CN106997920A - 热电元件以及包括该热电元件的热电模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电元件以及包括该热电元件的热电模块。一种热电元件可以包括：主体，其具有预定的长度；第一端部，其设置在主体的第一端；以及第二端部，其设置在主体的第二端，其中，第一端部或第二端部可以具有至少局部非平表面。

Description

热电元件以及包括该热电元件的热电模块

相关申请的交叉引用

本申请基于2016年1月26日提交的韩国专利申请第10-2016-0009608号并要求其优先权权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种热电元件，更具体而言，涉及能够简单且精确地定位并且与电极板的接触面积显著增加的热电元件，并且本发明还涉及包括该热电元件的热电模块。

背景技术

热电模块使用由于热与电相互作用而发生的各种效应，并且具有使用赛贝克效应(电动势由于温差而出现)的结构、使用珀尔帖效应(根据电流而吸热或发热)的结构等。

这样的热电模块可以包括成对的N型热电元件和P型热电元件，分别连接至N型热电元件和P型热电元件的上部和下部的上电极和下电极以及分别支撑上电极和下电极的上基板和下基板。

在制造热电模块的工艺中，需要将热电元件相对于电极和基板精确对齐的技术，而在现有技术中，热电元件是使用机械手臂或对齐装置对齐的。

使用机械手臂的方案的缺陷在于，因为热电元件是分别定位的，所以需要大量的时间来对齐热电元件。

使用对齐装置的方案的缺陷在于，因为需要单独的额外工艺来调整热电元件的最终位置，所以使用对齐装置的方案的操作的执行很繁重。

与此同时，现有的热电元件为圆柱形或矩形形状的，这样的不利之处在于，其对齐的执行会很繁重。

因此，为了精确且快速地对齐热电元件，已经进行了对于球形的热电元件的研究。然而，即使是在(圆形热电元件的)对齐时的细微的震动，也会轻易地使得球形热电元件从正常位置脱开，因此，工艺中的缺陷率上升。

特别地，因为就结构特征而言球形热电元件具有相同的直径，所以难以调整热侧与冷侧之间的距离，导致无法充分地确保热侧与冷侧之间的温差的缺陷，这导致热电模块的效率下降。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种热电元件，其可以简单且精确地对齐或布置，并且稳定地确保热侧与冷侧之间的温差，从而增强热电模块的效率；本发明的各个方面还致力于提供包括该热电元件的热电模块。

根据本发明的示例性实施方案，一种热电元件包括：主体，其具有预定的长度；第一端部，其设置在主体的一端；以及第二端部，其设置在主体的另外一端，其中，第一端部或第二端部可以具有至少局部非平表面(partial non-flat surface)。

主体的长度可以长于主体的宽度。

第一端部和第二端部中的至少一个可以包括具有预定的曲率半径的弯曲部。

第一端部和第二端部中的至少一个可以具有圆锥表面或角锥表面。

第一端部和第二端部中的至少一个可以在其边缘具有圆角部。

第一端部可以包括具有第一曲率半径的弯曲部，而第二端部可以包括具有第二曲率半径的弯曲部。

第一曲率半径可以等于第二曲率半径。

第一曲率半径可以不等于第二曲率半径。

根据本发明的另一示例性实施方案，一种热电模块包括：至少一对热电元件，其设置在上基板与下基板之间，并且具有彼此相反的极性；上电极，其连接至所述至少一对热电元件的上部；以及下电极，其连接至所述至少一对热电元件的下部，其中，所述至少一对热电元件的每个的至少一个端部可以具有至少局部非平表面，而上电极和下电极具有凹部，所述至少一对热电元件的每个的端部插入该凹部以接合。

一对热电元件可以包括形成为具有不同宽度的第一热电元件和第二热电元件。

第一热电元件的宽度可以大于第二热电元件的宽度。

第一热电元件可以由P型半导体形成，第二热电元件可以由N型半导体形成。

上电极的凹部和下电极的凹部可以具有对应于所述至少一对热电元件的端部的形状。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1是示出根据本发明的各个示例性实施方案的热电元件的视图。

图2是示出根据图1的替代示例性实施方案的热电元件的视图。

图3是示出根据图1的替代示例性实施方案的热电元件的视图。

图4是示出根据图1的替代示例性实施方案的热电元件的视图。

图5是示出根据本发明的各个示例性实施方案的热电模块的视图。

应当了解，所附附图并不必须是按比例绘制的，其呈现了某种程度上经过简化的说明本发明的基本原理的各个特征。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，在附图的多幅附图中，附图标记指本发明的相同的或等同的部件。

