CN110649148A - 热电转换模块和用于制造该热电转换模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热电转换模块和用于制造该热电转换模块的方法，所述热电转换模块可以包括：多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料，所述多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料交替地设置；以及多个电极，其在一侧和相对侧上交替地连接交替设置的多个热电转换材料，其中，所述多个电极可以包括高温侧电极，所述高温侧电极配置为相对于多个热电转换材料的高温侧端部而朝向热量传递流体所流经的管道突出，并且插入至在管道处形成的通孔中，以在直接接触热量传递流体的同时获得热量，并且将所获得的热量传输至多个热电转换材料。

Description

热电转换模块和用于制造该热电转换模块的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年6月26日提交的韩国专利申请第10-2018-0073363号的优先权，该申请的全部内容通过该引用而并入本文用于所有目的。

技术领域

本发明涉及一种热电转换模块和用于制造该热电转换模块的方法。

背景技术

一般而言，热电模块用于热电发电系统，所述热电发电系统使用通过利用热电模块的相对表面的温度差来产生电动势的塞贝克效应。

在热电模块的热电发电过程中，可以通过将高温部分和低温部分之间的温度差保持在较大值而增强热电发电的输出。由此，从热源到热电模块的热量的热量传递速率极大地影响发电的输出。

作为代表性示例，使用热电模块进行热电发电的领域的示例可以包括利用车辆的排气系统的废热。

因为常规的热电模块在接触车辆的排气管的表面的情况下接收热量，所以热量在热电模块和排气管之间的界面上发生损失。因此，很难将热电模块的高温部分的温度升高至特定温度或更高，并且因此，在提升热电性能方面存在限制。

为了解决该问题，需要能够通过有效地利用排放气体中的热量来增加热电模块的高温部分的温度的热电模块的结构。

公开于本发明背景部分的信息仅用于增强对于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技术人员所知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种热电转换模块的结构，其可以在直接接触高温的热量传递流体(例如，车辆的排放气体)的同时增加热电转换模块的高温部分的温度。

本发明的各个方面在于通过改善暴露至高温和振动的热电转换模块的耐久性而维持热电性能。

本发明的各个方面在于提供一种用于制造上述热电转换模块的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种热电转换模块，其包括：多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料，所述多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料交替地设置；以及多个电极，其交替地在多个热电转换材料的高温侧和低温侧上连接交替设置的多个热电转换材料。

多个电极可以包括高温侧电极，所述高温侧电极插入至在热量传递流体所流经的管道中形成的通孔以在直接接触热量传递流体的同时获得热量，并且相对于多个热电转换材料的高温侧端部而朝向热量传递流体所流经的管道突出，从而将所获得的热量传输至多个热电转换材料。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制造热电转换模块的方法，所述热电转换模块包括：多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料，所述多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料交替地设置；以及板型高温侧电极，其插入在n型热电转换材料和p型热电转换材料之间，所述方法包括：(a)交替地顺序布置n型热电转换材料、高温侧电极、p型热电转换材料和支撑件，使得n型热电转换材料、高温侧电极、p型热电转换材料和支撑件彼此重叠；以及(b)加热高温侧电极的端部，该端部的相对端部插入在热电材料之间，同时按压n型热电转换材料、高温侧电极、p型热电转换材料和支撑件，以焊接n型热电转换材料、高温侧电极、p型热电转换材料和支撑件。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在并入本文的附图和以下具体实施方式中变得明显或得到更详细的阐述，这些附图和具体实施方式一起用于解释本发明的特定原理。

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转换模块的概念视图；

图2A和图2B是示出图1的热电转换模块的某些配置的视图；

图3是示出图1的热电转换模块的某些配置的视图；

图4是根据本发明的示例性实施方案的用于制造热电转换模块的方法的流程图；

图5、图6和图7是示出根据本发明的示例性实施方案的用于制造热电转换模块的方法的视图；以及

图8是示出根据本发明的各个示例性实施方案的热电转换模块的概念视图。

应当理解，附图并不必然是按比例绘制的，其示出了说明本发明的基本原理的各个特征的略微简化的表示。本文所公开的本发明的特定设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地通过具体所要应用和使用的环境确定。

