CN105378955B - 载体元件和模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种载体元件，其包括至热源的连接部和至散热部的连接部以及在载体元件上布置在至热源的连接部与至散热部的连接部之间的具有热侧和冷侧的热电薄层元件，其中，热侧与至热源的连接部导热连接，冷侧与至散热部的连接部导热连接。为了在至热源和散热部的良好的热连接时避免在热电薄层元件中尤其是在热电活性材料中的有害的拉伸和剪切应力，本发明建议的是，载体元件的至少一个弹性和/或柔性的平衡区段以如下方式设立在至热源的连接部与至散热部的连接部之间，即，该平衡区段通过其变形来补偿热源和散热部的不同的膨胀。

Description

载体元件和模块
技术领域
本发明涉及一种载体元件，其包括至热源的连接部和至散热部的连接部以及在载体元件上布置在至热源的连接部与至散热部的连接部之间的热电薄层元件。此外，本发明还涉及一种具有多个载体元件的模块。
背景技术
利用作为发电机运行的热电元件可以将热量直接转化成电能。为此，优选使用不同掺杂的半导体材料，由此与具有两个不同的且在端部彼此连接的金属的热电偶相比，效率可以可以显著提高。通常的半导体材料有Bi2Te3、PbTe、SiGe、BiSb和FeSi2。为了产生足够高的电压，在热电元件中通常串联地电联接多个热电偶。
热电元件的工作方式以热电效应为基础，以下称为塞贝克效应(Seebeck-Effekt)。在塞贝克效应下，在电导体或半导体的具有不同温度的两点之间产生电压。所产生的电压通过如下来决定：
USeebeck＝αxΔT
其中，
ΔT导体/半导体在接触位置上的两点之间的温差，
α塞贝克系数。
传统的热电元件由多个由热电活性半导体材料制成的长方体构成，这些长方体通过金属桥上下交替地彼此导电连接。同时，金属桥形成了热接触面，并且通过平置的陶瓷板而绝缘。
此外，由现有技术公知了热电薄层元件：
由DE 10 2006 031 164 A1公知了具有载体结构件的热电薄层元件，在该热电薄层元件上施装有多个由第一传导性的材料制成的热偶腿和多个由第二传导性的材料制成的热偶腿，其中，第一和第二传导性的材料具有不同的的传导性，并且热偶腿以如下方式彼此电耦合，即，两个热偶腿分别形成热电偶，其中，由第一和第二传导性的材料制成的整个热偶腿并排布置在载体结构件上。热电薄层元件的冷侧位于导电的第一和第二材料的一侧上，热电薄层元件的热侧位于导电的第一和第二材料相对置的侧上。
最后由DE 101 22 679 A1公知了热电薄层元件，其具有柔性的基底材料，薄层热电偶施装在该基底材料上。薄层热电偶由两种不同材料的材料组合来形成，其中，第一和第二材料以如下方式设立并且以如下方式彼此热耦合，即，它们共同形成热电偶。两种材料被压印在柔性的薄膜上或者借助常见的沉积方法来沉积。例如形成了并排布置的由作为第一材料的镍制成的条带和由作为第二材料的铬制成的条带，其中，条带在它们的端部上分别成对地经由由第二材料制成的耦合结构件彼此电连接。通过耦合的条带，在很小的面上形成了多个热电偶的串联联接。许多薄层热电偶导致热电元件的高输出电压。电耦合结构件在热电薄层元件的一侧上形成了其热侧，电耦合结构件在热电薄层元件的相对置的侧上形成了其冷侧，其中，热侧与至热源的耦联元件连接，冷侧与散热部连接。
由DE 10 2008 032 856 A1公知了用于具有热侧和冷侧的热电薄层元件的传热体，其中，柔性的薄层元件在热侧夹紧在耦联元件的两个型廓之间并且在冷侧夹紧在散热部的两个型廓之间。在所示的实施例中，散热部由卡夹型廓形成，在该卡夹型廓上布置有远离卡夹型廓延伸的散热鳍片。
良好的热电材料是脆的且机械上只能承受压力。因此，拉伸和剪切负荷导致的不是塑性变形，而是热电活性材料的断裂。尽管热源和散热部的膨胀不同，但是为了使传统的热电元件的热电活性材料尽可能仅承受压力负荷，陶瓷板在热侧滑动地连接至热源。原则上，致力于热电元件的高效率所需的较小的热源与陶瓷板之间的热阻要求非常高的压紧力，然而基于补偿不同的膨胀所需的滑动支承不允许有该压紧力。为了找到最优化的折衷方案，在沿滑动支承的陶瓷板的整个表面上需要形状相同的力锁合(Kraftschluss)，该力锁合只能以特别大的目前无法自动化进行的制造耗费来实现。
