CN203246355U - 用于机动车的调温元件和调温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于机动车的调温元件（105）和调温装置，其具有：第一帕尔贴元件层（110）；第二帕尔贴元件层（115）；第一导电的导热层（120），用来传导第一导热流体；以及第二导电的导热层（125），用来传导第二导热流体，其中第一帕尔贴元件层(110)、第二帕尔贴元件层(115)、第一导热层(120)、第二导热层(125)以堆垛的形式进行设置，使得第一导热层(120)和/或第二导热层（125）设置在第一帕尔贴元件层（110）和第二帕尔贴元件层（115）之间，并且其中通过该堆垛传导的电流通过帕尔贴效应来调节第一导热层（120）和第二导热层（125）的温度。

Description

用于机动车的调温元件和调温装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于机动车、尤其用于电动车或混合动力车的调温元件和调温装置。 

背景技术

对于不使用燃烧废热来加热车厢的电动车来说，纯电组的加热需要大大扩大电池容量，这通常成本很高。因此，要考虑替代的加热方法以及冷却方法，以便减少电能需求并维持乘客的舒适性。 

对于电动车来说，PTC-加热器或正温度系数半导体-加热器是一种能在寒冷季节中满足客舱取暖需求的方案，不需要随身携带燃料如汽油、生物乙醇等。设置在空气侧的PTC-加热器已经成批生产，用于废热暂时较少的机动车，例如在冷启动时的现代柴油机动车。实施形式在此例如在于加热体原理，其具有上下重叠的粘合在一起的肋条层，并在各层之间具有PTC-组件（Steinen）。此设计虽然特别简单，因为不需要包围其加热体或零件的框架、壳体、管道或诸如此类的，而是通过粘合连接与各自相邻的层建立一连串的材料锁合的连接。因为在这种简单的构造方式中，散热片是自引流的（selbst stromführend），但它只适合于低压应用，例如用于12V-电源系统。 

另一方式是，借助帕尔贴技术来实现加热体。在本文中例如已经介绍了加热体的样机，其具有备选的、用来支持AC-循环的冷却功能。但在此样机中，此构造原理看起来相当复杂，并且是三维的，例如需要较高的深度。该帕尔贴效应的热电材料已经在很狭窄的应用领域中用于冷却，例如用于电子构件的冷却或用于野营冷却箱。对于在汽车中的应用来说该效率被认为太低，相反，在内燃机驱动的机动车的废气管路上借助热电从温差中产生电流的颠倒效果已由各著名的制造商在同行中宣传，并朝量产的方向进行研究。迄今为止仍是应用常规的冷循环来调节 车厢的温度，在第一代机动车中的加热在很大程度上均是使用电阻加热器。 

在纯电力加热时，高价值的电能转换成低价值的热能。两种不同的看法相对而立。一方面，例如借助锂离电池提供约 的电能存储量。由于交替地进行p-和n-掺杂的组件在电串联中进行电错接的复杂度更高，所以迄今想到的具有帕尔贴元件的工艺比具有PTC-加热器的加热方式更复杂。电绝缘体通常也是热绝缘的，并且会使热传递变坏。在驱动的温度梯度较高时，与常规的热泵相比，热电更强地受COP或效率的降低的影响。电阻加热器只达到COP＝1，并且明显加重了电动机的有效距离的负担。冷循环原则上借助可接受的COP进行工作，但包含许多单个元件并且必须定期冷却介质再填满。总的说来，为这两个功能必需加建用来加热(加热体)和冷却(冷循环)的独立单元。 

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供一种改进的调温元件和一种改进的调温装置。 

此目的通过根据权利要求1所述的调温元件和根据权利要求8所述的调温装置得以实现。 

本实用新型是以这种理念为基础的，即通过适当地串联帕尔贴元件可实现层设计的加热体或冷却体，使得相同掺杂的帕尔贴元件分别相邻地设置在一层中。 

此外，帕尔贴元件的应用与PTC-组件的应用的区别在于以下事实，即两个不同掺杂的材料(即p-和n-掺杂的元件)彼此错接在一起。这些帕尔贴元件标准地构成这种配置，即两个不同掺杂的帕尔贴元件的热侧和两个不同掺杂的帕尔贴元件的冷侧分别导电地相连，从而产生一系列回路的串联。但这种配置几乎不能直接转化到适合生产的加热体或冷却体上，因为金属导体不会形成通穿的接块，该接块延伸越过两个不同掺杂的、直接相邻的元件。该阻碍只能通过电绝缘体来克服。该非导体对于两侧上的热传递来说是一个障碍。 

根据本实用新型的方法描述了一种加热体，它具有用来加热或冷却机动车车厢的冷却功能，此加热体能够以尽量少的花费和已经可用的制 造工艺来尽量划算地生产，此外还通过优化热量传递而具有很高的效率。 

本实用新型提供了一种创造性的加热体，肋条提供了制造简单的通穿的接块，并为冷却水提供了通穿的通道，它们分别设计成电导体。由于帕尔贴元件尽量直接地热接合到流体侧和/或空气侧，所以可实现更高的热传递，这尤其归因于，在此区域中不存在电绝缘体作为隔热器。有利的是，这种由串联和并联构成的组合体可调整为12V。根据实施例，在肋条上朝空气侧和冷却水通道的热传递可设计在两侧上。这种构造的另一优点是，电流分离（例如在肋条之间）的可能的热绝缘效果是没有问题的，因为在此由于对称的要求不存在温度梯度。总的说来，重要优点在于，在保持最佳热传递的同时，由已根据现有制造方法制成的加热体（例如具有PTC-加热器）的偏差尽可能小。因此，得到了最佳的效率或COP（性能系数）。因此，根据本实用新型的方法拟定的基本设计的优点是，具有材料锁合的连接的加热体基本上通过两点区分开来。第一，冷却水通道已作为热源存在，用于加热驱动，或已作为散热器存在，用于冷却驱动。第二，在波纹肋条之间的中央设置有电绝缘层。相应地，本实用新型的具有帕尔贴元件（用于加热或冷却驱动）的加热体的工作原理是这样拟定的，即纯的热流总的说来只在竖直方向上出现，并且这样理解。 

