CN103503184A - 车辆热电发电机的热电模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括内周向表面（2）、轴（3）和外周向表面（4）的热电模块（1）。包括热电材料（6）的多个半导体元件（5）沿所述轴（3）的方向被设置在所述内周向表面（2）与所述外周向表面（4）之间并且以交替的方式电互连。所述半导体元件（5）的至少一部分具有至少一个内框部分（7）或外框部分（8），并且至少某些内框部分（7）形成中断的内周向表面（2）或至少某些外框部分（8）形成中断的外周向表面（4）。

Description

车辆热电发电机的热电模块

技术领域

本发明涉及热电模块。更具体地说，本发明涉及在车辆用热电发电机中使用的热电模块。

背景技术

车辆内燃机产生的废气本身带有热能，这些热能可通过热电发电机转换为电能，例如用于为电池或其它蓄电装置充电和/或直接将必要的能量提供给电消费产品。从而以改善的能量效率操作车辆，增加可用于车辆操作的能量。

此类热电发电机包括至少一个热电模块。热电模块例如包括至少两个半导体元件（p型和n型），这两个半导体元件交替地具有位于其上侧和下侧（分别面向热侧和冷侧）的导电桥，这两个半导体元件还形成最小的热电单元或热电元件。热电材料的类型能够将热能转换为电能（塞贝克效应）以及将电能转换为热能（帕尔贴效应）。如果同时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电势。热侧上的载荷子通过较高温度逐渐被激励到导带。由于导带中具有此过程产生的浓度差，因此电荷载流子扩展到半导体元件的冷侧，从而产生电势差。在热电模块中，大量半导体元件优选地进行电串联。为了使所产生的串联半导体元件的电势差不会彼此抵消，半导体元件始终交替地与不同的多数电荷载流子（n型和p型）直接进行电接触。可通过连接的负载电阻接通电路，从而允许分接电源。

为了确保半导体元件始终可用，通过在导电桥与热电材料之间设置扩散阻挡层，该扩散阻挡层防止电桥或铜材料中包含的材料扩散到热电材料中，从而防止半导体材料或热电元件出现效率损失或功能故障。热电模块和半导体元件一般通过组装个别部件（热电材料、扩散阻挡层、导电桥、绝缘及其它任何外壳元件）以形成上面流动热或冷介质的热电模块构造而成。组装大量个别部件还需要精确地协调个别部件容差并允许热量从热端传递到冷端，另外还需充分地接触导电桥，从而可通过热电模块产生电流。

为了在热电模块中设置这些半导体元件，通常提供外壳、壁和/或与半导体元件附接的支撑管来从外部确定模块。这样具体可导致具有高容差要求的设置，首先可以实现半导体元件相对于电连接和外壳位置的精确安装配置。其它问题包括：由于内外外壳部分上的热负荷不同，还必须在不向热电材料引入特别高的应力的情况下，补偿这些部件的不同膨胀性质。明确地为了制造此类热电模块，需要将多个部件轻松地相互组合，以便于存储和处理，同时在组装这些部件之时产生轻型稳定的结构。

基于此，本发明的目标是至少部分地解决所列出的与当前发展状况有关的问题。具体而言，旨在规定从技术上很容易制造的热电模块，此模块的部件数量更少，可以稳定地实现所需目的和/或另外具有更高的效率，从而能够通过废气的热能产生电能。

这些目标通过根据权利要求1的热电模块实现。本发明进一步的有利开发在所附权利要求中指定。在权利要求中单独描述的特征可以通过技术上适当的方式相互组合并且列出本发明的进一步开发。所述描述具体与附图结合，进一步对本发明进行了解释并且引述本发明的其它示例性实施例。

发明内容

根据本发明的热电模块具有内周向表面、轴和外周向表面，包括热电材料的多个半导体元件沿所述轴方向被设置在所述内周向表面与所述外周向表面之间并且依次进行电互连。此外，所述半导体元件的至少一部分包括至少一个内框部分或外框部分。而且，至少内框部分形成中断的内周向表面或外框部分形成中断的外周向表面。