由DE 10 2011 008 378 A1公知了沿纵向方向延伸的热电模块，其具有外观和布置在外管之中的内管以及布置在它们之间的中间空间。在中间空间中设置有条带形的第一结构件和条带形的第二结构件，其中，条带形的第一结构件从在内管上的第一连接部出发而条带形的第二结构件从在外管上的第二连接部出发，分别沿相反的方向在管的周向方向上或在其纵向方向上延伸。沿周向方向或纵向方向，条带形的结构件部分地互相遮盖，其中，在条带形的第一与第二结构件之间的区域中布置有半导体对。外管和内管以如下方式彼此布置，即，模块的热膨胀首先通过外管相对内管的相对运动来平衡。此外，条带形的结构件有弹性地布置。
发明内容
从现有技术出发，本发明任务在于，建议了一种载体元件，其具有布置在其上的热电薄层元件，在至热源和散热部的良好的热连接时，该载体元件特别适合于固定薄层元件并且该载体元件避免了在热电薄层元件中，尤其是在热电活性材料中的有害的拉伸和剪切应力。
在开头所述类型的载体元件中，该任务通过如下方式来解决，即，
-载体元件具有用于施装热电薄层元件的板和布置在板上的连接元件，该连接元件用于载体元件至热源和散热部的连接以及
-载体元件的至少一个弹性和/或柔性的平衡区段以如下方式设立在至热源的连接部与至散热部的连接部之间，即，该平衡区段通过其变形来补偿热源和散热部的不同的膨胀。
热源和散热部的不同的膨胀由平衡区段完全通过变形来吸收，从而载体元件的其余区域基于不同的热膨胀也不变形。尤其是对剪切负荷敏感的热电活性材料布置在其余区域中，并且由此，不承受剪切负荷。
根据本发明设置的平衡区段允许了载体元件至热源和散热部的材料锁合(stoffschlüssig)的连接。通过材料锁合的连接，不必为了获得很小的热阻而在热源或散热部与载体元件至热源或散热部的连接部之间构造很大压力。此外，材料锁合的连接不仅允许了载体元件的较大的制造公差，而且允许了热源或散热部的较大的制造公差。可能的制造公差例如可以通过用于建立材料锁合的连接胶粘剂或钎焊来补偿。
载体元件具有用于施装热电薄层元件的板。平坦的表面特别适合于固定热电薄层元件。此外，平衡区段可以直接地，尤其通过压制引入到相对薄的板中。为了载体元件至热源和散热器的优选的材料锁合的连接，在板上布置有连接元件。
为了实现很高的循环稳定性，各个平衡区段优选具有线性弹性的特性。
平衡区段可以具有通过压制产生的凸起部和/或凹部，以便基于热源和散热部的不同的膨胀来补偿负荷。
然而，平衡区段优选具有带有凸起部和凹部的二维系统的隆凸结构。这种隆凸结构允许了在平衡区段中出现的力沿所有空间方向的平衡运动。
此外，弹性的平衡区段可以根据管平衡件的类型设计为弹性的折叠部(也称为波纹折叠部)。每个折叠部可以配设有至少一个、优选多个缝隙，这些缝隙横向于折叠部的波纹的走向延伸。假如折叠部的波纹相对于热源的主膨胀方向成直角延伸，那么通过缝隙平衡了热源相对于散热部的垂直于主膨胀方向的膨胀。与配设有隆凸结构的平衡区段类似的是，开缝的折叠部也允许了在平衡区段内出现的力沿所有空间方向的平衡运动。
弹性的平衡区段可以由如同载体元件的其余区域那样的材料制成。例如可以使用尤其可以很好承受腐蚀性介质和高温的金属作为用于载体元件和压制的弹性的平衡区段的材料。但是，弹性的平衡区段也可以不同于载体元件的其余区域而由软材料制成，例如技术上的梭织物或弹性体。
热电薄层元件具有基底和施装在基底上的热电活性材料。热电活性材料具有最大150μm的层厚。
基底是电绝缘的，以便将由热电活性材料制成的彼此分隔的区域交替地在薄层元件的热侧和冷侧上通过施装在基底上的金属化的区域彼此导电连接。为了避免从热侧经过基底到冷侧的热流，基底的材料具有很小的导热能力。由热电活性材料制成的区域优选串联联接。
基底可以柔性地构造，例如构造为聚酰亚胺薄膜。构造为薄膜的基底优选条带状地具有在条带的相对置的纵向侧上的热侧和冷侧。柔性的薄膜也可以与平衡区段完全或部分重叠地布置和固定在载体元件上。但是，将薄膜布置和固定在载体元件上时要注意的是，没有热电活性材料位于平衡区段以上的区域中。
基底也可以由抗弯曲的材料制成。在这种情况下，各个平衡区段位于载体元件的不与基底重叠的区域中。否则会由于基底的抗弯曲的材料而抑制平衡区段的弹性和/或柔性的特性。
热电薄层元件例如通过粘接或焊接而材料锁合地与载体元件的尤其平坦的表面连接。为了简化焊接，要焊接的基底背面可以进行金属化。
