CN105378954A - 热电装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及可用于大范围热电用途（例如，高温热电发电和流体调节）的热电装置。该热电装置可包括一个或多个热交换器（例如，冷却剂热交换器）及位于与热交换器相邻（在相对侧上）的一个或多个热电层。热电层和热交换器可被包封物所包围，该包封物提供与外部流体（例如，热流体流）的屏障。

Description

热电装置

技术领域

本公开的方面总体上涉及可与热电系统配合使用的装置和方法。

背景技术

热电发电器是利用所谓“塞贝克效应”的现象将由温差所产生的热能转换成电能的装置。

由于能够在紧凑的固态形式中由温差所产生的热能直接转换成电，因而热电器件已受到大量的关注。例如，热电器件可用于高效率地在高温下从能量密集平台（诸如汽车中的内燃发动机）中回收余热。

常规的TEG（热电发电器）系统带来了挑战，尤其是在高温下由于热膨胀效应所造成的挑战，导致在可靠性、封装（即，尺寸、重量、通用性）和性能中的难点。此外，这些挑战经常导致被实现的系统设计需要提高的复杂程度，这也增加了成本。

发明内容

本公开涉及用于大范围用途的热电装置的新型设计和可选特征，尤其是与高温下热电发电有关的新型设计和可选特征，尽管本文中所给出实施例的应用也会涉及到流体调节。所描述的独特设计能够克服或避免现有热电系统所面临的若干挑战，这些挑战在系统性能、移动性（尺寸、重量、可靠性）、通用性和成本方面限制了市场接受度。

在一个实施例中，提供一种热电装置。该装置包括至少一个热交换器；与至少一个热交换器热连通的至少一个热电层；及包围至少一个热电层和至少一个热交换器的包封物，该包封物为至少一个热电层和至少一个热交换器提供与位于包封物外部的流体的屏障，其中一部分的包封物适合于传导热并且与至少一个热电层热连通，并且其中至少一个热交换器与包封物内表面间隔并且可相对于包封物内表面移动从而适应至少一个热交换器和包封物的热膨胀。

在另一个实施例中，提供一种热电系统。该系统包括：限定容纳流体流动流的流动空间的管道，该管道具有布置为容纳进入流动空间的流体的进口和布置为容纳从流动空间中排出的流体的出口；及设置在流动空间内部的热电装置。在相关的实施例中，在热电装置的实施例中可设置噪声降低部件，例如在管道流动空间的内部。

在另一个实施例中，提供一种热电结构。该结构包括具有进口、出口和通道的热交换器，这些通道适合于引导流体在进口与出口之间流动；牢固地附接到热交换器第一侧的第一热电层；和牢固地附接到与第一侧相反的热交换器第二侧的第二热电层。

在另一个实施例中，提供一种热交换器。该热交换器包括一致的表面，该一致的表面适合于与设置在与该表面相邻位置的结构的形状大体上一致；及从一致的表面的外部区域延伸出的、包围该外部区域且与该外部区域接触的多个导热构件，这些多个导热构件适合于在一致的表面与周围环境之间传递热。

在一个实施例中，提供一种热开关。该热开关包括：将第一结构部件与第二结构部件分隔开的通道；及被封闭在通道内部的流体组合物，该通道构造成使得当流体组合物在其沸腾温度下在液体与蒸气之间发生相变时第一结构部件与第二结构部件之间的热传导发生变化。

在另一个实施例中，提供一种热界面复合材料。该热界面复合材料包括适合于与设置在与该表面相邻位置的结构的形状大体上一致的一致的表面片；及设置在一致的表面片的至少一侧上的组合物，该组合物提供比没有该组合物情况下更高的热传导，该热传是跨越在与一致的表面片相对侧接触且设置在一致的表面片相对侧上的两个部件之间所形成界面。

当结合附图阅读以下的详细描述时，本公开的优点、新型特征和目的将变得显而易见；这些附图是示意性的并且并非意图按比例绘制。为了清楚的目的，在每个附图中并未标注每个部件，而且各图示的实施例的每个部件允许本领域技术人员理解本公开的各方面。

附图说明

附图并非意图是按比例绘制。在图示中，在各种附图中用类似的附图标记来表示各相同或几乎相同的部件。现在将通过举例并参照附图来描述本公开的各种实施例。

图1示出了热电模块装置的顶部陶瓷件的局部剖视透视图；

图2示出了图1的热电装置的剖视图；

图3示出了根据一些实施例的热电装置的透视图；

图4示出了图3的热电模块装置的剖视图；

图5示出了根据一些实施例的另一个热电装置的透视图；

图6示出了穿过图5的热电装置的侧面的剖视图；

图7和图8示出了根据一些实施例的又一个热电装置的透视图；

图9示出了根据一些实施例的条形翅片布置；

图10示出了与具有翅片的一致包封物相互作用的热电层表面的剖视图，图中示意性地示出了操作期间的热偏转，其中所示的偏转被放大以便视觉地说明概念；

图11示出了图5的实施例的概念性纵向剖视图，并且示意性地示出了根据一些实施例的热膨胀效应；

图12示出了根据一些实施例的二级高温热电模块装置的剖视图；

图13示出了根据一些实施例的另一个热电装置的横向剖视图；

图14示出了根据一些实施例的与热交换器接触的热电模块的近距离透视图；

图15示出了根据一些实施例的另一个热电装置的横向剖视图；

图16示出了根据一些实施例的具有可压缩包封物侧壁的热电装置的横向剖视图；

图17示出了内部空间的概念视图，其中箭头和大体上长方体形状代表了管道空间的最外面侧向尺寸的一个例子；

图18示出了根据一些实施例的热电系统的透视图，其中热电装置位于管道空间的内部；

图19示出了根据一些实施例的长方体形状包封物的示图、以及侧壁的近距离剖视图；

图20示出了根据一些实施例的各种长方体形状包封物的近距离剖视图；

图21示出了根据一些实施例的一些类型的声音减弱特征及消音器系统的一些特性的表格；

图22示出了根据一些实施例的热电消音器系统的透视图；

图23a示出了根据一些实施例的热电消音器系统的剖视图；

图23b示出了根据一些实施例的具有顶部和底部延伸进口反作用室的热电消音器系统的纵向/轴向剖视图。

图23c示出了根据一些实施例的具有中等长度反作用室的热电消音器系统的纵向/轴向剖视图；

图23d示出了根据一些实施例的将出口管和多个装置封闭在管道内部的热电消音器系统的横向剖视图；

图23e示出了根据一些实施例的具有多个普通热电装置的热电消音器系统的纵向/轴向剖视图，所述普通热电装置具有在流动空间内部的围绕在它们周围的声音减弱装置；

图24示出了根据一些实施例的垂直堆叠的热电系统的透视图；

图25示出了根据一些实施例的水平堆叠的热电系统的透视图；

图26示出了根据一些实施例的热电装置的剖视图；

图27示出了根据一些实施例的沿板的通道凹槽、以及热开关的近距离截面；

图28a和图28b示出了根据一些实施例的热开关的封闭流体通道的近距离剖视图。

具体实施方式

本公开涉及可具有可用于多种用途的结构的热电装置，所述用途包括热电发电（例如，内燃发动机的排气系统，包括但不限于车辆中的内燃发动机）和流体调节（例如，流体的加热和冷却）。根据本公开的热电装置的各种实施例能够执行热能与电能之间的热电转换。

本文中所描述热电装置和系统的某些实施例能够可靠地操作，例如作为热电发电器（TEG），从至少部分地由位于热电装置“热侧”上的高温流体（例如，高达700℃以上）所提供的温度梯度中汲取能量。因此，本公开的实施例可允许在TEG的“热侧”与“冷测”之间存在大的温差，这通常允许电能的稳定生产。这种装置的操作可允许经由包含热电材料的部件的新型热交换系统将热从热流体传递至相对较冷流体，所述热电材料可用于将一部分的所传递的热直接转换成电。

在一些实施例中，热电装置包括与一个或多个热电层热连通的一个或多个热交换器。热交换器可包括进口、出口和通道，这些通道适合于引导经过其中的流体流动。在一些情况下，可将热电层设置在热交换器的相对侧上。热电层可以或者可以不牢固地附接到热交换器。

包封物可包围热电层和热交换器，从而提供与位于包封物外部的流体（例如，热流）的屏障。在一些实施例中，包封物自身可起热交换器的作用，并且可在外部环境与热电层之间传导热。在一些实施例中，热交换器可与包封物内壁间隔并且可相对于包封物内壁移动，该包封物内壁可适应在热交换器与包封物之间所产生的热膨胀效应。

如本文中所描述，热电装置的包封物可起热交换器的作用。在一些实施例中，热交换器（例如，其封闭其它部件，诸如热电层或其它热交换器）可包括一致的表面，该一致的表面适合于与相邻结构（例如，设置在与其相邻位置的热电层）的形状大体上一致。在一些实施例中，一致的表面可包含合适的组合物，该组合物是用于增强一致的表面的热传导。该热交换器还可包括从其中延伸出的一个或多个结构构件（例如，热传导翅片），该结构构件可适合于在一致的表面与周围环境之间传递热。

应用于低至中等温度用途（通常<275℃，在热侧）的用于发电的常规热电模块是相对较薄的平面型装置，该装置类似于图1中所示的装置。图1中所示的模块是由一系列热电偶所组成，各热电偶包括利用金属连接体3电性连接的n型1和p型2热电材料。多个这些热电偶相互连接到一起而形成电路，当热流动经过这些热电偶时产生电。热流是由热电偶的热侧与冷侧之间的温差（例如模块）所驱动。

图1的电路被电绝缘于相对侧上，该电路经常是通过设置机械联接到金属连接体的陶瓷片4而获得。将陶瓷片机械联接到金属连接体的过程（被称为金属化）包括将一个陶瓷片牢固地附接到电路的热侧（出现在图1中的剖视图中，因此可看见电路布置）并且将另一个陶瓷片附接到电路的冷侧。图2中还示出了常规热电模块的剖视图。这种热电模块是固体状态并且没有移动部件。