所述热电模块具体组成热电发电机的单独部件。在此处，热电模块优选地包括连接，所述改接可用于将此类热电模块电连接到多个其它热电模块。具体而言，所有集成半导体元件的电连接因此在热电模块内部完成。此类热电模块现在在一侧暴露到冷却介质，在另一侧暴露热介质。这里主要考虑热电模块通过其外周向表面与冷却介质的接触以及通过内周向表面与热介质（具体是指废气）的接触，并且这些介质穿通过周向表面和/或围绕周向表面流动。因此，内周向表面实际形成所谓的热电模块的热侧，外周向表面形成所谓的热电模块的冷侧。

而且，所述热电模块优选地采取细长型设计，也就是说，例如采取轨道或管状形式。尽管所述热电模块最优选地大体采取圆柱形或管状形式进行设计，但是形成并非绝对如此。具体而言，也可以针对此类热电模块采用椭圆横截面或多边形横截面。根据此设计，然后也可以识别中心轴、内周向表面和外周向表面。内周向表面在这里具体确定内部管道，热介质（废气）可以流过此管道。

热电材料也可以被置于该内周向表面与所述外周向表面之间，这些材料分别被指定给所谓的半导体元件。多个此类半导体元件可以沿轴的方向相互层叠设置，具体以下列方式，使具有p型半导体材料的半导体元件与具有n型半导体材料的半导体元件交替地相互邻近地设置。在这方面，具有预定掺杂类型的半导体元件最优选地围绕整个内周向表面（例如，采取盘形或环形方式）延伸。所述热电材料现在由内框部分和/或外框部分包围。所述半导体元件在每种情况下优选地包括内框部分和外框部分，这两部分在每种情况下从内部和外部完全包围热电材料。例如，根据所述半导体元件的形状，所述框部分采取环形或圆柱设计形式。

所述热电材料较优选地非真正（non-positively）连接到（压到）所述框部分。“非真正连接（non-positive connection）”通过力传导实现。这些例如包括压缩力和/或摩擦力。非真正连接的连贯性单纯通过作用力保证。

进一步优选地，所述框部分同时形成热电材料和电导体的扩散阻挡层。镍和钼优选地作为所述框部分的材料，这些材料在任何一种情况下最优选地占所述框部分质量的至少95%。具体而言，下面的材料被视为适合的热电材料：

n型：Bi₂Te₃；PbTe；Ba_0.3Co_3.95Ni_0.05Sb₁₂；Ba_y(Co,Ni)₄Sb₁₂；CoSb₃；Ba₈Ga₁₆Ge₃₀；La₂Te₃；SiGe；Mg₂(Si,Sn)；

p型：(Bi,Sb)₂TE₃；Zn₄Sb₃；TAGS；PbTe；SnTe；CeFe₄Sb₁₂；Yb₁₄MnSb₁₁；SiGe；Mg₂(Si,Sb)。

所述热电材料和所述半导体元件现在依次地电互连，以便根据所述内周向表面与所述外周向表面之间的温差，形成通过所述热电模块和所述热电材料的电流。所述电连接可通过金属桥、电缆、铜焊（brazing）材料或类似的材料实现。如上所述，所述电连接优选地通过框部分实现（唯一地）。

在根据本发明的热电模块开发过程中，所述内框部分现在不形成封闭的内周向表面和/或所述外框部分不形成封闭的外周向表面。具体而言，这意味着所述内周向表面和/或所述外周向表面不以封闭壳壁的方式进行设计；而是在这里提供开口。例如，如果所述热电模块实现为管状形式，则存在圆柱形内周向表面和/或圆柱形外周向表面。但是，所述内框部分现在仅形成圆柱形内周向表面的一部分，以便该（名义）圆柱形内周向表面的一部分具有开口或被中断。这也相应地适用于（名义）圆筒柱形外周向表面。该外周向表面同样通过所述外框部分不完全地勾画。尽管此处示出管状热电模块，但是这类外形也能类似地传递给所述热电模块的其它横截面形状。例如，所述外周向表面中的这些开口允许即使在组装所述半导体元件之后，也能从外面访问所述内框部分执行安装和/或接合操作。此处提供开口的进一步原因还有：所述热电模块以及所述外周向表面或所述内周向表面区域中的所述半导体元件的层叠和/或接合设置在轴方向上并非刚性的（rigid），而是可以替代地使用开口来补偿热膨胀和/或制作容差。而且，如果通过每个（中心设置的）半导体元件，同时在所述内周向表面的区域和所述外周向表面的区域中（也就是说，例如，在通过所述外框部分在一个端面和通过所述内框部分在另一端面上）形成与邻近半导体元件的连接区，则可以创建内在稳定的热电模块，无需进一步的外壳来稳定或支撑此设置。具体而言，可以免除附加的内套管和/或外套管。根据这点，可以立即看出此半导体元件的设置以及各个框部分的外形和连接从技术上很容易实现。此外还能创建能够承受进一步的加工操作并接着在所述热电发电机中使用的稳定设置。

