导体元件13上，由此使所述半导体元件不受任何结构负载。补偿效果特别是以如下方式实现，使得半导体元件在带状结构上的热膨胀（亦即对角地）与周围区域的热膨胀（亦即内管和外管相对运动）相协调。

另外，通过对对角长度18和对角角度19参数的特定选择可以实现：降低内管3相对于外管2的相对运动21，仅由于热膨胀进行布置在热侧22上的管2、3的沿纵向9的长度改变，并且无需附加的相对运动21来补偿沿径向24的热膨胀。在所述管2、3之一上的高温以降低区段高度17的相对运动21引起沿径向24的热膨胀，并且另外以增大区段长度20的相对运动21引起沿纵向9的热膨胀。所述热膨胀以及相应的相对运动21特别是还包括各部件34——例如带状结构5、7的部件——的附加的热膨胀。通过对角长度18和对角角度19的适当的初始值，在此情况下可以相对地补偿对于特定的温度范围已知的沿径向24和纵向9的热膨胀。如果由于区段高度17降低引起的对角长度18的缩短通过由于区段长度20的增大引起的对角长度18的加长而被抵消，则该补偿完成。

图3示出热电模块1的另一变型实施方案，其中热电模块1具有一环状的外管2和一环状的内管3，带有沿周向8和沿径向24延伸的第一带状结构5和第二带状结构7。所述第一带状结构5和第二带状结构7均形成一重叠部10，在该重叠部内部设置有两个半导体元件13，这两个半导体元件各形成一热电元件。与热侧22相连接的内管3沿径向24的膨胀一方面通过带状结构5、7的渐开线形的布置来补偿并且必要时附加地通过内管3相对于外管2沿周向8的运动21来补偿。由此同时对由热侧22的加热引起的第一带状结构5的膨胀进行补偿。参照图2所述的定义可以相应地转移到根据图3的实施方式。内管3沿径向24的膨胀一方面降低了区段高度、进而还减小了对角长度。为了补偿而进行内管3沿周向8的相对运动21，使得对角长度增加一相应量并且避免可能引起半导体元件13损坏的剪切应力。通过带状结构5、7在外管2或者内管3上的倾斜布置可另外补偿内管3相对于外管2的纵向膨胀。这一点特别是在带状结构5、7螺旋布置的情况下得以实现。另外，在此可以通过对对角长度和对角角度参数的特定选择来至少部分地避免内管3的附加相对运动21，这是因为为了增加对角长度所需的内管3沿周向8的运动21在此情况下能够通过内管3沿纵向的热膨胀至少部分地补偿。

图4示出用于制造热电模块1的方法步骤a），其中提供第一带状结构5和第二带状结构7。带状结构5、7在两个端部25之间具有一长度26，并且在两个侧面27之间具有一宽度28。另外，所述带状结构由以厚度30彼此间隔开的两个表面29限定。

图5示出用于制造热电模块1的方法步骤b），其中将导电的导体结构14施加到第一带状结构5和第二带状结构7上。将在图右部以虚线示出的导体结构14设置在第二带状结构7的位于下部的表面上。

图6示出用于制造热电模块1的方法步骤c），其中将半导体元件13施加在第一带状结构5的导体结构14上。

图7示出用于制造热电模块1的方法步骤d），其中将第一带状结构5和第二带状结构7设置成一对16，所述带状结构形成一重叠部10，使得半导体元件13能够在第一带状结构5和第二带状结构7之间被布置到导电的导体结构14上。所述对16由此形成一热电元件，该热电元件在被施加温度势时适合于产生电流15。

图8示出半导体元件13在带状结构5与7之间的布置结构，所述带状结构形成一对16。半导体元件13设置在重叠部10的区域中。

图9示出热电模块1在两个接纳部32之间的布置结构。内管3与热侧22相连接，外管2与冷侧23相连接。内管3相应地在其中一个接纳部32中与一滑座33接合，从而能够实现内管3相对于外管2的相对运动21。

