TWI630735B - 熱電裝置 - Google Patents

Abstract

一種熱電裝置，包括有一上蓋與一下蓋，該上蓋與該下蓋均是以金屬材質所製成；至少一熱電模組，接合於該上蓋與該下蓋之間；及一陶瓷環，接合於該上蓋與該下蓋之四周邊之間，用以隔絕熱能於此之間傳遞。

Description

熱電裝置

本發明是有關於一種熱電裝置，特別是一種具有高效率與高強度的熱電裝置。

固態熱電技術是以熱轉電的方式將低溫熱能再回收發電，但由於嚴酷的應用環境，常使得產品中的熱電模組(thermoelectric module)損壞以致轉換效率降低，主要原因多發生在接合介面失效，造成熱傳導不佳或是形成阻抗，以及不耐長期使用之結構問題。

因此，若能設計一種可提高發電效率，與強化整體結構之熱電裝置產品，將是本業界所亟欲達成之一課題。

根據本發明一實施例所揭露的一種熱電裝置，包括有上蓋，與下蓋，該上蓋與下蓋均為金屬材質；至少一熱電模組，接合於上蓋與下蓋之間；及一陶瓷環，接合於上蓋與下蓋之四周邊之間，以阻絕熱能於此之間傳遞。

以上有關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明，是用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下將詳細敘述本發明之所有技術特徵，根據所敘述之內容、申請專利範圍及圖式，任何相關技藝者應可輕易地理解本發明之目的及優點，其中實施例是僅作為範例以進行說明與教示，非用以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1為根據本發明之一實施例之熱電裝置之俯視圖，而圖2A與圖2B則為其在A-A剖線之剖視圖。

本發明之一種熱電裝置10主要包括一上蓋11、一下蓋12、一陶瓷環13與至少一熱電模組TEM所組成。其中上蓋11與下蓋12均為金屬材質所製成，例如銅、鋁等高導熱材質或不銹鋼，形狀與大小則為相當。陶瓷環13為耐高溫之低導熱材質所製成；而熱電模組TEM可為單一件或多數件以矩陣方式排列，每一熱電模組TEM由上下二基板(未編號)與中間之熱電材料(未編號)所組成，並可引出二電極L，當以一基板貼合於熱源，而另一基板貼合於冷源時，二電極L之間將有電流產生。

熱電模組TEM是以其二基板分別接合於上蓋11與下蓋12之間，用以充分傳遞之間的熱能，避免散失以提高發電效率，最後再於上蓋11與下蓋12之四周邊，以焊接或黏接方式接合陶瓷環13之兩側面予以密封，用以隔開此周邊處可能發生之熱傳導。上述焊接方式是先使陶瓷表面金屬化，例如電鍍一金屬層再與塗有焊料之金屬蓋板進行熱壓而完成接合。

如圖2A所示之實施例與圖2B之差異只在於陶瓷環13之斷面形狀可不限於方形與長方形，其他如ㄈ形或口字形等，只要具有充足之焊接面與寬度即可。

當完成上蓋11、下蓋12、陶瓷環13與熱電模組TEM之封裝後，為使熱能完全流經熱電材料，本發明之熱電裝置10再包括一封管14以連通上蓋11與下蓋12之間的空間到外界，並抽取該空間內的空氣以形成一真空腔15，用以阻絕熱能於上蓋11與下蓋12之間的對流熱散失，最後再予封閉該封管14。

由於真空腔15處於真空或接近真空之狀態，因此上蓋11與下蓋12將向熱電模組TEM之二基板施予壓力，本發明之熱電裝置10再包括以至少一支撐柱16分別接合上蓋11與下蓋12，見圖3A與圖3B之A-A剖視圖所示，用以支撐所受壓力避免熱電材料損壞。

圖3A所示之支撐柱16雖僅顯示單一配置，但實施上可以多數並採取規則或不規則排列之方式，接合於上蓋11與下蓋12之間，每一支撐柱16之斷面形狀亦可不限於圓形，其他如十字形、矩形或環形等均可。

如圖3B與圖3C等剖面圖所示，支撐柱16雖可支撐上蓋11與下蓋12因真空腔15而造成的壓力，但為了能穩固地安置於上蓋11與下蓋12之間，在上蓋11及下蓋12之內側面上可再製出對應的支撐槽17以安置支撐柱16，支撐槽17之斷面形狀、數量、排列方式等均可與支撐柱16配合。支撐槽17可以擠出(extrusion)之方式製成，因此上蓋11或下蓋12之表面上將是平整的以有利於貼合熱源。

圖3B與圖3C顯示了支撐柱16配合支撐槽17之實施圖例，另外若再考慮加強熱電裝置10之結構強度，如圖4A與圖4B所示，可在上蓋11及或下蓋12之內側面上製出或擠出多道加強槽18，此些加強槽18可以相互平行或交叉之方式排列，並可單獨配置或搭配前述之支撐柱16與支撐槽17配置，上蓋11與下蓋12所製出之加強槽18在數量、形狀、排列上可以是相互對應或不對應。

由上所述，本發明所提出之熱電裝置，採用絕熱性能較佳之陶瓷環以封閉由上蓋與下蓋所形成之真空腔，使得熱電模組在此真空腔中可取得較佳的發電效率，同時配合真空腔中的支撐柱與加強槽之配置，使熱電裝置之結構強度獲得改善以因應嚴酷之作業要求，因此具有優異之效能與效益，符合取得發明專利之條件。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10‧‧‧熱電裝置

11‧‧‧上蓋

12‧‧‧下蓋

13‧‧‧陶瓷環

14‧‧‧封管

15‧‧‧真空腔

16‧‧‧支撐柱

17‧‧‧支撐槽

18‧‧‧加強槽

L‧‧‧電極

TEM‧‧‧熱電模組

圖1為本發明一實施例之熱電裝置之俯視圖。 圖2A為圖1之熱電裝置之A-A剖視圖。 圖2B為圖1之熱電裝置之另一A-A剖視圖。 圖3A為本發明另一實施例之熱電裝置之俯視圖。 圖3B為圖3A之熱電裝置之A-A剖視圖。 圖3C為圖3B之區域3-2之放大圖。 圖4A為本發明再一實施例之熱電裝置之剖視圖。 圖4B為圖4A之區域4-2之放大圖。 圖4C為圖4A之熱電裝置之俯視圖。

Claims (5)

1. 一種熱電裝置，包括：一上蓋，為金屬材質；一下蓋，為金屬材質；至少一熱電模組，接合於該上蓋與該下蓋之間；一陶瓷環，接合於該上蓋與該下蓋之四周邊之間；及至少一支撐柱，以接合於該上蓋與該下蓋之間。
2. 如請求項1所述之熱電裝置，其中更包括一封管，以連通該上蓋與該下蓋之間到外界。
3. 如請求項1所述之熱電裝置，其中該至少一支撐柱是位於該上蓋與該下蓋之各一支撐槽之間。
4. 如請求項1所述之熱電裝置，其中該上蓋與該下蓋之一更包括至少一加強槽。
5. 一種熱電裝置，包括：一上蓋，為金屬材質；一下蓋，為金屬材質，其中該上蓋與該下蓋之一更包括至少一加強槽；至少一熱電模組，接合於該上蓋與該下蓋之間；及一陶瓷環，接合於該上蓋與該下蓋之四周邊之間。