然而，对于包括热电器件的模块、装置和系统而言，这种用途的高温带来显著的挑战，难以满足在性能、移动性（即，紧凑、轻质、可靠性）和成本方面的要求。例如，如图3和图4中所示，常规的高温热电模块（>300℃，热侧温度）经常需要在高温下工作的高性能热电材料6、7。热电模块也经常需要用于各热电偶的单一化的热侧陶瓷件5，以便补偿由在热侧与冷侧之间所产生的明显温度梯度所引起的显著热膨胀和应力。如图3中所示，对于本实施例而言，顶侧5和底侧4分别代表热侧和冷测。另外，在这种较高温度下大部分热电材料经常要求在惰性环境中操作以防止它们被氧化，因而通常需要在装置或系统内部的密封包封物。

常规的热电发电器（TEG）系统经常包括冷却剂热交换器和热电材料，该热交换器和热电材料被设置在限制热气体流动的管道的外部。这些TEG系统也在很大程度上被并入管道中，在此该系统紧密地附接到管道。该管道被用作热侧热交换基面，翅片附接到该基面上。热从热流体经过翅片和管道被传递至位于管道外部的热电器件，并最终经过冷却剂热交换器被排放。通常，这些系统包括外壳以及管道和其它部件，从而形成空腔或包封物，该空腔和包封物容纳热电器件和冷却剂热交换器并且保护它们不受外部环境的影响。

如上所述，当应用常规的热电系统时产生了一些问题，尤其是在高温下。然而，根据本公开的热电装置和系统克服了与传统热电系统相关的许多问题。

尽管在本文中所公开的实施例中，在一些情况下在发电的上下文中描述了装置和部件，但本文中所提供的热电装置也可适合于调节流体、适合于冷却或加热，这些在一些情况下会影响流体的总体温度和/或化学反应的倾向。就流体调节用途而言，电可用于给热电材料提供动力从而将热能引导至流体或者从流体中引导出热能。这种调整可应用包括根据本文中所公开实施例的装置结构的某些实施例。

热电装置以及其部件的各种实施例可包括任意的合适形状，例如长方体、立方体、圆柱形、或其它形状、或者其组合。使其自身具有紧凑性的热电装置的一个实施例是具有低剖面矩形立方体形状的装置，如本文中说明性地示出。

应当理解的是，如本文中所提供的，大体上类似于矩形立方体的形状不要求显示严格的立方体特性。例如，矩形立方体的各个边缘和角可显示逐渐的过渡（例如，圆形的、锥形的、倾斜的等）及其它特征，诸如凹陷、过渡、缺口、翅片、凹口、突起等，并且可呈现在任意位置，这些特征可偏离严格的立方体特性。这种形状可具有任何合适的尺寸，不论它们是否是在立方体内部或者沿立方体或者在其周向处的特征。

在各种实施例中，如上所述，热电装置结构包括包封物，其中一部分的包封物在围绕该装置的热流体与在包封物内部的内部部件之间传递热。包封物，其自身是由一个或多个部件组成，限定了封闭空间，该封闭空间为在封闭空间内部的内部部件提供与位于包封物外部且围绕包封物的热流体的防护屏障。在一些情况下，周围的流体可能不是仅有的热源，因为燃烧或者另一个高温热源可发出显著的热辐射来辐射该装置。

在一些实施例中，热电装置包括气密的包封物，然而应当理解的是严格气密的包封物对于本公开的每个实施例而言是不必要的。构成包封物的部件可起防护屏障的作用，或者另外，可用于装置的其它目的（例如，热传递、与内部热电器件的热界面、结构支撑等）。而且，包封物可补偿或者适应该组件的各部件中的热膨胀，该热膨胀可由经过其中的温度梯度所引起，例如在封闭热交换器的内部与包封物外部之间的温度梯度。

在某些实施例中，包封物包围由热电材料制成的至少一个热电层，该热电层相应地包围至少一个冷却剂热交换器的一部分。热电层的冷侧可与冷却剂热交换器热连通，同时热电层的热侧可与一部分的包封物热连通。除了包括是导热的且与热电层热连通的表面外，冷却剂热交换器也可包括用于管理流入和流出热交换部的冷却剂流动的进口和出口集管、以及用于引导流动到和流动经过包封物壁的冷却剂流动的连接到集管（或管）的延伸部。

虽然在包封物外部的部件被容纳于其中，但在一些实施例中这些部件不必基本上附接到包封物（下面更详细地描述）。例如，热交换器可与大部分的包封物内表面间隔并且可相对于该内表面移动，从而适应热交换器和包封物的热膨胀。此外，包封物的外表面可任选地包括结构性部件/构件（例如从包封物延伸出的多个翅片），这些部件/构件可增强包封物与位于包封物外部的流体之间的热传递。

在一些实施例中，热电装置结构包括类似于大体上为低剖面的平面形状（例如大体上为平的且高度相对较短）的部件，图5-图8说明性地示出了这些部件。图5示出了在立方体形状热电装置50的上方且围绕该热电装置的流体流动。

在一些实施例中，热电装置50包括具有内表面的包封物51，热电层63被设置在该包封物51上。热电层可在相对侧上包围低剖面冷却剂热交换器64，该热交换器64包括一个或多个大体上为平的热交换部。热交换部的形状可允许总体包封物形状大体上类似于低剖面矩形立方体。所谓低剖面的形状是指其中可以是或可以不是相同的其宽度和长度显著地大于其高度（经常大于2倍、通常可以是5至20倍）的形状。

冷却剂经过进口52流动进入包封物并且经过出口53而排出并且被引导至内部热交换器部件（例如，引导管、集管、热交换部件）。电线（即，用于热电发电、控制、感测）可在接线端口54处经过包封物并且到达热电层以及在包封物内部的任何其它控制或感测部件。

翅片55可包括在包封物相对侧上的用于增强来自围绕热电装置且在热电装置上方流动的热流体的热传递。翅片可被设计成具有满足期望用途的某些要求的形状和图案。应当理解的是，附图中所示出的翅片设计是通用的并且未必是优选实施例。在机动车辆排气系统中，例如翅片密度通常将不会如此高，从而将会引起过大的压力降、增加在发动机出口处的背压、并最终降低发动机效率。然而，过低的翅片密度通常会导致较低的用于给定热流体温度的包封物温度，从而导致热电装置输出性能的下降。

可采用一些翅片图案选项，例如百叶窗式、条形、开缝式、偏移的、穿孔的等。翅片可适合于从包封物的各部分向外延伸，并且可任选地沿相同装置的包封物呈现不同的截面积、图案、或几何形状。翅片可形成为包封物的整体部分（例如具有翅片的挤制包封物）或者作为单独翅片部件而连接到一部分的包封物表面。

图6示出了经过热电发电器的一个实施例的侧面的剖视图，图中显示了在包封物内部的内部部件以及从包封物的上表面和下表面向外延伸的翅片55。图6示出了在由点线所代表的水平平面周围大体上对称的几何形状（在图6中，为了内构件的可见性，将大部分的底部翅片隐藏）。

包封物51容纳用于发电的部件，包括两层的热电器件63，各热电器件被设置在冷却剂热交换部64的两个相对侧上。利用流动经过通道65（例如，延伸入和延伸出且垂直于剖视图的平面的通道）的冷却剂流体使冷却剂热交换部64冷却，并且相应地使热电层63的冷侧部冷却。

如附图中所示，这个结构导致在贯穿冷却剂热交换器的中心的水平平面周围的明显的对称性。该对称性提供相对简单和紧凑的结构并且也在维持装置的平的界面组装中发挥作用，例如通过显著地减小由于因热膨胀造成的机械应力所导致的不平整效应，会由于穿越位于这种紧凑结构内部的组件（从热的包封物到冷的热交换器）的大温度梯度而出现该不平整效应，如下面进一步描述。

包封物还包括片61（或板），在一些实施例中，这些片可将在内部结构相对侧上的内部部件夹在一起并且包括这些内部部件，从而在部件的界面处形成接触压力。热电层63界面的热侧部可以例如与包封物片61热联接。如图中进一步示出，可提供周围空间67，包封物片61在该周围空间上方延伸或悬突，该包封物片61被侧壁62包围。在一些实施例中，该侧壁62跨越上和下片61之间的距离。该侧壁可与与包封物51的一个或多个片（例如挤制、冲压、拉伸的片）接触，可附接到（例如，附着、连接、紧固、夹紧、焊接、钎焊）该片，或者与该片形成为整体。

侧壁的各种实施例可取决于所采用包封物的类型（如下面所描述）。在一些实施例中，空间67容纳将内件与周向隔离（例如，辐射屏障、绝缘等）并且/或者补充所使用包封物的类型（如下面进一步的论述）的其他部件。

内部部件的总体布置示于图7和图8中，并且可存在于包封物51的内部（在这些附图中显示该包封物是透明的，因此可看见内部部件）。一旦冷却剂流体经过进口52进入包封物，进口集管66将冷却剂流体引导进入在冷却剂热交换部64内部的通道65。冷却剂流体促进远离热交换部64的热传递（例如，通过对流），该热交换部64与包围热交换部64的上和下表面的热电层63接触，从而导致下表面与下表面之间的热连通。冷却剂流体流动进入出口集管67中，从而形成经过TEG的逆流热交换，其中在包封物上方的热流体在相反的方向上流动。应当理解的是，必要时也可在相反的方向上引导冷却剂流。然后，将冷却剂从出口集管67引导至出口管68，该出口管68最终在出口53处将冷却剂流体从包封物中排出。

该总体结构提供基本形式，该基本形式可适合于提供紧凑结构，该紧凑结构能够改进在大范围的流动条件（例如温度、流体类型、流体流率）下的热电性能同时是相对地简单、多用途的，并且潜在地对于许多用途而言是具有成本效益的。

在各种实施例中，在真空下将包封物密闭地密封，其片61与热电层63的热侧表面一致并且挤压抵靠在该热侧表面上。包封物的片61可形成与包封物片的各个内表面的热界面（例如，热连通）并且通常沿各个内表面滑动。在一些实施例中，一般来说，热电层可保持与一致包封物分离的状态。

沿热电层和包封物片的各个界面的压缩及所产生的接触压力可来自于在包封物上片和下片上所提供的真空施加压差。因此，包封物外部的压力（例如大气压力）可大于包封物内部的压力（例如次大气压、真空）。在这种布置中，可实现沿界面的相对均等且均匀的接触压力分布，即使热电层的表面不是绝对地平，因为包封物片是足够薄以便弹性地弯曲，并且在一些情况下，在不发生屈服下伸展。这种弹性允许片与热电层的热侧表面一致。虽然对于一些实施例而言，热电层的冷侧表面机械联接到热交换器，但应当理解的是，并非每个实施例要求这种构造。在此情况下，真空施加压力分布也可用于将热电装置的内部部件压缩并夹到一起，从而在其它部件界面处提供用于热传递的合适的热界面接触压力。