假如在设计为板的载体元件上安装有具有柔性的基底的热电薄层元件，板和基底可以在重叠的区段中具有彼此对齐的缝隙，这些缝隙补偿了在重叠的区段中出现的应力。为了此目的，板和基底中的缝隙尤其垂直于热源的主膨胀方向延伸。如果平衡区段构造为折叠部，那么缝隙垂直于该折叠部的波纹延伸。
为了载体元件与热源和散热部的优选的材料锁合的连接，在板上布置有连接元件，这些连接元件成角度地，尤其是垂直于板平面地延伸。假如连接元件实施为连接板，那么它们可以通过板在相对置的纵向侧上的弯边来制造。为了将载体元件与管状的热源或散热部连接，连接元件优选套管状地构造。套管和管之间的接触面的大小导致非常好的热连接。假如套管嵌入板，那么散热部或热源的管可以穿过套管。为了获得均匀的热输入耦合或输出耦合(Auskopplung)，沿着热电薄层元件的热侧或冷侧均匀地布置有多个连接元件。如果在热电薄层元件的热侧上设置仅一个连接元件并且在冷侧上设置仅一个连接元件，那么板平面中的连接元件的纵向延伸部大约相应于热电薄层元件沿着热侧和冷侧的纵向延伸部。
为了改善向热源或散热部的热传导，载体元件在部分区域中可以配设有功能层，该功能层具有比载体元件更高的导热能力。载体元件例如由不锈钢制成，而功能层由铜制成。功能层尤其施装在至热源或散热部的连接部的区域中以及在载体元件与热电薄层元件之间的重叠区域中。在热电活性材料位于其中的区域中，功能层中断，以便避免热电元件的冷侧与热侧之间的热流损失，该热电元件利用其基底施装到功能层上。功能层的中断部可以实施为间隙。
热源与散热部的另外的退耦(Entkoppling)可以取决于载体元件的导热能力地通过如下来实现，即，载体元件，尤其是其板通过至少一个缝隙被分开，其中，板的第一部分在缝隙的一侧上与热源建立导热连接，板的第二部分在缝隙的相对置的侧上与散热部建立导热连接。
出于稳定性的原因，板的第一和第二部分通过至少一个、优选多个将缝隙桥接的与缝隙的纵向延伸部相比很窄的接片彼此连接。经由与缝隙长度相比很窄的接片，仅很少的寄生的热流损失从热侧流向冷侧。假如在载体元件上设置有功能层，那么该功能层在接片区域中中断。
假如设置有这种接片，那么板的第一和/或第二部分上的接片凸肩可以构造为平衡区段。为了在接片凸肩中获得弹性和/或柔性的特性，可以在凸肩的区域中相对于在载体元件的其余区域改变接片的材料厚度和/或材料特性。薄层元件的热电活性材料关于板表面仅位于缝隙以上的区域中，其中，薄层元件的金属化的区域交替地在其热侧上与板的第一部分导热连接、在其冷侧上与板的第二部分或功能层导热连接。充当平衡区段的接片凸肩在热电活性材料的两侧上分别确定用于容纳热源和散热部的不同的膨胀的弯曲线。弯曲线沿着热电活性材料到柔性的基底上的金属化的接触区域的过渡区域延伸。在该过渡区域中，基底可以跟随绕载体元件的弯曲线的转动运动，而热电活性材料不承受剪切力的负荷。假如缝隙例如具有4mm的缝隙宽度，并且热电活性材料沿缝隙宽度的方向具有2mm的延伸部，那么在热电活性材料在中间布置在缝隙中时在两侧上分别出现1mm的过渡区域。弯曲线在该过渡区域中延伸。
在本发明的有利实施方式中，散热部和/或热源包括至少一个用于载热体的管，载体元件与该管连接。由此，可以利用例如来自一个或多个热电薄层元件的热循环回路的余热。
热电薄层元件中的热流横向于各个管中的载热体的流动方向延伸，其方式是：热源或散热部的管以及容纳这些管的套管状的连接元件垂直于载体元件的板延伸。由此，避免了沿着热电薄层元件的温度下降，这引起了明显的功率提高。此外，载体元件横向于热源和散热部的纵向延伸部的布置允许了平衡区段在接片凸肩中的正常工作。
假如散热部和/或热源的各个管与多个载体元件连接，那么热电薄层元件的级联可以组合成模块。安装在多个载体元件上的薄层元件可以取决于沿着管的温度曲线而以部分串联或并联的方式电联接。
在本发明的实施方式中，载体元件的板环形地且通过缝隙分为两个同心的圆环。这样成形的载体元件允许了与加长的、尤其是管状的热源和散热部的连接，该热源和该散热部垂直于环形的板延伸。用于与热源和散热部连接的连接元件同样垂直于板平面延伸。
附图说明
下面结合附图详细阐述了本发明。其中：
图1a示出在热机械膨胀之前和之后的具有柔性的热电薄层元件的载体元件的第一实施例的示意性侧视图；