根据所述热电模块的开发，建议所述半导体元件包括在所述内框部分与所述外框部分之间设置的热电材料，所述内框部分和所述外框部分分别在一侧伸出超过所述热电材料，其中它们与邻近的框部分形成内在牢固的连接区。在本上下文中，所述热电模块的所有半导体元件（除了开头和结尾的半导体元件）最优选地与邻近的框部分形成对应的连接区。在此，外框部分最优选地始终与外框部分相连，内框部分最优选地始终与内框部分相连。在此方面，优选地情况是单个半导体元件中的所述内框部分和所述外框部分沿平行于轴的不同方向突出。在本上下文中，此处的每个框部分仅在所述热电模块的一侧上突出。但是优选地，首先是所述内框部分，然后是所述外框部分在所述热电材料的两侧之一上最远地突出。这种内在牢固的连接区例如可通过铜焊连接、粘和接合连接或焊接（welded）连接实现。所述连接区目前具体被设计为能够在操作车辆热电发电机期间吸收轴方向或径向产生的静态力、动态力和热力。为此，所述连接区在每种情况下最优选地沿所述框部分的整个周边延伸，例如作为邻近外框部分之间和相邻内框部分之间的周向焊缝。这些连接区现在特别确保所述热电模块内在牢固和稳定，以便提供多个半导体元件的固定设置。在这里，此类热电模块中具体有10个以上，更具体地有30个以上，优选地具有50个以上的这样的半导体元件被层叠并交替形成有连接区的元件。即使在这种细长型大热电模块中，也可免除用于稳定的附加内壁和/或附加外壁，具体而言，能够降低制造成本和材料支出。

根据所述热电模块的优选开发，至少所述内框部分或所述外框部分包括绝缘层。该绝缘层可以按区域提供和/或在所述内框部分和/或所述外框部分的整个表面上提供，具体用于电流路径的电绝缘。在此，具体可以使用包括氧化铝（Al₂O₃）等等的绝缘层。

此外，有利地形成自由空间，此空间对应于邻近半导体元件的热电材料的间隔（位于所述中断的外周向表面中的邻近的外框部分之间）。具体而言，这意味着具有所述外框部分的所述半导体元件被设置为使得在所述外周向表面中的所述开口区域中创建最大可能的自由空间，此自由空间具体不受所述外框部分的突出区域的限制。具体而言，这样允许应用在此使用最大可用自由空间，例如以便从外部形成此自由空间中所述内框部分之间的所述连接区。因此，具体可使用焊接设备，通过此相对较大的自由空间形成所述内框部分之间的焊缝。具体通过所述外框部分终止为与所述热电材料的侧面齐平而完成。因此，邻近的外框部分现在与所述邻近的热电材料的上侧和下侧的间隔一样大地相互间距。在组装状态中，通常形成沿周向方向到处扩展的自由空间，此空间通过所述邻近的内框部分的径向外周向表面、邻近的热电材料的相对上侧和下侧以及外周向表面中的相关开口限定。因此，在圆柱形、管状热电模块的情况下，所述自由空间的形状基本为环形，所述形状与所述轴同心设置并在邻近的热电材料之间延伸。

根据一个开发，在至少位于所述中断的外周向表面中的邻近外框部分之间形成以多孔绝缘材料填充的自由空间。具体而言，这表示所述可以从外部径向访问，并位于邻近的热电材料之间的自由空间不是（唯一地）由空气填充，此处（额外地）提供多孔绝缘材料。具体而言，所述材料现在用于在邻近的半导体元件之间的过渡区中提供电绝缘。所述绝缘材料同样可用于降低或防止所述自由空间区域中所述内周向表面与所述外周向表面之间的显著温度平衡。具体而言，所述绝缘材料的所述多孔设计意味着质量很轻，并且作为热绝缘体，可以具有更高比例的空气。尤其值得考虑的此类多孔绝缘材料是高孔隙度固体，其中例如，至少95%或甚至至少99%的体积由孔构成。此处，绝缘材料优选地具有多树突结构，也就是说，特定链的分支具有大量开孔形式的间隙，具体而言，以便形成相对稳定的海绵状网络结构。此处最优选的是使用所谓的气凝胶，例如基于硅酸盐气凝胶。