一致性也使包封物能够在大范围的装置操作中装置的热界面调节并继续传递良好分布的压缩压力。包封物相对于在其周围设置壳的体热电层滑动和/或物理地与热电层一致的能力允许对热膨胀相应进行动态补偿，甚至在极高的温度下，该温度可包括高达700℃或更高的温度。

因此，一致的包封物在真空下例如提供在相对苛刻条件下满足挑战性要求的简单方法，从而实现有效热界面同时也避开常规的体积庞大的压缩或紧固机构的使用；这种机构会需要如下结构：相对较厚且体积庞大的，以便它们的紧固机构（即螺栓、弹簧等）可以适当地传递力（经常过大的，但通常是存在的）从而以相对均匀的方式将压力分布到界面接触区域。结果，这些常规方法获得不是非常紧凑或重量轻的系统。

虽然包封物可包括任何的合适材料，但在一些实施例中，包封物包括片，该片是足够薄以便仍然在没有屈服的情况下发生弹性弯曲，从而允许这些片与例如热电层的表面一致。可采用多种包封物材料，例如从塑料到金属。薄板可包含一个或多个金属，因为许多金属具有高达限值（例如屈服点）的弹性性能。

如本文中所描述，弹性是材料在经受机械应力（例如，弯曲、拉伸）后恢复到其原来形状的能力。此外，实现包封物一致性的片的薄度也可减小经过包封物的总体传导路径（例如热阻）。这个经过包封物板传导热的增加的能力可提高给定材料的包封物的热性能，并且/或者使可具有相对较低的导热性，但仍然具有用于适当用途的合适性能（例如，较高的屈服强度、耐腐蚀性等）的替代材料的使用成为可能。用于包封物和/或翅片的耐腐蚀材料可优选地用于涉及到腐蚀性和氧化性流体（如发动机排气流）的高温用途。下面进一步提供对材料选择和制造能力和装配的描述。

附接到包封物的任何翅片可被设计成不过度地限制包封物一致性。图9中所示翅片布置的一个这种实施例包括连接到包封物片61的一些翅片条。在各种实施例中，翅片条可包括成型为看上去是波形形状的材料条，如从空气进口向翅片看（即，正方形、矩形、正弦形等，或者这些形状的组合）。这种布置也可具有百页窗或者其它切割或加入翅片条中的流动增强件。

图9中所示出的布置是相对较高的矩形方形形式，并且具有较短的翅片间距（每英寸的翅片），如附图中所示。该翅片布置包括重复排的单独的条形翅片55，这些翅片也呈现相对较短的流动长度（在流体流动的方向上），其中在各排的翅片条之间存在合适量的空间（即翅片间的间距），因此当热交换器（例如一致包封物）与表面一致时单独的翅片条将不相互干扰。

在某些实施例中，单独翅片条的流动长度不应过长，否则将为热交换器（例如，一致包封物）增加比期望的更多的刚度，从而使在该区域中的其一致性无效。在许多实施例中，0.51"的最大流动长度可用作经验法则。这种翅片布置允许片合理地弯曲或者在任意方向上（包括是侧向、纵向的平面、以及在在这些方向之间的方向）一致。该柔性允许具有翅片增强的件的包封物片与面向外的热电层的大体上不完全平的表面一致。

可适用于一致热交换器的翅片类型的其它实施例包括针翅片，并且将单独翅片连接入片中（或者翅片与基部一起成型）。例如，图10概念地示出了当它们由于因由从热电偶热侧（顶部）到冷侧（底部）的热流所提供的经过热电偶的大温度梯度所造成的热膨胀因而经历显著的偏转时与在侧面中的热电层表面一致的包封物，通过显示两个热电偶（单一化的热电偶）。（图10中的偏转被视觉地扩大和放大，以便视觉感知）。在一些情况下，这种热膨胀导致分段的陶瓷件不平地弯曲，例如大约0.001"。如图中概念地示出，一致的片61（具有翅片布置55）能够与单一化的陶瓷件5的非平表面轮廓大体上一致。当然，没有翅片的片可与具有翅片的片一样或者更好地一致；然而，翅片可被设计成不过度地限制包封物一致性。

另一个翅片实施例可使用多个金属或陶瓷片，其中各翅片可以是相对地较窄和较高，以便附接到一致包封物并且被布置进入阵列，类似于上述的翅片阵列。就陶瓷片阵列而言，在一些实施例中，可将片金属化以便附接到金属包封物。这种片阵列可用于后处理装置（即，催化转化器、柴油机微粒过滤器）。因此，本实施例可用作也产生热电功率的后处理装置。

为了进一步增强热电层与包封物片之间的热界面的有效性，可在热电层与片之间插入热界面材料（在附图中未示出）。例如，热界面材料可包括一致的石墨箔、铜箔、碳纳米管垫块和/或相关材料、油脂等，并且可将该热界面材料在单一化陶瓷件5与包封物片61之间插入。

如图6中所示，装置结构导致在经过冷却剂热交换器中心的水平平面周围的显著对称。该对称性不仅提供简单且紧凑的结构，而且减小部件的不平整效应。不平整部件可包括畸变或偏转，包括不再相互平齐或平行的表面部件，或者当一个或多个部件相对于其它部件突出或凸出时，将会由于由经过在这种紧凑结构内部的组件（例如，从热的包封物到冷的热交换器）的显著温度梯度所造成的热膨胀效应所导致的机械应力而产生不平整。因此，这种对称性进一步导致各部件的有效地平的界面组装。

在各种实施例中，热电层63可相对于包封物51移动（例如，滑动）。在一些实施例中，热交换器（例如热交换部64、进口/出口集管66/67和引导管68）可相对于包封物移动（例如滑动），并且如图6的截面中所示，一部分的热交换器也与包封物间隔。然而，如图7-图8中进一步所示，热交换器的其它部分并不与包封物间隔。例如，分别在冷却剂进口52和出口53处引导进口66和出口68冷却剂流体经过包封物侧壁62的管穿过包封物的开口，以便实现经过该管的合适的冷却剂循环。

在包封物、热电层和热交换器之间的相对可移动性允许在热膨胀和收缩期间的充分的自由度，从而避免或减小部件之间的机械应力。例如，热的包封物（或热的热交换器）能够自由地膨胀并且沿热电层滑动，这些热电层存在于较冷的热交换器上。附接到包封物侧壁62、63的各个区域的进口管66与出口管68可近距离地连接，这仍然允许包封物热移动并且自由地膨胀。此外，这些附接可位于其中包封物和流体温度为较冷的装置的下游位置（相对于热流体流动）。

在平面方向上（即，相对于图11中所示的截面为水平的），如图11中所示，大体上沿包封物片61的大表面延伸的包封物片61构造成当温度相对于热交换器和热电层63升高时发生热膨胀（如虚线箭头所表示），并且实际上片61能够在热电层63上方移动和滑动，这些热电层63与包封物片61是热界面接触。当片61沿热电层63滑动时，片61调节内构件并且继续与内构件一致并且向内构件施加分布的热接触压力。应注意的是在图11中，为了清楚地看到其它特征，未显示可选的翅片。

垂直于平面方向，由于其高度较短因而包封物膨胀距离（侧壁的包封物膨胀距离，显示取向在沿图11的垂直方向上）小得多，从而导致与平面方向上的热膨胀量相比微小的包封物与内部部件之间的膨胀差。在许多实施例中，侧壁62可以比片更加刚性，从而提供支撑上和下片61的周边的框架。根据这个结构，一致的上和下片61通过继续与内构件一致并且向内构件施加分布的热接触压力而补偿小的热膨胀（在垂直于由上和下片所限定平面的方向上）。

在一些实施例中，利用高真空来实现期望程度的一致性和热界面接触压力。高真空，基本上导致气体介质不存在（或者气体的相对地较少的存再）也很大程度地排除在热电结构之间以及在包封物与冷却剂热交换器之间的空间内部的对流热传递。另外，在某些操作条件下，这种对流热传递可能会导致明显的热泄漏，从而造成降低系统效率的寄生损失。而且，如果内部部件（例如，热电材料）对氧化性环境敏感，高真空可排除对惰性气体的任何需要；然而，应当理解的是，如果期望是部分真空，也利用惰性气体（例如，氮气、氩气）来防止内部部件例如被氧化。

在其中包封物延伸或悬突超过热电层63及冷却剂热交换器64、66、67、68的各部分的各种实施例中，包封物周向提供用于隔离并保护在包封物内部空间中的部件的空间。

在一些情况下，结构加固件（诸如撑杆）可用于在悬突的区域中支撑薄包封物片，否则在没有撑杆的情况下该薄包封物片往往会屈服、失效或塌陷。其它结构元件可提供支座以便定位包封物的内部部件并且限制它们相对于包封物的移动，从而为所述装置提供进一步的结构支撑。悬挂的辐射屏障（诸如反射性铝箔）也可用于减小从热的包封物到内构件（诸如热交换器集管）的热辐射热传递（另一种形式的寄生热漏）。必要时，可采用其它类型的结构加固件和绝缘体（即，气凝胶、陶瓷件等），这取决于包封物制造设计和/或是否采用全真空。

可将热电层并入陶瓷冷却剂热交换部的相对侧，该相对侧大体上是平的。这个结构概念地类似于二级热电模块，图12中示出了其剖视图。这里，在本实施例中，图中显示顶部陶瓷件是在热侧上并且底部陶瓷件是在冷侧上。在这种模块中，两个不同的热电层81、82附接到中间平固体陶瓷80的两侧。在一个实施例中，可由陶瓷、金属或其它材料制成的热交换部64替代了中间固体陶瓷件80。

并入本文中所描述的热电装置中的热电层63可包括任何合适的热电层或亚层布置。在本公开的实施例中，将两个相似的高温热电层63机械联接（例如，牢固地附接）到平陶瓷冷却剂热交换部64的相对侧上，如图13中所示。如图所示，热电层与大体上为平的热交换部结合在一起。因此，可采用一级、二级或任何其它多级模块布置的形式而提供热电层63，包括一个或多个亚层，并且对于给定的装置而言并非多个热电层中的每个层需具有相同的设计或材料。可通过任何合适的方式将热电层63的冷侧连接体可附接到冷却剂热交换部64，例如通过将金属连接体3的陶瓷热交换部的金属化。