有利的是，可无燃烧废热地以COP>1进行加热，并可把冷却和加热功能统一在一个构造中。此外，由于层的重复以及在层内部的表面纹理的重复，可省略冷却介质，并通过变异来产生简单的分散。 

本实用新型提供了一种用于机动车的调温元件，其具有以下特征：第一帕尔贴元件层；第二帕尔贴元件层；第一导电的导热层，用来传导第一导热流体；以及第二导电的导热层，用来传导第二导热流体，其中第一帕尔贴元件层、第二帕尔贴元件层、第一导热层、第二导热层以堆垛的形式进行设置，因此第一导热层和/或第二导热层设置在第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层之间，并且其中通过该堆垛传导的电流通过帕尔贴效应来调节第一导热层和第二导热层的温度。 

该调温元件例如可被应用在电动车和混合动力汽车中，以便调节机动车的客舱的温度。调温在此既可指加热，也可指冷却。第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层可由两种不同掺杂的半导体材料构成。因此， 例如第一帕尔贴元件层是n-掺杂的，而第二帕尔贴元件层是p-掺杂的，或反过来，第一帕尔贴元件层是p-掺杂的，而第二帕尔贴元件层是n-掺杂的。对于帕尔贴元件层来说也可以使用其它合适的导体，来代替半导体材料。第一和第二导电的导热层可由传导性良好的金属构成。接在该调温元件上的电流可在堆垛的端部上进入调温元件中，并穿透堆垛，并在相对而置的端部上再次离开此堆垛，例如通过合适的触点，此触点与电导体相连。第一和第二导电的导热层可分别被导热流体穿流。第一和第二导热层可在堆垛中关于第一和第二帕尔贴元件层这样设置，即通过帕尔贴效应产生的温度可传递到同样传导的导热流体上。根据帕尔贴效应，并按导热层关于帕尔贴元件层的布局，在驱动调温元件时总是加热导热流体中的一个，并冷却另一个。在第一和第二导热流体例如可分别指气体或流体。按照调温元件的待达到的任务，导热流体中的一个在此用来传导到机动车的客舱中，以便冷却或加热客舱。如果电流在调温元件中转向，则现在可冷却之前已通过调温元件加热的导热流体，或反过来。为了通过导热流体来阻止漏电，可在导热流体和导热层的面向热流的表面之间设置电绝缘体。 

根据一个实施例，调温元件可具有另一第一导电的导热层，额外或备选地还具有另一第二导电的导热层。在此，该另一第一和/或另一第二导热层与第一或第二导热层隔开地设置在堆垛中。例如该堆垛可这样构成，即该另一第二导热层位于堆垛的最下面，第一帕尔贴元件层设置在它上面。在第一帕尔贴元件层上又可设置第一导热层，第二导热层位于该第一导热层上。第二导热层可构成调温元件堆垛的结束。可选地，该堆垛可这样构成，使得该另一第一导热层构成堆垛的第一层。在它上面例如可依次设置第一帕尔贴元件层、第二导热层、第一导热层、第二帕尔贴元件层和另一第二导热层，其中在第二导热层和第一导热层之间可设置隔热层。 

在调温元件具有另一第二导电的导热层的情况下，第二导热层可具有第一电触点，而该另一第二导热层具有第二电触点。在此，第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层可设置在第二导热层和该另一第二导热层之间。第一导热层可设置在第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层之间。根据该布局，可在第一导热层上实现第一帕尔贴效应，因此第一导热层 可按照通过该堆垛引导的电流的极性来加热或冷却。按照与第一帕尔贴效应相反的另一帕尔贴效应，如果第一导热层被冷却，则可加热第二导热层；如果第一导热层被加热，则可冷却第二导热层。这种布局的优点是，在单个层之间不需要隔热层，不同调温的导热层总是被帕尔贴元件层隔开。此外，在调温元件与另一相同的调温元件堆积时，在调温元件之间只需要电流分隔开，而不需要热-电流分隔，因为在此两个导热层彼此相邻地设置，它们承受相同的帕尔贴效应，并因此具有相同的温度。 

可选的是，调温元件可包含另一第一导热层和另一第二导热层。此第一导热层可具有第一电触点，而该另一第一导热层可具有第二电触点。此外，调温元件可具有电导体，用来连接第二导热层和该另一第二导热层。在此，第一导热层和第二导热层可设置在第一和第二帕尔贴元件层之间，并且第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层可设置在该另一第一导热层和该另一第二导热层之间。此外，在第一导热层和第二导热层之间还可设置电流和热量方面的绝缘层。根据该布局，电流可在第一电触点上进入调温元件中，并从该处流经第二帕尔贴元件层、第二导热层，并通过电导体流经该另一第二导热层、第一帕尔贴元件层，最后流经该另一第一导热层。在该第二电触点上，电流可从调温元件中导出来，并还可能导入另一调温元件中。 

根据另一实施例，调温元件的不同导热层还可通过额外的电导体彼此相连。这些额外的导体在此可分别设置在调温元件的各自的导热层的与这些导体相对而置的端部上。相应地，设置有第一或第二触点的导热层分别具有额外的触点，用来连接额外的导体。在调温元件左侧和右侧的电流的这种设计在两侧的输入引线和输出引线（例如借助电缆）可有利于减少调温元件的不同导热层的接块或肋条中的电流强度。缺点是，在单侧连接时在导热层入口上的电流强度相当于通过一排帕尔贴元件层的所有电流的总和，这可能会引起不允许的电流密度，因此可以排除。 

