JP5722894B2 - 熱電デバイス - Google Patents
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Description
−少なくとも1つの第1の流れダクトに割り当てられる少なくとも1つの第1のキャリア層、および少なくとも1つの第2の流れダクトに割り当てられる少なくとも1つの第2のキャリア層、
−第1のキャリア層と第2のキャリア層との間の少なくとも1つの中間スペース、および、
−少なくとも1つの中間スペース内に配置されて互いに電気的に接続される多数のpドープトおよびnドープト半導体素子、を有し、
第1のキャリア層の第1の相対的熱膨張および第2のキャリア層の第2の相対的熱膨張は、作動状態下で同じである。
p型:(Bi,Sb)2TE3[約200℃];Zn4Sb3[約380℃];TAGS[約600℃];PbTe[約500℃];SnTe[約600℃];CeFe4Sb12[約700℃];Yb14MnSb11[約1000℃];SiGe[約1000℃];Mg2(Si,Sb)[約600℃]。
−ニッケルの比率が少なくとも9.0重量%、
−シリコンの比率が多くても1.0重量%、
−そして、マンガン、クロム、炭素、モリブデン、コバルト、アルミニウム、チタン、銅およびニオブの群から少なくとも1つの元素、および鉄、
を含む合金から成る。
−ニッケルの比率が少なくとも32.0重量%、そして、
−マンガンの比率が多くても1.0重量%、および、
−シリコン、クロム、炭素、モリブデン、コバルト、アルミニウム、チタンおよびニオブの群から少なくとも1つの元素、および鉄、
を含む第1の合金から成る。
−ニッケルの比率が28.0重量%〜30.0重量%、
−コバルトの比率が16.0重量%〜18.0重量%、
−クロムの比率が多くても0.1重量%、
−炭素の比率が多くても0.05重量%、
−マンガンの比率が多くても0.5重量%、
−シリコンの比率が多くても0.3重量%、
そして残りは、鉄および不可避の不純物から形成される、
第1の合金から成る。
−ニッケルの比率が12.5重量%〜23.0重量%、
−マンガンの比率が多くても7.0重量%、
−シリコンの比率が多くても1.0重量%、
−炭素の比率が0.65重量%、
そしてクロムおよび鉄をおそらく含む、第2の合金から成る場合、それも有利である。
−ニッケルの比率が9.0重量%〜11.0重量%、
−銅の比率が17.0重量%〜19.0重量%、
−鉄の比率が多くても1.0重量%、
−炭素の比率が多くても0.1重量%、
−シリコンの比率が多くても0.25重量%、
そして残りはマンガンから成る、
第2の合金から成る。上記で特定されたこの第2の合金は、以下で「好適な低温側材料」とも称される。
−請求項3または4のうちの1項に記載の合金から成る第1のキャリア層を準備するステップ;
−第1のキャリア層のための第1の電気絶縁層を準備するステップ;
−第2のキャリア層のための第2の電気絶縁層を準備するステップ;
−請求項5に記載の合金から成る第2のキャリア層を準備するステップ;
−第1のキャリア層と第2のキャリア層との間に多数のpドープトおよびnドープト半導体素子を配置するステップ;および、
−半導体素子が第1、第2のキャリア層間に配置されるように、第1のキャリア層および第2のキャリア層を実装するステップ;
を含む方法は、提案される。
2…第1の絶縁層
3…第1のキャリア層
4…第2のキャリア層
5…中間スペース
6…第2の絶縁層
7…半導体素子
8…第1の流れダクト
9…第2の流れダクト
10…自動車
11…内燃機関
12…排気システム
13…冷却回路
14…高温側
15…低温側
16…第1の流体
17…第2の流体
Claims (9)
- 少なくとも1つの第1の流れダクト(8)および少なくとも1つの第2の流れダクト(9)を備える熱電デバイス(1)であって、
−前記少なくとも1つの第1の流れダクト(8)に割り当てられる少なくとも1つの第1のキャリア層(3)、および前記少なくとも1つの第2の流れダクト(9)に割り当てられる少なくとも1つの第2のキャリア層(4)、
−前記第1のキャリア層(3)と前記第2のキャリア層(4)との間の少なくとも1つの中間スペース(5)、および、
−前記少なくとも1つの中間スペース(5)内に配置されて互いに電気的に接続される多数のpドープトおよびnドープト半導体素子(7)、を有し、
