WO2011157333A2 - Electrothermal conversion - Google Patents

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WO2011157333A2
WO2011157333A2 PCT/EP2011/002399 EP2011002399W WO2011157333A2 WO 2011157333 A2 WO2011157333 A2 WO 2011157333A2 EP 2011002399 W EP2011002399 W EP 2011002399W WO 2011157333 A2 WO2011157333 A2 WO 2011157333A2
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electrical contacts
electrothermal
carrier
electrical
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PCT/EP2011/002399
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WO2011157333A3 (en
Inventor
Helmut Walter
Christof Böttcher
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrothermal converter by means of which a heat flow under supply of electrical energy against a temperature gradient can be generated, or vice versa, a method according to the invention
  • electrothermal converter a heat exchanger equipped with the converter, and a motor vehicle equipped with the heat exchanger.
  • Electrothermal transducers are used to generate a heat flow against a temperature gradient under the supply of energy or in the reverse case for the production of electrical energy. Such electrothermal transducers are also under the
  • Designation Peltier element known, which use a so-called Peltier effect to convert the electrical energy into the heat flow or vice versa.
  • Electrothermal transducers have at least two different electrothermal materials, such as semiconductors, for example n-doped and p-doped semiconductors, which are alternately contacted with one another. Transitions from one electrothermal material to the other material take place on a first side of the electrothermal transducer, and transitions in a correspondingly reverse direction take place on another side of the electrothermal transducer, with electrons forming the current flow each changing their energy level on one of the sides in the same direction in which heat is released on one side of the electrothermal transducer and heat is removed on the other side of the electrothermal transducer.
  • semiconductors for example n-doped and p-doped semiconductors
  • EP 1 366 328 B1 relates to an electrothermal system for use with at least one medium to be cooled or heated.
  • the system comprises a plurality of electrothermal elements made of p-doped and n-doped semiconductors, wherein an element-to-element electrical connection is made via circuits, so that an electrothermal grouping is formed with a cooling side and a heating side, with several electrothermic elements in at least one direction over the grouping are thermally insulated from each other.
  • the system further comprises at least one heat exchanger at least on the cooling or heating side in thermal communication with at least one electrothermal element, the heat exchanger being configured to to sustainably maintain thermal insulation of the eutothermic elements, wherein the at least one heat exchanger comprises a plurality of sections, each section being in thermal communication with at least one electrothermic element, at least some of the sections being substantially thermally insulated from other sections in the direction of medium movement.
  • EP 1 384 271 B1 relates to a cooling device which has a housing with at least one cooling channel for a cooling liquid and with at least one eiektrothermischen cooling element, which is a layer of
  • At least one of the plates has an electrically insulating contact surface which is in use in direct contact with the cooling liquid, wherein the at least one cooling element is flexibly and sealingly formed along its outer periphery in a carrier, that the contact surface further the cooling liquid unobstructed, wherein the carrier and the contact surface define a wall portion of the cooling channel, wherein the housing has two cooling channels and wherein the at least one framed in the support cooling element opposite contact surfaces on both plates of the
  • Cooling element wherein the carrier and the framed cooling elements form in this way a partition wall in the cooling channels.
  • the object of the invention is to enable an improved electrothermal conversion, in particular to provide an improved method for producing an eiektrothermischen transducer, in particular to enable a precisely constructed eiektrothermischen converter.
  • the object is achieved in a method for producing a eiektrothermischen converter by means of which a heat flow under supply of electrical energy against a temperature gradient can be generated, or vice versa.
  • They include integrating at least two pellets differing in an electrothermic material in a carrier, applying one or a plurality of electrical contacts to the at least two pellets for electrically connecting the at least two pellets and applying an electrical insulation, in particular insulating layer, provided at least on the electrical contacts for electrically insulating the contacts.
  • the at least two different pellets can be integrated in the carrier.
  • these can thereby be prefixed and / or better aligned relative to each other.
  • This advantageously simplifies the step of electrical contacting by means of the electrical contacts which are applied to the at least two pellets.
  • the electrical insulating layer can be applied at least to the electrical contacts.
  • the electrical insulation in particular an insulating layer, is advantageously constructed so that it allows a high heat transfer, but is insulating for electrical power.