在一些实施例中，高温热电材料86、87机械地联接（例如，牢固地粘接）到连接体并且被夹在连接体之间，同时将单一化的陶瓷件5金属化并且机械联接（例如，牢固地附接）到热侧连接体。最后，热界面材料84（例如，一致的石墨箔、铜箔、油脂等）可存在于单一化陶瓷件5的面向外的表面上并且可进一步减小热电层与包封物之间的热接触。

其中构造整体热电器件的一个实施例可包括将金属冷却剂进口和出口集管附接到陶瓷热交换部的相应的进口和出口。在一些实施例中，这种附接可包括金属化。一个实施例可包括通过直接地使用集管材料而进行金属化。另一个实施例可包括简单地使陶瓷件金属化随后将集管金属连接到金属化的陶瓷件，诸如通过钎焊或其它合适技术。然后，可将金属集管连接到金属包封物，以便接收或排出冷却剂流体。

在热交换器的另一个实施例中，冷却剂热交换部和集管是由相同的材料制成，这可通过钎焊或焊接来简化这些部件的连接。可以将热电器件并入金属交换部，该金属交换部可包括在热电器件的热交换器与冷侧金属连接体之间的电绝缘涂层（未必是陶瓷涂层）。类似地，在一些实施例中，可在热电器件的热侧连接体与包封物片之间使用电绝缘涂层或材料，以便将热电层附接（粘接、连接或者涂覆）在连接体或片上或者作为在它们之间的单独的板。

与如上述实施例中所描述的并入冷却剂热交换器中的热电器件相反，另一个实施例可任选地包括单独的平面型热电层或模块，该热电层或模块被简单地放置成与大体上平的冷却剂热交换器的两侧接触并且放置在这两侧上，如图14和图15中所示，其是以具有单一化热侧90的高温模块为特征。可利用在模块的一侧或两侧上的热界面材料84来辅助该构造。在图15的说明性实施例中，单独的热电模块与大体上平的冷却剂热交换部接触。

利用陶瓷冷却剂热交换部的另一个实施例可包括将冷侧陶瓷机械附接（例如连接、粘接）到陶瓷热交换器，从而进一步改善冷侧接触热阻。但是，另一个实施例可使用单独的热电层或模块但在一侧或两侧上没有陶瓷件，其中在没有陶瓷件的情况下将电绝缘层（涂层或单独的板）施加于该侧上。本领域技术人员也可采用其它变型实施例。

已在各种实施例中所描述的另一类型的包封物是可压缩或柔性的包封物侧壁，在此一个实施例可采用图16中所示的形式。应注意的是，在这个附图中为了简单起见未显示可选的翅片和紧固机构。不同于一致的真空包封物，在此包封物的一致性出现在内构件与片之间的界面处而在侧壁处则较少，如果有的话，可有效地逆转可压缩包封物的一致性。亦即，在一些实施例中，片可较不易有一致性的倾向，同时侧壁可显示相对地较高程度的一致性。在图16中，大体上为半圆形的薄侧壁77可为在高度方向上（例如垂直于是更加刚性的片76）的热膨胀差提供进一步的顺应性或柔性，同时能够承受高真空，虽然壁是相对较薄。

但是，类似于本文中所描述的其它包封物，可压缩包封物为内部部件提供隔离的屏障和保护，这些内部部件包括与冷却剂热交换器（和相关部件）接触的热电层，并且将内构件悬突在包封物周向的附近，从而形成被热性侧壁77所围合的一些空间。另外，如上所述，包封物可相对于冷却剂热交换器移动从而补偿包封物片或板的热膨胀和收缩（在平行于板的方向上）。

在各种实施例中，可压缩包封物可以是气密性的，包括具有高真空、有或没有惰性气体的部分真空、或者仅仅具有惰性气体的实施例。该真空是用于与前述实施例中所描述目的类似的目的，并且仍然提供由片所传递的用于内部部件界面的压缩力。

在一些实施例中，大于由真空所产生的压力的压缩压力可以通过在间隙中加入机械紧固件（包括螺钉、螺栓、拉紧的弹簧等）而实现，这些机械紧固件可应用于气密性包封物的外部并且不干扰包封物密封。在其它实施例中，使用侧向地跨越到翅片顶部的这种紧固件、加强构件为整个翅片和片结构提供进一步的结构加固从而使片偏转最小化，并且实际上提供由板所传递的良好分布的压缩界面压力。在一些实施例中，可周期性地布置具有任何合适的几何结构的这种加强构件。例如，加强构件可相对于彼此相对地较宽或较窄，并且布置成交替的宽-窄构造。

其它包封物实施例可不包括气密性的可压缩包封物，从而使较简单的侧壁结构成为可能。然而，优选的是采用机械柔性的结构以便维持用于涉及高温操作的用途滑动部件之间的有效热界面从而调节热膨胀。在非气密性实施例中，部分的这些结构可以是附接金属侧壁或者简单地用可压缩绝缘材料（可以仍然是可压缩形式）填充包封物、或者这些方法的组合。就可压缩的或非柔性的包封物（无论是否为气密性的）而言，可实现在内部部件中的相对顺应性，诸如可具有一些弹性性能的一致或柔性的热界面垫块，等。

具有可压缩侧壁的包封物或者非柔性的包封物可具有与一致包封物相似的热电特性。例如，可将热电材料并入或者机械联接到陶瓷件的表面或热交换器的金属热交换部或包封物片。或者，可使用来自其它部件的完全单独的平面型热电模块或层。

此外，在各种实施例中，可压缩的包封物侧壁或非柔性的包封物可具有并入热侧板中的热电材料，在此热电层的冷侧可与冷却剂热交换部滑动热接触，该冷却剂热交换部可任选地包括热界面材料（例如导热脂或导热片）。这种整合将会类似于与进入陶瓷和金属冷却剂热交换部的热电整合相关的前述方法，除了这些以前的整合方法将会适用于热侧金属或陶瓷热交换器的基部。另外，热电层的冷侧可包括分段的陶瓷件5而不是热侧，用以缓解热应力。

如本文中进一步的描述，热电装置可用于后处理目的。作为另一个实施例，热侧金属或陶瓷热交换器也可用作用于处理热流体中的排放物的基质并且起后处理装置的作用，从而以催化剂（例如，催化转化器）或微粒过滤器的形式用于这种目的。可包括翅片排列的包封物也可包括用于催化流体的反应的涂层。这些片可包括许多小通道和通道，从而形成大的表面积，该表面积除了催化表面外，也可用作热交换表面。因此，热电装置将会用于以下双重目的：发电和控制排放。

应当理解的是，根据本公开的热电系统可适合于包括非对称的的实施例。例如，大体为立方体形状的一个实施例可能仅具有一个热电层和朝向装置一侧而设置的一组翅片，并且在相对侧上，没有翅片和代替热电层的绝缘体，该绝缘体是用于提供包封物与内部热交换器之间的热障的。其它布置也是可行的。

在一些实施例中，热电装置大致定位在管道的内部空间中，该内部空间限定包封物的流动空间或者限制包围热电装置外部并且在热电装置外部的上方流动的流体（例如，热流体流动流）。管道也可包括用于容纳进入流动空间的流体的进口和用于容纳从流动空间中排出的流体的出口。

如本文中所描述和图17中所示，管道的内部空间或者所谓的流动空间是当流体从管道进口流动到出口时容纳流体的空间的最外面侧向尺寸。虽然热电装置50可定位在管道40的内部空间或流动空间的内部，但该装置可仍然显著地与管道的部件分开，不要求在热电装置与管道部件之间发生热传递；换句话说，该装置的功能无需与限制围绕包封物的流体的结构（例如，管道）热连通。

在一些情况下，该装置可以任选地与所述结构间隔或者热隔离。该装置可以是但不必与所述结构间隔/热隔离。在本公开的上下文中，无需热绝缘来排除机械附接或者与周围结构的联接。相反，在本文中热绝缘应被理解成表示热电装置是相对于周围结构而定位使得在所述装置与所述结构之间所形成的任何热连通并不显著地影响装置的热电操作。

相反，在常规的热电装置中，为了进行热电转换，这些装置需要与周围结构（例如，管道）的热连通（例如，整体地联接），该周围结构限制流体流动以便可为热电装置提供温度梯度。否则，在没有这种热连通（其提供足够的温度梯度）的情况下，常规的热电装置将会基本上不能实现它们的预期目的。

相反地，本文中所描述的热电装置的实施例可与限制流体流动流的周围结构分离或者独立于该周围结构而形成。因此，热电装置可以可移除地附接到管道，并且在一些情况下仅具有几个附接点，这些附接点可将热电装置机械地悬挂在热流体流动经过的管道的内部空间或流动空间中。

将热电装置插入管道（例如，车辆管道、排气等）大体上类似于车辆的加热器芯的插入，除了这里可将热电装置插入排气管道中并且可使用用于装置冷却的冷却剂流体（而不是用于乘客加热）。就客车用途而言，图18示出了在管道40中的热电装置50的一个实施例，该管道40会要求与管道的最小接触。可利用位于装置包封物侧壁62的各侧上的机械联接（在附图中未示出）将该装置悬挂在管道的内部。

如本文中的进一步描述，除了通到所述装置进口和出口流动区域外，可用填充绝缘材料填充在所述装置与管道壁之间的剩余空间以排除绕过所述装置的任何流动（为了装置可见性，在图18也未示出）。一些实施例是独立的热电装置，其中管道进口和出口可与来自可包括消音器和/或后处理装置的发动机排气系统的管道连接。

因为所述装置是整装的（self-contained）并且不要求很大程度地与限制流体流动的管道结合在一起，所以所述装置可被看作是模块化的。也就是说，可容易地将所述装置并入整个系统或者从整个系统中拆除。由于该模块化，因而通过简单地将多个热电装置并联和/或串联布置在一个管道或多个管道的流动空间内部，而容易地实现在产能上可扩展的热电系统。