第一帕尔贴元件层可具有至少两个彼此相邻设置的第一帕尔贴元件导体，并且第二帕尔贴元件层可具有至少两个彼此相邻设置的第二帕尔贴元件导体。单个帕尔贴元件之间的间距可根据帕尔贴元件层的热效率来选择。在单个帕尔贴元件导体之间可设置电绝缘体。根据帕尔贴元件层的大小，四个帕尔贴元件导体可相应地设置得彼此相邻。在此，帕尔 贴元件导体可以是平整的，即例如在纵向方向和横向方向上并排设置。 

根据一个可选的实施例，第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层分别具有至少一个第一帕尔贴元件导体和至少一个第二帕尔贴元件导体。第一和第二帕尔贴元件导体在此可设置得彼此相邻，并且彼此导电地相连。因此，通过该堆垛传导的电流可连续地流经第一帕尔贴元件导体和第二帕尔贴元件导体。例如，第一帕尔贴元件层可以是n-掺杂的，而第二帕尔贴元件层可以是p-掺杂的，或反过来。调温元件的此实施例的优点是，加热元件的也许已经存在的样品能够被用来在帕尔贴技术的基础上构出建这种建议的调温元件。由此可以在生产中节省时间和成本。 

根据第一实施例，第一导热层可构成为冷却介质通道，第二导热层可构成为肋条元件。该冷却介质通道例如可构成为用来引导冷却介质流的管道。该肋条例如可由两个接块构成，在它们之间设置有之字形或波纹形弯曲的金属板，因此例如在接块这只构成倾斜设置的肋条。第二导热流体例如可指空气，它从机动车周围环境中导入机动车内，并通过第二导热层进行引导，在该处根据第二导热层的温度对空气进行冷却或加热。有利的是，第二导热层的这种构造为通过第二导热层引导的流体提供了很大的温度过渡表面，当然，第一导热层也构造得可用来引导空气，而第二导热层构造得用来引导流体。第一导热层同样可具有许多彼此相邻设置的冷却介质通道，另一导热层可具有许多彼此相邻设置的肋条元件。 

第一导热层可在外侧上具有电流绝缘层。该绝缘层可由传导层包围，该传导层可构造得允许电流在第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层之间流动。例如第一导热层可完全被传导层包围，或该传导层可安放在第一导热层的两个相对而置的侧面上，并与电导体相连。以这种方式可确保电流流过调温元件的堆垛，其中第一导热层同时从电流中取出。因此，可在流经第一导热层的冷却介质中避免漏电。 

第一导热层和第二导热层可这样构造，即为第一导热流体和第二导热流体提供彼此垂直的流动方向。以这种方式，可在调温元件的不同侧面上设置不同导热流体的入口和出口。 

本实用新型还提供了一种调温装置，它具有多个调温元件，其中多个调温元件通过各自的第一和第二触点错接成串联电路。 

根据一个实施例，在多个调温元件中的每两个之间设置有电流的绝缘层。以这种方式，可确保电流依次流过调温装置的所有调温元件。关于电流的第一调温装置和最后一个调温装置的触点可与电源相连。此外，在相邻的调温元件之间设置的电流绝缘层可在单个的调温元件之间提供热绝缘。如果两个不同调温的导热层彼此相邻地设置在调温装置中，则这一点是尤其重要的。这些调温元件既能以串联方式，也能以并联方式或以混合形式在调温装置中错接。 

多个调温元件可设置在至少一个堆垛中。在此，调温装置的尺寸可通过堆叠的调温元件的相应数量和/或多个调温元件的单个层的水平伸展来与已有的空间情况相匹配。当然，调温装置也可由多个堆垛构成，它们设置得彼此相邻并且通过各自的触点在串联或并联中错接。 

此外，本实用新型还创造了一种用于机动车的调温装置，其具有以下特征：第一导热层，用来引导第一导热流体；帕尔贴元件层，其具有多个帕尔贴元件，它们设置得彼此相邻，并且分别具有多个帕尔贴元件导体；以及第二导热层，用来引导第二导热流体；其中这些层以堆垛的形式设置，因此帕尔贴元件层设置在第一导热层和第二导热层之间。在调温装置运转时，帕尔贴元件层可构造得用来冷却第一导热层，并加热第二导热层，或反过来。每个帕尔贴元件都可设计成单独的帕尔贴模块。这意味着，每个帕尔贴元件都具有自己的电接口，用来输入和输出通过帕尔贴元件的帕尔贴元件导体流动的电流。帕尔贴元件可分别具有底板，在此底板上只设置各自的帕尔贴元件的帕尔贴元件导体。在帕尔贴元件内部的相邻的帕尔贴元件导体之间的间距小于相邻的帕尔贴元件之间的间距。帕尔贴元件可分别既具有n-掺杂的帕尔贴元件导体，也具有p-掺杂的帕尔贴元件导体。帕尔贴元件导体还可设计为渗镀的导体电路或织物。 

帕尔贴元件层的多个帕尔贴元件可最多覆盖帕尔贴元件层的整个表面的十分之一。热绝缘的中间腔可位于帕尔贴元件之间。可选的是，多个帕尔贴元件导体可覆盖帕尔贴元件层的整个表面的十分之一。 

根据一个实施例，调温装置可具有另一帕尔贴元件层，它具有多个另外的帕尔贴元件，它们设置得彼此相邻并且分别包含多个另外的帕尔贴元件导体；并具有用来传导第一导热流体的另一第一导热层。在此， 该另一帕尔贴元件导体在堆垛中设置在第二导热层和该另一第一导热层之间。以这种方式，在相邻层之间不需要热绝缘体。 

可选的是，调温装置可包含热绝缘层、用来传导第一导热流体的另一第一导热层以及另一帕尔贴元件层，它具有多个另外的帕尔贴元件，它们设置得彼此相邻并且分别具有多个另外的帕尔贴元件导体。在此，堆垛中的热绝缘层与堆垛中的第二导热层和该另一第一导热层相邻地设置在热绝缘层和该另一帕尔贴元件层之间。 

