CN112385054B - 热转换装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施例的热转换装置包括：框架，该框架包括分别沿第一方向和与第一方向相交的第二方向布置的多个单元模块，以及第一冷却水流入管和第一冷却水排出管，它们沿着第一方向形成从而支撑该多个单元模块；多个第二冷却水流入管，该多个第二冷却水流入管连接到第一冷却水流入管并沿着第二方向布置在该多个单元模块的一侧上；以及多个第二冷却水排出管，该多个第二冷却水排出管连接到第一冷却水排出管并且沿着第二方向布置在该多个单元模块的另一侧上。每个单元模块包括冷却水通道室；布置在冷却水通道室的第一表面上的第一热电模块；以及布置在冷却水通道室的第二表面上的第二热电模块。在冷却水通道室的第一表面和第二表面之间的第三表面上形成冷却水流入口。在冷却水通道室的第一表面和第二表面之间的第四表面上形成冷却水排出口。冷却水流入口连接到第二冷却水流入管，并且冷却水排出口连接到第二冷却水排出管。

Description

热转换装置

技术领域

本发明涉及一种热转换装置，并且更具体地，涉及一种使用热气体的热量发电的热转换装置。

背景技术

热电现象是由材料中的电子和空穴的运动产生并且意指热量和电之间直接进行能量转换的现象。

热电元件指代使用热电现象的元件，并且具有以下结构，其中在金属电极之间接合P型热电材料和N型热电材料以形成PN结对。

热电元件可以被分类成使用电阻器中的温度变化的元件、使用作为其中由于温度差而产生电动势的现象的塞贝克效应(SeeBeck effect)的元件、使用作为其中由于电流发生吸热或发热的现象的珀尔帖效应(Peltier effect)的元件等等。

热电元件被不同地应用于家用电器、电子部件、通信部件等。例如，热电元件可以应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。因此，对热电元件的热电性能的需求越来越高。

近年来，存在对使用从汽车、轮船等的发动机以及热电元件产生的废热来发电的需求。在这种情况下，需要用于提高发电性能的结构。

以这种方式，在使用废热的发电装置的情况下，要求改善组装属性和更换一些模块的可能性，并且还要求用于支撑由于冷却水的重量导致冷却水所经过的区域的结构。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种使用废热发电的热转换装置。

技术解决方案

本发明的一个方面提供了一种热转换装置，所述热转换装置包括：多个单元模块，所述多个单元模块沿第一方向和与所述第一方向相交的第二方向中的每一个布置；框架，所述框架被构造成支撑所述多个单元模块并且包括在所述第一方向上形成的第一冷却水流入管和第一冷却水排出管；多个第二冷却水流入管，所述多个第二冷却水流入管连接到所述第一冷却水流入管并且沿所述第二方向上布置在所述多个单元模块的一侧；以及多个第二冷却水排出管，所述多个第二冷却水排出管连接到所述第一冷却水排出管并且沿所述第二方向被布置在所述多个单元模块的另一侧，其中，每个单元模块包括：冷却水通道室，第一热电模块，所述第一热电模块被设置在所述冷却水通道室的第一表面上；以及第二热电模块，所述第二热电模块被设置在所述冷却水通道室的第二表面上，在所述冷却水通道室的所述第一表面和所述第二表面之间的第三表面中形成冷却水流入口，并且在所述冷却水通道室的所述第一表面和所述第二表面之间的第四表面中形成冷却水排出口，并且所述冷却水流入口连接到所述第二冷却水流入管，并且所述冷却水排出口连接到所述第二冷却水排出管。

沿所述第一方向布置的所述多个单元模块可以彼此隔开预定间隔。

气体可以经过彼此隔开了所述预定间隔的所述单元模块之间的分隔空间，并且所述气体的温度可以高于所述冷却水通道室的冷却水的温度。

所述气体可以在从所述第二冷却水排出管到所述第二冷却水流入管的方向上流动，并且所述冷却水通道室中的冷却水可以在从所述第二冷却水流入管到所述第二冷却水排出管的方向上流动。

所述第一冷却水流入管的截面积可以大于所述第二冷却水流入管的截面积，并且所述第一冷却水排出管的截面积可以大于所述第二冷却水排出管的截面积。

一对第二冷却水流入管和第二冷却水排出管可以连接到沿所述第二方向布置的多个单元模块。

所述框架可以进一步包括支撑壁，所述支撑壁设置在沿所述第二方向布置的所述多个单元模块之间。

第一沟槽和第二沟槽可以形成在所述支撑壁的两端处，所述第二冷却水流入管可以固定到所述第一沟槽，并且所述第二冷却水排出管可以固定到所述第二沟槽。

被引入到所述第一冷却水流入管中的冷却水可以经由所述第二冷却水流入管而经过所述冷却水通道室，并且然后经由所述第二冷却水排出管被排出到所述第一冷却水排出管。

所述多个单元模块可以包括第一单元模块和第二单元模块，所述第二单元模块设置成在所述第一方向上与所述第一单元模块相邻，所述第一单元模块的第一热电模块可以包括设置在所述第一表面上的第一热电元件和第一散热器，所述第二单元模块的第二热电模块可以包括设置在所述第二表面上的第二热电元件和设置在所述第二热电元件中的第二散热器，并且所述第一散热器和所述第二散热器可以被布置成以预定间隔彼此面对。

所述第一热电模块和所述第二热电模块可以包括多个第一热电元件和多个第二热电元件，并且所述第一单元模块和所述第二单元模块可以进一步包括第一绝热层，所述第一绝热层设置在所述多个第一热电元件之间；和第二绝热层，所述第二绝热层设置在所述第二热电元件之间。

随着离所述第一冷却水流入管的入口的距离增大，所述第一冷却水流入管的截面积可能减小。

本发明的另一方面提供了一种热转换装置，所述热转换装置包括：多个单元模块组，所述多个单元模块组包括第一单元模块组和第二单元模块组；和框架，所述框架支撑所述多个单元模块组，其中，所述第一单元模块组和所述第二单元模块组中的每一个包括在第一方向上以预定间隔彼此隔开的多个单元模块，所述第一单元模块组和所述第二单元模块组在与所述第一方向相交的第二方向上布置，每个单元模块包括：冷却水通道室；第一热电模块，所述第一热电模块被设置在所述冷却水通道室的第一表面上；第二热电模块，所述第二热电模块被设置在所述冷却水通道室的第二表面上；第一支撑框架，所述第一支撑框架被设置在所述冷却水通道室的所述第一表面和所述第二表面之间的第三表面上；和第二支撑框架，所述第二支撑框架被设置在所述冷却水通道室的所述第一表面和所述第二表面之间的第四表面上，在所述冷却水通道室的第一表面、第二表面、第三表面和第四表面之间的第五表面中形成冷却水流入口，并且在所述第一表面、所述第二表面、所述第三表面和所述第四表面之间的第六表面中形成冷却水排出口。

所述框架可以包括支撑壁，所述支撑壁设置在所述第一单元模块组和所述第二单元模块组之间，孔可以在所述支撑壁中形成以对应于所述冷却水流入口的位置和所述冷却水排出口的位置，并且在所述第一单元模块组中包括的所述多个单元模块中的一个单元模块的冷却水排出口可以通过所述孔连接到在所述第二单元模块组中包括的所述多个单元模块中的一个单元模块的所述冷却水流入口。

第一装配构件可以连接到所述冷却水流入口，第二装配构件可以连接到所述冷却水排出口，并且连接到在所述第一单元模块组中包括的所述多个单元模块中的一个单元模块的所述冷却水排出口的所述第二装配构件和连接到在所述第二单元模块组中包括的所述多个单元模块中的一个单元模块的所述冷却水流入口的所述第一装配构件可以被装配在所述孔中。

所述第一装配构件的外周表面、所述第二装配构件的外周表面和所述孔的内周表面可以密封在一起。

可以在所述冷却水通道室的第五表面和第六表面中形成多个冷却水流入口和多个冷却水排出口，并且可以在所述支撑壁中形成多个孔以对应所述多个冷却水流入口的位置和所述多个冷却水排出口的位置。

气体可以通过彼此隔开了所述预定间隔的所述单元模块之间的分隔空间，并且所述气体的温度可以高于所述冷却水通道室的冷却水的温度。

所述气体可以在与所述第一方向和所述第二方向相交的第三方向上流动，从所述冷却水流入口连接到所述冷却水排出口的冷却水通道管可以形成在所述冷却水通道室内，并且冷却水可以在所述第二方向上流经所述冷却水通道管。