  • the carrier is advantageously constructed so that this is electrically and thermally insulating, so that the different pellets are both electrically and best possible thermally insulated with each other.
  • Electro-thermal materials may be n-doped and p-doped
  • a pairwise covering of the at least two pellets with the electrical contacts is provided.
  • the electrical contacts can advantageously be metal platelets and / or a conductive foil, wherein the electrical contacts preferably also have good thermal conductivity, such as aluminum or copper, in addition to good electrical conductivity.
  • the at least two pellets which form a pair can be covered by one of the electrical contacts, so that initially only the electrical contacts that are covered by the insulating layer are present or visible on both the hot side and the cold side of the electrothermal converter are.
  • a good heat conduction can be ensured.
  • application of the electrical insulating layer to a cold side and a hot side of the electrothermal transducer is provided in each case over at least the electrical contacts and / or a surface of the carrier remaining between the pellets and / or electrical contacts.
  • the surface of the carrier, the pellets and / or the electrical contacts can be completely coated with the insulating layer.
  • the at least two pellets are integrated by means of encapsulation and / or encapsulation with a thermally and electrically insulating material.
  • the pellets can first be placed in a tool, in particular injection mold and then encapsulated in a simple manner with the carrier.
  • the pellets can be positioned precisely and form a stable assembly with the carrier after encapsulation. This stable assembly can be advantageously provided for contacting with the electrical contacts.
  • a production of the carrier as a preform having breakthroughs and an introduction of the at least two pellets into the openings of the carrier are provided.
  • the pellets can be introduced in any way in the openings, for example by means of gluing, bonding, positive, frictional, in particular by pressing to produce a
  • the preform can be positioned exactly
  • an introduction of the two pellets into the apertures by means of pressing in and / or by means of gluing are provided.
  • the assembly can be done in a simple manner with the pressing and / or gluing. In this case, a secure fixation of the pellets is guaranteed in the breakthroughs.
  • the object is also an electrothermal transducer by means of a
  • the electrothermal transducer has at least two different pellets containing electrothermal materials, a carrier in which the at least two pellets are integrated, a plurality of electrical contacts by means of which the at least two pellets are electrically contacted and an electrical insulating layer which is at least on the plurality of electrical Contacts is applied and by means of which the electrical contacts are electrically isolated.
  • the result of the carrier is a good thermal insulation, good electrical insulation and / or good
  • the electrothermal transducer can be produced by a method described above. In this respect, the advantages described above arise.
  • the pellets each have two plane-parallel surfaces which are surrounded by the surface of the carrier.
  • the pellets on the hot side and on the cold side are each contacted in a plane and are covered by the insulating layer.
  • the surface of the carrier and the plane-parallel surfaces of the at least two pellets on the hot side and on the cold side are each in a common plane.
  • a partial assembly of the electrothermal transducer comprising the carrier and the at least two pellets on the hot side and on the cold side on a generally flat surface.
  • this overall flat surface which is formed on the pellets and the carrier, are provided in a simple manner with the electrical contacts. This can be done for example by gluing with an electrically conductive adhesive, by soldering and / or by any other electrical contact-making method, such as welding and / or the like.
  • the object is also achieved in a heat exchanger with a previously described electrothermal transducer. This results in the advantages described above.
  • the object is further in a motor vehicle with a previously described
  • the equipped with the electrothermal transducer heat exchanger can serve as a chiller and / or heat engine, without any moving parts. gets along and thus works largely wear-free.
  • the heat and / or the cold can be transported to an arbitrary location of the motor vehicle by means of fluid passages guided through the heat exchanger, for example into an interior space, into seats inside the interior, to one
  • FIG. 5 shows a heat exchanger with an electrothermal converter
  • Figure 6 shows another heat exchanger with a total of three electrothermal
  • Figure 1 shows an electrothermal transducer 1 according to the prior art.
  • the converter 1 has a cold side 3 and a hot side 5.
  • the converter 1 has an electrical connection 7.
  • the cold side 3 acts as a heat sink and the
  • Warm side 5 as a heat source, wherein a reversal of the applied voltage causes the cold side 3 acts as a heat source and the hot side 5 as a heat sink.