在图中，贯穿附图中的数幅图，附图标记指代本发明的相同或等同的部件。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例示出于附图中并且描述如下。尽管将结合本发明的示例性实施方案来描述本发明，应当理解，本说明书并非旨在将本发明限制于这些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖本发明的这些示例性实施方案，而且还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内的各种替选形式、修改形式、等价形式和其它实施方案。

下文中，将参考附图对本发明的各个示例性实施方案进行具体描述。在整个说明书中，应当注意，即便相同或等同的附图标记设置于不同的附图中，但是这些相同或等同的附图标记指代相同或等同的组件。此外，在下述对本发明的描述中，当对于并入本文的已知的功能或配置的具体描述会使本发明的主题反而变得不清楚时，将省略其具体描述。

图1是示出根据本发明的各个示例性实施方案的燃料电池系统的框图。

根据示例性实施方案的热电转换模块10包括交替设置的多个n型热电转换材料110和多个p型热电转换材料120，以及交替地在多个交替设置的热电转换材料的高温侧和低温侧上连接多个交替设置的热电转换材料的多个电极130。

n型热电转换材料110可以包括n型半导体器件。

p型热电转换材料120可以包括p型半导体器件。

多个电极130可以配置为串联地电连接n型热电转换材料110和p型热电转换材料120。

多个电极130可以包括高温侧电极131和低温侧电极132，所述高温侧电极131电连接n型热电转换材料110的下端部(或者高温侧端部)和p型热电转换材料120的下端部(或者高温侧端部)，而所述低温侧电极132电连接n型热电转换材料110的上端部(或者低温侧端部)和p型热电转换材料120的上端部(或者低温侧端部)。

与此同时，更有利的是，热电转换材料的高温部分和低温部分的温度差较大，以提升热电转换模块10的发电性能。例如，热电转换模块10可以用于通过回收车辆排放气体的热量来减小车辆电池的负载。常规上，由于热电转换模块附接至车辆的排气管的表面，所以在排气管和热电转换模块的界面上损失的热量较多，使得发电效率变差。

本发明的示例性实施方案涉及这样一种热电转换模块，其直接地接触热量传递流体，以最小化在热量从热量传递流体传递至热电转换模块时损失的热量。更具体而言，根据本发明的示例性实施方案的热电转换模块的基本特征在于包括这样的电极：该电极朝向热量传递流体所流经的管道突出，使得电极插入至在热量传递流体所流经的管道中形成的通孔，从而在与热量传递流体直接接触的同时获得热量，并且将所获得的热量传递至多个热电转换材料。

在此，热量传递流体可以是高温的热量传递流体，或者可以是低温的热量传递流体(也即，制冷剂)。

当直接接触高温的热量传递流体时，电极可以插入至在高温通道管道中形成的通孔，以从高温的热量传递流体吸收热能。此外，当直接接触低温的热量传递流体时，电极可以插入至在低高温通道管道中形成的通孔，以向制冷剂放出热能。

尽管下文将作为示例而描述高温侧电极插入至高温通道管道，但是本领域普通技术人员可以理解，可以利用相同的或等同的方案而将低温侧电极插入至低温通道管道的内部。

下文将具体描述根据示例性实施方案的热电转换模块的特征。

参考图1，高温侧电极131的一部分可以插入至并且焊接至n型热电转换材料110和p型热电转换材料120。

高温侧电极131是板型的，高温侧电极131的一个端部可以插入至高温通道管道20中，并且高温侧电极131的相对端部可以插入在n型热电转换材料110和p型热电转换材料120之间并焊接到n型热电转换材料110和p型热电转换材料120。由此，因为从热量传递流体21吸收的热量可以沿着高温侧电极131而线性移动并且可以传输到热电转换材料110和112，所以防止热应力集中在高温侧电极131的一部分处而发生损坏。

也即，当电极弯折或者弯曲时，热应力相对集中于弯折或弯曲的部分处，使得电极可能在相对低的温度下发生损坏，而根据示例性实施方案的高温侧电极131以板型而在向上和向下方向上较长地延伸，并且即便在相对高的温度下也可以保持其性质。

高温侧电极131可以插入至从n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的高温侧端部到n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的低温侧端部的长度的不超过1/3的点，以进行焊接。也即，在本发明的示例性实施方案中，n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的向上/向下方向的长度相同，并且高温侧电极131可以设置为在n型热电转换材料110和p型热电转换材料120之间插入的长度不超过热电转换材料110和120的向上/向下方向的长度的1/3。