图1b示出根据图1a的载体元件的前视图；
图2示出根据本发明的具有热电薄层元件的载体元件的第二实施例的示意性侧视图，该热电薄层元件布置在抗弯曲的基底上；
图3a以立体图示出具有隆凸结构的平衡区段的优选实施方式；
图3b示出根据图3a的隆凸结构的侧视图；
图4a示出载体元件的第三实施例的前视图，该载体元件连接至包括管束的热源和散热部；
图4b以立体图示出以多个根据图4a的载体元件构造的模块；
图5a示出具有椭圆形轮廓的载体元件的第四实施例的前视图；
图5b示出载体元件的第五实施例的前视图，该载体元件连接至分别包括一个矩形的管的热源和散热部；
图5c示出载体元件的第六实施例的前视图，该载体元件具有至中央的热源和两个散热部的连接部；
图6a以前视图和侧视图示出环形的载体元件的第七实施例，该载体元件具有安装在其上的柔性的热电薄层元件；
图6b示出根据图6a的视图，但是不具有热电薄层元件；
图7以侧视图示出环形的载体元件的另一实施例，该载体元件具有布置在其上的带有抗弯曲的基底的热电薄层元件；
图8a以侧视图示出以多个根据图6或7构造的载体元件的模块；以及
图8b以立体图示出根据图8的模块。
具体实施方式
图1a示出根据本发明的载体元件(10)的侧剖视图，热电薄层元件(20)布置在该载体元件上。载体元件(10)实施为例如由不锈钢板制成的板材件并且由长形的矩形的板(11)组成，该板在其纵向边缘上配设有连接元件(13a、b)，它们在根据图1的实施例中实施为连接板。连接板可以是板材件的弯边的区段。靠下的连接元件(13a)用于连接至散热部(30)并且靠上的连接元件(13b)用于连接至热源(40)。散热部(30)和热源(40)分别包括用于载热体的具有长形的矩形的横截面的管(31、41)，该载热体横向于板平面地穿流管(31、41)。
如同尤其由图1b可以看到的那样，管横截面在施装在载体元件(10)上的条带形的热电薄层元件(20)的整个长度上延伸。实施为连接板的靠上的连接元件(13b)材料锁合地与管(41)的下侧连接，实施为连接板的靠下的连接元件(13a)材料锁合地与管(31)的上侧连接。材料锁合的连接尤其通过钎焊来进行。载体元件(10)的板(11)在中间通过平行于其纵向边缘(12)延伸的缝隙(14)分成第一和第二部分(11a、11b)，其中，板(11)的第一部分(11a)与热源(40)建立导热连接，并且板的第二部分(11b)在缝隙(14)的相对置的纵向侧上与散热部(30)建立导热连接。
在板(11)的侧边缘上，板(11)的第一部分(11a)和第二部分(11b)通过将缝隙(14)桥接的接片(15)彼此连接。板(11)的第一部分(11a)上的接片凸肩(15a)和第二部分(11b)上的接片凸肩(15b)限定了作为平衡区段(16)的两个弯曲线，这些弯曲线平行于板(11)的纵向边缘(12)延伸。载体元件(10)的这样形成的平衡区段(16)补偿了热源(40)和散热部(30)的不同的热机械膨胀。
在根据图1a、图1b的实施例中，热电薄层元件(20)具有例如呈聚酰亚胺薄膜形式的柔性的条带形的基底(21)，热电活性材料(22)在彼此分隔的区域(23)中施装在该聚酰亚胺薄膜上。施装方案例如可以以喷镀沉积方式或者其他的用于分离层的公知的方法来进行。由热电活性材料(22)构成的彼此分隔的区域(23)交替地在热电薄层元件(20)的热侧(24)和冷侧(25)上通过金属化的区域(26)彼此以串联的方式导电连接。热电薄层元件的热侧和冷侧(24、25)平行于载体元件(10)的板(11)的纵向边缘(12)延伸。热侧(24)与用于与热源(40)连接的连接元件(13b)导热连接，冷侧(25)与用于与散热部(30)连接的连接元件(13a)导热连接。
为了制造导热连接，载体元件(10)在部分区域中配设有功能层(17)(加阴影的方式示出)，该功能层与载体元件(10)相比具有更高的导热能力。在该实施例中，功能层由铜制成。载体元件(10)的板(11)在板(11)的第一和第二部分(11a、11b)的区域中配设有功能层(17)。但是，在接片(15)的区域中没有安装功能层，以便减少热侧与冷侧(24、25)之间的寄生的热流损失。功能层(17)还施装在连接元件(13a、13b)的与管(31、41)接触的表面上，以便实现与散热部(30)或热源(14)的良好的热连接。