图10示出本发明在机动车35中的优选应用。机动车35在此具有一内燃机36或另外的热源。在内燃机36中产生的热排气被引导穿过一排气管路37，其中所述排气还穿流过热电发电机31，该热电发电机具有多个（管状）热电模块1。另外，热电发电机31与一冷却管路39（例如发动机水冷回路）相连接，使得排气能流过热电发电机31的热侧并且冷却剂能流过热电发电机31的冷侧。这可以利用一控制单元38调节和/或监控，使得能够经由控制单元38操作热电发电机31，必要时借助于关于排气系统和/或内燃机的运行的反馈（通过箭头表示）。

因此，本发明至少部分地解决了参照现有技术所述的问题。特别是提供了一种管状热电模块，该管状热电模块使得热电模块各部件的不同热膨胀能得到补偿，并且因此实现了即使在运行中也具有高耐用性的热电模块。因此提出了一种耐热并且耐久的热电模块。

附图标记列表

1 热电模块

2 外管

3 内管

4 中间腔

5 第一带状结构

6 第一连接结构

7 第二带状结构

8 周向

9 纵向

10 重叠部

11 方向

12 第二连接结构

13 半导体元件

14 导体结构

15 电流

16 对

17 区段高度

18 对角长度

19 对角角度

20 区段长度

21 运动

22 热侧

23 冷侧

24 径向

25 端部

26 长度

27 侧面

28 宽度

29 表面

30 厚度

31 热电发电机

32 接纳部

33 滑座

34 部件

35 机动车

36 内燃机

37 排气管路

38 控制单元

39 冷却管路

Claims (9)

1.一种热电模块（1），该热电模块沿纵向（9）延伸并具有外管（2）、设置在所述外管（2）内的内管（3）以及设置在该外管和内管之间的中间腔（4），其中设有至少一个第一带状结构（5）和至少一个第二带状结构（7），所述第一带状结构（5）从所述内管（3）上的第一连接结构（6）起而所述第二带状结构（7）从所述外管（2）上的第二连接结构（12）起彼此沿相反的方向（11）至少沿周向（8）或沿纵向（9）延伸并且至少沿周向（8）或沿纵向（9）至少部分地形成一重叠部（10），其中在所述重叠部（10）的区域中设置有至少一对半导体元件（13）。

2.根据权利要求1所述的热电模块（1），其中，所述外管（2）和所述内管（3）相对彼此布置成使得所述模块（1）的热膨胀通过所述外管（2）相对于所述内管（3）的相对运动（21）来补偿。

3.根据上述权利要求之一所述的热电模块（1），其中，所述第一连接结构（6）和所述第二连接结构（12）相对于所述热电模块的周向（8）倾斜布置或者相对于所述热电模块的纵向（9）倾斜布置。

4.根据上述权利要求之一所述的热电模块（1），其中，所述第一连接结构（6）在所述内管（3）上螺旋状地延伸，所述第二连接结构（12）在所述外管（2）上螺旋状地延伸。

5.根据上述权利要求之一所述的热电模块（1），其中，至少沿所述热电模块（1）的周向（8）或沿所述热电模块（1）的纵向（9）设置多个结构（5）。

6.一种用于制造根据上述权利要求之一所述的管状热电模块（1）的方法，至少包括以下步骤：

a）提供至少一个第一带状结构（5）和至少一个第二带状结构（7），

b）将导电的导体结构（14）至少施加到所述第一带状结构（5）或所述第二带状结构（7）上，

c）将半导体元件（13）施加到至少一个带状结构的导体结构（14）上，

d）将所述至少一个第一带状结构（5）和所述至少一个第二带状结构（7）分别设置成一对（16），其中所述第一带状结构（5）和所述第二带状结构（7）在一区域中形成重叠部（10），使得所述半导体元件（13）分别经电导体结构（14）与所述带状结构相连接，并且能够沿相应的一对（16）第一带状结构（5）和第二带状结构（7）产生电流（15）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在步骤d）中至少使所述内管（3）或所述外管（2）通过所述带状结构（5，7）至少部分地形成。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，借助印制方法来施加半导体元件（13）。

9.一种热电发电机（31），包括多个根据权利要求1-5中任一项所述的热电模块（1）和/或根据权利要求6-8中任一项所述的方法制造的热电模块（1），所述热电模块彼此电连接。

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