尽管随着高温侧电极131在n型热电转换材料110和p型热电转换材料120之间插入地越深，热电转换材料110和120的接触面积越大，但是到达高温侧电极131的上端部(其插入在热电转换材料110和120之间)的热量减少。此外，有利的是，从热电转换材料110和120的高温侧端部到低温侧端部线性地形成热梯度以产生电流，而如果高温侧电极131插入的长度不小于n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的长度的1/3，则在热电转换材料的110和120的内部形成径向热梯度，因此热电转换材料110和120的内部的电流的直线性降低，导致热电转换材料110和120的发电性能下降。

因此，在根据本发明的示例性实施方案的热电装换模块10中，为了最大化热电转换材料110和120的发电性能，高温侧电极131可以插入至从n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的高温侧端部到低温侧端部的长度不超过1/3的点，以进行焊接。

然而，在本发明的另一示例性实施方案中，根据热电转换模块10中所使用的热电转换材料和/或电极的特征，高温侧电极可以插入热电转换材料的不少于1/3。

高温侧电极131可以由这样的材料形成：即便高温侧电极131直接接触排放气体，该材料的性质也不会由于氧化等而改变。

例如，高温侧电极131可以由基于氧化物的热电转换材料形成。由于基于氧化物的热电转换材料具有优良的导热或导电性质，并且在高温下对氧化稳定，所以其可以用于采用直接接触排放气体的方案的示例性实施方案的热电转换模块10。

在热电转换模块10中，扩散阻止层192可以设置在高温侧电极131和n型热电转换材料110之间，以及高温侧电极131和p型热电转换材料120之间，从而防止电极材料和热电转换材料的互相扩散。

如果高温侧电极131和热电转换材料110和120彼此直接接触，则其性质由于其他材料的扩散而改变，因此热电转换材料110和120的热电效率可能变差，或者高温侧电极131的导电性(或导热性)可能变差。为了防止这种问题，热电转换模块10可以在高温侧电极131和热电转换材料110和120之间包括扩散阻止层192。

在热电转换模块10中，用于热焊接的结合层可以设置在高温侧电极131和n型热电转换材料110之间，以及高温侧电极131和p型热电转换材料120之间。

高温侧电极131和热电转换材料110和120可以热焊接至彼此。例如，高温侧电极131和热电转换材料110和120可以钎焊至彼此。通常，对于钎焊，除了用于联接的材料(本发明的高温侧电极和热电转换材料)之外，通过加热而熔化并且焊接用于联接的材料的焊补材料也是必须的。

在根据本发明示例性实施方案的热电转换模块10中，作为用于热焊接的结合层的钎焊膏191设置在高温侧电极131与热电转换材料110和120之间。

与此同时，当高温侧电极131和热电转换材料110和120以非钎焊方案彼此联接时，热电转换模块10可以不使用钎焊膏191而构成。

低温侧电极132可以与低温通道管道30交换热量，制冷剂31流经所述低温通道管道30，并且所述低温侧电极可以通过使用制冷剂31而排出热电转换模块10中的热能。

热电转换模块10可以进一步包括支撑件140，所述支撑件140与高温侧电极131交替地设置以使在低温侧端部彼此连接的n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的高温侧端部绝缘。

参考图1，支撑件140可以插入在n型热电转换材料110和p型热电转换材料120之间，所述n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的至少部分在其低温侧端部处彼此连接，以进行焊接。

在低温侧端部彼此连接的n型热电转换材料110和p型热电转换材料120在其高温侧端部处彼此分离的情况下，热电转换模块10的多个热电转换材料110和120可以彼此串联连接。

支撑件140可以在热电转换模块10的高温侧上设置为与高温侧电极131交替设置，从而使彼此相邻并且由于高温侧电极131而彼此不连接的n型热电转换材料110和p型热电转换材料120绝缘。

支撑件140可以部分地插入在低温侧端部彼此连接的n型热电转换材料和p型热电转换材料之间，使得支撑件140的表面可以受到n型热电转换材料110支撑，并且支撑件140的相对表面可以受到p型热电转换材料120支撑。也即，参考图1，支撑件140可以部分地插入在低温侧端部彼此连接的n型热电转换材料110和p型热电转换材料120之间，并且可以支撑n型热电转换材料110和p型热电转换材料120，使得n型热电转换材料110和p型热电转换材料120通过特定距离而彼此隔开。