所述第一支撑框架和所述第二支撑框架中的至少一个支撑框架可以具有H形。

所述第一单元模块组可以包括第一单元模块和第二单元模块，所述第二单元模块设置成在所述第一方向上与所述第一单元模块相邻，所述第一单元模块的第一热电模块可以包括设置在所述第一表面上的第一热电元件和第一散热器，所述第二单元模块的第二热电模块可以包括设置在所述第二表面上的第二热电元件和设置在所述第二热电元件中的第二散热器，并且所述第一散热器和所述第二散热器可以被布置成以预定间隔彼此面对。

有利效果

根据本发明的实施方式，可以获得容易组装并且具有优异的发电性能的热转换装置。此外，根据本发明的实施例，可以通过调节单元模块的数量来调节发电能力，并且一些单元模块的更换和维修是容易的。此外，根据本发明的实施例，由于单元模块被稳定地支撑，因此即使在发生振动的环境中，单元模块也不容易变形，并且因此可以维持可靠性。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的热转换装置的透视图。

图2是根据本发明的实施例的热转换装置的局部放大图。

图3是在第一方向上的图2的截面图。

图4是根据本发明的实施例的热转换装置的单元模块的透视图。

图5是图4的单元模块的分解图。

图6示出了根据本发明的实施例的热电模块中包括的热电元件的截面图。

图7是根据本发明的实施例的热电模块中包括的热电元件的透视图。

图8和图9是用于描述根据本发明的实施例的热转换装置的组装过程的视图。

图10和图11是用于描述在根据本发明的实施例的热转换装置中高温气体和冷却水流动的方向的视图。

图12是根据本发明的另一实施例的热转换装置的顶视图。

图13是图12的热转换装置的透视图。

图14是根据本发明的又一实施例的热转换装置的透视图。

图15是根据本发明的又一实施例的热转换装置的透视图。

图16是根据图15的实施例的热转换装置的局部放大图。

图17是在根据图15的实施例的热转换装置中包括的单元模块的透视图。

图18是图17的单元模块的分解图。

图19是根据图15的另一实施例的热转换装置的截面图。

具体实施方式

可以对本发明进行各种改变，并且可以具有各种实施例，并因此旨在图示和描述附图中的特定实施例。但是，应该理解的是，本发明不限于特定的实施例，而是包括本发明的精神和范围内包括的所有变化、等效物和替代物。

包括诸如第二和第一的序数的术语可用于描述各种部件，但是这些部件不受术语的限制。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开的目的。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第二部件可以被称为第一部件，并且类似地，第一部件可以被称为第二部件。术语“和/或”包括多个相关列出的项目的组合或该多个相关列出的项目中的任何一个项目。

应该理解的是，当提到第一部件“连接”或“联接”到第二部件时，第一部件可以直接连接或联接到第二部件，或者可以在第一部件和第二部件之间存在第三部件。另一方面，应该理解的是，当第一部件“直接连接”或“直接联接”至第二部件时，在它们之间不存在第三部件。

在本申请中使用的术语仅用于描述特定实施例，而无意于限制本发明。除非在上下文中另外明确指出，否则单数表达包括复数表达。在本申请中应当理解的是，诸如“包括”或“具有”的术语旨在指示存在说明书中描述的特征、数字、步骤、操作、部件、部分或它们的组合，而并非事先排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、部件、部分或它们的组合的可能性。

除非另外定义，否则本文使用的包括技术或科学术语在内的所有术语具有与本发明所属的本领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。除非在本申请中明确定义，否则在常用词典中定义的术语应被解释为在相关技术的上下文中具有相同的含义，并且可能不会被解释为具有理想或过分正式的含义。

在下文中，将参考附图详细描述实施例，相同或对应的部件由相同的附图标记表示，而与附图标记无关，并且将省略其重复描述。

图1是根据本发明的实施例的热转换装置的透视图，图2是根据本发明的实施例的热转换装置的局部放大图，图3是在第一方向上的图2的截面图，图4是根据本发明的实施例的热转换装置的单元模块的透视图，并且图5是图4的单元模块的分解图。图6示出了根据本发明的实施例的热电模块中包括的热电元件的截面图，并且图7是根据本发明的实施例的热电模块中包括的热电元件的透视图。图8和图9是用于描述根据本发明的实施例的热转换装置的组装过程的图，并且图10和图11是用于描述在根据本发明的实施例的热转换装置中高温气体和冷却水流动的方向的视图。

参考图1至图11，热转换装置10包括多个单元模块1000和支撑多个单元模块1000的框架2000。

这里，多个单元模块1000可以沿着第一方向和第二方向中的每一个方向布置，并且第二方向是与第一方向相交的方向，例如，垂直于第一方向的方向。在本说明书中，可以将在第一方向上布置的多个单元模块1000描述为形成一个单元模块组，并且因此，可以在第二方向上布置多个单元模块组。在此，一个单元模块组中包括的多个单元模块1000可以被布置为彼此隔开了预定间隔。

框架2000可以是设置为包围多个单元模块1000的外周的框架或边缘。在这种情况下，框架2000可以包括用于将冷却水注入到该多个单元模块1000中的冷却水流入管和用于排出经过该多个单元模块1000的内部的冷却水的冷却水排出管。为此，框架2000可以包括形成在第一方向上的第一冷却水流入管2100和第一冷却水排出管2200。第一冷却水流入管2100和第一冷却水排出管2200可以在第一方向上形成在布置在单元模块组的多个单元模块1000的两个边界处的侧表面上。为此，第一冷却水流入管2100和第一冷却水排出管2200可以形成在构成框架2000的边缘之中的以下边缘中，所述边缘布置在多个单元模块1000的两个边界处的单元模块组的侧表面上。在这种情况下，第一冷却水流入管2100可以形成在该边缘的下部，而第一冷却水排出管2200可以形成在该边缘的上部。因此，在经过多个单元模块1000时被加热的冷却水可以使用对流现象容易地排出到外部。

根据本发明的实施例的热转换装置10可以进一步包括多个第二冷却水流入管3000，该多个第二冷却水流入管3000连接到框架2000的第一冷却水流入管2100并且沿第二方向布置在该多个单元模块1000的一侧上；和多个第二冷却水排出管4000，该多个第二冷却水排出管4000连接到框架2000的第一冷却水排出管2200并且沿第二方向布置在该多个单元模块1000的另一侧上。在此，该多个单元模块1000的所述一侧可以意指该多个单元模块1000的在与第一方向和第二方向相交的第三方向上的下部，并且该多个单元模块1000的所述另一侧可以意指该多个单元模块1000的在第三方向上的上部。

同时，每个单元模块1000包括冷却水通道室1100、设置在冷却水通道室1100的一个表面1101上的第一热电模块1200以及设置在冷却水通道室1100的另一个表面1102上的第二热电模块1300。在此，冷却水通道室1100的所述一个表面1101和所述另一个表面1102可以是被布置成在第一方向上彼此隔开预定间隔的两个表面，，并且在本说明书中，冷却水通道室1100的所述一个表面1101和所述另一个表面1102能够与冷却水通道室1100的第一表面和第二表面互换。第一热电模块1200的低温部，即，热辐射部，可以设置在冷却水通道室1100的第一表面1101的外表面上，并且第一热电模块1200的高温部，即，热吸收部，可以设置成面向另一个相邻的单元模块1000的第二热电模块1300。类似地，第二热电模块1300的低温部，即，热辐射部，可以设置在冷却水通道室1100的第二表面1102的外表面上，并且第二热电模块1300的高温部，即，热吸收部可以设置成面向另一个相邻的单元热电模块1000的第一热电模块1200。

根据本发明的实施例的热转换装置10可以通过使用流过冷却水通道室1100的冷却水和经过多个单元模块1000之间的分隔空间的高温气体之间的温度差(即，第一热电模块1200的热吸收部和热辐射部之间的温度差和第二热电模块1300的热吸收部和热辐射部之间的温度差)来产生电力。在此，冷却水可以是水，但不限于此，并且可以是具有冷却性能的各种类型的流体。流入到冷却水通道室1100中的冷却水的温度可以小于100℃，优选地小于50℃，并且更优选地小于40℃，但是不限于此。在经过冷却水通道室1100之后排出的冷却水的温度可以高于引入到冷却水通道室1100中的冷却水的温度。经过该多个单元模块1000之间的分隔空间的高温气体的温度可以高于冷却水的温度。例如，经过该多个单元模块1000之间的分隔空间的高温气体的温度可以是100℃或更高，优选地150℃或更高，并且更优选地200℃或更高，但是不是限于此。在这种情况下，该多个单元模块1000之间的分隔空间的宽度可以是几毫米到几十毫米，并且可以取决于热转换装置的尺寸、引入的气体的温度、气体的流入速率、所需的发电量等而变化。