  • the converter 1 can be operated and / or designed as an electrothermal generator, wherein application of a temperature difference between the cold side 3 and the hot side 5 induces a voltage at the electrical connection 7.
  • the cold side 3 and the hot side 5 each have an insulation 9, for example, a ceramic substrate. Between the insulation 9, a plurality of electrical contacts 11 are arranged, which are formed as rectangular platelets, for example as a metal plate. The electrical contacts 11 each contact a pair of two electrothermal materials 13 existing pellets, such as a p-type semiconductor 15 and an n-type semiconductor 17.
  • the semiconductors 15, 17 of the electrothermal material 13 are connected by means of the electrical contacts 11 so that on Cold side 3 is always a transition from the p-type semiconductor 15 via the electrical contact 11 to the n-type semiconductor 17 and reversed on the hot side always a transition from the n-type semiconductor 17 to the p-type semiconductor 15. Between the semiconductors 15, 17th remains an electrically insulating airspace.
  • FIGS. 2 to 4 show individual components and assemblies of an electrothermal transducer 1 according to the invention, partially in an exploded view to illustrate a method for producing the electrothermal transducer 1. This method will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 4
  • FIG. 2 it can be seen that the semiconductors 15 and 17 are integrated in a carrier 19.
  • the carrier 19 can be manufactured as a preform in an upstream production or manufacturing process.
  • the carrier 19 has openings 21, which are adapted in an inner contour to an outer contour of the semiconductor 15,17.
  • the semiconductors 15, 17 are integrated into the carrier 19, for example, which is symbolized by arrows in FIG. 2, this can be done, for example, by pressing in and / or gluing.
  • the semiconductors 15, 17 of the electrothermal material 13 have at least two flat surfaces, one of the surfaces facing towards the cold side 3 and another towards the hot side 5.
  • the semiconductors 15, 17 are therefore designed as two-ply pellets, wherein a two-flattened one can be understood to be any external shape which has at least two planar surfaces.
  • the semiconductors 15, 17, as can be seen in FIG. 2 are of cuboid design. Instead of the parallelepiped configuration of the semiconductors 15, 17, any other shape, for example hexagonal, round or the like may be provided.
  • the two faces of the semiconductors 15, 17 facing the cold side 3 and the hot side 5 are rectangular, as shown in FIG.
  • the two surfaces of the semiconductors 15, 17 are plane-parallel and terminate flush with a surface 23 of the carrier 19.
  • a uniform surface which is composed of the surface 23 of the carrier 19 and the surfaces 25 of the semiconductors 15, 17.
  • the partial assembly of the carrier 19 and the semiconductors 15, 17 is equipped with the electrical contacts 11, so that the electrical contacting of the semiconductors 15, 17 of the electrothermal material described in FIG.
  • the electrical contacts 1 1, for example, as a thin
  • Conductor tracks be configured and are also rectangular according to the shape of the semiconductor 15,17.
  • Figure 4 shows a partial assembly of the transducer 1 with the electrical contacts 11, the semiconductors 15,17 of the electrothermal material 13 and the support 19. It can be seen that the electrical contacts 11 in pairs a p-type semiconductor 15 and an n-type semiconductor Cover completely 17, so that the cold side 3 and the hot side 5, the surface 23 of the support 19, as far as it is not covered by the electrical contacts 11 and the electrical contacts 11 remain even.
  • the insulation 9 for example a thin insulating layer, is applied to the partial assembly of the transducer 1 shown in FIG. This can be done, for example, in the form of a glued-on foil, a heat-shrinkable tube and / or a plate, for example consisting of a ceramic substrate, as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a partially illustrated motor vehicle 27 with an electrothermal heat exchanger 29.
  • the heat exchanger 29, as shown in FIG. 5, has a gap 31, into which an electrothermal transducer 1 according to FIGS. 2 to 4 is introduced.
  • a first fluid path 33 is arranged.
  • a second fluid path 35 is arranged. 5 flow directions of fluid flows guided through the fluid paths 33, 35, for example a liquid or a gas, are symbolized by means of arrows 37.
  • the heat exchanger 29 according to FIG. 5 can be operated as an electrothermal countercurrent liquid-liquid heat exchanger 29.