支撑件140可以设置为覆盖热电转换材料110和120的高温侧端部。也即，支撑件140的形状可以在热电转换材料110和120的设置方向(图1中的左/右方向)上延伸以覆盖热电转换材料110和120的高温侧端部。

支撑件140可以具有T形形状。支撑件140的长度可以在热电转换材料110和120的设置方向(图1中的左/右方向)上延伸以覆盖热电转换材料110和120的高温侧端部，并且同时支撑与热电转换材料110和120的高温侧端部相邻的高温侧电极131。

支撑件140可以设置在热电转换材料110和120的高温侧端部和高温通道管道20之间，以使热电转换材料和高温通道管道绝缘，并且支撑热电转换模块和高温侧电极。

此外，支撑件140可以保护热电转换材料免受从通道管道传递的外部冲击。

热电转换模块10可以电连接至负载170，所述负载170消耗由热电转换材料110和120产生的电力。由热电转换模块10产生的电流11可以在图1中的箭头方向上流动。

热电转换模块10可以进一步包括夹持元件150，所述夹持元件150夹持多个热电转换材料110和120、高温侧电极131和支撑件140。

夹持元件150可以配置为在两个C形元件彼此面对的同时联接这两个元件。也即，夹持元件150可以具有顶部和底部开口且未设置任一个侧表面的矩形盒体的形状。夹持元件150可以在围绕多个堆叠的热电转换材料110和120、高温侧电极131和支撑件140的同时固定这些组件。

夹持元件150的内部表面(其接触热电转换材料或电极)可以进行绝缘涂覆以用于绝缘。夹持元件150的内侧可以利用陶瓷来进行绝缘涂覆，以避免在热电转换模块10的内部产生短路。

热电转换模块10进一步包括限定内部空间的壳体160，在所述内部空间中容纳热电转换材料110和120和多个电极130等，并且所述壳体保护热电转换模块10的组件免受外部冲击或外来物质的影响。

壳体160可以具有矩形平行六面体形状，其中壳体160的面向高温通道管道20的表面是开口的。

热电转换材料110和120、多个电极130、支撑件140和夹持元件150可以固定至壳体160的内部。

壳体160可以联接至高温通道管道20和低温通道管道30。例如，壳体160可以钎焊至高温通道管道20。壳体160的内部可以是真空或者填充有惰性气体。

图2A和图2B是示出图1的热电转换模块的某些配置的视图。图3是示出图1的热电转换模块的某些配置的视图。

参考图2A和图2B，热电转换模块10可以进一步包括垫圈180，所述垫圈180设置在多个热电转换材料110和120与高温通道管道20之间，以防止内部流体通过在高温通道管道20中形成的通孔20h而泄露，所述热量传递流体21流经所述高温通道管道20。

垫圈180可以具有垫圈通孔，所述垫圈通孔的数量对应于高温侧电极131的数量，使得高温侧电极131穿过垫圈通孔。垫圈180可以具有形状对应于高温通道管道20的通孔20h的形状的垫圈通孔。

用于绝缘的绝缘层可以另外地设置在垫圈180与热电转换材料110和120之间。例如，热电转换模块10可以配置为通过在垫圈180和支撑件140之间设置玻璃棉而同时防止热量传递流体21从高温通道管道20泄露以及对高温通道管道20进行绝缘。

高温侧电极131可以插入至穿过垫圈180并且在高温通道管道20中形成的通孔20h。

用于与高温侧电极131进行绝缘的绝缘层23可以设置在通孔20h的内表面上。在高温通道管道20由例如金属的导体形成的情况下，因为在高温通道管道20接触高温侧电极131时，电流会在高温侧电极131和高温通道管道20之间流动，所以热电转换模块的性能可能会下降。为避免这种问题，可以在通孔20h的内表面的与高温侧电极131接触的部分处设置绝缘层23。