特别地，参考图4和图5，第一热电模块1200和第二热电模块1300均可以包括多个热电元件100。可以取决于所需的发电量来调节每个热电模块中包括的热电元件的数量。

每个热电模块中包括的该多个热电元件100可以彼此电连接，并且该多个热电元件100中的至少一些热电元件可以使用汇流条(未图示)彼此电连接。例如，汇流条可以设置在排出口的一侧，高温气体在经过多个单元模块1000之间的分隔空间之后经过该排出口排出，并且该汇流条可以连接到外部端子。因此，即使在热转换装置内部未设置用于第一热电模块1200和第二热电模块1300的印刷电路板(PCB)的情况下，也可以向第一热电模块1200和第二热电模块1300供应电力，并且因此，热转换装置10的设计和组装容易。每个单元模块1000可以进一步包括布置在该多个热电元件100之间的绝热层1400和屏蔽层1500。绝热层1400可以设置为包围在冷却水通道室1100的外表面之中的除了设置有热电元件100的区域之外的冷却水通道室1100的外表面的至少一部分。特别是，当绝热层1400设置在第一表面1101和第二表面1102上的热电元件100之间时(其中在冷却水通道室1100的外表面当中的第一表面1101和第二表面1102上布置了该多个热电元件100)，由于绝热层1400，可以维持低温部和高温部之间的绝热，从而提高发电效率。

此外，屏蔽层1500可以设置在绝热层1400上并且保护绝热层1400和多个热电元件100。为此，屏蔽层1500可以包括不锈钢材料。

屏蔽层1500和冷却水通道室1100可以通过螺钉彼此紧固。因此，屏蔽层1500可以稳定地联接到单元模块1000，并且第一热电模块1200或第二热电模块1300和绝热层1400可以固定在一起。

在这种情况下，第一热电模块1200和第二热电模块1300中的每一个可以使用导热垫粘附到冷却水通道室1100的第一表面1101和第二表面1102。由于导热垫促进热传递，因此可以不扰乱冷却水通道室1100与热电模块之间的热传递。此外，第一热电模块1200和第二热电模块1300中的每一个可以进一步包括：散热器，该散热器设置在热电元件100的高温部侧；和金属板300(例如，铝板)，该金属板300设置在热电元件100的低温部侧。在这种情况下，散热器200朝向另一个相邻的单元模块1000设置。在第一热电模块1200中包括的散热器200可以朝向又一个相邻的单元模块1000的第二热电模块1300设置，并且在第二热电模块1300中所包括的散热器200可以朝向又一个相邻的单元模块1000的第一热电模块1200设置。在这种情况下，不同相邻的单元模块1000的散热器200可以彼此隔开预定间隔。因此，在该多个单元模块1000之间经过的空气的温度可以通过散热器200有效地传递到热电元件100的高温部侧。同时，由于金属板300(例如，铝板)具有高的热传递效率，因此经过冷却水通道室1100的冷却水的温度可以通过金属板300有效地传递到热电元件100的低温部侧。

参考图6至图7，每个热电元件100包括第一基板110、布置在第一基板110上的多个第一电极120、布置在该多个第一电极110上的多个P型热电腿130和多个N型热电腿140、布置在该多个P型热电腿130和该多个N型热电腿140上的多个第二电极150、以及布置在该多个第二电极150上的第二基板160。

在这种情况下，第一电极120可以布置在第一基板110与P型热电腿130和N型热电腿140的下底表面之间，并且第二电极150可以布置在第二基板160和P型热电腿130和N型热电腿140的上底表面之间。因此，该多个P型热电腿130和该多个N型热电腿140可以通过第一电极120和第二电极150彼此电连接。被布置在第一电极120和第二电极150之间并且彼此电连接的一对P型热电腿130和N型热电腿140可以形成一个单元单体(unit cell)。

这里，P型热电腿130和N型热电腿140可以是包含碲(Bi)和碲(Ti)为主要原材料的碲化铋(Bi-Te)基的热电腿。P型热电腿130可以是以下热电腿，其包含基于总重量的100wt％(重量百分比)的总计为99wt％至99.999wt％的碲化铋(Bi-Te)基的主要原材料以及0.001wt％至1wt％的包括Bi或Te的混合物，其中该碲化铋(Bi-Te)基的主要原材料包括锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)以及铟(In)中的至少一个。例如，P型热电腿130可以具有Bi-Se-Te的主要原材料，并且可以进一步包含基于总重量的0.001wt％至1wt％的Bi或Te。N型热电腿140可以是以下热电腿，其包含基于总重量的100wt％的总计为99wt％至99.999wt％的碲化铋(Bi-Te)基的主要原材料以及0.001wt％至1wt％的包括Bi或Te的混合物，其中该碲化铋(Bi-Te)基的主要原材料包括硒(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)以及铟(In)中的至少一个。例如，N型热电腿140可以具有Bi-Sb-Te的主要原材料，并且可以进一步包含基于总重量的0.001wt％至1wt％的Bi或Te。

P型热电腿130和N型热电腿140可以形成为块型或堆叠型。通常，块状P型热电腿130或块状N型热电腿140可以通过以下工艺来获得：对热电材料进行热处理来制造铸锭；将铸锭粉碎并筛分以获得用于热电腿的粉末；烧结粉末并然后切割烧结的物体。层叠型P型热电腿130或层叠型N型热电腿140可通过下述工艺获得：将包含热电材料的糊剂涂覆到片状基板从而形成单元构件并且然后层压并切割单元构件。

在这种情况下，该一对P型热电腿130和N型热电腿140可以具有相同的形状和体积，或者可以具有不同的形状和体积。例如，由于P型热电腿130和N型热电腿140的导电特性不同，因此N型热电腿140的高度或截面积可以与P型热电腿130的高度或截面积不同地形成。

根据本发明的实施例的热电元件的性能可以表达为塞贝克指数。塞贝克指数(ZT)可以如等式1中所表达。

[等式1]

ZT＝α²·σ·T/k

在此，α表示塞贝克系数[V/K]，σ表示电导率[S/m]，α²σ表示功率因数(W/mK²)。另外，T表示温度，并且k表示热导率[W/mK]。k可以表达为a·cp·ρ，其中a表示热扩散率[cm²/S]，cp表示比热[J/gK]，并且ρ表示密度[g/cm³]。

为了获得热电元件的塞贝克指数(ZT)，可以通过使用Z计(Z meter)来测量Z值(V/K)，并且使用所测量的Z值来计算该塞贝克指数。

根据本发明的另一实施例，P型热电腿130和N型热电腿140可以具有图6B中所图示的结构。参考图6B，热电腿130和140包括热电材料层132和143、层压在热电材料层132和142的一个表面上的第一镀层134-1和144-1、层压在与热电材料层132和142的所述一个表面相对的另一个表面上的第二镀层134-2和144-2、布置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间以及布置在热电材料层132和142与第二镀层134-2和144-2之间的第一结合层136-1和146-1和第二结合层136-2和146-2、以及层压在第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2上的第一金属层138-1和148-1以及第二金属层138-2和148-2。

在这种情况下，热电材料层132和142以及第一结合层136-1和146-1可以彼此直接接触，并且热电材料层132和142以及第二结合层136-2和146-2可以彼此直接接触。此外，第一结合层136-1和146-1以及第一镀层134-1和144-1可以彼此直接接触，并且第二结合层136-2和146-2以及第二镀层134-2和144-2可以彼此直接接触。此外，第一镀层134-1和144-1以及第一金属层138-1和148-1可以彼此直接接触，并且第二镀层134-2和144-2以及第二金属层138-2和148-2可以彼此直接接触。

这里，热电材料层132和142可以包含作为半导体材料的铋(Bi)和碲(Te)。热电材料层132和142可以具有与图6A中描述的P型热电腿130或N型热电腿140相同的材料或形状。

此外，第一金属层138-1和148-1以及第二金属层138-2和148-2可以包括选自铜(Cu)、铜合金、铝(Al)和铝合金中的一种，并且厚度可以为0.1mm至0.5mm，并且优选为0.2mm至0.3mm。由于第一金属层138-1和148-1以及第二金属层138-2和148-2的热膨胀系数大于或类似于热电材料层132和142的热膨胀系数，且在烧结期间对第一金属层138-1和148-1与第二金属层138-2和148-2与热电材料层132和142之间的界面施加压缩应力，因此可以防止破裂或剥离。此外，由于第一金属层138-1和148-1与第二金属层138-2和148-2与电极120和150之间的联接力高，因此热电腿130和140可以稳定地联接到电极120和150。