根据本文中所公开的热电装置，各种实施例可采用平行且垂直地堆叠在管道内部的10个装置的形式，如图24中的实例中所示，其中如果各装置产生500W的功率将会输出5kW的功率。类似地，其它实施例可包括8各装置的水平堆，如图25中的实例中所示，其中如果各装置产生500W的功率将会输出4kW的功率。该系统也在进口处与后处理装置联接，该进口便于向管道的进口流动过渡同时提供总体的非常紧凑的封装。

某些用途和实施例可涉及到绕过所述装置或者绕过一部分的所述装置的流体中的至少一部分。例如，在一些情况下，可存在热侧流体操作条件，在某些情况下该操作条件可超过所述装置的可接受的温度限值，从而导致过热和潜在的失效。因此，可使用减少或阻止在所述装置的温度敏感区域上方的流体流动的流体旁路。在其它情况下，流体流量会是过大，从而形成过多的背压，这会使流量卸压成为必要。在这两种情况下，该流体旁路可引导部分或全部的流体流动经过平行于主管道中的流体流动的替代通道，尽管这种旁路系统可具体化为一些不同形式。

流体旁路系统的某些实施例可使用在包封物与管道之间的空间，其中翅片宽度侧向地终止于所述装置的任一侧，如图17和图18中所示。例如，可包括另一个隔离壁，其中翅片宽度终止从而限定用于旁路的单独流道。

在一些实施例中，可使用显著大于所述装置的流动空间，其中所述装置与管道的一侧显著地间隔，并且可将隔离壁在与所述装置的该侧相邻的位置插入以便限定用于流体旁路的单独流道。

然而在其它实施例中，可全部地使用完全独立的管道，用作交替的流体流道。这里，可利用主动地（例如电磁线圈、电动机等）或者被动地（例如热活化材料，诸如双金属弹簧、形状记忆合金等）致动的阻尼器或阀来控制流体流量。

前述实施例的变型可包括多个装置，其中可在相邻的装置之间设置旁路。

在一些实施例中，根据本公开的热电系统包括一个或多个热电装置连同噪声降低部件，这些噪声降低部件可被设计和制造入管道或者由管道所限制的流动空间中，从而同时起消音器和热电装置的作用，这在本文中被描述为热电消音器。这种组合是协作的并且可相对容易地实现。

可包括根据各种实施例的热电布置的热电装置会已经具有在其自身中的减小噪音的特征。热电装置也可容易地容纳其它的声音减弱的特征和材料。如本文中所描述和本领域技术人员所理解的，声音减弱部件可包括适合于散射、扰乱、耗散在流体流动空间内部行进的声波或者导致相消干涉的至少一种声音减弱材料、特征、或结构，包括多个通道、室、壁、穿孔壁、管、穿孔管、或者声音吸收材料，并且可以是或者可以不是装置、管道或者系统的其它部件的整体部分。

对于各种实施例，提供相比常规热电系统的某些优点的所述装置的一个特征是，装置包封物和从其中延伸出的任何翅片的大部分，如果不是全部，是面向外的并且与周围的流体接触，虽然剩余部分未附接到管道。相反，常规热电装置需要直接地附接到管道内表面的任何的这种翅片。

根据本公开的热电系统的该特征，其中从包封物中延伸出的翅片能够保持不附接到管道内壁的状态，提供可用于噪声降低部件（例如，位于沿装置流动长度的侧向周边的附近）的相对较大的表面积和体积（例如，尤其是如果所述装置与管道间隔）。附加的表面积和体积的可利用性可有利于声音减弱，例如通过适应于噪声降低部件的安装。这个布置允许噪声降低部件直接地暴露于来自围绕装置的流体的声波，因此可提供增强的噪声降低。根据各种实施例，噪声降低部件可与装置和/或管道机械接触或者不与这两者机械接触。

类似地，在位于流动空间内部（例如，在管道内部）的多个热电装置的布置中，在并联布置或者串联布置中，可将噪声降低部件布置在两个或更多这种装置的各部分之间。例如，根据本公开的多个热电装置的布置可包括在最接近的管道壁内部的孔眼、输入管、或开孔，该管道壁提供通到其它室或其它噪声降低部件的一个或多个通道。这种布置也可适合于减弱用于位于串联设置热电装置（例如，相对于彼此位于上游位置和下游位置的热电装置）之间的区域的其它声响装置的噪音。

通常，翅片图案几何形状是用于扰乱流体流动（即，通过形成流体边界层）以增强热传递，并因此在声音减弱中发挥作用。对于给定的翅片图案而言，翅片堆可在翅片几何形状中沿流体流动的方向（例如，百叶窗式、偏移的、穿孔的、波状的等）具有间断的或周期性的变更，因此包括小的流道。此外，用窄的翅片组使翅片的翅片几何形状发生偏移，诸如图9中所示的说明性实例，可提供在流动方向上的截面积的显著变化。这些特性可有效地减弱噪音，例如通过散射、耗散、和破坏性地干扰声波。包封物表面也可有助于声音减弱，例如通过声波反射回到翅片堆的附近，从而导致波能的进一步吸收。在一些实施例中，可将噪声降低部件插入翅片堆的内部、翅片和翅片组的近旁、和翅片的顶部上。

就低剖面矩形或立方体热电装置而言，例如在将发动机排气热转换成能量的上下文中，以下会是合适的。优选的是流体流量在间具有某种截面（例如，圆形的/圆形管）的管（可以是是排气系统的特点）与立方体形状的热电装置自身之间过渡，经过在管道内部的进口和出口空间。这些进口和出口空间可以容易地适合于用作反作用室具有进入室的突出/过度延伸管以便获得更大的反作用效果。为了实现侧向地经过热电装置（例如，TEG）的平衡流量，可将进口管和出口管的轴线布置成以便相对于彼此偏移。这个特征可以有助于反作用消音，因为此构造降低将声音直接地从进入管传递至出口管的能力，从而形成用于声波行进的较大距离及声波被偏转和耗散的机会。

在一些实施例中，本文中所描述的声音减弱技术适用于汽车排气的热电消音系统，汽车排气在非常大范围的频率中产生噪音特征，例如由于大范围的汽车发动机转速。图22给出了本申请的一个实施例，图中示出位于由消音器所封闭的空间内部的热电装置。因此，本文中所描述的实施例作为汽车消音器具有实现宽频带消音的可能性，并且采用与在反作用和吸收性消音器（包括图21中所列出的）中所发现的类似的的声音减弱技术和特征。

在操作中，排气气体和声波从连接到发动机的排气系统进入进口管100。排气立即进入膨胀室101，该膨胀室适合于利用截面积的变化减小声音；从进口管进入膨胀室的集中波在具有相对较大体积的膨胀室中膨胀，并且在较大的表面积上耗散其能量。因此，这个较大的体积减小声波的总体强度。

声波在膨胀室中膨胀直到它们到达侧壁，其中通过利用消音器侧壁反射声脉冲接着与随后到达的声波相消干涉而进一步减小排气声音。相消干涉是消音的反作用方法，该反作用是当声波与具有相同或不同振幅和相的另一个声波相互干扰时而发生并且通常是通过迫使气体通过一系列的室、管和通道而在较低频率范围（<500Hz）下实现。进口管突起100通过允许一些声波在与气体流动相反的方向上传播并且反射并散发到室的前部而且允许进一步的相消干涉的机会而进一步帮助声音减弱。

当排气气体进入所述装置并且行进经过翅片阵列55时，发生截面积的缩减。这里所示出的翅片图案是通用的，但可以通过设计截面积和小通道（小和微长度尺度）中的频繁变化而适合于当声波传播经过热电装置时导致波散射、耗散和相消干涉，而实现高热传递和噪音减弱性能。这种截面积中的变化可包括任何合适的翅片设计，诸如前面在图9中所示出的，以及穿孔的、交错的、百叶窗式、和波状的翅片等。此外，流动湍流和边界层扰乱也可耗散声波能量。此类型的减弱可尤其适合于减弱低频至中频。

虽然排气流行进经过翅片阵列，但声波被翅片频繁地散射并且被包封物外表面反射，引导声波向外朝向装置周向并且朝向管道周边104（例如，管道顶部、底部、和侧壁）。因此，管道的周边104可与噪声降低部件102（例如，包含玻璃纤维的声音吸收材料）并列以便减弱排气声，如图22和图23a中所示。任何声音吸收材料可采用减小所有频率（尤其较高的频率（>500Hz））的振幅且通常使用于吸收性消声器的吸收性材料。声音吸收材料液也可起合适的热绝缘体的作用，该热绝缘体减少经过管道壁的热损失并进一步提高热电装置的热性能。（为了可见性，在顶部和部分侧部管道的部分在附图中未示出，并且在装置上方的顶部和左侧一些声音吸收材料也未示出。另外，为了使附图更加简单，通向管道和来自管道的冷却剂进口和出口在附图中明确地示出）。

当排气流离开热电装置的翅片阵列时，在进入第二反作用室103处发生截面积的扩大。排气流在经过出口管离开之前流入第二反作用室103，出口管可以具有任意合适的截面形状（例如，圆形、矩形、多边形等），其中流体经历截面积的缩减。反作用室103也可通过利用消音器的后壁反射声脉冲而减弱低频声。该声波反射导致相消干涉。排出管也可突出进入室（在附图中未示出）中，该室还可提供对从系统中所排出声波的阻挡。

代替或者除了位于热电装置与管道内表面之间（例如，沿装置的流动长度）的噪声降低部件102外，如图22和图23a中所示，可使用替代的噪声降低部件，例如包括一个或多个流体通道、室、壁、或穿孔壁。图23b示出了在管道内部空间中的室，该管道内部空间形成从膨胀进口室101向出口室103延伸的两个延长的反作用室120（管道的上区和下区）。

类似地，在另一个实施例中，通过简单地将延长室开放到出口室103并且将一个开口与进口室101隔离，可形成用于膨胀出口室103的延长的反作用室。图23c中示出了一个变型实施例，该图中示出了在装置上区和下区的两个隔离的反作用室121，这两个反作用室被制成与在位于中间的翅片内部行进的声波发生声学相互作用。

就某些实施例而言，如图23d中所示，系统可包括其它特征，例如，其中在管道104的内部设置有多个热电装置。在管道104内部的多个装置50（未必是立方体）或者可插入管道空间104内部的其它热电装置128可被设置在较大包封物室125的内部，该较大的包封物室125也可引导气体从包封物进口经过具有热电装置50或128的管道104然后到达包封物室。包封物室可提供气体排出管125，任选地穿孔的，该气体排出管125可任选地显著地突出进入包封物室中并且被取向成大体上平行于管道104，并且在大部分的室距离上方延伸。