为了将热电薄层元件(20)的柔性的基底(21)固定在载体元件的功能层(17)上，基底在其背面的面对功能层(17)的侧上配设有涂层，尤其是进行金属化，其可以实现将热电薄层元件(20)焊接在配设有功能层(17)的载体元件(10)上。
尤其由根据图1a的侧视图可以看到，具有热电活性材料(22)的分隔的区域(23)在热侧与冷侧(24、25)之间不是在整个缝隙宽度(14a)上延伸。在所示的实施例中，缝隙宽度为4mm，而具有热电活性材料(22)的区域(23)仅在2mm的长度上延伸。在中间布置在缝隙(14)上方的热电活性材料(22)确保的是，没有起热电作用的材料位于通过接片凸肩(15a、15b)限定的弯曲线的区域中。沿着该弯曲线仅存在不会由于弯曲而受影响的柔性的基底(21)。
根据图1的载体元件(10)如下地工作：
在对热源(40)的管(41)加温时，管(41)相对于散热部(30)的管(31)首先横向于板(11)的表面膨胀，如这在图1a的右半图所示的那样。基于热源(40)与散热部(30)之间的热机械膨胀的张力导入到载体元件(10)的接片(15)中，并且在接片凸肩(15a、15b)中引起绕通过接片凸肩(15a、15b)限定的弯曲线的弯曲运动，这些弯曲线平行于纵向边缘(12)延伸。通过绕置于板平面中的弯曲线的弯曲可以完全在平衡区段(16)中补偿横向于板平面的膨胀。
图2示出载体元件(10)的实施方式，在该载体元件上布置具有抗弯曲的基底(27)的热电薄层元件(20)。由铜板构成的载体元件(10)尤其适用于高温应用方案。与根据图1的实施方式一致的是，该载体元件具有通过缝隙(14)(然而具有明显更大的缝隙宽度(14a))分成第一部分(11a)和第二部分(11b)的板(11)，热电薄层元件(20)的抗弯曲的基底(27)例如通过焊接导热地固定在该板上。用于连接至散热部(30)或热源(40)的连接元件(13a、13b)同样实施为连接板。靠上的连接元件(13b)经由平衡区段(16)与板(11)的靠上的纵向边缘(12)连接。靠下的连接元件(13b)经由平衡区段(16)与板(11)的靠下的纵向边缘(12)连接。两个平衡区段(16)不是与抗弯曲的基底(27)重叠，而是从板(11)的纵向边缘(12)沿散热部(30)或热源(40)的方向延伸。实施为连接板的连接元件(13a、13b)以相同方式材料锁合地与热源或散热部(30、40)连接，如同在根据图1的实施例中那样。
在根据图2的实施例中，平衡区段(16)设计为弹性的折叠部(18)，其在载体元件(10)的整个长度上延伸。替选地，平衡区段(16)可以具有凸起部(16a)和凹部(16b)的二维序列，如这在图3a中可见的那样。以这种方式形成的隆凸结构允许沿所有的空间方向的补偿运动。
根据图2的载体元件(10)以如下方式工作：
在对热源(40)的管(41)加温时，管(41)相对于散热部(30)的管(31)首先横向于板(11)的表面膨胀。基于热源(40)与散热部(30)之间的热机械膨胀的张力导入到载体元件(10)的弹性的折叠部(18)中，并且通过其变形引起对热源(40)和散热部(30)的不同的膨胀的补偿。布置在板(11)上的热电薄层元件(20)不承受负荷。
根据图4a的载体元件(10)在构造上与根据图1a、1b的载体元件(10)在很大程度上一致，从而为了避免重复而全部参考之前的实施方式。区别之处在于散热部和热源(30、40)的构造以及载体元件至热源和散热部(30、40)的连接。散热部(30)和热源(40)分别包括管束(32、42)。管束(32、42)的管平行且彼此间隔开地延伸，其中，管束(32、42)的各个管垂直于载体元件(10)的板平面延伸。在载体元件(10)的板(11)上，在热电薄层元件(20)的热侧和冷侧(24、25)上相应于管束(32、42)的管的数量布置有构造为套管的连接元件(13a、13b)。各个管的外侧优选材料锁合地，例如借助钎焊连接与其中一个套管连接。载体元件(10)经由套管至散热部或热源(30、40)的管的大面积地的连接增加了热流密度，并且提高了与载体元件(10)建立导热连接的热电薄层元件(20)的效率。
根据图4的载体元件(10)以如下方式工作：