接下来，第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2可以包含Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr和Mo中的至少一个，并且可以具有1μm至20μm，并且优选地1μm至10μm的厚度。由于第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2防止作为热电材料层132和142中的半导体材料的Bi或Te与第一金属层138-1和148-1以及第二金属层138-2和148-2之间的反应，因此可以防止热电元件的劣化，并且可以防止第一金属层138-1和148-1以及第二金属层138-2和148-2的氧化。

在这种情况下，第一结合层136-1和146-1以及第二结合层136-2和146-2可以布置在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1之间并且布置在热电材料层132和142与第二镀层134-2和144-2之间。在这种情况下，第一结合层136-1和146-1以及第二结合层136-2和146-2可以包含Te。例如，第一结合层136-1和146-1以及第二结合层136-2和146-2可以包含Ni-Te、Sn-Te、Ti-Te、Fe-Te、Sb-Te、Cr-Te和Mo-Te中的至少一个。根据本发明的实施例，第一结合层136-1和146-1以及第二结合层136-2和146-2的厚度可以是0.5μm至100μm，并且优选地是1μm至50μm。根据本发明的实施例，在热电材料层132和142与第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2之间预先布置包含Te的第一结合层136-1和146-1以及第二结合层136-2和146-2，并且因此可以防止热电材料层132和142中的Te扩散到第一镀层134-1和144-1以及第二镀层134-2和144-2。因此，可以防止Bi富集区域的出现。

因此，从热电材料层132和142的中心到热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面，Te含量高于Bi含量，并且从热电材料层132和142的中心到热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面，Te的含量高于Bi的含量。从热电材料层132和142的中心到热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面的Te含量或从热电材料层132和142的中心到热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面的Te含量可以是热电材料层132和142的中心中的Te含量的0.8至1倍。例如，从热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面到热电材料层132和142的中心在100μm的厚度内的Te含量可以是在热电材料层132和142的中心处的Te含量的0.8至1倍。这里，即使在从热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面到热电材料层132和142的中心的100μm的厚度内，Te含量也可以维持恒定。例如，在从热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面到热电材料层132和142的中心的100μm厚度内，Te的重量比的变化率可以在0.9至1的范围内。

此外，第一结合层136-1和146-1或第二结合层136-2和146-2中的Te含量可以等于或相似于热电材料层132和142中的Te含量。例如，第一结合层136-1和146-1或第二结合层136-2和146-2中的Te含量可以为热电材料层132和142中的Te含量的0.8至1倍，优选为0.85至1倍，更优选为0.9至1倍，并且更优选为0.95至1倍。这里，该含量可以是重量比。例如，当热电材料层132和142中的Te含量为50wt％时，第一结合层136-1和146-1或第二结合层136-2和146-2中的Te含量可以在40wt％至50wt％，优选42.5wt％至50wt％，更优选45wt％至50wt％，并且更优选地47.5wt％至50wt％的范围内。此外，第一结合层136-1和146-1或第二结合层136-2和146-2中的Te含量可以大于Ni含量。第一结合层136-1和146-1或第二结合层136-2和146-2中的Te含量是均匀的，但是Ni含量可以从第一结合层136-1和146-1或第二结合层136-2和146-2朝向热电材料层132和142减小。

此外，从热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面到第一镀层136-1和146-1与第一结合层136-1和146-1之间的界面或者第二镀层134-2和144-2与第二结合层136-2和146-2之间的界面的Te含量可以均匀地分布。例如，从热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或者热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面到第一镀层136-1和146-1与第一结合层136-1和146-1之间的界面或第二镀层134-2和144-2与第二结合层136-2和146-2之间的界面的Te的重量比的变化率可以在0.8至1的范围内。这里，随着Te的重量比的变化率变得更接近于1，这可能意味着从热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面到第一镀层136-1和146-1与第一结合层136-1和146-1之间的界面或第二镀层134-2和144-2与第二结合层136-2和146-2之间的界面的Te含量被均匀地分布。

此外，在第一结合层136-1和146-1中的与第一镀层134-1和144-1接触的表面(即，第一镀层136-1和146-1与第一结合层136-1和146-1之间的界面)或第二结合层136-2和146-2中的与第二镀层134-2和144-2接触的表面(即，第二镀层134-2和144-2与第二结合层136-2和146-2之间的界面)中的Te含量可以为热电材料层132和142中的与第一结合层136-1和146-1接触的表面(即，在热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面)或热电材料层132和142中的与第二结合层136-2和146-2接触的表面(即，热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面)中的Te含量的0.8至1倍，优选为0.85至1倍，更优选为0.9至1倍，并且更优选为0.95至1倍。在此，含量可以是重量比。

此外，可以看出，热电材料层132和142的中心处的Te含量等于或相似于热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或者在热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面中的Te含量。即，在热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或在热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面中的Te含量可以是热电材料层132和142的中心中的Te含量的0.8至1倍，优选0.85至1倍，更优选0.9至1倍，并且更优选0.95至1倍。这里，该含量可以是重量比。在此，热电材料层132和142的中心可以意指包括热电材料层132和142的中心的外围区域。此外，界面可以意指界面本身，或者可以意指包括界面和在预定距离内与界面相邻的外围区域的区域。

此外，第一镀层136-1和146-1或第二镀层134-2和144-2中的Te含量可以小于热电材料层132和142中的Te含量以及第一结合层136-1和146-1或第二结合层136-2和146-2中的Te含量。

此外，可以看出，热电材料层132和142的中心处的Bi含量等于或相似于热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或者在热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面中的Bi含量。因此，由于从热电材料层132和142的中心到热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或到热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面，Te含量高于Bi含量，因此不存在其中在热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面周围的区域或在热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面周围的区域中Bi含量不高于Te含量的区段。例如，热电材料层132和142中的Bi含量可以是热电材料层132和142与第一结合层136-1和146-1之间的界面或热电材料层132和142与第二结合层136-2和146-2之间的界面中的Bi含量的0.8至1倍，优选0.85至1倍，更优选0.9至1倍，并且更优选0.95至1倍。在此，含量可以是重量比。

同时，设置在第一基板110与P型热电腿130和N型热电腿140之间的第一电极120和设置在第二基板160和P型热电腿130和N型热电腿140之间的第二电极150可以包含铜(Cu)、银(Ag)和镍(Ni)中的至少一种，并且具有0.01mm至0.3mm的厚度。当第一电极120或第二电极150的厚度小于0.01mm时，第一电极120或第二电极150作为电极的功能退化，并且因此导电性能可能退化，并且当第一电极120或者第二电极150的厚度大于0.3mm，由于电阻的增大，导电效率可能退化。

此外，彼此面对的第一基板110和第二基板160可以是绝缘基板或金属基板。绝缘基板可以是铝基板或聚合物树脂基板。聚合物树脂基板可包含各种绝缘树脂材料，诸如聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚(COC)和诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的高渗透性塑料。

在其他情况下，聚合树脂基板可以是由包含环氧树脂和无机填料的树脂组合物制成的导热基板。导热基板的厚度可以在0.01mm至0.65mm的范围内，优选为0.01mm至0.6mm，并且更优选为0.01mm至0.55mm，并且其导热率可以为10W/mK以上，优选为20W/mK或更高，并且更优选30W/mK。

为此，环氧树脂可以包含环氧化合物和固化剂。在这种情况下，环氧树脂可以包括10体积比的环氧化合物和1至10体积比的固化剂。在此，环氧化合物可以包括结晶环氧化合物、无定形环氧化合物和硅酮环氧化合物中的至少一种。结晶环氧化合物可以包括液晶元结构(mesogen structure)。液晶元是液晶的基本单元，并且包括刚性结构。此外，无定形环氧化合物可以是分子中具有两个或者更多个环氧基团的普通无定形环氧化合物，并且可以是例如衍生自双酚A或双酚F的缩水甘油醚化合物。这里，固化剂可以包括胺基固化剂、酚基固化剂、酸酐基固化剂、聚硫醇基固化剂、聚氨基酰胺基固化剂、异氰酸酯基固化剂和嵌段异氰酸酯基固化剂中的至少一种，并且两种或更多种类型的固化剂的混合物可以用作固化剂。