在一些实施例中，由容纳所述装置的管道所形成的在排气管与热电装置之间的进口和出口空间可延长，以便包括多种消音部件。因为消音器结构和包封物的形状常常是立方体，所以本文中所描述热电消音器系统的各方面可容易地与其相容。类似的方法可用于后处理装置（例如催化转化器、柴油机微粒过滤器等）。如本文中所描述，根据本公开的系统和方法可减小流动转换压力降和/或由装置和将会与单独部件同时出现的消音器（和/或后处理装置）所限制的总体积。作为一个例子，图25示出了8个装置的水平堆，用于在管道内部输送4kW的功率，该管道也可采用噪声降低部件和起热电消音器系统作用的特征。后处理装置（例如催化剂）位于进口处，该进口促进流到管道的流入流动转换，同时提供总体的非常紧凑的封装。

本文中所公开的热电消音器系统（具有可选的后处理进口或出口）具有与其中热电装置和消音器将会是单独的系统相比显著地减小总尺寸、重量、背压、和具有热回收的排气系统的成本的可能性。通过有效地将热电装置与消音器组合在一起，该方法可减少并且/或者可排除对单独消音器的需求。

应当理解的是，可将任何合适的热电装置置于适当的任选地封闭的流动空间（例如，排气管、管道、消音器等）中，并且不局限于本文中所公开热电装置的具体实施例。例如，以上与包括在管道内部的热电装置的各种实施例的热电消音器相关的描述可适用于任何适当的热电装置（例如，大体上为圆柱形、立方体、两者的组合等），在此大部分（如果不是全部的）的热电装置和从其中延伸出的任何导热部件（例如，翅片或其它几何形状）被设置在流动空间（例如，与周围的流体接触）的内部，同时任选地保持不附接到管道的状态。例如，可将多个热电装置128（例如，这里显示圆柱形形状）设置在如图23e中所示的布置中，在此噪声降低部件102可位于热电装置与管道内表面之间（例如，沿装置的流动长度），或者视情况可将其它类型的热电装置置于流体流动空间中。

类似地，应当理解的是本公开的热电装置的实施例可与任何热电系统一体化或者使用于该热电系统。如上所述，可将热电装置的实施例置于例如管道或后处理装置或消音器的流动空间的内部。虽然，本文中所描述的热电装置可并入其它类型的相对较高温度的系统。

连同本文中所给出的热电系统/装置，或者对于不采用热电学的其它用途而言，有利的是使用与热交换器所包围或者相邻的结构（例如，热电层、内部热交换器）一致、热连通到该结构、并且沿该结构滑动的一致热交换器。在各种实施例中，这个一致热交换器可以简单地是一致的表面、板、或壁，其外表面适合于增强与环境的热传递（例如经由从包封物延伸出的多个翅片）。翅片类型和设计可以是不过度地限制热交换器与当前特定用途所要求的大体上一致并执行的能力（在前面的段落中关于用于一致板或包封物的翅片有更多的描述）。在一些实施例中，根据本文中描述的方面，一致热交换器是包围一个或多个热电层和/或其它热交换器的一致包封物。

虽然这个一致的热交换器的各方面可包括包封物的片或它的其它特征，包括在热交换器附近的噪声降低部件，但某些元件对于本公开的所有实施例是不必要的。在一些情况下，具有一致热交换器与其为一致的形状的结构并不必须是热电层，但可包括任何合适的结构，包括自身改变形状的结构。

另外，虽然结构的表面可连接到包封物，但这种连接对于各种实施例而言并非是必需的。此外，在每个实施例中，不要求部件之间滑动是由一致的表面或者该表面所联接的任何部件的热膨胀所导致。

导致热交换器与相邻结构一致并与其对接的压缩压力可通过作用于一个或多个侧部的真空（例如从大气压力减压）或者利用另一种方法而提供。例如，可机械地拉动（例如形成张力）一部分的表面，或者可在热交换器中产生合适的压差。可通过除真空外的方法获得压差，例如可将周围环境的压力增加到超过大气压力，无论是海洋下面或者在加压部件、容器、或机器等的内部。

一致的热交换器也可间断地或者以可变的热效率（由于压缩压力的变化或者可在两者之间的任何界面物质（导热、减摩或其它，即石墨垫、流体、油脂、油等）的变化）将热传递至相邻的结构。

结合本文中所给出的热电系统/装置，或者在不采用热电器件的其它用途中，固态热开关当其温度升高超过给定值时可降低结构构件传导热（例如降低结构构件的有效热传到）的能力。该被调节的热传导的能力可为应用提供操作控制，诸如防止部件过热。其中可包括热开关的实施例的一个应用是在热交换器中，其中响应于热交换器的温度升高超过某个阈值或临界值可降低热交换器的有效热传递。

包括热开关的这种热交换器可用于在其中热电材料在超过阈值温度情况下不能无失效地操作的相对较高温度的应用中保护热电材料。这里，热交换器将热传递至温度敏感热电材料，虽然热交换器可在与热电材料的界面附近降低其有效热传导。因此，为了保护它们，热电材料的温度可保持在低于阈值温度的温度。虽然在一些情况下热交换器的有效热传导被降低，但热电器件仍然能够执行它们的功能，因为并入热交换器中的热开关可构造成在超过阈值温度的情况下仍然可将一些热传递至热电器件和从该热电器件中传递出热。

如上所述，许多热电材料在过高的温度下（例如，在500-650℃之间任意位置，并且是常见的）不能够以合适的方式操作，并且可通过采用本文中所描述的非常薄的固态热开关技术对热电材料加以保护，该固态热开关可以合并入任何合适的热交换器中，例如，在其基部。

根据本公开的热开关的基本功能是通过使流体经历相变而减小热传导。流体的状态可对应于期望的阈值温度而从液体变为气体（例如在沸腾温度或气化或蒸发温度）。在气体状态下，大部分的流体呈现比液体状态低得多的热传导。

当应用于本文中所描述的系统时，可将该流体适当地容纳于在固构件内部的通道中（例如通道、小通道、微通道、凹槽、间隙等），其中期望改变流体的有效热传导。通道的结构和位置可取决于用途，但不局限于任何特定的结构构造或用途。

就涉及用于热电器件的热侧热交换器的用途而言，在各种实施例中，可将薄的热开关并入热侧热交换器的片或板61的内表面中，如图26中所示。

如图27中所示，小的通道（诸如微通道112）可形成于片或板61中，用适当的流体或流体组合物填充，并且通过将薄的包覆板110附接到有沟的表面而加以密封。这里，在此说明性实施例中，在片61中蚀刻出微通道。

图28a和图28b示出了封闭的流体通道的局部剖视图。这里，在此说明性实施例中，将流体组合物封闭在热开关的微通道的内部并且图中显示流体组合物改变状态和传导。图28a和图28b还示出了热开关在其改变状态前后的概念性比较，分别对应于在其液相中的较高传导和在其蒸气相中的较低传导。

在各种实施例中，在片中形成通道可通过机械加工、化学蚀刻、或冲压等而实现。对于金属热交换器而言，将薄板附接到表面可通过多种方法而实现，包括钎焊、扩散连接、锡焊等。虽然包括热开关，但复合材料基部和薄板可构造成使得总厚度仍然足够薄以便用作一致包封物。微通道为应用热开关提供非常薄的紧凑方法并且可以构造成非常浅，从而最小化或者减小用于传递热的热传导路径的长度，这可以是理想的。

除了形成微通道，也可采用各种其它实施例。例如，热开关可包括在包封物基部或覆盖板内部成型的凹陷，其中薄的隔板或支架置于它们之间以便承受界面压力（和/或在流体通道内部的部分真空）同时允许流体整个的流体空间中移动或流动。

在各种实施例中，通道内部的流体可容纳在封闭的通道空间中，在此可对通道压力进行调节或调整以改变流体的沸点温度（即开关的阈值或临界温度）。

尽管在一些情况下，流体可完全地存在于热交换器的内部，但在另一个实施例中，管（例如毛细管）可附着到通道以便将通道和流体延伸至热交换器的外部，以便简化用于流体填充的进入（例如，用于补充或维持）及通道的增压或减压。

另一个实施例可包括球形物111，如图26中所示，该球形物为流体通道增加更多的体积，这增加了该方法的设计通用性。尽管图26示出了在包封物内部的球形物，但其它实施例可采用在包封物外部的球形物。在一些实施例中，这些附件可以是相对地刚性以承受高、低、或真空压力。在刚性球形物的内部，其它实施例可包括用不同流体填充的可压缩隔膜（或者发挥类似功能的部件），该隔膜响应于流体改变状态时流体膨胀而减小其体积。

在其它实施例中，球形物可以是柔性的以变容纳当流体从液体过渡到气体时膨胀的流体。而且，柔性的球形物能够使其通道内部压力与其外部压力平衡；因此，就在用于热电装置的真空包封物内部的球形物而言，可适当地调整包封物内部的真空压力水平从而调节热开关通道压力并且相应地调节开关的临界温度。

在某些实施例中，可将具有或不具有球形物（或者管延伸部）的多个单独热开关设置在热交换器或板的内部。在各种实施例中，一个开关可定位在热交换器的进口区域或附近，其它开关可位于沿着热交换器的其它区域的位置。当热气体从一端（进口）流动经过装置或流体热交换器到达另一端（出口）时，开关可适当地作出响应，失去热并降低温度。在这种情况下，热开关可用于通过在位于下游位置的这些开关之前启动而关闭进口。另外，可对多个热开关中的一些热开关进行调节，从而在与其它所不同的阈值温度下（对应于不同的热电材料和它们的不同温度敏感性）启动。

多种流体可用于热开关，包括钠和钾及其合金（诸如NaK）等。这些物质具有相当高的液体导热率和用于真空压力的在500-650℃范围内的沸点；该温度范围适合于保护用于发动机排气用途的热电器件。在其它实施例中，与多于一种类型流体的流体混合物可用于调节热开关性能。流体也可以是纯的、二元的、三元的、及其它流体组成。