在对管束(42)的管加温时，热源(40)相对于散热部(30)的管束(32)的管首先横向于板(11)的表面膨胀。基于热源(40)与散热部(30)之间的不同热机械膨胀的张力导入到载体元件(10)的接片(15)中，并且在接片凸肩(15a、15b)中引起绕通过接片凸肩(15a、15b)限定的弯曲线的弯曲运动，这些弯曲线平行于板(11)的纵向边缘(12)延伸。通过绕置于板平面中的弯曲线的弯曲可以完全在平衡区段(16)中补偿横向于板平面的膨胀。
图4b示出模块(50)，该模块包括根据图4a的结构相同的多个载体元件(10)，其中，全部的载体元件(10)以相同方式，按照堆叠式与散热部(30)或热源(40)的管束(32、42)连接。两个管束(32、42)的各个管垂直于载体元件(20)的板平面延伸。
在根据图5a的载体元件的实施例中，散热部(30)或热源(40)分别仅包括横截面为圆形的唯一的管(31、41)。与先前的实施例不同的是，载体元件(10)的轮廓不是矩形的，而是椭圆形的。连接元件(13a、13b)相应于根据图4a的实施例实施为套管。椭圆形的板同样通过水平延伸的缝隙(14)分开。板的第一部分(11a)和第二部分(11b)通过将缝隙桥接的两个外部的接片(15)彼此连接。与其余的实施例一致的是，接片凸肩(15a、15b)在板(11)的第一和第二部分(11a、11b)上形成了载体元件的弹性的平衡区段(16)。在载体元件(10)的前视图上可以看到的是，良好导热的功能层(17)不设置在接片(15)的区域中和缝隙(14)的区域中。但是，功能层施装在套管的内面上，以便改善至热源或散热部(30、40)的表面的热连接。在该实施方式中，多个一致的结构相同的载体元件(10)也可以以堆叠的方式依次地布置在散热部(30)的管或热源(40)的管上。
根据图5b的载体元件(10)的实施方式相应于根据图4a的载体元件的实施方式，区别在于，热源和散热部(30、40)不是构造为管束(32、42)，而是构造为横截面为矩形的管(31、41)，该管在具有柔性的基底(21)的在图5b中未示出的热电薄层元件(20)的整个宽度上延伸。平衡区段(16)的工作原理相应于根据按照图1、图4和图5的实施例的工作原理，从而为了避免重复而全部参考之前的实施方式。
根据图5c的载体元件(10)适用于两个条带形的、在图5c中未示出的柔性的热电薄层元件(20)的布置。构造为拉长的矩形的套管的连接元件(13a)在中间在载体元件(10)的长度上延伸，该连接元件用于通过中央的横截面为矩形的管(41)连接至热源(40)。
在载体元件纵向边缘(12)区域中，构造为拉长的矩形的套管的两个连接元件(13b)沿与连接元件(13a)相同的方向延伸，这两个连接元件用于将载体元件分别与散热部(30)的横截面为矩形的管(31)连接。在连接元件(13a)与两个连接元件(13b)之间，载体元件的板(11)分别通过缝隙(14)分开，其中，板(11)的第一部分(11a)在缝隙(14)的纵向侧上分别与热源(40)建立导热连接，并且板(11)的第二部分(11b)在各个缝隙(14)的相对置侧上分别与散热部(30)的两个管(31)中的一个建立导热连接。在两个缝隙(14)的两侧存在连接接片(15)，它们的接片凸肩(15a、15b)是至热源(40)的连接部与至散热部(30)的连接部之间的载体元件的平衡区段(16)。
图6a、图6b示出具有环形的板(11)的载体元件(10)的实施例，在该板上环形地布置有柔性的热电薄层元件(20)。如同尤其由图6b可以看到的是，环形的板(11)通过圆形的缝隙(14)分成两个同心的圆环(19a、19b)。圆环(19a、19b)在四个彼此错开90度布置的位置上以通过接片(15)桥接的方式将缝隙(14)彼此连接。在环形的板(11)的靠外的周向上布置有连接至热源(40)的在整个周向上环绕的连接元件(13a)。在环形的板的靠内的周向上布置有连接至散热部(30)的在整个周向上环绕的连接元件(13b)。构造为连接板的连接元件(13a、13b)相对于板表面成直角地延伸。载体元件(10)的平衡区段(16)置于连接条的接片凸肩(15a、15b)中。由良好导热的材料制成的功能层(17)安装在圆环(19a、19b)的向外指向的环形的表面上，这些圆环与热电薄层元件接触。为了避免从热侧至冷侧(24、25)的寄生的热流，接片(15)的表面不配设有功能层(17)。此外，功能层(17)位于连接元件(13a、13b)的表面区域上，这些连接元件用于连接至热源(40)和散热部(30)。