无机填料可以包括氧化铝、氮化硼和氮化铝中的至少一种。在这种情况下，氮化硼可以包括其中聚集了多个板状氮化硼的氮化硼聚合物。在此，氮化硼聚合物的表面可以用具有下面的单体1的聚合物涂覆，或者氮化硼聚合物中的至少一部分空隙可以用具有下述的单体1的聚合物来填充。

单体1如下。

[单体1]

在此，R¹、R²、R³、以及R⁴中的一个可以是H，其余可以选自由C₁-C₃烷基、C₂-C₃烯烃和C₂-C₃炔组成的组，并且R⁵可以是具有1至12个碳原子的直链、支链或环状二价有机连接链。

在一个实施例中，R¹、R²、R³、以及R⁴中不包括H的一个可以选自C₂-C₃烯烃，并且其余的另一个和又一个可以选自C₁-C₃烷基。例如，根据本发明的实施例的聚合物可以包括以下的单体2。

[单体2]

在其他情况下，R¹、R²、R³、以及R⁴的除H外的其余部分可以选自由彼此不同的C₁-C₃烷基、C₂-C₃烯烃和C₂-C₃炔组成的组。

以这种方式，当将根据单体1或单体2的聚合物施加在其中聚集了板状氮化硼的氮化硼聚合物上，并且填充了氮化硼中的至少一部分空隙时，氮化硼聚合物中的空气层被最小化，并且因此可以提高氮化硼聚合物的导热性能，并且板状氮化硼之间的结合力可以增大以防止氮化硼聚合物破裂。此外，当在其中聚集了板状氮化硼的氮化硼聚合物上形成涂层时，可以容易地形成官能团，并且当在氮化硼聚合物的涂层上形成官能团时，与树脂的亲和力可以增大。

当第一基板110和第二基板160是聚合物树脂基板时，与金属基板的厚度相比，第一基板110和第二基板160可以具有更薄的厚度、更高的热辐射性能和更高的绝缘性能。此外，当将电极设置在施加到散热器200或金属板300上的半固化的聚合物树脂层上并且然后进行热压缩时，可能不需要单独的粘合剂层。

在这种情况下，第一基板110和第二基板160可以具有不同的尺寸。例如，第一基板110和第二基板160中的一个基板的体积、厚度或面积可以形成为大于另一个基板的体积、厚度或面积。因此，可以提高热电元件的热吸收性能或热辐射性能。

此外，可以在第一基板110和第二基板160中的一个基板的表面上形成热辐射图案，例如，不平坦的图案。因此，可以提高热电元件的热辐射性能。当在与P型热电腿130或N型热电腿140接触的表面上形成不平坦的图案时，也可以改善热电腿和基板之间的结合属性。

同时，P型热电腿130或N型热电腿140可以具有圆柱形状、多角柱形状、卵形柱形状等。

根据本发明的实施例，P型热电腿130或N型热电腿140可以形成为在其与电极结合的部分处具有宽的宽度。

返回参考图1至图3，根据本发明的实施例，第二冷却水流入管3000和第二冷却水排出管4000可以布置在沿第一方向布置的每个单元模块1000中。即，第二冷却水流入管3000和第二冷却水排出管4000中的每一者的数量可以等于沿第一方向布置的单元模块1000的数量或沿第一方向布置的单元模块1000的数量的倍数。

如图3中所图示，布置在同一单元模块侧上的第二冷却水流入管和第二冷却水排出管，例如，布置在第一单元上模块1000-1的第二冷却水流入管3000-1和第二冷却水排出管4000-1可以被称为一对第二冷却水流入管3000-1和第二冷却水排出管4000-1。

在第一方向上被引入到第一冷却水流入管2100中的冷却水可以被分布并被引入到多个第二冷却水流入管3000中。此外，从多个第二冷却水排出管4000中排出的冷却水可以通过第一冷却水排出管2200收集，并且然后沿第一方向排出到外部。因此，第一冷却水流入管2100的截面积可以大于第二冷却水流入管3000的截面积，并且第一冷却水排出管2200的截面积可以大于第二冷却水排出管4000的截面积。

同时，在第二方向上通过第二冷却水流入管3000引入的冷却水可以在第三方向上经过每个单元模块1000的冷却水通道室1100，并且然后在第二方向4000上通过第二冷却水排出管4000排出。为此，可以在每个冷却水通道室1100中形成至少一个冷却水流入口1110和至少一个冷却水排出口1120。冷却水通道室1100的冷却水流入口1110可以形成在作为冷却水通道室1100的第一表面1101和第二表面1102之间的一个表面的第三表面上，并且冷却水通道室1100的冷却水排出口1120可以形成在冷却水通道室1100的第一表面1101和第二表面1102之间的另一个表面的第四表面1104中。这里，第三表面1103可以是从第三方向在沿向下方向设置的表面，并且第四表面1104可以是从第三方向沿向上方向设置的表面。即，第三表面1103可以是设置为靠近第二冷却水流入管3000的表面，并且第四表面1104可以是设置为靠近第二冷却水排出管4000的表面。

此外，冷却水通道室1100的冷却水流入口1110可以连接到第二冷却水流入管3000，并且冷却水通道室1100的冷却水排出口(未被图示)可以连接到第二冷却水排出管4000。为此，可以在第二冷却水流入管3000中形成至少一个冷却水排出口3100，可以在第二冷却水排出管4000中形成至少一个冷却水流入口(未被图示)，第二冷却水流入管3000的冷却水排出口3100可以连接到冷却水通道室1100的冷却水流入口1110，并且第二冷却水排出管4000的冷却水流入口可以连接到冷却水通道室1100的冷却水排出口。在这种情况下，冷却水排出口和冷却水流入口可以被形成在彼此对应的位置处，并且冷却水排出口和冷却水流入口中的至少一个可以包括突起。因此，冷却水排出口和冷却水流入口可以彼此装配或可以通过装配构件装配，并且另外，冷却水排出口和冷却水流入口彼此连接的区域可以通过密封构件密封。

参考图1至图3以及图8和图9，在将多个第二冷却水流入管3000布置在框架2000的下端之后，将多个单元模块1000布置在该多个第二冷却水流入管3000上，并且多个第二冷却水排出管4000被布置在该多个单元模块1000上的框架2000的上端中。

可以在形成在框架2000的下端处的第一冷却水流入管2100中形成与多个第二冷却水流入管3000的数量一样多的孔2110，使得冷却水可以被分布并且从框架2000的第一冷却水流入管2100引入到该多个第二冷却水流入管3000中，并且第二冷却水流入管3000可以根据孔2110的位置而布置。同样地，可以在形成在框架2000的上端处的第一冷却水排出管2200中形成与多个第二冷却水排出管2000的数量一样多的孔2210，使得冷却水可以被收集并且将其从该多个第二冷却水排出管4000排出到框架2000的第一冷却水排出管2200，并且第二冷却水排出管4000可以根据孔2410的位置而布置。

同时，一对第二冷却水流入管3000和一对第二冷却水排出管4000可以连接到沿第二方向布置的多个单元模块1000。例如，第二冷却水流入管3000-1可以连接到第一单元模块1000-1和在第二方向上与第一单元模块1000-1相邻设置的另一个单元模块1000-11。同样，第二冷却水排出管4000-1可以连接到第一单元模块1000-1和在第二方向上与第一单元模块1000-1相邻设置的另一个单元模块1000-11。为此，框架2000还可以包括支撑壁2300，该支撑壁2300设置在沿第二方向布置的该多个单元模块1000之间。即，支撑壁2300可以设置在一个单元模块组和另一个单元模块组之间，其中该一个单元模块组包括在第一方向上布置的多个单元模块1000，该另一个单元模块组在第二方向上与该一个单元模块组相邻设置。在这种情况下，可以在支撑壁2300中形成布置有第二冷却水流入管3000的第一沟槽2310和布置有第二冷却水排出管4000的第二沟槽2320。形成在一个支撑壁2300中的第一沟槽2310的数量和第二沟槽2320的数量可以分别等于第二冷却水流入管3000的数量和第二冷却水排出管4000的数量，即，布置在一个单元模块组中的单元模块1000的数量。

第二冷却水流入管3000和第二冷却水排出管4000可以分别固定到第一沟槽2310和第二沟槽2320。为此，固定构件5000可以组装在该多个第二冷却水排出管4000上，并且固定构件5000、该多个第二冷却水排出管4000和支撑壁2300可以通过螺钉彼此紧固。尽管未被图示，但是具有相同结构的固定构件可以组装在该多个第二冷却水流入管3000侧。