附图标记

11：第一热电元件

12：第二热电元件

13：第一端部

14：第二端部

15：主体

21：上电极

22：下电极

23、24：凹部

31：上基板

32：下基板。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被示出在附图中并描述如下。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种可替选形式、修改形式、等同形式及其他实施方案。

参考图1，根据本发明的示例性实施方案的热电元件11和12可以包括：主体15，其具有预定的长度L；第一端部13，其设置在主体15的一端；以及第二端部14，其设置在主体15的另外一端。

主体15可以具有立体结构，例如圆柱体形或有角的形状。主体15的长度L可以大于其宽度W。主体15的长度L可以为这样的长度，通过该长度确保了热侧与冷侧之间的温度差，而又避免了阻抗的增加。

第一端部13和第二端部14设置在主体15的长度方向上的两端，并且可以定位在主体15在长度方向上的彼此相对的侧上。

在第一端部13和第二端部14中的至少一个上形成至少局部非平表面，使得热电元件11和12的每个都具有子弹形状。

在本发明的示例性实施方案中，因为热电元件11和12具有子弹形状，其与电极的接触面积能够增加，从而能够显著改善热电元件11和12的定位和/或附着。

根据图1的示例性实施方案，第一端部13可以形成为在主体15的一个端部弯曲从而具有第一曲率半径R1的弯曲部，而第二端部14可以形成为在主体15的另外一端弯曲从而具有第二曲率半径R2的弯曲部。

第一曲率半径R1和第二曲率半径R2可以相等，或者也可以不相等。

根据图2的示例性实施方案，主体15的第一端部13a和/或第二端部14a可以具有宽度逐渐减小的圆锥表面或角锥表面。

根据图3的示例性实施方案，第一端部13b或第二端部14b的宽度可以与主体15的宽度相同，在第一端部13b和/或第二端部14b的边缘可以形成具有预定的半径的圆角部16。

根据图4的示例性实施方案，第一端部13c的宽度可以与主体15的宽度相同，在第一端部13c的端可以形成平面表面17，而第二端部14c可以具有弯曲部，该弯曲部具有预定的曲率半径。

以此方式，在根据本发明的示例性实施方案的热电元件11和12中，因为作为至少局部非平表面的弯曲部形成在主体15的至少一个端部上，所以热电元件11和12可以具有子弹形状，而由于该子弹形状，热电元件与电极21和22的接触面积能够增加，所以显著地改善了热电元件11和12的定位和/或附着。

参考图5，热电模块10可以包括在竖直方向上彼此隔开的上基板31和下基板32，以及设置在上基板31与下基板32之间的多个热电元件11和12和多个电极21和22。

上基板31和下基板32可以形成热侧和冷侧，基板31和32的每个可以由绝缘材料形成。

如图1至图4所示，多个热电元件11和12可以是在其至少一个端部具有至少局部非平表面的子弹形状。

多个热电元件11和12可以包括至少一对具有彼此相反的极性的热电元件11和12，并且可以由N型半导体和P型半导体形成。

N型半导体和P型半导体具有不同的热电优值(ZT)，因此一对热电元件11和12可以设定为具有不同的横截面面积。因此，为了设定具有彼此相反的极性的热电元件11和12的不同的横截面面积，一对的热电元件11和12可以具有不同的宽度。

特别地，第一热电元件11可以由P型半导体形成，而第二热电元件12可以由N型半导体形成。为了优化热电模块10的输出性能，第一热电元件11的宽度a可以大于第二热电元件12的宽度b。

上电极21可以连接至相邻热电元件11和12的上端，并且上电极21中可以形成凹部23，热电元件11和12的第一端部13插入该凹部以接合。

下电极22可以连接至热电元件11和12的下端，并且在下电极22中可以形成凹部24，热电元件11和12的第二端部14插入该凹部以接合。

上电极21的凹部23和下电极22的凹部24可以具有对应于热电元件11和12的第一端部13、13a、13b或13c以及第二端部14、14a、14b或14c的形状。

图5示出了根据图1的示例性实施方案的热电元件11和12，上电极21的凹部23和下电极22的凹部24可以具有弯曲凹部结构，该弯曲凹部结构对应于由热电元件11和12的弯曲部形成的第一端部13和第二端部14。