此外，有利地至少在所述中断的内周向表面或所述中断的外周向表面上提供内在不稳定的外套。配置此类内在不稳定的外套具体为了防止不希望的物质进入所述热电材料与所述半导体元件之间的中间区域。此类内在不稳定的外套具体位于所述热电模块的所述冷侧。例如，诸如所谓的收缩管之类的塑料膜只能用于此目的。因此，例如可以通过所述内在不稳定的外套防止围绕所述外周向表面流动的水与所述热电模块中的电路和/或热电材料发生接触。术语“内在不稳定的”外套此处旨在具体表示该外套对所述热电模块稳定性的影响只有小的程度或可以忽略。该稳定性通过所述邻近的框部分的连接区实现。

鉴于此，有利地在所述内在不稳定的外套与所述外周向表面和/或所述内周向表面之间设置粘合剂。具体而言，该粘合剂在所述内部不稳定的外套与形成所述外周向表面的所述外框部分之间放置。因此，可以在所谓的所述热电模块冷侧上使用对应的粘合剂，此粘合剂具有至少150℃，具体而言，至少200℃的“低”耐温性。在此，最大耐温性具体为250℃。所述粘合剂具体而言具有导热性，以便所述热电模块上的热流仅受小程度影响。

此外，可以在所述中断的内周向表面中的邻近内框部分之间形成通过密封桥接的间隙。根据所述邻近半导体元件的外框部分和内框部分优选地分别连接到相同类型的其它部分这一事实，所述内周向表面和所述外周向表面从所述轴的方向看去，分别交替地中断。此处选择的术语是为了描述所述外周向表面区域中的开口是自由空间；当开口位于所述内周向表面区域中时，使用术语“间隙”。此处的“间隙”是指在所述内框部分的相对端面之间形成的裂缝区域。因此，在圆柱形、管状热电模块的情况下，所述间隙的形状为基本与所述轴同心的环形形状。所述内周向表面中的开口或所述间隙然后根据所述相对的内框部分的外形而尺寸不同。如果在此处，邻近半导体元件的所述内框部分不伸出超过所述热电材料，则所述间隙的宽度基本与邻近半导体元件的所述热电材料的间隔宽度相同。如果所述内框部分被设计为至少在半导体元件的一侧突出，则该间隙变得较小。特别是当热废气在所述内周向表面内部通过所述热电模块时，例如，会阻止废气进入此间隙（进入位于它后面的自由空间），防止导致所述内周向表面与所述外周向表面之间出现温度平衡。因此，提出对所述间隙进行密封的建议。为此在所述一个半导体元件的所述内框部分与所述邻近半导体元件的所述内框部分之间放置对应的密封材料。具体而言，在此放置密封之后，即使所述内框部分发生相对（轻微的）运动和/或即使出现所述间隙的不均匀外形，也会在各种操作条件下实现所述间隙的实际气密密封。为此，所述密封可被设计为例如与所述内框部分进行主动互锁，和/或它可以具有可移动设计。（主动互锁连接通过使至少两个啮合部件相互啮合来实现。机械连接表示所述啮合部件即使在缺少或中断传递力时，也无法相互分离）。此处的密封特别适合于经受接近400℃，甚至接近700℃的温度。优选地设计类似的密封材料，以便所述间隙或所述密封条区域中的邻近半导体元件的热膨胀性质可以得到补偿。

根据所述热电模块的进一步的开发，所述半导体元件在所述中断的内周向表面的区域中形成用于密封材料的容器（receptacle）。此类容器例如可以由对应的自由空间形成，例如，自由空间倚靠所述外框部分、所述热电材料以及可能的（部分地）所述内框部分，在所述自由空间的部分或全部中放置密封材料。所述密封材料和所述框部分也可以形成主动互锁，例如通过舌槽（tongue-and-groove）接合的方式。此密封材料的特殊作用在于阻碍，甚至阻止废气在所述热电材料之间传播，以便此处同样在操作期间保持所述内周向表面与所述外周向表面之间的温度梯度。所述密封材料还可用于形成电绝缘。特别优选地使用云母（硅酸铝）或类似的材料作为密封材料。