根据这种组装方法，可以容易地根据期望的发电量来调节组装的单元模块的数量。此外，当一些单元模块损坏或发生故障时，拆卸热转换装置、更换单元模块并且然后重新组装单元模块的过程是容易的。此外，由于单元模块本身不需要通过螺钉固定到框架，因此组装容易。此外，由于布置在单元模块下方的第二冷却水流入管不仅可以执行冷却水流入的功能，而且还可以执行支撑单元模块的功能，且热转换装置具有刚性，因此在振动或撞击时可以防止变形。

参考图1至图3、图8和图9以及图10和图11，冷却水可以沿第一方向通过第一冷却水流入管2100被引入并分布到多个第二冷却水流入管3000中。此外，冷却水可以沿第二方向流经第二冷却水流入管3000并且被引入到冷却水通道室1100中。被引入到冷却水通道室1100中的冷却水可以沿第三方向朝向冷却水通道室1100的上端流动并且被排出到第二冷却水排出管4000。此外，第二冷却水排出管4000中的冷却水可以沿第二方向朝向第一冷却水排出管2200流动，并且可以将收集在第一冷却水排出管2200中的冷却水排出到外部。

在这种情况下，高温气体从冷却水通道室1100的上端朝向下端流动。当第二冷却水排出管4000布置在单元模块1000的上端处时，如在本发明的实施例中那样，可以防止由于高温气体的高温导致热电元件的性能退化的问题。此外，由于冷却水从冷却水通道室1100的下端朝向上端流动，因此冷却水可以从冷却水通道室1100的底部填充，并且由于高温气体流动的方向与其中冷却水流动的方向相反，因此均匀的热交换温度可以被提供给所有的单元模块。

图12是根据本发明另一实施例的热转换装置的顶视图，并且图13是图12的热转换装置的透视图。这里，尽管图示了框架2000的仅一部分可以被单元模块填充，但是本发明不限于此，并且框架2000的整体或一部分可以被单元模块填充。将会省略对图1至图11中图示的相同内容的重复描述。

参考图12和图13，框架2000的第一冷却水流入管2100和第一冷却水排出管2200的截面积可以随着第一冷却水流入管2100和第一冷却水排出管2200变得离第一冷却水流入管2100的入口更远而减小。因此，甚至可以向被布置在与第一冷却水流入管2100的入口相距较大的位置处的第二冷却水流入管4000施加高的液压，因此可以将冷却水均匀地引入到多个第二冷却水流入管4000中。

图14是根据本发明的又一实施例的热转换装置的透视图。这里，尽管图示了框架2000的仅一部分可以被单元模块填充，但是本发明不限于此，并且框架2000的整体或一部分可以被单元模块填充。将会省略对图1至图11所图示的相同内容的重复描述。

参考图14，框架2000的第一冷却水流入管2100的入口可以形成在第一冷却水流入管2100的侧面。因此，由于被引入到第一冷却水流入管2100的入口中的冷却水可以沿第二方向引入，因此冷却水可以均匀地引入到多个第二冷却水流入管4000中。

根据本发明的又一实施例，可以在每个冷却水通道室1100的内壁上布置热辐射片。热辐射片的形状和数量、热辐射片占据冷却水通道室1100的内壁的面积等可以取决于冷却水的温度、废热的温度、所需的发电能力等而不同地改变。热辐射片占据冷却水通道室1100的内壁的面积可以是例如冷却水通道室1100的截面积的1％至40％。因此，在不扰乱冷却水的流动的情况下获得高的热电转换效率。

此外，冷却水通道室1100的内部可以被分割成多个区域。当冷却水通道室1100的内部被分割为该多个区域时，由于即使冷却水的流量不足以完全填充冷却水通道室1100的内部时冷却水也可以均匀地分布在冷却水通道室1100的内部，因此可以获得冷却水通道室1100的整个表面均匀的热电转换效率。

图15是根据本发明的又一实施例的热转换装置的透视图，图16是根据图15的实施例的热转换装置的局部放大图，图17是根据图15的实施例的在热转换装置中包括的单元模块的透视图，图18是图17的单元模块的分解图，并且图19是根据图15的另一实施例的热转换装置的截面图。

参考图15至图19，热转换装置20包括多个单元模块组和支撑该多个单元模块组的框架7000。这里，每个单元模块组包括多个单元模块6000。

这里，多个单元模块6000可以沿第一方向和第二方向布置，并且第二方向是与第一方向相交的方向，例如，垂直于第一方向的方向。在本说明书中，可以将在第一方向上布置的多个单元模块6000描述为形成一个单元模块组，并且因此，可以在第二方向上布置多个单元模块组。在此，在一个单元模块组中包括的多个单元模块6000可以被布置为彼此隔开预定间隔。在本说明书中，为了便于描述，将热转换装置20描述为包括沿第二方向布置的五个单元模块组的示例，即，第一单元模块组6000-A、第二单元模块组6000-B、第三单元模块组6000-C、第四单元模块组6000-D和第五单元模块组6000-E。但是，本发明不限于此。

框架7000可以是被设置成包围该多个单元模块6000的外周的框架或边缘。在这种情况下，框架7000可以包括用于将冷却水注入到该多个单元模块6000中的冷却水流入管(未图示)和用于排出经过该多个单元模块6000的内部的冷却水的冷却水排出管(未图示)。冷却水流入管和冷却水排出管中的一个可以形成在设置在该多个单元模块组当中的设置在一个边界处的单元模块组(例如，第一单元模块组6000-A)的侧表面上的边缘上，并且另一个可以被形成在设置在该多个单元模块组当中的设置在另一个边界处的单元模块组(例如，第五单元模块组6000-E)的侧表面上的边缘上。

特别地，参考图17和18，每个单元模块6000包括冷却水通道室6100、设置在冷却水通道室6100的一个表面6101中的第一热电模块6200和设置在冷却水通道室6100的另一个表面6102中的第二热电模块6300。在此，冷却水通道室6100的所述一个表面6101和所述另一个表面6102可以是被布置成在第一方向上彼此隔开了预定间隔的两个表面，并且在本说明书中，冷却水通道室6100的所述一个表面6101和所述另一个表面6102能够与冷却水通道室6100的第一表面和第二表面互换。

第一热电模块6200的低温部(即，热辐射部)可以设置在冷却水通道室6100的第一表面6101的外表面上，并且第一压电模块6200的高温部(即，热吸收部)可以设置成面向另一个相邻的单元模块6000的第二热电模块6300。类似地，第二热电模块6300的低温部(即，热辐射部)可以设置在冷却水通道室6100的第二表面6102的外表面上，并且第二热电模块6300的高温部(即，热吸收部)可以设置成面向另一个相邻的热电模块6000的第一热电模块6200。

根据本发明的实施例的热转换装置20可以通过使用流过冷却水通道室6100的冷却水和经过多个单元模块6000之间的分隔空间的高温气体之间的温度差，即，第一热电模块6200的热吸收部和热辐射部之间的温度差和第二热电模块6300的热吸收部和热辐射部之间的温度差，来产生电力。在此，冷却水可以是水，但不限于此，并且可以是具有冷却性能的各种类型的流体。流入到冷却水通道室6100中的冷却水的温度可以小于100℃，优选地小于50℃，并且更优选地小于40℃，但是不限于此。在经过冷却水通道室6100之后排出的冷却水的温度可以比引入到冷却水通道室6100中的冷却水的温度高。经过该多个单元模块6000之间的分隔空间的高温气体的温度可以高于冷却水的温度。例如，经过该多个单元模块6000之间的分隔空间的高温气体的温度可以为100℃以上，优选为150℃以上，并且更优选为200℃以上，但是不限于此。在这种情况下，该多个单元模块6000之间的分隔空间的宽度可以是几毫米到几十毫米，并且可以取决于热转换装置的尺寸、引入的气体的温度、气体的流入速率、所需的发电量等而变化。

第一热电模块6200和第二热电模块6300均可以包括多个热电元件100。可以取决于所需的发电量来调节每个热电模块中包括的热电元件的数量。

每个热电模块中包括的该多个热电元件100可以彼此电连接，并且该多个热电元件100中的至少一些可以使用汇流条(未图示)彼此电连接。例如，汇流条可以设置在排出口的一侧，高温气体在经过多个单元模块6000之间的分隔空间之后经过该排出口排出，并且可以连接到外部端子。因此，即使在热转换装置内部未设置用于第一热电模块6200和第二热电模块6300的PCB的时候，也可以向第一热电模块6200和第二热电模块6300供应电力，并且因此，热转换装置10的设计和组装是容易的。每个单元模块6000可以进一步包括布置在多个热电元件100之间的绝热层6400和屏蔽层6500。绝热层6400可以设置为包围在冷却水通道室6100的外表面当中的除了设置有热电元件100的区域之外的冷却水通道室6100的外表面的至少一部分。特别地，当绝热层6400设置在第一表面6101和第二表面6102上的热电元件100之间时(其中在冷却水通道室6100的外表面当中的第一表面6101和第二表面6102上布置了该多个热电元件100)，由于热绝缘层6400，可以维持低温部和高温部之间的绝热，从而提高发电效率。