环形的载体元件(10)可以实现热源(40)和散热部(30)的同轴的布置，如下面根据图8对该布置所阐述的那样。热源(40)与散热部(30)之间平行于连接元件(13a、13b)延伸部的不同的膨胀在接片(15)的接片凸肩(15a、15b)中通过弯曲来补偿。柔性的热电薄层元件(20)的热电活性材料(22)关于缝隙(14)的布置相应于根据图1、图4和图5的布置。
根据图7的实施例与根据图6a、图6b的环形的载体元件(10)的区别在于，施装在载体元件(10)上的热电薄层元件(20)具有抗弯曲的基底(27)。平衡区段(16)以及连接元件(13a、13b)的布置相应于根据图2的构造，从而全部参考之前的实施方式。载体元件(10)的连接部分(13a、13b)连接至散热部(30)和热源(40)的彼此同轴布置的管。载体元件(10)尤其由铜板制成。连接元件(13a、b)通过钎焊、粘接或熔焊材料锁合地与散热部和热源(30、40)的管(31、41)连接。根据图7的载体元件尤其适用于在超过250摄氏度的温度范围内的应用，这是因为抗弯曲的基底(27)同样可以由耐高温的材料制成。
图8示出模块(50)，其包括多个结构相同的在根据图6或图7的实施方式中的载体元件(10)。载体元件(10)以均匀的间距依次布置在散热部(30)的管(31)上，并且借助连接元件(13b)材料锁合地与管(31)的侧面连接。布置在圆形的载体元件的靠外的周向上的连接元件(13a)布置在热源(40)的靠内的套管(33)上。热源(40)还包括靠外的套管(34)，其在构成环形空间(35)的情况下环绕靠内的套管(33)。终端板(36a、36b)在端侧封闭环形空间(35)。在模块(50)的两个端侧(51a、51b)区域中，在热源(40)的靠外的套管(34)上设置联接接头(52a、52b)。载热体经由联接接头(52a)导引到环形空间(35)中并且经由联接接头(52b)离开环形空间。
附图标记列表
编号 名称 编号 名称
10 载体元件 30 散热部
11 板 31 管
11a 第一部分 32 管束
11b 第二部分 33 靠内的套管
12 纵向边缘 34 靠外的套管
13a、b 连接元件 35 环形空间
14 缝隙 36a、b 终端板
14a 缝隙宽度
15 接片
15a 接片凸肩
15b 接片凸肩 40 热源
16 平衡区段 41 管
16a 凸起部 42 管束
16b 凹部
17 功能层
18 弹性的折叠部
19a、b 圆环 50 模块
51a、b 端侧
52a、b 联接接头
20 热电薄层元件
21 柔性的基底
22 热电活性材料
23 分隔的区域
24 热侧
25 冷侧
26 金属化的区域
27 抗弯曲的基底

Claims (26)

1.一种载体元件(10)，所述载体元件包括至热源(40)的连接部和至散热部(30)的连接部以及在所述载体元件(10)上布置在至所述热源(40)的连接部与至所述散热部(30)的连接部之间的具有热侧和冷侧(24、25)的热电薄层元件(20)，其中，所述热侧(24)与至所述热源(40)的连接部导热连接，所述冷侧(25)与至所述散热部(30)的连接部导热连接，其特征在于，
-所述载体元件(10)具有用于施装所述热电薄层元件(20)的板(11)和布置在所述板(10)上的连接元件(13a、b)，所述连接元件用于所述载体元件(10)至所述热源(40)和所述散热部(30)的连接以及
-所述载体元件(10)的至少一个弹性和/或柔性的平衡区段(16)以如下方式设立在至所述热源(40)的连接部与至所述散热部(30)的连接部之间，即，所述平衡区段通过所述平衡区段(16)的变形来补偿所述热源和所述散热部的不同的膨胀。
2.根据权利要求1所述的载体元件，其特征在于，所述平衡区段(16)具有线性弹性的特性。
3.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述平衡区段(16)具有凸起部(16a)和/或凹部(16b)。
4.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述平衡区段(16)具有隆凸结构。