此外，有利地至少部分地为所述半导体元件的所述热电材料提供涂层。具体而言，此类涂层用于永久地确保所述热电材料的成分或组成。具体而言，在所述热电材料的所述侧面以及所述上端侧和/或所述下侧的整个表面上提供所述涂层，以便所述热电材料最优选地被内框部分、外框部分和该涂层彻底包围。

本发明特别应用于车辆，具体应用于车辆。因此，提出一种具有内燃机、排气系统和冷却系统的车辆，其中提供热电发电机，该热电发电机包括多个此处所述的根据本发明的模块，其中所述排气系统穿过所述热电模块的所述内周向表面延伸，所述冷却系统沿所述热电模块的所述外周向表面在外部延伸。也就是说，换言之，所述冷却系统的冷却剂沿着所述热电模块的所述外周向表面延伸，以使所述热电模块的所述外周向表面构成所述冷侧。这也表示热废气在所述热电模块的所述内周向表面确定的管道内部流动，以使所述内周向表面构成所述热侧。在此处，所述热电发电机更优选地通过管束（tube bundle）的方式构造，其中一方面，多个所述热电模块与所述排气系统相连，以便热废气流过所述排气系统，另一方面，所述热电模块例如在公共（间隔的）外壳中进行设置，以便冷却剂流可以环绕它们流动。很明显，需要提供对应的电连接和线来保证可靠地产生电流以及传输电流、冷却剂和废气。

附图说明

下面参考附图更详细的解释本发明及发展状况。必须指出，附图中示出的示例性实施例为优选实施例，但是本发明并不限于这些。所述附图示意性地示出：

图1：形成热电模块的多个半导体元件的设置，

图2：热电模块的设计变形的横截面，

图3：半导体元件的进一步设计变形的横截面，

图4：半导体元件的进一步设计变形的横截面，以及

图5：具有热电发电机的车辆的图。

具体实施方式

图1示意性地示出如何组装多个半导体元件5以制造具有根据本发明引述的特征的热电模块。首先需要指出，在此处，所有半导体元件5具有基本相同的设计，具体而言，关于外框部分8、热电材料6和内框部分7的设置和尺寸。现在实现热电元件的对应连接和所需构造，其中半导体元件5的设置方式使得沿轴3的方向相互交替地相对取向。这然后意味着在层叠过程中，邻近的半导体元件5通过内框部分7或外框部分8（唯一地）相互接触。在此处，沿轴3的第一方向对准的所有半导体元件5的热电材料6最优选地具有相同的掺杂（例如，n型）。在它们的每个之间设置并且沿轴3的第二相反方向对准的半导体元件5具有另一掺杂（例如，p型）。

在此处列出的设计变形中，半导体元件5以环盘的方式实现，热电材料6具体以环形盘的形式实现。热电材料6的径向内周向表面和外周向表面在每种情况下分别由（整体）外框部分8和（整体）内框部分7覆盖。此外，半导体元件5的设计使得外框部分8在热电材料6的一侧形成突出9，同时相对侧上的内框部分7形成超过热电材料6的突出9。这种外形与这些突出的交替相对取向然后允许邻近的半导体元件5一方面通过内框部分7以及通过邻近的外框部分8形成连接区10。在此处，突出9形成一类可在端面上组装（边缘对边缘）的环形圈（collar）。这个边缘区域具体用于形成粘性材料连接，具体为环形焊缝（其中所连接的部分通过原子和/或分子力结合在一起（例如，通常通过粘接、铜焊、焊接等）的连接被称为粘性材料连接）。

另外还可以从图1看出，通过这种方式组装的半导体元件5不形成封闭的内周向表面2，也不形成封闭的外周向表面4。具体可以看出，在形成内框部分7的连接区10的横截面中，外部未提供外框部分8，反之亦然。具体而言，这也意味着（单个）外框部分8不同时与邻近半导体元件5的两个相邻外框部分8接触。同样，半导体元件5的（单个）内框部分7不与邻近半导体元件5的两个框部分7、8接触。因此，外框部分8不会彻底填充外部（名义）外周向表面4，内框部分7不会填充整个内周向表面2。相反，在这两种情况下形成开口25。此处特别假设，内周向表面2和外周向表面4可通过基本与轴3具有基本相同距离的部分周向表面进行描述。例如，在圆筒形、管状热电模块的情况下，外框部分8和内框部分7通常形成为圆柱形，例如以便接着也形成圆柱形内周向表面2和外周向表面4，这两个周向表面穿过各个外框部分8和内框部分7延伸。例如，如果框部分形成椭圆或多边形周向表面；也可以做出对应的观测，总的来说，热电模块然后相应地具有椭圆或多边形内周向表面/外周向表面，其中分别容纳外框部分和内框部分的对应周向部分。其中外框部分8和内框部分7形成中断（也就是说，未完全填充）的内周向表面/外周向表面而非封闭表面的情况尤其符合本发明一致。