此外，屏蔽层6500可以设置在绝热层6400上并且保护绝热层6400和多个热电元件100。为此，屏蔽层6500可以包括不锈钢材料。

屏蔽层6500和冷却水通道室6100可以通过螺钉彼此紧固。因此，屏蔽层6500可以稳定地联接到单元模块6000，并且第一热电模块6200或第二热电模块6300和绝热层6400可以固定在一起。

在这种情况下，第一热电模块6200和第二热电模块6300中的每一个都可以使用导热垫6600粘附到冷却水通道室6100的第一表面6101和第二表面6102。由于导热垫6600促进热传递，因此可以不扰乱冷却水通道室6100与热电模块之间的热传递。此外，第一热电模块6200和第二热电模块6300中的每一个还可以包括：散热器，该散热器设置在热电元件100的高温部侧；和金属板300(例如，铝板)该金属板300设置在热电元件100的低温部侧。在这种情况下，散热器200朝向另一个相邻的单元模块设置。可以将第一热电模块6200中包括的散热器200朝向另一个相邻的单元模块6000-1的第二热电模块6300(参见图16)设置，并且可以将第二热电模块6300中包括的散热器200朝向另一个相邻的单元模块6000-2的第一热电模块6200(参见图16)设置。在这种情况下，不同相邻的单元模块6000的散热器200可以彼此隔开预定间隔。因此，在该多个单元模块6000之间经过的空气的温度可以通过散热器200有效地传递到热电元件100的高温部侧。同时，由于金属板300(例如铝板)具有高的热传递效率，因此经过冷却水通道室6100的冷却水的温度可以通过金属板300有效地传递到热电元件100的低温部侧。如所图示的，尽管多个热电元件100可以被布置在一个金属板300中，但是本发明不限于此，并且一个热电元件100可以设置在一个金属板300中。热电元件100的详细描述与图6和图7中的相同，将省略重复的描述。

根据本发明的实施例，单元模块6000可以进一步包括第一支撑框架6700，该第一支撑框架6700设置在冷却水通道室6100的第一表面6101和第二表面6102之间的第三表面6103侧；和第二支撑框架6800，该第二支撑框架6800设置在冷却水通道室6100的第一表面6101和第二表面6102之间的第四表面6104侧。这里，第三表面6103可以是在第三方向上面向下的表面，并且第四表面6104可以是在第三方向上面向上的表面。第一支撑框架6700和第二支撑框架6800中的至少一个支撑框架的形状可以是H形，例如，H形梁。热转换装置20中包括的第一支撑框架6700和第二支撑框架6800的数量可以与热转换装置20中包括的单元模块6000的总数相同。如图17和图18中所图示，布置在同一单元模块侧的第一支撑框架6700和第二支撑框架6800可以被称为一对支撑框架。当第一支撑框架6700和第二支撑框架6800分别布置在冷却水通道室6100的第三表面6103侧和第四表面6104侧时，可以维持单元模块的刚性并且可以防止在振动期间的弯曲或变形。

为此，框架7000可以进一步包括支撑壁7300，该支撑壁7300设置在第一单元模块组6000-A和第二单元模块组6000-B之间，并且第一支撑框架6700和第二支撑框架6800中的每一个支撑框架可以被紧固到支撑壁7300。在这种情况下，支撑壁7300可以被紧固到框架7000的框架或边缘，或与框架7000一体地形成。

更详细地，支撑壁7300可以设置在第一单元模块组6000-A和第二单元模块组6000-B之间，布置在第一单元模块组6000-A的单元模块6000中的第一支撑框架6700和第二支撑框架6800可以从支撑壁7300的下部和上部朝向其中设置了第二单元模块组6000-B的方向延伸，并且布置在第二单元模块6000-B的单元模块6000中的第一支撑框架6700和第二支撑框架6800可以从支撑壁7300的下部和上部朝向其中设置了第一单元模块组6000-A的方向延伸。在这种情况下，第一支撑框架6700和第二支撑框架6800中的每一个支撑框架的延伸长度可以不超过支撑壁7300的厚度的一半。此外，第一支撑框架6700的下部和支撑壁7300可以通过螺钉彼此紧固并且第二支撑框架6800的上部和支撑壁7300可以通过螺钉彼此紧固。因此，由于单元模块本身不需要通过螺钉直接固定到框架，因此组装容易。此外，容易根据期望的发电量来调节单元模块的数量。

这里，尽管图示了一对支撑框架支撑一个单个模块，但是本发明不限于此。第一支撑框架6700和第二支撑框架6800可以在第二方向上延伸，以同时支撑一个单元模块组中包括的多个单元模块中的一个单元模块和另一个相邻的单元模块组中包括的多个单元模块中的一个单元模块。因此，热转换装置20中包括的第一支撑框架6700和第二支撑框架6800的数量可以与第一单元模块组6000-A中包括的单元模块6000的数量相同或者是第一单元模块组6000-A中包括的单元模块6000的数量的倍数。

为此，可以在支撑壁7300的下端中形成其中设置了第一支撑框架6700的多个沟槽，可以在支撑壁7300的上端中形成其中设置了第二支撑框架6800的多个沟槽，并且第一支撑框架6700和第二支撑框架6800中的每一个支撑框架都可以通过诸如螺钉的固定构件紧固到支撑壁7300。在一个支撑壁7300的下端和上端中形成的沟槽的数量可以与布置在一个单元模块组中的单元模块6000的数量相同。

根据本发明的实施方式，在冷却水通道室6100的一个侧面上形成冷却水流入口，并且在其另一个侧面上形成冷却水排出口。

冷却水流入口6110可以形成在第五表面6105中，该第五表面6105是第一表面6101、第二表面6102、第三表面6103和第四表面6104之间的两个表面中的一个表面，并且冷却水排出口6120可以形成在第六表面6106中，该第六表面6106是在第一表面6101、第二表面6102、第三表面6103和第四表面6104之间的两个表面中的另一个表面。在图15中，当第一单元模块组6000-A、第二单元模块组6000-B、第三单元模块组6000-C、第四单元模块组6000-D和第五单元模块组6000-E可以在第二方向上被顺序地布置，并且冷却水沿着从第一单元模块组6000-A朝向第五单元模块组6000-E的方向流动，冷却水流入口6110可以被形成在被包括在第一单元模块组6000-A中的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100的一个侧表面(即，作为外侧表面的第五表面6105)上，并且冷却水排出口6120可以被形成在被包括在第一单元模块组6000-A中的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100的另一个侧表面(即，作为设置成面向第二单元模块组6000-B的侧表面的第六表面6106)上。同样地，冷却水流入口6110可以形成在被包括在第二单元模块组6000-B中的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100的一个侧表面(即，设置成面向第一单元模块组6000-A的第五表面6105)上，并且冷却水排出口6120可以被形成在被包括在第二单元模块组6000-B中的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100的另一个侧表面(即，作为设置成面向第三单元模块组6000-C的侧表面的第六表面6106)上。

在这种情况下，为了使冷却水在从第一单元模块组6000-A到第五单元模块组6000-E的方向上流动，孔7310可以形成在设置在两个单元模块组之间的支撑壁7300中，以对应于冷却水流入口6110和冷却水排出口6120的位置。例如，孔7310可以形成为同时对应于在第一单元模块组6000-A中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100中形成的冷却水排出口6120的位置和第二单元模块组6000-B中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100中形成的冷却水流入口6110的位置。因此，形成在第一单元模块组6000-A中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100中的冷却水排出口6120可以通过孔7310连接到形成在第二单元模块组6000-B中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100中形成的冷却水流入口6110，并且冷却水可以从第一单元模块组6000-A中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100流到第二单元模块组6000-B中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100。此结构可以等同地应用于第二单元模块组6000-B、第三单元模块组6000-C、第四单元模块组6000-D和第五单元模块组6000-E。