根据一个实施例，调温装置具有开关设备，它这样构造，即第一导热流体在调温装置的第一运行模式中通过第一导热层和该另一第一导热层进行引导，并在调温装置的第二运行模式中要么通过第一导热层，要么通过该另一第一导热层进行引导。调温装置可在第一运行模式中达到比第二运行模式更大的热功率。有利的是，激活的帕尔贴元件导体既可在第一运行模式中也在第二运行模式中由电流穿流，此电流具有用来驱动帕尔贴元件导体的最佳电流强度。 

根据一个实施例，相邻设置的帕尔贴元件层（例如第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层）具有数量不同的帕尔贴元件导体或帕尔贴元件。可选或额外的是，帕尔贴元件导体或帕尔贴元件在相邻设置的帕尔贴元件层上的布局可以是不同的。可选或额外的是，帕尔贴元件导体或帕尔贴元件在相邻设置的帕尔贴元件层上的平面伸展可以是不同的。通过相应地选择布局、数量和/或大小，可影响帕尔贴元件层内部的温度分布。尤其可达到均匀的温度分布。 

附图说明

下面将参照附图对本实用新型的有利实施方案进行详细描述，其中： 

图1示出了根据本实用新型的实施例的调温装置的原理视图； 

图2示出了根据本实用新型的另一实施例的调温装置的原理视图； 

图3示出了图2的调温装置的细节的放大视图； 

图4示出了根据本实用新型的另一实施例的调温装置的原理视图； 

图5示出了根据本实用新型的另一实施例的多个调温装置的串联 的原理视图； 

图6示出了根据本实用新型的另一实施例的帕尔贴元件的原理视图； 

图7示出了根据本实用新型的实施例的帕尔贴元件层的原理视图； 

图8示出了根据本实用新型的实施例的调温装置的原理视图； 

图9示出了根据本实用新型的实施例的调温装置的一部分的拆分视图； 

图10示出了根据本实用新型的实施例的帕尔贴元件层和帕尔贴元件的原理视图； 

图11示出了根据本实用新型的实施例的两个帕尔贴元件层的投影图。 

具体实施方式

在本实用新型的优选实施例的以下描述中，对于在不同附图中示出的、作用相似的元件用相同或相似的参考标记，其中省略了对这些元件的重复描述。 

图1示出了根据本实用新型的实施例的调温装置100的原理视图。此调温装置100在此由四个调温元件105的堆垛构成。为了清晰起见，只有调温元件105中的一个标有附图标记。调温装置100也可具有更多或更少的调温元件105。 

在图1中，调温元件105中的每一个都具有第一帕尔贴元件层110、第二帕尔贴元件层115、第一导热层120、第二导热层125和另一第二导热层130。根据图1的视图，第二导热层125构成堆垛的基底。在它上面设置有第一帕尔贴元件层110，在其上又设置第一导热层120。该第一导热层120又被第二帕尔贴元件层115覆盖，在其上最后具有另一第二导热层130。根据图1的视图，第一帕尔贴元件层110和第二帕尔贴元件层115分别由三个单个的、间隔开来的、相邻设置的帕尔贴元件导体135组接而成。为了清晰起见，只有帕尔贴元件导体135中的一个标有附图标记。根据图1的视图，第一帕尔贴元件层110的帕尔贴元件导体135是n型掺杂的，而第二帕尔贴元件层115的帕尔贴元件导体135是p 型掺杂的。 

在图1的调温装置100的实施例中，第一导热层120分别构成为冷却介质通道。第二导热层125和另一第二导热层130分别设计成肋状元件，其具有两个平行设置的接块并且具有在接块之间倾斜设置的肋条。在每两个相邻的调温元件105之间设置有电流绝缘层140。为了清晰起见，只有电流绝缘层140中的一个标有附图标记。可选的是，例如当两个调温元件105在堆垛中连续地排在一起时，肋状元件130的两个接块中的一个也可以省略，因此调温元件105的第二导热层125朝后继的调温元件105的另一第二导热层130相邻设置，并且可能只由电流绝缘层140隔开。在此，例如可分别省略朝绝缘层140相邻的接块。相邻层可直接接触。 

根据图1所示的调温装置100的实施例，第二导热层125分别具有第一电触点145，另一第二导热层130具有第二电触点150。为了在调温元件105之间建立电串联，调温元件105的第二电触点150分别与相邻调温元件105的第一电触点145通过电导线155相连。根据图1的视图，调温装置100中最上方的调温元件105的第一电触点145及最下方的调温元件105的第二电触点150与电输入引线或输出引线相连，因此通过此输入引线进入调温装置100中的电流可流经整个堆垛，并且通过输出引线再次离开此堆垛。 

根据图1的视图，每个加热体或每个调温元件105都包含冷却介质通道120和空气过道125、130。通过帕尔贴元件135，热量在冷却介质和帕尔贴元件135之间以及在帕尔贴元件135和加了肋条的空气侧125、130之间传输。通过有利的电错接155，可实现简单的待形成的构造原理。此外，还出现了无电绝缘的加热体105，此电绝缘通常会在需要高热量传输的区域对导热性能产生不利影响。 

冷却介质通道120被冷却介质穿流。在它的两侧连接着帕尔贴元件135，因此可在两个方向上进行热传递。热量通过帕尔贴元件135传递并且到达加了肋条的空气侧125、130，此肋条125、130使热量更容易地传递到空气中。此热传递也可设计成连续的电传导的，因为可导电的导热层120、125、130由金属（例如铝）构成，并且帕尔贴元件135包含热电活跃的功能材料。电绝缘层140位于波纹肋条125、130之间的中间。 可能的通过绝缘层140的热量传递电阻不起作用，因为在此在作用原理的意义上根据对称性在竖直方向上不会进行热量传递。 

图1中的帕尔贴元件135在一排（层）中只设计成p型或n型掺杂的。所述电错接155是这样进行的，即在竖直方向上通过增加调温元件105的层数来扩大调温装置100，这会提高调温装置100上的整个电压降。在图1所示的实施例中，调温装置100包含四层调温元件105，其分别具有相同的内部构造。相反，调温装置100的水平伸展会提高电流强度，因为一层中的所有元件都在电力方面并联在一起。 