另外，根据图2的示例性实施方案，因为热电元件11和12的第一端部13a和第二端部14a由圆锥表面或角锥表面形成，上电极21的凹部23和下电极22的凹部24可以包括具有圆锥表面或角锥表面的凹部结构。

根据图3的示例性实施方案，因为热电元件11和12的第一端部13b和第二端部14b的结构具有圆角部16，上电极21的凹部23和下电极22的凹部24可以包括在其边缘具有圆角部的凹部结构。

根据图4的示例性实施方案，因为热电元件11和12的第一端部13c包括带有平面表面17的结构，上电极21的凹部23可以包括带有平面表面的结构，而在热电元件11和12的第二端部14c具有弯曲结构的情况下，下电极22的凹部24可以具有弯曲凹部结构。

由此，因为上电极21的凹部23和下电极22的凹部24具有对应于热电元件11和12的第一端部13、13a、13b、13c和第二端部14、14a、14b和14c的结构，热电元件11和12能够精确地定位在上电极21的凹部23和/或下电极22的凹部24中，其附着能够显著增强，而且热阻抗和电阻抗能够降低从而增强热电模块10的性能。

上电极21和下电极22可以交替设置，以使得电流或热量能够平稳地流动。

由此，因为根据本发明的示例性实施方案，热电元件11和12具有子弹形状，该子弹形状在热电元件的主体15的至少一个端部上具有至少局部非平表面，并且上电极21和下电极22具有对应于热电元件11和12的端部的凹部23和24，所以热电元件11和12的定位和附着可以显著改善，在制造工艺过程中热电模块10的缺陷率可以最小化。

特别地，热电元件11和12的长度L得到优化，热电模块10的热侧与冷侧之间的距离可以得到适当的调整，从而，热侧与冷侧之间的温度差能够得到充分确保。

如上所述，热电元件可以简单且精确地对齐或布置，而且，因为稳定地确保了热侧与冷侧之间的温度差，所以热电模块的效率能够得到增强。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“靠上”、“靠下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“向前”、“向后”被用于参考附图中所显示的特征的位置来描述示例性实施方案的这些特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够利用并实现本发明的各种示例性实施方案及其各种可替选形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式来限定。

Claims (14)

1.一种热电元件，包括：

主体，其具有预定的长度；

第一端部，其设置在主体的第一端；

第二端部，其设置在主体的第二端，

其中，第一端部或第二端部具有至少局部非平表面。

2.根据权利要求1所述的热电元件，其中，主体的长度长于主体的宽度。

3.根据权利要求1所述的热电元件，其中，第一端部和第二端部中的至少一个包括从主体向外凸出并且具有预定的曲率半径的弯曲部。

4.根据权利要求1所述的热电元件，其中，第一端部和第二端部中的至少一个具有从主体向外凸出的圆锥表面或角锥表面。

5.根据权利要求1所述的热电元件，其中，第一端部和第二端部中的至少一个在其边缘具有圆角部。

6.根据权利要求1所述的热电元件，其中，第一端部包括从主体向外凸出并且具有第一曲率半径的弯曲部，而第二端部包括从主体向外凸出并且具有第二曲率半径的弯曲部。

7.根据权利要求6所述的热电元件，其中，第一曲率半径等于第二曲率半径。

8.根据权利要求6所述的热电元件，其中，第一曲率半径不等于第二曲率半径。

9.一种热电模块，包括：

至少一对热电元件，其设置在上基板与下基板之间，并且具有彼此相反的极性；

上电极，其连接至所述至少一对热电元件的上部；

下电极，其连接至所述至少一对热电元件的下部，

其中，所述至少一对热电元件的每个的至少一个端部具有局部非平表面，并且上电极和下电极具有凹部，所述至少一对热电元件的每个的端部插入该凹部以接合至凹部。

10.根据权利要求9所述的热电模块，其中，所述至少一对热电元件包括形成为具有不同宽度的第一热电元件和第二热电元件。

11.根据权利要求10所述的热电模块，其中，第一热电元件的宽度大于第二热电元件的宽度。

12.根据权利要求11所述的热电模块，其中，第一热电元件由P型半导体形成，而第二热电元件由N型半导体形成。

13.根据权利要求9所述的热电模块，其中，上电极的凹部和下电极的凹部具有对应于所述至少一对热电元件的端部的形状。

14.根据权利要求9所述的热电模块，其中，上电极设置在所述至少一对热电元件的上部与上基板之间；

下电极设置在所述至少一对热电元件的下部与下基板之间。