TWI630735B - 熱電裝置 - Google Patents

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TWI630735B
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張秉宏
陳奕瑞
宋柏毅
林育立
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財團法人工業技術研究院
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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。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030214031A1 (en) * 2002-04-25 2003-11-20 Katsuhiko Onoue Thermoelectric module package
US20100101619A1 (en) * 2005-08-02 2010-04-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Thermoelectric device and method of manufacturing the same

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