就发动机排气热电装置而言，本文中所描述的热开关被认为是由开/关阻尼器所启动的不必要的庞大的排气旁路通道，这方法是用于保护热电材料的常规热电系统的行业中的推荐的解决方案。热电装置、热开关（其排除单独的旁路）的固有的紧凑性以及消音器消音材料整合（其可排除单独的消音器）使得该装置技术和其相关系统对于车辆用途是有吸引力的。

结合本文中所给出的热电系统/装置，或者就不采用热电器件的其它用途而言，公开了热界面复合材料。热界面复合材料包括两种以上的物质，该复合材料与仅包括一种物质或者根本不包含任一物质相比可提高两个滑动面之间的热界面接触（例如有效热传导）。可具有这种滑动表面并且其中可包括热界面复合材料的一个应用是在热电装置的一个实施例中。

减小部件的滑动表面之间的接触热阻的常规方法是将热界面材料84（诸如一致石墨箔或垫、铜箔、其它的金属箔、碳纳米管垫、导热脂等）导入到表面之间。固体热界面材料可至少部分地与存在于滑动面之间且通常具有比导热液或导热脂更好的固体内部导热性能的间隙一致并且将该间隙桥连；然而，固体热界面材料使界面的两侧接触，这可以固有地导入更多的接触热阻并且可显著地减小热界面箔的益处。尽管导热液或导热脂界面物质通常为表面提供更多的理想接触（例如较低的接触热阻），但如果单独地应用到具有明显间隙的界面，那么导热液或导热脂的较低导热会不导致比固体箔更好的热性能。

根据本公开的用于热界面复合材料的的方法采用在箔一侧或两侧上的一致固体材料与导热液或脂的组合，用以降低两个滑动表面之间的总体界面热阻；换句话说，导致比仅使用一种物质（例如箔或脂）更大的经过两个表面的界面的有效热传导。在这个具体情况下，一致是指材料具有比构成界面（即，位于材料的任一侧上）的固体部件更大的弹性性能，并且夹持该一致板。一致的材料或箔可将两个滑动面之间的较大间隙桥连，该间隙可以是大约微米至毫米的尺度，同时液体附着到表面并且可将大约微米至纳米尺度的间隙桥连。然而，第二部件不必始终保持在液体状态。当所述装置达到期望操作条件时从固体到液体发生相变的物质也将会是充分的，诸如锡或焊料的膜。

这个热界面复合材料方法也降低在热循环期间液体“泵出”的可能性，由于在热循环期间界面表面的周期性热变形因而该“泵出”导致液体从界面中移动出从而留下空气隙。

一个实施例可包括一致的石墨箔以及在箔两侧上的一薄层的脂。进行了对本实施例与单个石墨箔进行比较的实验，并且结果已证明与其中使用箔而不使用油脂（即，界面组合物）的系统相比，在15psi的低接触压力下总接触热阻可以减小高达40-50%。在较高的接触压力下，接触热阻的降低百分率减小。

尽管在前面的部分中提到了对多种实施例的材料、结构和构造的一些引述，但这里提供了描述一致真空包封物的制造及其组装的特别关注和细节，另外描述了具有低剖面矩形立方体状形状的热电装置。在此方法中，虽然存在用于制造和组装过程的许多设计并且可适当地采用，但本文中只给出了一些代表性的例子。

可采用多种多样的包封物材料，包括金属和某些塑料（取决于用途中的热流体温度）等。然而，耐腐蚀的金属可以是优选的，以便耐受高温、腐蚀性和氧化性发动机排气流达长时间段（例如，许多年）。

在一些实施例中，包封物片和/或翅片材料可包括不锈钢、镍基合金（例如，因康镍合金）、钼、和钛等。包封物片和翅片可以是足够薄以便在真空下提供理想程度的弹性一致性，同时也提供相当大的对燃烧排气的耐腐蚀性和强度，该包封物片和翅片尤其可用于片。

翅片与包封物之间的连接方法可包括钎焊，焊接、和扩散连接等。

如前所示，图10示出了上述的与热电层表面的一致性的概念性例子。此外，已进行了验证这种半弹性结构的一致性的实验，包括热电装的置原型，类似于图19中的形状。

为了构造包封物形状，一个实施例可包括将立方体形状的箱焊接到一起，内部部件插入到该箱中。在一个实例中，构造了用于热电器件原型的类似的箱包封物设计，如图19中所示，包括焊接到侧壁62或框架的一致的片61。在构造出这个箱包封物之后，将内部部件（例如，热交换器、热电材料等）插入箱的开口端，随后以类似的方式将该开口端用壁围住并密封。图中所示出的这个原型设计和结构成功地利用其中所提供的高真空而形成气密性。此外，这个热电器件原型如预期的操作，包括一致包封物适当地发挥作用，如本文中所公开的，在高达600℃的气流空气温度下（是试验台架的限值）被可能是较高的温度。这个原型具有小于客车的占用面积，但具有类似的高度尺寸。

然而，所描述实施例的低高度立方体形状使容易得多的其它制造方法成为可能。各种实施例可包括两个大的板或半件，这些板或半件被拉伸或冲压而形成在片61内部的相对浅的高度/深度（没有单独的侧壁62），类似于蛤壳构造，如图20中的剖视图所示，图中示出了两个可能的成型选项。可将包封物上区和下区的片61在它们的周向除拉伸到一起，使得它们相互交汇从而在这两个片或半件之间形成可连接的界面，因此无需包括任何的包封物的单独侧壁。

内构件，例如冷却剂热交换器64、热电层63、结构支撑69，和其它部件（未明确地图示）存在于由两个半件所封闭的空间内部。

可行的连接方法可包括焊接、钎焊、锡焊等。可采用利用其它的紧固、螺栓连接、夹持、加盖等的方法的机械联接，以及垫圈或者其它密封方法。

该蛤壳方法的有利之处在于：该构造不包括如其它构造中那样的许多部件（例如，仅可使用上和下半件）。在蛤壳方法中，连接半件之间的接缝并不长，因此降低了连接失效的危险性。此外，可在将包封物密封之后，将包封物内部抽真空。

上面已描述了本公开各种实施例的若干方面，应当理解的是本领域技术人员将容易地想到各种变更、修改和改进。这种变更、修改和改进意图是本公开的一部分，并且意图是在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅仅是举例。

Claims (98)

1.一种热电装置，包括：

至少一个热交换器；

与所述至少一个热交换器热连通的至少一个热电层；和

包围所述至少一个热电层和所述至少一个热交换器的包封物，所述包封物提供所述至少一个热电层和所述至少一个热交换器与位于所述包封物外部的流体的屏障，其中一部分的所述包封物适合于传导热并且与所述至少一个热电层热连通，并且其中，所述至少一个热交换器与所述包封物的内表面间隔并且可相对于所述包封物的内表面移动从而适应所述至少一个热交换器和所述包封物的热膨胀。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置适合于当被置于所述流体中且被所述流体包围时执行热电转换。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置与限制位于所述包封物外部的所述流体的壳体间隔或者热绝缘。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个热电层被设置在所述至少一个热交换器的表面上。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个热电层被设置在所述包封物的内表面的一部分上。

6.如权利要求4所述的装置，其中，在其上面设置有所述至少一个热电层的所述至少一个热交换器的表面是大体上平的。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个热电层包括设置在所述至少一个热交换器的第一侧上的第一热电层、和设置在所述至少一个热交换器的第二侧上的第二热电层。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述第一和第二热电层形成在所述至少一个热交换器周围大体上为对称的构造。

9.如权利要求1或4所述的装置，其中，所述至少一个热交换器的表面与在其上面设置有所述至少一个热电层的所述包封物是大体上平行的。

10.如权利要求1或9所述的装置，其中，所述装置具有大体上立方体的形状。

11.如权利要求1或10所述的装置，其中，所述包封物与所述至少一个热电层的表面大体上一致。

12.如权利要求1所述的装置，其中，所述包封物包括弹性材料。

13.如权利要求1所述的装置，其中，所述包封物被密闭地密封。

14.如权利要求13所述的装置，其中，将在所述包封物内部的体积用惰性气体填充。

15.如权利要求13所述的装置，其中，在所述包封物外部的压力大于在所述包封物内部的压力。

16.如权利要求13所述的装置，其中，在所述包封物内部的体积经受真空。

17.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个热电层被构造并布置为可相对于所述包封物适合于传导热的部分移动或滑动。

18.如权利要求1所述的装置，还包括被设置在所述包封物与所述至少一个热电层之间的至少一个热界面材料。

19.如权利要求1所述的装置，其中，所述包封物在位于所述包封物内部的空间上方延伸或悬突并且超过所述至少一个热电层的周向和所述至少一个热交换器。

20.如权利要求9所述的装置，其中，所述包封物包括蛤壳布置，所述蛤壳布置包括第一半件和第二半件，所述第一半件和第二半件可相互接合并且被设置成彼此相对且大体上平行。

21.如权利要求20所述的装置，其中，所述包封物包括至少一个侧壁，当所述第一半件与第二半件接合时所述至少一个侧壁物理地封闭在所述包封物周向附近的所述第一半件和第二半件之间的任何间隙。

22.如权利要求21所述的装置，其中，所述包封物的所述第一半件和所述第二半件中的至少一个包括所述至少一个侧壁。

23.如权利要求21或22所述的装置，其中，通过焊接、钎焊、紧固和夹持中的至少一种方法将所述第一半件与第二半件连接到一起。

24.如权利要求21所述的装置，其中，所述包封物的至少一个侧壁包括在弹性方面比所述第一和第二半件或片或板更加柔性的至少一个结构。

25.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个热交换器被构造并布置为相对于所述至少一个热电层而移动或滑动。

26.如权利要求1所述的装置，还包括设置在所述至少一个热交换器与所述至少一个热电层之间的至少一个热界面材料。

27.如权利要求21所述的装置，还包括适合于为所述包封物提供压缩压力的至少一个紧固件。

28.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个热电层机械联接到所述至少一个热交换器和所述包封物的一部分中的至少一个。

29.如权利要求1所述的装置，其中，所述包封物具有大体上为圆柱形、立方体、或两者的组合的形状。

30.如权利要求1所述的装置，其中，所述包封物适合于传导热的部分包括所述包封物的外表面，所述外表面具有适合于增强与位于所述包封物外部的流体的热传递的特征。

31.如权利要求30所述的装置，其中，适合于增强与位于所述包封物外部的流体的热传递的所述特征包括多个翅片，所述翅片包括包围所述包封物的多个通道，所述通道是用于容纳在所述包封物周围的流体流动。