根据图1的视图，两个相邻的竖直层的肋条元件或空气侧125、130通过单独的电导体155（此电导体在此视图中表示“电缆”）这样相连，即直接联结到空气侧125、130上的帕尔贴元件135具有不同的掺杂。两层帕尔贴元件135之间的连接不必通过单独的导体搭接，因为冷却介质通道120自身是导电的，这些帕尔贴元件135联结到相同的冷却介质通道120上。 

这些层当然也可根据结构彼此错接，它们不是直接相邻的，但是相邻的层由于最小所需的导体长度是毗邻的，并且是优选的。同样，调温元件层105旋转180°，使得并不总是相同的掺杂位于上方而另一掺杂位于下方。但是，图1所示的调温元件105的层的总是相同的布局在生产时有利于避免错误。如图1所示地设置电接口145、150，它们无缝地以错接原理插入。如同已描述的一样，调温元件105的层数确定了加热体100上的压力降的范围。如果此压力降在给定的加热体100的高度上太高，则此电错接可通过其它的电输入引线中断。根据一个实施例，精确地复制了图1的加热体部分，并且从上方放置到已存在的部分上。此分隔是纯电力的，机械连接可设计得与其它层之间的连接无区别。但例如如果由电源供应的电压应该尽量完整地拦截，例如在汽车的低压-整车电源中是12V，则可预料到过低的电压差。在这种情况下还存在这样的可能性，即多个这种加热体100成直线地设置在迄今还未用到的深度尺寸中，来实现扩展的电串联，因此在空气侧上留下了自由的流动横截面。结合图5阐述了根据本实用新型的方式的这一角度。 

总的说来，对于图1所示的调温装置100的实施例来说，电流还可如以下来描述：电流通过一排掺杂相同、并连的帕尔贴元件135流至冷 却介质通道120，并且通过它们流至一排同样串联的、另种掺杂的元件135。通过空气侧125（在此是肋条或是例如通过钎焊加上了肋条的底板），存在着朝向单独的（可能任意设计的）导体155的电连接150，此导体使电流在另一层105的肋条或是例如通过钎焊加上了肋条的底板130上流动。所述掺杂分别在电串联相邻的元件中更替。 

图2示出了根据本实用新型的另一实施例的调温装置200的原理视图。此调温装置200具有与图1的调温装置100几乎相同的构造，区别是，每个调温元件105具有朝向冷却介质通道120的周围环境的外部电连接器205。为了清晰起见，只有电连接器205中的一个标有附图标记。使用电连接器205是因为下述事实，即通常不会使用纯有机的冷却介质，而是使用包含一定水分的冷却介质。因此，冷却介质是导电的，并且在用于根据图1的调温装置中时可能要承受电压差。这一点可通过以下方式来避免，即冷却介质通道120从阶式流体（Stromkaskade）中取出。相应地，例如在冷却介质管120上加上薄层形式的非导体，因此热传输电阻尽可能小。在其上再次涂上优选连续的导体层。因此，冷却介质通道120自身保持无电势，但为此必须由单独的导体205包围，这一点在空气侧125、130上也是一样的。导体205也可具有与图2不同的实施形式。 

图3在放大视图中示出了根据图2所示的实施例的冷却介质通道120的构造。在纵向的剖面图中示出了冷却介质通道120的一部分。由绝缘体构成的电流绝缘层305安放在冷却介质通道120上，因此传递到管壁310上的电压不能传递到流经冷却介质通道120的冷却流体上。由电导体构成的导体层315安放在电流绝缘层305上。此导体层315也具有朝向放电器320的电接触，此放电器在此拦截电流并可在另一位置上再次传输给导体层315，因此冷却流体仍然从电流中取出。管壁310例如可由铝构成。 

图4示出了调温装置400的可选实施例的原理视图。调温装置400包含由三个调温元件405构成的竖直堆垛。它们的构造与结合图1阐述的调温元件不同。在此除了第一导热层120以外，还在第一帕尔贴元件层110和第二帕尔贴元件层115之间设置有第二导热层125。在第一导热层120和第二导热层125之间设置有电流的隔热层410。此电流的隔 热层410可具有用于肋条元件125或肋条元件130的可选接块。在此省略了结合图1阐述的电流绝缘层。在此处所示的实施例中，调温元件405具有另一第一导热层415，它构成调温元件405的基底。在此，第一导热层120具有第一电触点145，另一第一导热层415具有第二电触点150。此外，每个调温元件405的第二导热层125通过电导体420与另一第二导热层130相连。 

根据图4的视图，相对于结合图1阐述的实施例，只有单侧的热传递分别存在于冷侧和热侧。因此，另一侧上的绝缘层410现在不再只朝低压是电绝缘的，而且还是热绝缘的。相应的，绝缘层410的厚度在此可更高。在此，相邻层的空气侧125、130通过导体420彼此电连接，相邻层的冷却水侧120、415同样不再直接地、而是与空气侧类似地也间接地通过单独的导体425彼此电连接。这一点又再次这样进行，即两个相互电相连的层120、415具有在层内部单一掺杂的组件135的交替掺杂。 

结合前图1至4阐述的实施例强调，在此处介绍的方法的框架中原则上不存在着绝对的顺序，即具有一定掺杂（p或n）的串联的开端和结尾以及帕尔贴元件在各个空间方向上的数量。同样未定的（offen）是，作为热泵来运转，其中加热空气，或作为空调来运转，其中冷却空气。各自的功能性可通过回转来交替。 

图5在原理视图中示出了根据图1至4所述的在水平方向上的调温装置100、200或400的扩展的电串联500的实施例。以简化的形式示出了多个调温装置100、200或400。根据图5，调温装置100、200或400在由箭头标出的深度方向510中依次设置在平面内。按照使用地点的构造情况，此处示出的结构500也可围绕着另外的调温装置100、200或400进行扩展。单个调温装置100、200或400相互可导电地相连，使得电流可通过整个结构500来流动。图5未示出此电连接。另一箭头代表例如通过调温装置100、200或400的第二或另一第二导热层引导的导热流体的流动方向520。此导热流体例如可指空气。 