前記第1のキャリア層の第1の相対的熱膨張であって、前記第1の相対的熱膨張は、前記第1のキャリア層の平均膨張係数、および、前記第1のキャリア層が熱電デバイスの作動状態下で受ける温度の違いから生じ、前記平均膨張係数は、休止温度での全長において、温度が上昇する場合の長さの変化から生じる商であり、前記平均膨張係数の単位は、1/Kelvinであり、前記平均膨張係数を決定中の長さの変化は、休止温度での前記第1のキャリア層の長さと、最大の作動温度での前記第1のキャリア層の長さとの違いとして定められ、温度の違いは、作動状態下での最大の作動温度と、休止温度との違いから生じる、第1の相対的熱膨張と、
前記第2のキャリア層の第2の相対的熱膨張であって、前記第2の相対的熱膨張は、前記第2のキャリア層の平均膨張係数、および、前記第2のキャリア層が熱電デバイスの作動状態下で受ける温度の違いから生じ、前記平均膨張係数は、休止温度での全長において、温度が上昇する場合の長さの変化から生じる商であり、前記平均膨張係数の単位は、1/Kelvinであり、前記平均膨張係数を決定中の長さの変化は、休止温度での前記第2のキャリア層の長さと、最大の作動温度での前記第2のキャリア層の長さとの違いとして定められ、温度の違いは、作動状態下での最大の作動温度と、休止温度との違いから生じる、第2の相対的熱膨張とは、作動状態下で同じである、
熱電デバイス(1)。 - 前記第1のキャリア層は、2×10−6/Kから10.2×10−6/Kの膨張係数を有し、前記第2のキャリア層は、12×10−6/Kから28.4×10−6/Kの膨張係数を有する、請求項1に記載の熱電デバイス(1)。
- 少なくとも前記第1のキャリア層(3)または前記第2のキャリア層(4)は、ニッケルの比率が少なくとも9.0重量%、シリコンの比率が多くても1.0重量%、そしてマンガン、クロム、炭素、モリブデン、コバルト、アルミニウム、チタン、銅およびニオブの群から少なくとも1つの元素、および鉄を含む合金から構成される、請求項1または2に記載の熱電デバイス(1)。
- 前記第1のキャリア層(3)は、ニッケルの比率が少なくとも32.0重量%、マンガンの比率が多くても1.0重量%、そして銅を全く含まない第1の合金から構成される、請求項3に記載の熱電デバイス(1)。
- 前記第1のキャリア層(3)は、ニッケルの比率が28.0重量%〜30.0重量%、コバルトの比率が16.0重量%〜18.0重量%、クロムの比率が多くても0.1重量%、炭素の比率が多くても0.05重量%、マンガンの比率が多くても0.5重量%、そしてシリコンの比率が多くても0.3重量%である合金から構成される、請求項3に記載の熱電デバイス(1)。
- 前記第2のキャリア層(4)は、ニッケルの比率が9.0重量%〜11.0重量%、銅の比率が17.0重量%〜19.0重量%、鉄の比率が多くても1.0重量%、炭素の比率が多くても0.1重量%、シリコンの比率が多くても0.25重量%、そして残りはマンガンから成る第2の合金から構成される、請求項3〜5のいずれか1項に記載の熱電デバイス(1)。
- 前記第1のキャリア層(3)および前記第2のキャリア層(4)は、円筒形状に形成されて、互いに同心的に配置される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱電デバイス(1)。
- 内燃機関(11)、排気システム(12)、冷却回路(13)および、請求項1〜7のいずれか1項に記載の複数の熱電デバイス(1)を有する少なくとも1つの熱発生器を有する自動車(10)であって、前記第1の流れダクト(8)は、前記排気システム(12)に接続され、前記第2の流れダクト(9)は、前記冷却回路(13)に接続される、自動車(10)。
- 熱電デバイス(1)を製造する方法であって:
−請求項4または5のうちの1項に記載の合金から成る第1のキャリア層(3)を準備するステップ;
−前記第1のキャリア層(3)のための第1の電気絶縁層(6)を準備するステップ;
−第2のキャリア層(4)のための第2の電気絶縁層(6)を準備するステップ;
−請求項6に記載の合金から成る第2のキャリア層(4)を準備するステップ;
−前記第1のキャリア層(3)と前記第2のキャリア層(4)との間に多数のpドープトおよびnドープト半導体素子(7)を配置するステップ;および、
−前記半導体素子が前記第1、第2のキャリア層間に配置されるように、前記第1のキャリア層および前記第2のキャリア層を実装するステップ、
を含む方法。
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