32.如权利要求31所述的装置，其中，所述所述翅片包括多个孔眼。

33.如权利要求31所述的装置，其中，所述多个翅片包括具有小于0.51"的流动长度的翅片条。

34.如权利要求31所述的装置，还包括从所述包封物中延伸出的多个翅片，所述翅片限定具有不同的截面积或图案或几何形状的通道。

35.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个热电层构造成为一级、二级或多级热电器件。

36.如权利要求1所述的装置，其中，所述热电装置构造成为热电发电器或者流体调节器。

37.如权利要求1所述的装置，其中，所述热电装置包括：布置为容纳进入所述至少一个热交换器的流体的进口、和布置为容纳从所述至少一个热交换器中所排出流体的出口。

38.如权利要求37所述的装置，其中，所述包封物联接到所述进口和所述出口。

39.如权利要求1所述的装置，还包括包围所述装置并且适合于减弱声音振动的一个或多个噪声降低部件。

40.如权利要求39所述的装置，其中，所述一个或多个噪声降低部件包括以并行或堆叠布置而定位的多个室。

41.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置适合于执行经历所述至少一个热交换器与所述流体之间的至少300℃温差达至少4周时间段的热电转换。

42.如权利要求1所述的装置，其中所述装置的至少一部分适合于处理所述流体的排放物并且起催化剂和微粒过滤器中的至少一个的作用。

43.一种热电系统，包括：

限定容纳如权利要求1所述的流体的流动空间的管道，所述管道具有布置为容纳进入所述流动空间的流体的进口和布置为容纳从所述流动空间所排出流体的出口；及

如权利要求1所述的热电装置。

44.如权利要求43所述的系统，其中，如权利要求1所述的热电装置至少部分地存在于所述管道的流动空间内部。

45.如权利要求43所述的装置，还包括以堆叠构造而布置的如权利要求1所述的多个热电装置。

46.如权利要求45所述的系统，其中，所述多个堆叠的热电装置是以串联或并联构造而布置。

47.如权利要求43所述的系统，其中，所述管道容纳至少一个噪声降低部件。

48.如权利要求47所述的系统，其中，所述至少一个噪声降低部件位于所述流动空间的内部，所述流动空间是沿着所述装置的流动长度并且是在所述装置的一部分与所述管道的壁的内表面之间。

49.如权利要求47所述的装置，还包括以串联或并联构造而布置的如权利要求1所述的多个所述热电装置，其中至少一个噪声降低部件位于在所述多个所述热电装置之间的所述流动空间的内部，所述流动空间包括在以串联布置而提供的装置之间的流动空间。

50.如权利要求43所述的装置，其中，流体所进入的所述流动空间的进口空间或者流体从其中排出的所述流动空间的出口空间包括消音器部件。

51.如权利要求43所述的装置，其中，流体进入的所述流动空间的进口空间或者流体从其中排出的所述流动空间的出口空间包括后处理部件。

52.如权利要求43所述的装置，其中，流体进入的所述流动空间的进口空间或者流体从其中排出的所述流动空间的出口空间包括构造并布置为从所述流体流动流中耗散能量的室，其中所述室的截面积大于所述进口或所述出口的流动区域的截面积，并且所述进口或所述出口突出进入所述室中。

53.如权利要求52所述的系统，其中，所述进口的壁或者所述出口的壁突出进入所述室中。

54.如权利要求43所述的系统，其中，流体经过所述进口进入的方向与流体经过所述出口排出的方向发生偏转。

55.一种热电系统，包括：

限定容纳所述流体流动流的流动空间的管道，所述管道具有布置为容纳进入所述流动空间的流体的进口和布置为容纳从所述流动空间中排出的流体的出口；以及

被设置在所述流动空间内部的热电装置。

56.如权利要求55所述的系统，其中，所述管道容纳至少一个噪声降低部件。

57.如权利要求55所述的系统，其中，所述至少一个噪声降低部件位于所述流动空间的内部，所述流动空间是沿着所述装置的流动长度并且是在所述装置的一部分与所述管道的壁的内表面之间。

58.如权利要求55所述的系统，还包括以并联或串联构造而布置的多个热电装置，其中至少一个噪声降低部件位于在所述多个所述热电装置之间的所述流动空间的内部，所述流动空间包括在以串联布置所提供的装置之间的流动空间。

59.如权利要求55所述的系统，还包括包围所述装置并且适合于减弱声音振动的一个或多个噪声降低部件。

60.如权利要求59所述的系统，其中，所述一个或多个噪声降低部件包括以并行或堆叠布置而定位的多个室。

61.如权利要求55所述的系统，其中，流体进入的所述流动空间的进口空间或者流体从其中排出的所述流动空间的出口空间包括消音器部件。

62.如权利要求55所述的系统，其中，流体进入的所述流动空间的进口空间或者流体从其中排出的所述流动空间的出口空间包括后处理部件。

63.如权利要求55所述的系统，其中，流体进入的所述流动空间的进口空间或者流体从其中排出的所述流动空间的出口空间包括被构造并布置为从所述流体流动流中耗散能量的室，其中所述室的截面积大于所述进口或所述出口的流动区域的截面积，并且所述进口或所述出口突出进入所述室中。

64.如权利要求63所述的系统，其中，所述进口的壁或者所述出口的壁突出进入所述室中。

65.如权利要求55所述的系统，其中，流体经过所述进口进入的方向与流体经过所述出口排出的方向发生偏转。

66.一种热电结构，包括：

适合于引导流体在所述进口与所述出口之间流动的具有进口、出口和通道的热交换器；

牢固地附接到所述热交换器的第一侧的第一热电层；及

牢固地附接到与所述第一侧相反的所述热交换器的第二侧的第二热电层。

67.如权利要求66所述的结构，其中，所述热交换器是大体上平的，在此所述第一和第二热电层位于所述热交换器的相对侧上。

68.如权利要求66所述的结构，其中，所述第一和第二热电层的冷侧附接到所述热交换器，以便用于使用所述结构进行发电的用途。

69.如权利要求66所述的结构，还包括陶瓷热交换器，其中所述第一和第二热电层的每个附接到所述陶瓷热交换器。

70.如权利要求66所述的结构，还包括金属热交换器，其中所述第一和第二热电层的每个经由电绝缘膜或涂层而附接到所述金属热交换器。

71.一种热交换器，包括：

一致的表面，所述一致的表面适合于大体上与设置在与所述表面相邻的结构的形状一致；以及

从所述一致的表面的外部区域延伸出、包围所述一致的表面的外部区域并接触所述一致的表面的外部区域的多个导热构件，所述多个导热构件适合于在所述一致的表面与周围环境之间传递热。

72.如权利要求71所述的热交换器，其中，所述一致的表面包括薄板或箔。

73.如权利要求71所述的热交换器，其中，所述一致的表面适合于在没有夹持的情况下与所述结构的形状大体上一致。

74.如权利要求71所述的热交换器，其中，所述一致的表面适合于通过真空施加压力而与所述结构的形状大体上一致。

75.如权利要求71所述的热交换器，其中，所述多个导热构件包括多个翅片。

76.如权利要求75所述的热交换器，其中，所述多个翅片构造成不显著地限制所述一致的表面的一致性。

77.如权利要求75所述的热交换器，其中，所述多个翅片的每个翅片包括多个孔眼。

78.如权利要求75所述的热交换器，其中，所述多个翅片包括具有小于0.51"的流动长度的翅片条。

79.如权利要求75所述的热交换器，还包括适合于减弱声音振动的一个或多个材料或结构。

80.如权利要求79所述的热交换器，其中，所述一个或多个材料或结构包括设置成与所述多个翅片相邻且包围所述多个翅片的多个室。

81.如权利要求80所述的热交换器，其中，所述多个室是以并行布置和堆叠布置中的至少一个布置而定位。

82.一种热开关，包括：

将第一结构部件与第二结构部件分隔开的通道；以及

被封闭在所述通道内部的流体组合物，所述通道构造成使得当所述流体组合物在其沸点温度下在液体与蒸气之间发生相变时所述第一与第二结构部件之间的热传导发生变化。

83.如权利要求82所述的热开关，其中，所述第一和第二结构部件中的至少一个包括热交换器。

84.如权利要求82所述的热开关，其中，当改变所述流体组合物的压力时，所述流体组合物的沸腾温度发生变化。

85.如权利要求82所述的热开关，其中，所述第一和第二结构部件中的至少一个部件包括薄板。

86.如权利要求82所述的热开关，其中，所述通道包括多个微通道。

87.如权利要求82所述的热开关，还包括支架，所述支架适合于容纳所述流体组合物的流动并且穿过通道为所述结构部件提供结构支撑。

88.如权利要求82所述的热开关，还包括在所述第一与第二结构部件之间的结构支撑。

89.如权利要求82所述的热开关，其中，密封所述流体组合物的所述通道连接到适合于适应所述流体组合物的膨胀的球形物。

90.所述如权利要求89所述的热开关，其中，所述球形物包括可压缩隔膜，所述可压缩隔膜适合于在所述流体组合物从液体转变成气体期间响应于所述流体组合物的膨胀而经历体积减小。

91.如权利要求90所述的热开关，其中，所述球形物是柔性的以便与外部环境的压力平衡。

92.如权利要求82所述的热开关，其中，可基于所述通道的压力变化来调节所述流体组合物的沸腾温度。

93.如权利要求83所述的热开关，适合于在热电装置中用于保护温度敏感部件。

94.如权利要求82所述的热开关，其中，所述流体组合物包括钠和钾合金中的至少一个。

95.一种热界面复合材料，包括：

适合于与设置在与所述表面相邻的结构的形状大体上一致的一致的表面片；以及

设置在所述一致的表面片的至少一侧上的组合物，所述组合物提供穿过在与所述一致的表面片的相对侧接触且设置在其上的两个部件之间所形成界面的比没有所述组合物情况下更高的热传导。

96.如权利要求95所述的复合材料，其中，所述一致的表面片包括石墨箔、铜箔、和其它金属箔中的至少一个。

97.如权利要求95所述的复合材料，其中，所述组合物包括液体或油脂。

98.如权利要求95所述的复合材料，其中，所述组合物被设置在所述一致的表面的相对侧上。