对于根据图1至4所述的调温装置100、200或400的实施例来说，备选的是，按本实用新型的调温装置的另一实施例可具有帕尔贴元件层，它具有多个帕尔贴元件，这些帕尔贴元件又具有多个帕尔贴元件导体。因此，在纯粹n或p-掺杂的元件135的位置上，表面上可应用几何形状 相同的元件，它们自身具有n和p-串联的组成部分的任意的、平整的精细纹理。 

图6示出了这种帕尔贴元件600的原理视图。示出的是帕尔贴元件导体135的水平布局。在此，n-掺杂的帕尔贴元件导体和p-掺杂的帕尔贴元件导体分别交替地设置在平面中。相邻设置的且不同掺杂的帕尔贴元件导体135分别交替地通过热侧上的电导体605和冷侧上的另一电导体605彼此相连。电导体605的中断610位于与各自的电导体相对而置的热侧或冷侧上。在帕尔贴元件导体135的层的上方和下方分别设置有电绝缘体615。 

根据本实用新型的调温装置的实施例可根据图1至4所示的调温装置100、200或400的原理来构成，但其中装有帕尔贴元件600。为了确保电流流过这样构造的调温装置的整个堆垛，与所示实施例100、200或400不同的是，每个帕尔贴元件600在此都具有用于电流的输入引线和输出引线。与按图1至4所述的实施例不同的是，电流在此不是竖直的、而是水平地通过各自的帕尔贴元件600进行流动。可能的是，在单个帕尔贴元件600之间要么是串联的，要么是并联的，其中每个帕尔贴元件都与机动车的中央电力供应处（通常是汽车用蓄电池）相连，因此可通过调温装置的整个堆垛确保12V的电压降。 

按照已安装帕尔贴元件600的实施例，电流不会流经整个堆垛，尤其不会流经导热层，而是只流经帕尔贴元件层。单个帕尔贴元件层可分别并联或串联起来。 

根据帕尔贴元件600上的电压降可能会产生这样的可能性，即在排与排之间同样应用在此描述的电错接，以便通过加热体来进一步提高整个电压降。如果帕尔贴模块600的精细纹理例如已经实现了12V的电压降，则每排都可简单地借助热电元件600把自己当作单循环来处理，这与常规的功能性相一致。例如n-或p-组件或n-或p-帕尔贴元件导体可具有0.0625V的电压降。因此，在16个组件中为1个帕尔贴元件产生1V。如果加热体12具有串联的排，则总共产生12V的电压降。 

图7示出了根据本实用新型的实施例的平面层、尤其是帕尔贴元件层710的透视图。帕尔贴元件层710具有多个帕尔贴元件600。帕尔贴元件600分别可指如例如图6所示的模块。单个帕尔贴元件600分别通 过电绝缘的中间腔712彼此隔开。热流方向通过箭头表示。 

图8示出了根据本实用新型的实施例的调温装置800的原理视图。此调温装置具有由导热层和帕尔贴元件层构成的堆垛，其中示例性地用附图标记125标出了空气通道，并且示例性地用附图标记710标出了一个帕尔贴元件层。根据此实施例，如同通过箭头标出的一样，热空气流入调温装置800中，冷空气从调温装置800中流出。这意味着，帕尔贴元件这样设置或驱动，即冷却空气通道125。相反，加热调温装置800的其它导热层，它们可例如由冷却介质穿流。 

图9在左边示出了根据本实用新型的实施例的图8所示的调温装置的位置，并在右边示出了此位置的拆分视图。示出的是由第一导热层120、两个第二导热层125和两个帕尔贴元件层710构成的堆垛状结构。帕尔贴元件层710分别设置在第一导热层120和第二导热层125之一的中间。第一导热层120构成为平整的冷却介质通道的形式，它由冷却介质950穿流。帕尔贴元件层710可成型为具有电接触和材料锁合的电绝缘的帕尔贴层。 

图10示出了根据本实用新型的实施例的帕尔贴元件层710和详细示出的帕尔贴元件600。帕尔贴元件层710可指在图9中应用的帕尔贴层。 

占用率 

可小于或等于10%： 

帕尔贴元件600具有底板和盖板，在它们之间设置有许多帕尔贴元件导体。此帕尔贴元件导体的布局可按照图6所示的布局来设计。 

根据图10所示的实施例，全部元件600（代替掺杂的组件）都装入帕尔贴元件层710中。帕尔贴元件层710的超过10%表面被帕尔贴元件600覆盖。因此，结合面可不再位于掺杂的P-和N-组件中，而是可应用全部的外购件，该外购件具有自己的精细纹理（即P和N）。此精细纹理可由组件结合而成。例如可使用渗镀的导体电路或织物，来代替错接的组件。 

根据一个实施例，按本实用新型的方法可应用在热电的加热和冷却设备中。模块化构造的设备用来加热和冷却车厢空气。通过机动车（优选电动车）的低温循环来吸热或放热。为了让可从市场获得的热电材料获得利润，应以最好的热传递为基础来构思设备的基本设计。 

在电动车中加热车厢是一项挑战，因为没有值得一提的电机废热来使用。电阻加热器把存储在电池中的且COP=1（Coefficient of Performance）电流转化成热量，并有效减少有效范围。热泵更有效率，它以COP>1来工作，并且一部分从电流中、一部分也从周围环境中或从温度水平较低的废热源中获取热量。除了应用冷却介质-热泵以外，热电材料也合适，它无需移动的部件并且无需冷却介质就能产生效率。理想状态是，车厢（太阳能驱动）的冷却功能借助同一种热电元件来察觉，因为这样可完全省略冷却循环，并且通过施加的电压的换向无需机械变化就能实现加热和冷却的转换。 