根据本发明的实施例，如图19中所图示，第一装配构件6112可以连接到每个冷却水流入口6110，并且第二装配构件6122可以连接到每个冷却水排出口6120。在这种情况下，第一装配构件6112和第二装配构件6122可以分别与冷却水流入口6110和冷却水排出口6120装配，并且可以具有中空的管状形状，使得冷却水可以从中经过。此外，第一装配构件6112和第二装配构件6122可以同时与一个孔7310装配。例如，被连接到形成在第一单元模块组6000-A中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100中的冷却水排出口6120的第二装配构件6122和被连接到形成在第二单元模块组6000-B中包括的每个单元模块6000的每个冷却水通道室6100中的冷却水流入口6110的第一装配构件6112可以一起被装配在形成在被设置在第一单元模块组6000-A和第二单元模块组6000-B之间的支撑壁7300中的多个孔7310中的一个孔中。在这种情况下，为了防止冷却水在第二装配构件6122和第一装配构件6112之间泄漏的问题，第一装配构件6112的外周表面、第二装配构件6122的外周表面、孔7310的内周表面可以密封在一起。

根据本发明的实施例，在每个冷却水通道室6100的第五表面6105和第六表面6106中形成多个冷却水流入口6110和多个冷却水排出口6120，并且多个孔7310可以形成在支撑壁7300中，以对应于该多个冷却水流入口6110的位置和该多个冷却水排出口6120的位置。

在这种情况下，为了使冷却水顺畅地流动，可以在冷却水通道室6100的内部形成多个冷却水通道管6130。冷却水通道管6130可以从冷却水流入口6110连接到冷却水通道室6100内部的冷却水排出口6120，并且冷却水可以通过冷却水通道管6130在第二方向上流动。因此，由于冷却水可以均匀地分布在冷却水通道室6100的内部，因此即使当冷却水的流量不足以完全填充冷却水通道室6100的内部时，对于冷却水通道室6100的整个表面来说也可以获得均匀的热电转换效率。

这样，冷却水在流入到第一单元组模块6000-A中之后，可以经由第二方向上的第二单元组模块6000-B、第三单元组模块6000-C和第四单元组模块6000-D将冷却水排出到第五单元组模块6000-E。

此外，高温气体从冷却水通道室6100的上端朝向下端流动。当第二支撑框架6800设置在单元模块6000的上端处时，如在本发明的实施例中那样，可以防止由于高温气体的高温导致热电元件的性能退化的问题。

尽管未被图示，但是根据本发明的实施例，冷却水流入管可以形成在第一单元模块组6000-A的一个侧面上，例如，在框架7000的面向第五表面的框架或边缘中，并且冷却水排出管可以形成在第五单元模块组6000-E的另一个侧表面上，例如，在框架7000的面向第六表面的框架或边缘中。引入到冷却水流入管中的冷却水可以分布并引入到第一单元模块组6000-A中包括的多个单元模块6000的冷却水通道室6100的冷却水流入口6110中。此外，从第五单元模块组6000-E中包括的多个单元模块6000的冷却水通道室6100的冷却水排出口6120排出的冷却水可以被收集在冷却水排出管中并且被排出到外部。

根据本发明的又一实施例，热辐射片可以布置在每个冷却水通道室6100的内壁上，或布置在冷却水通道管6130的内壁上。热辐射片的形状和数量、热辐射片占据冷却水通道室6100的内壁的面积等可以取决于冷却水的温度、废热的温度、所需的发电能力等等而不同地改变。热辐射片占据冷却水通道室6100的内壁的面积可以是例如冷却水通道室6100的截面积的1％至40％。因此，可以在不扰乱冷却水流动的情况下获得高的热电转换效率。

尽管以上已经描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离所附权利要求中描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。

Claims (17)

1.一种热转换装置，包括：

多个单元模块，所述多个单元模块沿第一方向和与所述第一方向相交的第二方向中的每一个布置；

框架，所述框架被构造成支撑所述多个单元模块，并且包括在所述第一方向上形成的第一冷却水流入管和第一冷却水排出管；

多个第二冷却水流入管，所述多个第二冷却水流入管连接到所述第一冷却水流入管，并且沿所述第二方向布置在所述多个单元模块的一侧；以及

多个第二冷却水排出管，所述多个第二冷却水排出管连接到所述第一冷却水排出管并且沿所述第二方向上布置在所述多个单元模块的另一侧，

其中，每个单元模块包括：

冷却水通道室；

第一热电模块，所述第一热电模块被设置在所述冷却水通道室的第一表面上；以及

第二热电模块，所述第二热电模块被设置在所述冷却水通道室的第二表面上，

在所述冷却水通道室的所述第一表面和所述第二表面之间的第三表面中形成冷却水流入口，并且在所述冷却水通道室的所述第一表面和所述第二表面之间的第四表面中形成冷却水排出口，

所述冷却水流入口连接到所述第二冷却水流入管，并且所述冷却水排出口连接到所述第二冷却水排出管，

其中，所述第一冷却水排出管在从所述第二冷却水流入管到所述第二冷却水排出管的方向上被布置在所述第一冷却水流入管上，

其中，与所述多个第二冷却水流入管的数量一样多的孔被形成在所述第一冷却水流入管中，并且根据每个孔的位置来布置所述多个第二冷却水流入管中的每一个第二冷却水流入管，

其中，与所述多个第二冷却水排出管的数量一样多的孔被形成在所述第一冷却水排出管中，并且根据每个孔的位置来布置所述多个第二冷却水排出管中的每一个第二冷却水排出管，

其中，所述冷却水通道室中的冷却水在从所述第二冷却水流入管到所述第二冷却水排出管的方向上流动，并且

其中，气体在从所述第二冷却水排出管到所述第二冷却水流入管的方向上流动。

2.根据权利要求1所述的热转换装置，其中沿所述第一方向布置的所述多个单元模块彼此隔开了预定间隔。

3.根据权利要求2所述的热转换装置，其中

所述气体经过彼此隔开了所述预定间隔的所述单元模块之间的分隔空间；并且

所述气体的温度高于所述冷却水通道室的冷却水的温度。

4.根据权利要求1所述的热转换装置，其中：

所述第一冷却水流入管的截面积大于所述第二冷却水流入管的截面积；并且

所述第一冷却水排出管的截面积大于所述第二冷却水排出管的截面积。

5.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，一对所述第二冷却水流入管和所述第二冷却水排出管连接到沿所述第二方向布置的所述多个单元模块。

6.根据权利要求5所述的热转换装置，其中，所述框架进一步包括支撑壁，所述支撑壁设置在沿所述第二方向布置的所述多个单元模块之间。

7.根据权利要求6所述的热转换装置，其中：

第一沟槽和第二沟槽形成在所述支撑壁的两端处；

所述第二冷却水流入管固定到所述第一沟槽；并且

所述第二冷却水排出管固定到所述第二沟槽。

8.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，被引入到所述第一冷却水流入管中的冷却水经由所述第二冷却水流入管而经过所述冷却水通道室，并且然后经由所述第二冷却水排出管被排出到所述第一冷却水排出管。

9.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，随着离所述第一冷却水流入管的入口的距离增大，所述第一冷却水流入管的截面积减小。

10.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述第一热电模块和所述第二热电模块中的每一个包括多个热电元件，所述多个热电元件彼此电连接。

11.根据权利要求10所述的热转换装置，其中，所述单元模块中的每一个单元模块进一步包括绝热层，所述绝热层被布置在所述多个热电元件之间。

12.根据权利要求4所述的热转换装置，其中，在所述第一方向上被引入到所述第一冷却水流入管的冷却水被分布并引入到所述多个第二冷却水流入管中，并且从所述多个第二冷却水排出管排出的冷却水被所述第一冷却水排出管收集，并且然后沿所述第一方向被排出到外部。

13.根据权利要求7所述的热转换装置，进一步包括固定构件，所述固定构件布置在所述多个第二冷却水排出管上，

其中，所述固定构件、所述多个第二冷却水排出管和所述支撑壁通过连接构件组装。

14.根据权利要求10所述的热转换装置，其中，所述多个热电元件通过汇流条彼此电连接。

15.根据权利要求11所述的热转换装置，其中，所述绝热层被设置成包围在所述冷却水通道室的外表面当中的除了其中设有所述多个热电元件的区域之外的冷却水通道室的外表面的至少一部分。

16.根据权利要求11所述的热转换装置，其中，所述单元模块中的每一个单元模块进一步包括屏蔽层，所述屏蔽层被布置在所述绝热层上。

17.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，在所述单元模块中的每一个单元模块中布置有一对所述第二冷却水流入管和所述第二冷却水排出管。