与此同时，尽管未示出，高温侧电极131的接触高温通道管道20的部分可以进行绝缘涂覆。然而，当高温侧电极131的插入至高温通道管道20中的整个部分都进行绝缘涂覆时，由于从热量传递流体21到高温侧电极131的热量传递可能下降，所以绝缘涂覆限于接触高温通道管道20的部分(在本例中，可以考虑公差而设置特定长度的余裕)。

参考图3，为了减小对于热量传递流体21的流动阻力，可以在高温侧电极131的插入至高温通道管道20中的部分处形成通孔131h。

多个通孔131h可以在高温侧电极131中竖直地和水平地形成。通孔131h可以具有圆形或其它各种形状。

由此，由插入至高温通道管道20中的高温侧电极131施加至热量传递流体21的流动阻力可以减小，并且热量可以有效地从热量传递流体21传递至高温侧电极131。也即，由于热量传递流体21平稳地流动，高温侧电极131可以有效地接收由高温通道管道20的上游引入的具有高温的热量传递流体21的热量。

此外，根据该热电转换模块10，很容易在根据需要而改变热电转换材料的数量的同时制造热电转换模块10。

此外，根据本发明的示例性实施方案的热电转换模块10可以用于高温环境中，并且在本例中，可以显示出高的热电性能。

制造方法

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的用于制造热电转换模块的方法的流程图。图5、图6和图7是示出根据本发明的示例性实施方案的用于制造热电转换模块的方法的视图。

参考图4，根据本发明的示例性实施方案的用于制造热电转换模块的方法可以包括操作S1100：交替地顺序布置n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120以及支撑件140，使得n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120以及支撑件140彼此重叠。

参考图5，在操作S1100中，n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120以及支撑件140可以按照顺序交替地设置以彼此重叠。

在操作S1100中，为了便于制造以及有效地焊接，n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120以及支撑件140可以参考其重力方向从下侧至上侧而按照顺序堆叠，如通过图5的箭头D所指示的那样。

另外，在操作S1100中，高温侧电极131可以插入至从n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的高温侧端部到n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的低温侧端部的长度的不超过1/3的点，以进行设置。

操作S1100可以包括将用于热焊接的结合层设置在高温侧电极131和n型热电转换材料110之间，以及高温侧电极131和p型热电转换材料120之间。下文中，在本发明的示例性实施方案中的用于热焊接的结合层可以是钎焊膏(或者焊料)191。

也即，在操作S1100中，可以在设置n型热电转换材料110之后在设置高温侧电极131之前先设置钎焊膏191，并且可以在设置高温侧电极131之后在设置p型热电转换材料120之前先设置钎焊膏191。

操作S1100可以包括将扩散阻止层设置在高温侧电极131和n型热电转换材料110之间，以及高温侧电极131和p型热电转换材料120之间。

也即，在操作S1100中，可以在设置n型热电转换材料110之后在设置高温侧电极131之前先设置扩散阻止层192，并且可以在设置高温侧电极131之后在设置p型热电转换材料120之前先设置扩散阻止层192。

也即，在操作S1100中，可以在设置n型热电转换材料110之后在设置钎焊膏191之前先设置扩散阻止层192，并且可以在设置钎焊膏191之后在设置p型热电转换材料120之前先设置扩散阻止层192。

与此同时，不同于图5所示，结合层(或钎焊膏)和扩散阻止层192的设置顺序可以调换。因此，可以考虑用于电极、结合层、扩散阻止层和热电转换材料的材料的性质而设置结合层和扩散阻止层192，从而使得扩散阻止效果和结合效果变得更高。

之后，用于制造热电转换模块10的方法可以包括操作S1200：加热高温侧电极131的端部，高温侧电极131的相对端部插入在热电转换材料110和120之间，同时按压n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120和支撑件140，以焊接n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120和支撑件140。

参考图6，在n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120和支撑件140堆叠的状态下，可以通过在从堆叠体的相对两侧施加力的同时加热高温侧电极131的外部端部而将n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120和支撑件140焊接至彼此。

高温侧电极131可以由耐热材料形成，通过耐热材料，高温侧电极131的性质即使经受排放气体的高温的影响也不会改变。因此，可以通过利用传导热量而熔化钎焊膏191来对高温侧电极131的端部进行加热和钎焊。