图2现在示出了热电模块1的组装设计变形。在此半导体元件5现在被沿轴3交替地边缘到边缘地设置并相互附接。半导体元件5以这样的方式交替设置：内框部分7相互靠在一起并形成连接区10（例如焊缝），以便形成与其邻近的自由空间11，自由空间11径向地向外延伸一直到外周向表面4。现在配置自由空间11，以便其对应于邻近半导体元件5的热电材料6的间隔12。因此出于示例目的，在图2的右上区域省略元件（绝缘材料13），然而实际上提供了该元件以进行操作。

在此还可以看到，在中断的外周向表面4上提供内在不稳定的外套14。这可以例如在设置或制备热电模块1的内部部件之后，从外部移交给半导体元件5。塑料膜（例如，所谓的收缩软管）尤其适合于这种用途。这种收缩软管或这种内在不稳定的外套14则确保水不会进入外周向表面4内部的区域。同样，确保半导体元件5和外框部分8的良好热传导或冷却。出于此目的，外套14相应地采取薄设计。在此，在内在不稳定的外套14与外框部分8之间设置粘合剂，以便尤其在外框部分8与内在不稳定的外套14之间实现密封连接。具体地说，仅在内在不稳定的外套14与外框部分8之间的热电模块1的每端设置粘合剂，以便在此例如针对冷却系统实现密封连接。

此外，现在在这些径向向外开放的自由空间11的区域中提供了多孔绝缘材料13。具体地说，这种材料为气凝胶。这一方面用于确保所需的大温度梯度，另一方面用于确保自由空间11的电中性。多孔绝缘材料13在此优选地填充向外开放的整个自由空间11。

在图2的中间区域也示出了中断的内周向表面2的情况，同样省略元件（密封16）。这些邻近的半导体元件5（通过面向彼此的突出外框部分8连接）还设计有突出内框部分7，然而这些部分并未相互接触，而是在它们之间形成间隙15。此时密封16延伸到该间隙15中，密封16还部分地设置在自由空间11中，在以间隙15隔开的内框部分7之间延伸，并且外框部分8通过连接区10相互连接。在此密封16最优选定位为基本上仅在邻近内框部分7之间，因此具体地说它的体积不大于间隙15的5倍。

图3示出了这种热电模块的半导体元件5的设计变形的横截面。在此半导体元件5采取圆柱形、矩形或椭圆形设计。在此示出的设计变形中，再次提供了基本环形的热电材料6，其例如由压制粉末组成。同样，这种热电材料6优选地通过压到内框部分7和/或外框部分8，非真正地（non-positively）连接（和/或通过粘合剂材料连接）。

现在在此提出向上的大突出9通过外框部分8形成，向下的小突出9通过外框部分8形成，大突出9通过内框部分7形成。通过这种方式，朝向所述设置中的邻近半导体元件的接触区域或自由空间可以根据需要形成为热电模块。为了保护热电材料6例如免受化学应力、热应力和/或损坏，热电材料6在边界表面上包括涂层19，其在边界表面上没有被内框部分7或外框部分8覆盖。在此涂层19的厚度比所述外框部分、所述内框部分和/或热电材料6本身的壁厚至少小多倍。用于该涂层19的一种可能的材料例如是包含镍或钼的涂层19，具体地说几乎完全由这些材料组成的涂层。涂层19在此用作热电材料16的扩散阻挡层。

图4示出了所述半导体元件的进一步设计变形，内框部分7在此用于形成密封材料18的容器（receptacle）17。这些容器同样可以以周向圈的方式形成，作为槽或类似适合形成的元件。此外，容器17可以与内框部分7形成一体。具体地说，标明的密封材料18用于封堵邻近内框部分7之间的间隙。在此还示出了绝缘层26。