  • a not-shown components of the motor vehicle 27 can be tempered, for example, cooled or warmed.
  • the component may be, for example, a component of a drive source, an electric motor, power electronics, an interior, a component of the interior, a seat, an armrest and / or the like.
  • FIG. 6 shows a further heat exchanger 29 of another motor vehicle 27 shown only in part.
  • FIG. 6 shows a further heat exchanger 29 of another motor vehicle 27 shown only in part.
  • Heat exchanger 29 a total of three gaps 31, in which a total of three of the electrothermal transducers 1 are introduced.
  • the fluid paths 33 and 35 are in each case deflected in a U-shaped manner at an angle of 180 ° and meshed with one another. It can be seen that in each case an outer section of the fluid paths 33, 35 with a cold side 3 or a warm side 5 of one of the transducers 1 is in a heat-transmitting abutment contact within the gap 31.
  • the interlocked inner portions of the fluid paths 33 and 35 are each on both sides with two cold sides 3 and two hot sides 5 of the corresponding transducer 1 in a heat-transferring contact, so are both sides warmed or cooled.
  • the transducer 1 can be optimally prepared, with an improvement of electrical and thermal insulation and / or avoidance of corrosion can be achieved by condensation occurring on the cold side 3.
  • the semiconductors 15, 17, which are designed, for example, as two-layer pellets, can be integrated into the carrier 19. Alternatively and / or additionally this, not as shown in Figure 2 by pressing, also by overmolding with a both thermally and electrically insulating material, such as a plastic or a ceramic happen. As shown in FIG. 2, pressing and / or bonding of the semiconductors 15, 17 into the preform of the carrier 19 takes place.
  • electrical contacts 1 which are designed in particular as conductor tracks, applied to the preform or the carrier 19 and electrically contacted with the semiconductors 15,17.
  • the electrical contacts 11 may comprise materials with added nanotubes.
  • the application of the electrical contacts 11, in particular the conductor tracks, can be done by printing, soldering, gluing with an electrically conductive adhesive and / or in any other way.
  • the cold side 3 and the warm side 5 can be provided individually with the electrical contacts 1 or alternatively together with the contacts 1 1.
  • the electrically insulating, but thermally highly conductive layer such as in Figure 1 as insulation 9, protected.
  • the preassembled transducer 1, as shown in Figure 4 molded, painted, provided with a shrink tube, with a glued foil and / or a plate.
  • the electrothermal transducers 1 which can be produced according to FIGS. 2 to 4 can in particular be provided with a thermal compound in the gap 31 of one of the prefabricated heat exchangers 29. Compared to conventional heat exchangers or liquid-liquid heat exchangers, it is not the fluid paths 33, 35 or the fluid streams guided therein that are guided past one another as much as possible
  • the electrothermal transducers 1 in the or the columns 31 are arranged.
  • the heat exchanger 29 shown in Figures 5 and 6 may be part of two liquid-conducting circuits of the motor vehicle 27, in which the gap 31 is present between the circuits. In this gap 31 of the electrothermal transducer 1 is inserted.
  • a Thermal grease can be used for thermal connection between the transducer 1 and the fluid paths 33,35 of the heat exchanger 29.
  • the gap 31 is designed such that a bias voltage to the converter or 1 is formed.
  • the converter 1 has a good thermal connection to the fluid circuits of the fluid paths 33, 35.
  • a multi-stage heat exchanger 29 as shown in Figure S, advantageously more of the electrothermal transducer 1 can be arranged so that advantageously the circuits of the fluid paths 33,35 are traversed in an opposite direction.

Abstract

The invention relates to a method for producing an electrothermal converter (1) by means of which a heat flow can be generated, with the supply of electrical energy, to counter a temperature drop, or vice versa. In order to allow improved electrothermal conversion, the following production processes are provided - integration of at least two pellets, which differ in respect of an electrothermal material (13), in a carrier (19), - application of one or a large number of electrical contacts (11) to the at least two pellets for electrical connection of the at least two pellets, - application of an electrical insulation means (9) at least to the electrical contacts (11) for electrically insulating the contacts (11).