常规上，当对热电转换模块进行焊接时，即使是热电转换材料也会暴露至高温，使得材料被氧化，或者材料的性质变差。根据本发明的制造方法，可以通过利用高温加热器或激光辐射而传导热量，从而对高温侧电极131进行加热和焊接。由此，可以避免热电转换材料的性质由于在制造过程中的加热而变差。

此外，由于高温侧电极131的外部端部并排向一侧突出，所以很容易对高温侧电极131的外部端部进行加热，因而与现有的直接加热结合层的焊接方法相比，制造可以更加简单，并且由于制造公差而导致其它元件暴露至高温的可能性较低。

之后，用于制造热电转换模块的方法可以包括操作S1300：夹持n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120和支撑件140。

参考图7，在焊接之后，可以对n型热电转换材料110、高温侧电极131、p型热电转换材料120以及支撑件140进行夹持以牢固地固定。

之后，用于制造热电转换模块10的方法可以包括操作S1400：覆盖壳体160。

由此，热电转换模块的所有装置都可以制造在一个封装体中。

与此同时，操作S1400可以包括对壳体160的内部抽真空或者填充惰性气体的操作。

当壳体160的一个表面开口，并且热电转换模块10通过焊接至热量传递流体所流经的管道而封入壳体中时，操作S1400可以包括在热电转换模块10的组件固定至壳体160的内部的状态下将壳体160焊接至热量传递流体所流经的管道的操作。壳体160可以利用热焊接方案而焊接，例如，可以钎焊或者电焊至热量传递流体所流经的管道。

与此同时，尽管未示出，n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的位置可以调换，并且即使在本例中，除了n型热电转换材料110和p型热电转换材料120的位置调换之外，可以实施相同的方案。

图8是示出根据本发明的各个示例性实施方案的热电转换模块10’的概念视图。

下文中，将参考图8主要描述根据本发明的各个示例性实施方案的热电转换模块10’与根据各个示例性实施方案的热电转换模块10的不同点。下文中，与根据各个示例性实施方案的热电转换模块10的配置相同的配置，或者被本领域普通技术人员认为等同的配置将具有相同的附图标记。

图8示出图1的高温通道管道20的从不同的角度截取的截面，并且热量传递流体21的流动方向为从图8的前侧到后侧的方向。

根据本发明的示例性实施方案，多个热电转换材料210和220可以设置在高温通道管道20的周向上。高温侧电极231可以设置为使得多个高温侧电极的插入至管道中的内部端部在管道弯曲的方向上弯曲。

在高温侧电极设置在基板上的状态下，常规的热电转换模块10’在基板接触高温流体所流经的管道的表面的同时通过热量的传导而吸收热能。由此，当管道的形状弯曲时，热能不能通过平面的基板而良好地进行传递。

根据本发明的示例性实施方案的热电转换模块10’采用高温侧电极231直接插入至高温流体所流经的管道的内部的方案，如果高温侧电极231的长度改变，则即使在热电转换模块10’设置在弯曲的管道中时，热能也可以有效地得到吸收。

由此，高温侧电极231可以设置为使得多个高温侧电极231的插入至管道中的端部在管道弯曲的方向上弯曲。也即，高温侧电极231的插入至管道中的部分的长度可以是特定值或更大值。

为此，多个高温侧电极231可以是不同的。

此外，如下文将要描述的，热电转换材料210和220的高度可以是不同的。

低温侧电极和通过低温侧电极而彼此连接的n型热电转换材料和p型热电转换材料将被称为热电元件集合。

参考图8，可以在热量传递流体21所流经的高温通道管道20的周向上设置多个π形热电元件集合，并且使得热电元件集合的与管道相邻的高温侧端部在管道弯曲的方向上弯曲。

也即，相对于设置在高温通道管道的上侧上的π形热电元件集合，π形热电元件集合的高度可以随着其从左侧行至右侧而变低。

以不同的方式来表述的话，多个π形热电元件集合的高度可以是不同的，使得热电元件集合的高温侧端部位于距管道的特定距离内。

即使当热电转关模块设置在圆柱形管道中时，以这种方式配置的热电转换模块可以在其高温侧电极插入至管道中的情况下有效地吸收热能。

由此，可以通过将热电转换模块安装在具有圆形截面的高温侧通道管道(例如车辆的排气管)中而有效地产生电力。

根据本发明的示例性实施方案的热电转换模块10和10’可以设置在车辆中，以通过利用排放气体的热量来产生电力。

在本例中，热电转换模块10和10’的高温侧电极131和231可以插入至在排气管中形成的通孔以在直接接触排放气体的同时获得热量。高温侧电极131和231可以将所获得的热量传递至多个热电转换材料110、120、210和220。为此，高温侧电极131和231可以具有相对于多个热电转换材料110、120、210和220的高温侧端部而朝向排气管突出的形状。