最后，图5还示意性地示出了车辆20的结构，车辆20具有内燃机21、排气系统22和冷却系统23。此外，车辆20包括热电发电机24，其包括在此描述的多个发明的热电模块1。热电发电机24与排气系统22和冷却系统23在一起设计，以便在模块1的外周向表面4上形成冷侧，在模块1的内周向表面2上形成热侧。出于此目的，至少一部分废气在回到排气系统22（或内燃机21）之前，穿过单独的热电模块1。此外，为了关于热电模块1形成所需的温度分布，通过冷却系统23为热电发电机24提供冷却剂，以便所述冷却剂围绕热电模块1的外部流动，最后提供给冷却系统23（或内燃机21）。显而易见，冷却系统23和/或排气系统22可以设计有二极回路以用于废气和/或冷却剂。同样，例如可以在所述排气系统中提供附加的热交换器、阀、催化转化器等。还显而易见的是，热电发电机24还可例如通过适合的用电器、电流存储设备、控件等，电连接到车辆20。

因此，本发明至少部分地解决了针对本领域现状提出的问题。具体地说，详细说明了热电模块，其在技术上易于制造，具有更少量的部件，可稳定实现希望的目的，此外具有高效率级别，以便从废气的热能产生电能。

参考标号列表

1热电模块

2内周向表面

3轴

4外周向表面

5半导体元件

6热电材料

7内框部分

8外框部分

9突出

10连接区

11自由空间

12间隔

13绝缘材料

14外套

15间隙

16密封

17容器

18密封材料

19涂层

20车辆

21内燃机

22排气系统

23冷却系统

24热电发电机

25开口

26绝缘层

Claims (11)

1.一种热电模块（1），其具有内周向表面（2）、轴（3）和外周向表面（4），其中具有热电材料（6）的多个半导体元件（5）沿所述轴（3）的方向并在所述内周向表面（2）与所述外周向表面（4）之间被设置并依次电互连，其中所述半导体元件（5）的至少一部分包括至少一个内框部分（7）或外框部分（8），并且至少内框部分（7）形成中断的内周向表面（2）或外框部分（8）形成中断的外周向表面（4）。

2.根据权利要求1的热电模块（1），其中半导体元件（5）包括被设置在内框部分（7）与外框部分（8）之间的热电材料（6），其中所述内框部分（7）和外框部分（8）均在一侧伸出超过所述热电材料（6），其中它们与邻近的框部分形成内在牢固的连接区（10）。

3.根据权利要求1或2的热电模块（1），其中至少所述内框部分（7）或所述外框部分（8）包括绝缘层（26）。

4.根据上述任一权利要求的热电模块（1），其中在所述中断的外周向表面（4）中的邻近的外框部分（8）之间形成与邻近半导体元件（5）的所述热电材料（6）的间隔（12）对应的自由空间（11）。

5.根据上述任一权利要求的热电模块（1），其中在至少位于所述中断的外周向表面（4）中的邻近的外框部分（8）之间形成以多孔绝缘材料（13）填充的自由空间（11）。

6.根据上述任一权利要求的热电模块（1），其中至少在所述中断的内周向表面（2）或所述中断的外周向表面（4）上提供内在不稳定的外套（14）。

7.根据权利要求6热电模块（1），其中在所述内在不稳定的外套（14）与所述外周向表面（4）和/或所述内周向表面（2）之间设置粘合剂。

8.根据上述任一权利要求的热电模块（1），其中在所述中断的内周向表面（2）中的邻近的内框部分（7）之间形成通过密封（16）桥接的间隙（15）。

9.根据上述任一权利要求的热电模块（1），其中所述半导体元件（5）在所述中断的内周向表面（2）的区域中形成用于密封材料（18）的容器（17）。

10.根据上述任一权利要求的热电模块（1），其中所述半导体元件（5）的所述热电材料（6）至少部分地被提供涂层（19）。

11.一种具有内燃机（21）、排气系统（22）和冷却系统（23）的车辆（20），其中提供热电发电机（24），所述热电发电机包括多个根据上述任一权利要求的热电模块（1），其中所述排气系统（22）穿过所述热电模块（1）的所述内周向表面（2）延伸，以及所述冷却系统（23）沿所述热电模块（1）的所述外周向表面（4）在外部延伸。

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