根据本实用新型的方法能够以COP>1来实现“加热车厢”的功能（热泵驱动），并且还能通过电转换到冷却驱动来省略单独的冷却循环，其中冷却驱动中的COP应该不会比不上冷却循环的COP。 

在充分利用帕尔贴效应的情况下，加热和空调设备的重要特征是明显提高了热传递，并且流体和热电元件的在热量方面连接的侧面之间的温度差尽可能小。因为热转换器的效率快速地抵达它的边界，所以留下来的解决方案是，通过明显地降低传输的热流密度来实现较低的温差。在温差更大时下降的COP之间的关系在热电中明显表现得比冷却循环更强，因为帕尔贴元件的热侧和冷侧之间在自然的热流方向上不会出现不期望的热传导。较小的开耳芬温标可在此在冷却驱动时已经在可接受的应用和不再有利可图的或在物理上根本不再可行的配置之间形成区别，因为存在着以下的反馈机制：更差的COP会在废热侧实现更高的热量积聚，并在该处提高温度，这又会使COP变差，并且在废热侧进一步加剧电流需求和热量积聚。 

在减少功率密度时，不可以简单地降低热电元件的电流，因为COP在此可能会明显地变化，这些元件作为热侧和冷侧之间的不期望的热搭桥继续保留。所用的半导体通常具有在1位数范围内（W/m2K）的导热性。换而言之，帕尔贴元件必须以待计算的或作为组合特征曲线待存储的最佳电流强度来加载，并且为了减少功率密度只能占据它们各自的构造表面层的少量表面部分。未被热电材料占用的表面部分例如以绝缘材料（空气或气体）来填充，如同在图7中所示的一样。 

在帕尔贴元件的表面层方面的低功率密度必须在剩余的尺寸中通过 尽量接近的连续的层来平衡，因此总的说来可提供一种容积可接受的功率密度，并且组合的加热/冷却设备不会构造得太大，如同在图8中所示的一样。空气通道当然是加有肋条的，即使在图8中没有示出肋条。 

通过车厢空气和冷却介质的对流引导（如图8所示）并通过单个层之间的材料锁合的联结（如图9所示），可增强期望的优点和效果。因此，非常薄的电绝缘层可材料锁合地施加在导体涂层上。在每层上的每一侧都材料锁合地连接以下涂层并且只设计这样的厚度，例如为满足其目的强制要求的那样：帕尔贴元件->电导体->电绝缘体->电流通道的底部（冷却介质侧或空气侧）。如图9所示，冷却介质通道120可配备电流干扰器（涡轮机等），并从两侧在热量方面联结到热电元件上。此配置的另一优点是模块化的结构，并且因此可以通过相应地调节层的数量以及选择平整的外廓尺寸来研制出非中心的部件，它们可定位在前方区域或尾部区域中的相应流出孔的附近。 

在冷却驱动中，其具有1200W的冷却温度、15℃的扫气温度、35℃的冷却介质温度、150X150X600mm³的尺寸、10层的冷却介质层、切合实际的空气和冷却介质流以及合适的热电材料，可实现=>COP=Q_冷/P_电=2。 

加热体和冷却体这样设计，即最大的COP可尽可能地接近一个或多个相关的驱动点。在功率需求较小时（即电流减少时）COP会变差，因为帕尔贴元件越来越起自然的热量桥接的作用。因此，在低于一定的功率等级之后，由于翻板封闭了入口，所以单个层不仅在电方面与空气流隔开，而且还在热量方面与空气流隔开。对于一定数量的单个层可实现这种可能性，对多个层也可重叠地实现这种可能性。更精细的等级可通过运行循环来改善COP，而更粗略的等级会减少制造成本。 

例如可在加热体和冷却体12中设置12层。其中，在总共6层中有3层分别共同地在空气侧封闭。因此需要2个翻板。因此，同时流经的层数可假设以下数值：如果有两个翻板是关着的，则是6层；如果有一个翻板是关着的，则是9层；如果所有翻板都是打开的，则是12层。 

此外，此部件的尺寸是这样设定的，即在heat-up或cool-down时，即在加热和冷却时，可达到所需的加热或冷却功率，并与在这些阶段中达到的COP无关。 

图11示出了根据本实用新型的实施例的两个相邻帕尔贴元件层在视图平面中的垂直投影。在图11的上层中示出的是前方的帕尔贴元件层，其具有许多示意示出的帕尔贴元件600。为了清晰起见，从这多个帕尔贴元件600中只有一个标有参考标记600。此外，还示出后面的帕尔贴元件层，其具有多个示意示出的帕尔贴元件1600。帕尔贴元件1600通过虚线标出。为了清晰起见，从这多个帕尔贴元件1600中只有一个标有参考标记1600。 

按此实施例，前方的帕尔贴元件层和后方的帕尔贴元件层具有不同数量的帕尔贴元件600、1600。前方的帕尔贴元件层示例性地具有16个帕尔贴元件600，而后方的帕尔贴元件层具有9个帕尔贴元件1600。此外，帕尔贴元件600在前方的帕尔贴元件层上的布局与帕尔贴元件1600在前后的帕尔贴元件层上的布局不同。示出的是偏置的布局，其中具有帕尔贴元件600的行或间隙与具有帕尔贴元件1600的行或间隙是交替的。在此，帕尔贴元件600关于帕尔贴元件1600不具有重叠区域。按此实施例，帕尔贴元件600和帕尔贴元件1600分别具有相同的大小。帕尔贴元件600、1600可以是相同的。帕尔贴元件600、1600可选地可以具有不同的大小。 

理想的是，帕尔贴元件层的表面分别具有均匀的温度分布。但在现实情况下，在帕尔贴元件600、1600上会出现相应的温度最大值或温度最小值（所谓的热点和冷点），此帕尔贴元件是热源或散热器。这一点受以下情况制约，即水平的导热是受限的。帕尔贴元件600、1600的平整布局和数量以及（额外的或备选的）帕尔贴元件600、1600的元件大小可在两个相邻的帕尔贴元件层之间变化。其带来的优点是，通过以下方式来减少热点或冷点的形成，即热源或散热器增加数量并且具有更小的间隔，此热源或散热器例如在肋条、涡轮机或流体上起作用，两个帕尔贴元件层在图11所示的投影面上示出为想像中的、垂直的投影。 