Description

Beschreibung  description
Elektrothermisches Wandeln Electrothermal conversion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrothermischen Wandlers mittels dem ein Wärmestrom unter Zuführung von elektrischer Energie entgegen eines Temperaturgefälles erzeugbar ist, oder umgekehrt, einen verfahrensgemäßen The invention relates to a method for producing an electrothermal converter by means of which a heat flow under supply of electrical energy against a temperature gradient can be generated, or vice versa, a method according to the invention
elektrothermischen Wandler, ein mit dem Wandler ausgestatteten Wärmetauscher sowie ein mit dem Wärmetauscher ausgestattetes Kraftfahrzeug. electrothermal converter, a heat exchanger equipped with the converter, and a motor vehicle equipped with the heat exchanger.
Elektrothermische Wandler dienen zum Erzeugen eines Wärmestroms entgegen eines Temperaturgefälles unter Zuführung von Energie oder im umgekehrten Fall zur Gewinnung von elektrischer Energie. Solche elektrothermischen Wandler sind auch unter der Electrothermal transducers are used to generate a heat flow against a temperature gradient under the supply of energy or in the reverse case for the production of electrical energy. Such electrothermal transducers are also under the
Bezeichnung Peltier-Element bekannt, wobei diese einen so genannten Peltier-Effekt zum Wandeln der elektrischen Energie in den Wärmestrom oder umgekehrt ausnutzen. Designation Peltier element known, which use a so-called Peltier effect to convert the electrical energy into the heat flow or vice versa.
Elektrothermische Wandler weisen zumindest zwei verschiedene elektrothermische Materialien auf, wie beispielsweise Halbleiter, beispielsweise n-dotierte und p-dotierte Halbleiter, die alternierend miteinander kontaktiert sind. Dabei finden Übergänge von dem einen elektrothermischen Material in das andere Material auf einer ersten Seite des elektrothermischen Wandlers und Übergänge in entsprechend umgekehrter Richtung auf einer anderen Seite des elektrothermischen Wandlers statt, wobei den Stromfluss ausmachende Elektronen jeweils ihr Energieniveau auf einer der Seiten in dieselbe Richtung wechseln, wobei auf der einen Seite des elektrothermischen Wandlers Wärme frei wird und auf der entsprechend anderen Seite des elektrothermischen Wandlers Wärme entzogen wird. Ferner ist es bekannt, elektrothermische Wandler bei Wärmetauschern einzusetzen, beispielsweise Flüssig-Zu-Flüssig-Wärmetauscher, wobei von einem ersten Fluidstrom der Wärmestrom mittels des elektrothermischen Wandlers unter Zuführung der elektrischen Energie in den zweiten Fluidstrom transportiert wird. Die EP 1 366 328 B1 betrifft ein elektrothermisches System zur Verwendung mit wenigstens einem zu kühlenden oder zu heizenden Medium. Das System umfasst mehrere elektrothermische Elemente, die aus p- dotierten und n-dotierten Halbleitern hergestellt sind, wobei eine elektrische Verbindung von Element zu Element über Schaltungen hergestellt wird,, so dass eine elektrothermische Gruppierung mit einer Kühlseite und einer Heizseite geformt wird, wobei mehreren elektrothermischen Elementen in wenigstens einer Richtung über die Gruppierung thermisch voneinander isoliert sind. Das System umfasst ferner wenigstens einen Wärmetauscher wenigstens auf der Kühl- oder der Heizseite in thermischer Verbindung mit wenigstens einem elektrothermischen Element, wobei der Wärmetauscher dafür konfiguriert ist, die thermische Isolierung der eiektrothermischen Elemente maßgeblich aufrecht zu erhalten, wobei der wenigstens eine Wärmetauscher mehrere Abschnitte umfasst, jeder Abschnitt in thermischer Verbindung mit wenigstens einem eiektrothermischen Element steht, wobei wenigstens einige der Abschnitte in der Richtung der Mediumbewegung im Wesentlichen thermisch von anderen Abschnitten isoliert sind. Die EP 1 384 271 B1 betrifft ein Kühlgerät, das ein Gehäuse mit mindestens einem Kühlkanal für eine Kühlflüssigkeit und mit mindestens einem eiektrothermischen Kühlelement aufweist, das eine Schicht aus Electrothermal transducers have at least two different electrothermal materials, such as semiconductors, for example n-doped and p-doped semiconductors, which are alternately contacted with one another. Transitions from one electrothermal material to the other material take place on a first side of the electrothermal transducer, and transitions in a correspondingly reverse direction