由于包括以这种方式配置的热电转换模块10和10’的车辆通过利用排放气体中的废热而产生电力，所以可以通过减小施加至车辆的电源设备(电池或燃料电池)的负载而改善车辆的燃料效率。

在以这种方式配置的本发明的热电转换模块中，由于在高温热量传递流体(车辆的排放气体等)和高温侧电极彼此直接接触的同时而通过高温侧电极将热能供应至热电转换材料，所以通过将热电转换模块的高温部分提升至高温，能够相比于常规技术而改善热电性能。

此外，由于热电转换模块的组件可以通过支撑件和夹持元件而得到支撑和固定，并且通过壳体而封装为模块，所以能够通过改善暴露至高温和振动的热电转换模块的耐久性而保持热电性能。

通过使用本发明的具有上述配置的用于制造热电转换模块的方法，可以避免由于高温而导致热电转换材料的性质变差，并且可以简单地制造热电转换模块。

为了所附权利要求的解释方便和准确定义，术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后部”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“向前”、“向后”用于参照图中所示特征的位置来描述示例性实施方案的特征。

为了说明和描述的目的，上文已经对本发明的具体的示例性实施方案进行了描述。它们并不旨在穷尽本发明或将本发明限制为所公开的精确形式，并且显然，根据上述教示可以进行许多修改和变化。选择和描述的示例性实施方案是为了解释本发明的特定原理和其实际应用，以使其他本领域技术人员制造和使用本发明的各种示例性实施方案，及其替代方案和修改方案。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等价形式而限定。

Claims (19)

1.一种热电转换模块，其包括：

多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料，所述多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料交替设置；以及

多个电极，其交替地在多个热电转换材料的高温侧和低温侧上连接交替设置的多个热电转换材料，

其中，所述多个电极包括：

高温侧电极，其相对于多个热电转换材料的高温侧端部朝向热量传递流体所流经的管道突出，并且插入至在管道中形成的通孔，从而在与热量传递流体直接接触的同时获得热量，并且将所获得的热量传递至多个热电转换材料。

2.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，高温侧电极部分地插入在所述多个n型热电转换材料中的相邻的n型热电转换材料和所述多个p型热电转换材料中的相邻的p型热电转换材料之间，以进行固定。

3.根据权利要求2所述的热电转换模块，其中，高温侧电极插入至对应于n型热电转换材料和p型热电转换材料的从高温侧端部到低温侧端部的长度不超过三分之一的点，以进行固定。

4.根据权利要求2所述的热电转换模块，进一步包括：

扩散阻止层，其设置在高温侧电极和n型热电转换材料之间，以及高温侧电极和p型热电转换材料之间，从而防止电极材料和热电材料的互相扩散。

5.根据权利要求2所述的热电转换模块，进一步包括：

结合层，其设置在高温侧电极和n型热电转换材料之间，以及高温侧电极和p型热电转换材料之间，以用于进行热焊接。

6.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，高温侧电极在高温侧电极的插入至热量传递流体所流经的管道中的部分处进一步设置有通孔，以减小由高温侧电极的所述部分对于热量传递流体造成的流动阻力。

7.根据权利要求1所述的热电转换模块，进一步包括：

支撑件，其与高温侧电极交替地设置，以使在n型热电转换材料和p型热电转换材料的低温侧端部彼此连接的n型热电转换材料和p型热电转换材料的高温侧端部绝缘。

8.根据权利要求7所述的热电转换模块，

其中，支撑件部分地插入在所述多个n型热电转换材料中的n型热电转换材料和所述多个p型热电转换材料中的p型热电转换材料之间，其中，n型热电转换材料和p型热电转换材料在n型热电转换材料和p型热电转换材料的低温侧端部彼此连接以进行固定，