所述的实施例只是示例性的并且可彼此组合。具有由单个帕尔贴元件导体构成的帕尔贴元件层的实施例，以及具有由帕尔贴元件构成的帕尔贴元件层的实施例可组合在一起。在此，帕尔贴元件层的电错接可分别相应地匹配。 

Claims (15)

1.一种用于机动车的调温元件（105;405），其特征在于，包括： 

第一帕尔贴元件层（110）； 

第二帕尔贴元件层（115）； 

第一导电的导热层（120），用来传导第一导热流体；以及 

第二导电的导热层（125），用来传导第二导热流体， 

其中第一帕尔贴元件层、第二帕尔贴元件层、第一导热层、第二导热层以堆垛的形式进行设置，使得第一导热层和/或第二导热层设置在第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层之间，并且其中通过该堆垛传导的电流通过帕尔贴效应来调节第一导热层和第二导热层的温度。 

2.根据权利要求1所述的调温元件（105;405），其特征在于，包括另一第一导电的导热层（415）和/或另一第二导电的导热层（130），它通过第一帕尔贴元件层（110）或第二帕尔贴元件层（115）中的至少一个与第一导热层（120）或第二导热层（125）隔开地设置在堆垛中。 

3.根据权利要求1所述的调温元件（105;405），其特征在于，包括另一第二导电的导热层（130），其中第二导热层（125）具有第一电触点（145），而该另一第二导热层具有第二电触点（150），并且其中第一帕尔贴元件层（110）和第二帕尔贴元件层（115）设置在第二导热层和所述另一第二导热层之间，以及第一导热层（120）设置在第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层之间。 

4.根据权利要求1所述的调温元件（105;405），其特征在于，包括另一第一导热层（415）和另一第二导热层（130），其中所述第一导热层（120）具有第一电触点（145），而该另一第一导热层可具有第二电触点（150），所述调温元件具有电导体（420），用来连接第二导热层（125）和所述另一第二导热层（130），并且其中第一导热层和第二导热层设置在第一帕尔贴元件层（110）和第二帕尔贴元件层（115）之间，并且第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层设置在所述另一第一导热层和所述另一第二导热层之间，并且其中在第一导热层和第二导热层之间设置电流和热量方面的绝缘层（410）。 

5.根据上述权利要求之任一项所述的调温元件（105;405），其特征在于，第一帕尔贴元件层（110）可具有至少两个彼此相邻设置的第一帕尔贴元件导体（135），并且第二帕尔贴元件层（115）可具有至少两个彼此相邻设置的第二帕尔贴元件导体（135）。 

6.根据权利要求1至4中任一项所述的调温元件，其特征在于，第一帕尔贴元件层和第二帕尔贴元件层分别具有至少一个第一帕尔贴元件导体和至少一个第二帕尔贴元件导体，它们设置得彼此相邻并且彼此导电地相连，使得通过该堆垛传导的电流连续地流经第一帕尔贴元件导体和第二帕尔贴元件导体。 

7.根据权利要求1所述的调温元件（105;405），其特征在于，所述第一导热层（120）构成为冷却介质通道，第二导热层（125）构成为肋条元件。 

8.根据权利要求1所述的调温元件（105;405），其特征在于，第一导热层（120）在外侧上具有电流绝缘层（305），所述电流绝缘层由传导层（315）包围，此传导层可构造得可使电流在第一帕尔贴元件层（110）和第二帕尔贴元件层（115）之间流动。 

9.一种调温装置（100；200；400），其特征在于，所述调温装置包含多个根据权利要求3至7中任一项所述的调温元件（105;405），其中多个调温元件通过各自的第一触点（145）和第二触点（150）在串联中错接。 

10.根据权利要求8所述的调温装置（100；200；400），其特征在于，在所述多个调温元件（105;405）中的每两个之间设置有电流的绝缘层（140；410）。 

11.用于机动车的调温装置（800），其特征在于，包括： 

第一导热层（120），用来引导第一导热流体； 

帕尔贴元件层（710），其具有多个帕尔贴元件（600），它们设置得彼此相邻，并且分别具有多个帕尔贴元件导体；以及 

第二导热层（125），用来引导第二导热流体； 

其中这些层以堆垛的形式设置，使得帕尔贴元件层设置在第一导热层和第二导热层之间。 

12.根据权利要求11所述的调温装置，其特征在于，所述多个帕 尔贴元件（600）最多覆盖帕尔贴元件层（710）的整个表面的十分之一。 

13.根据权利要求11或12中任一项所述的调温装置，其特征在于，所述调温装置具有另一帕尔贴元件层（710），它具有多个另外的帕尔贴元件（600），它们设置得彼此相邻并且分别包含多个另外的帕尔贴元件导体；并具有用来传导第一导热流体的另一第一导热层（120），其中该另一帕尔贴元件导体在堆垛中设置在第二导热层和所述另一第一导热层之间。 

14.根据权利要求11或12中任一项所述的调温装置，其特征在于，所述调温装置具有热绝缘层、用来传导第一导热流体的另一第一导热层（120）以及另一帕尔贴元件层（710），它具有多个另外的帕尔贴元件(600)，它们设置得彼此相邻并且分别具有多个另外的帕尔贴元件导体，其中堆垛中的热绝缘层与堆垛中的第二导热层和该另一第一导热层相邻地设置在热绝缘层和该另一帕尔贴元件层之间。 

15.根据权利要求11所述的调温装置，其特征在于，所述调温装置具有开关设备，它这样构造，即第二导热流体在调温装置的第一运行模式中通过第二导热层（125）和另一第二导热层（130）进行引导，并在调温装置的第二运行模式中通过第二导热层或者通过所述另一第二导热层进行引导。 

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