5.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述平衡区段(16)设计为弹性的折叠部(18)。
6.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述平衡区段(16)由软材料制成。
7.根据权利要求1所述的载体元件，其特征在于，所述热电薄层元件(20)具有基底(21、27)和施装在所述基底(21、27)上的热电活性材料(22)。
8.根据权利要求7所述的载体元件，其特征在于，由所述热电活性材料(22)制成的彼此分隔的区域(23)交替地在所述薄层元件(20)的热侧和冷侧(24、25)上通过金属化的区域(26)彼此导电连接。
9.根据权利要求7或8所述的载体元件，其特征在于，所述基底(21)由柔性的材料制成。
10.根据权利要求7或8所述的载体元件，其特征在于，所述基底(27)由抗弯曲的材料制成。
11.根据权利要求7或8所述的载体元件，其特征在于，所述基底(21、27)以如下方式布置在载体元件(10)的表面上，即，没有起热电作用的材料位于载体元件(10)的平衡区段(16)的表面以上的区域中。
12.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，至所述热源(40)的连接部和至所述散热部(30)的连接部是材料锁合的。
13.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述连接元件(13a、b)构造为套管并且垂直于板平面延伸。
14.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述连接元件(13a、b)构造为连接板，这些连接板尤其垂直于板平面延伸。
15.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述载体元件在部分区域中配设有功能层(17)，所述功能层具有比所述载体元件(10)的材料更高的导热能力。
16.根据权利要求1所述的载体元件，其特征在于，所述板(11)通过至少一个缝隙(14)被分开，其中，板的第一部分(11a)在所述缝隙(14)的纵向侧上与所述热源(40)建立导热连接，板(11)的第二部分(11b)在所述缝隙(14)的相对置的纵向侧上与所述散热部(30)建立导热连接。
17.根据权利要求16所述的载体元件，其特征在于，所述板(11)的第一部分和第二部分(11a、b)通过至少一个将所述缝隙(14)桥接的接片(15)彼此连接。
18.根据权利要求17所述的载体元件，其特征在于，所述板(11)的第一和/或第二部分(11a、b)上的各个接片凸肩(15a、15b)构造为弹性的平衡区段(16)。
19.根据权利要求18所述的载体元件，其特征在于，所述薄层元件(20)的热电活性材料(22)关于板表面仅位于缝隙(14)以上的区域中。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的载体元件，其特征在于，所述板(11)是环形的且通过所述缝隙(14)被分为两个同心的圆环(19a、b)。
21.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述板(11)是矩形的。
22.根据权利要求1或2所述的载体元件，其特征在于，所述散热部(30)和/或热源(40)包括至少一个用于载热体的管(31，41)，所述载体元件(10)与所述管连接。
23.根据权利22所述的载体元件，其特征在于，各个管(31、41)垂直于载体元件(10)的板平面延伸。
24.一种模块(50)，所述模块包括根据权利要求1至23中任一项所述的多个结构相同的载体元件(10)以及共同的热源(40)和/或散热部(30)，全部的载体元件(10)与该共同的热源和/或散热部连接。
25.根据权利要求24所述的模块(50)，其特征在于，所述散热部(30)和/或热源(40)包括至少一个用于输送载热体的管(31、41)，全部的载体元件与所述管连接。
26.根据权利要求25所述的模块，其特征在于，各个管(31、41)横向于各个载体元件(10)的表面延伸。
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