其中，支撑件的第一侧表面受到n型热电转换材料支撑，而支撑件的第二侧表面受到p型热电转换材料支撑。

9.根据权利要求7所述的热电转换模块，其中，高温侧电极具有板形形状，所述板形形状部分地插入在彼此相邻的并且在n型热电转换材料和p型热电转换材料的低温侧端部未彼此连接的n型热电转换材料和p型热电转换材料之间，

其中，支撑件覆盖彼此相邻的并且在热电转换材料的低温侧端部彼此连接的热电转换材料的高温侧端部，并且在高温侧电极的侧方支撑高温侧电极。

10.根据权利要求1所述的热电转换模块，进一步包括：

支撑件，其与高温侧电极交替地设置，以使多个热电转换材料的未通过高温侧电极彼此连接的高温侧端部绝缘；以及

夹持元件，其夹持多个热电转换材料、高温侧电极和支撑件，

其中，高温侧电极部分地插入在n型热电转换材料和p型热电转换材料之间，以固定在n型热电转换材料和p型热电转换材料之间。

11.根据权利要求1所述的热电转换模块，进一步包括：

垫圈，其设置在多个热电转换材料和管道之间，以防止内部流体通过在管道处形成的通孔而泄露，

其中，高温侧电极穿透垫圈以插入至所述通孔中。

12.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，多个热电转换材料设置在管道的周向上，

其中，多个高温侧电极设置为使得多个高温侧电极的插入至管道中的内部端部形成在所述管道弯曲的方向上弯曲的曲线。

13.根据权利要求1所述的热电转换模块，其中，当包括一个低温侧电极、多个n型热电转换材料中的一个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料中的一个p型热电转换材料的集合定义为π型热电元件集合时，其中，n型热电转换材料和p型热电转换材料通过低温侧电极而彼此连接，

其中，多个π型热电元件集合设置在管道的周向，使得多个π型热电元件集合的相邻于管道的高温侧端部形成在所述管道弯曲的方向上弯曲的曲线。

14.根据权利要求1所述的热电转换模块，在高温侧电极的穿过管道的部分和管道之间进一步包括绝缘层，以用于使高温侧电极和管道绝缘。

15.一种用于制造热电转换模块的方法，所述热电转换模块包括交替地设置的多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料以及插入在n型热电转换材料和p型热电转换材料之间的板型高温侧电极，所述方法包括：

交替地顺序布置所述多个n型热电转换材料中的一个n型热电转换材料、多个板型高温侧电极中的一个高温侧电极、所述多个p型热电转换材料中的一个p型热电转换材料以及多个支撑件中的一个支撑件，使得n型热电转换材料、高温侧电极、p型热电转换材料和支撑件彼此重叠；以及

加热高温侧电极的一个端部，所述一个端部为插入在热电材料之间的端部的相对端部，同时按压n型热电转换材料、高温侧电极、p型热电转换材料以及支撑件，以焊接n型热电转换材料、高温侧电极、p型热电转换材料以及支撑件。

16.根据权利要求15所述的用于制造热电转换模块的方法，其中，顺序布置的步骤包括：

在高温侧电极和n型热电转换材料之间以及高温侧电极和p型热电转换材料之间设置扩散阻止层。

17.根据权利要求15所述的用于制造热电转换模块的方法，其中，顺序布置的步骤包括：

在高温侧电极和n型热电转换材料之间以及高温侧电极和p型热电转换材料之间设置用于热焊接的结合层。

18.根据权利要求15所述的用于制造热电转换模块的方法，其中，高温侧电极插入至对应于n型热电转换材料和p型热电转换材料的从高温侧端部到低温侧端部的长度不超过三分之一的点，以进行固定。

19.一种车辆，其包括设置在排放气体所流经的排气管道中的热电转换模块，通过利用排放气体的热量来产生电力，其中，热电转换模块包括：

多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料，所述多个n型热电转换材料和多个p型热电转换材料交替设置；以及

多个电极，其交替地在多个热电转换材料的高温侧和低温侧上连接交替设置的多个热电转换材料，并且

其中，所述多个电极包括：

高温侧电极，其相对于多个热电转换材料的高温侧端部朝向排气管道突出，并且插入至在排气管道中形成的通孔，从而在与排放气体直接接触的同时获得热量，并且将所获得的热量传递至多个热电转换材料。

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