take place on another side of the electrothermal transducer, with electrons forming the current flow each changing their energy level on one of the sides in the same direction in which heat is released on one side of the electrothermal transducer and heat is removed on the other side of the electrothermal transducer. Furthermore, it is known to use electrothermal transducers in heat exchangers, for example liquid-to-liquid heat exchangers, wherein the heat flow is transported by a first fluid flow by means of the electrothermal transducer under the supply of electrical energy in the second fluid stream. EP 1 366 328 B1 relates to an electrothermal system for use with at least one medium to be cooled or heated. The system comprises a plurality of electrothermal elements made of p-doped and n-doped semiconductors, wherein an element-to-element electrical connection is made via circuits, so that an electrothermal grouping is formed with a cooling side and a heating side, with several electrothermic elements in at least one direction over the grouping are thermally insulated from each other. The system further comprises at least one heat exchanger at least on the cooling or heating side in thermal communication with at least one electrothermal element, the heat exchanger being configured to to sustainably maintain thermal insulation of the eutothermic elements, wherein the at least one heat exchanger comprises a plurality of sections, each section being in thermal communication with at least one electrothermic element, at least some of the sections being substantially thermally insulated from other sections in the direction of medium movement. EP 1 384 271 B1 relates to a cooling device which has a housing with at least one cooling channel for a cooling liquid and with at least one eiektrothermischen cooling element, which is a layer of
Halbleitermaterial aufweist, wobei mindestens eine der Platten eine elektrisch isolierende Kontaktfläche hat, die bei Gebrauch in direktem Kontakt mit der Kühlflüssigkeit ist, wobei das mindestens eine Kühlelement entlang seinem äußeren Umfang flexibel und dichtend so in einem Träger geformt ist, dass die Kontaktfläche weiterhin die Kühlflüssigkeit unbehindert berührt, wobei der Träger und die Kontaktfläche einen Wandteil des Kühlkanals definieren, wobei das Gehäuse zwei Kühlkanäle aufweist und wobei das mindestens eine in dem Träger gerahmte Kühlelement gegenüberliegende Kontaktflächen an beiden Platten des Semiconductor material, wherein at least one of the plates has an electrically insulating contact surface which is in use in direct contact with the cooling liquid, wherein the at least one cooling element is flexibly and sealingly formed along its outer periphery in a carrier, that the contact surface further the cooling liquid unobstructed, wherein the carrier and the contact surface define a wall portion of the cooling channel, wherein the housing has two cooling channels and wherein the at least one framed in the support cooling element opposite contact surfaces on both plates of the
Kühlelements aufweist, wobei der Träger und die gerahmten Kühlelemente auf diese Weise eine Trennwand in den Kühlkanälen bilden. Cooling element, wherein the carrier and the framed cooling elements form in this way a partition wall in the cooling channels.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes elektrothermisches Wandeln zu ermöglichen, insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines eiektrothermischen Wandlers anzugeben, insbesondere einen präzise aufgebauten eiektrothermischen Wandler zu ermöglichen. The object of the invention is to enable an improved electrothermal conversion, in particular to provide an improved method for producing an eiektrothermischen transducer, in particular to enable a precisely constructed eiektrothermischen converter.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Herstellung eines eiektrothermischen Wandlers mittels dem ein Wärmestrom unter Zuführung von elektrischer Energie entgegen eines Temperaturgefälles erzeugbar ist, oder umgekehrt gelöst. Es sind ein Integrieren von zumindest zwei, sich bezüglich eines eiektrothermischen Materials unterscheidende Pellets in einem Träger, ein Aufbringen eines oder einer Vielzahl von elektrischen Kontakten auf die zumindest zwei Pellets zum elektrischen Verbinden der zumindest zwei Pellets und ein Aufbringen einer elektrischen Isolierung, insbesondere Isolierschicht, zumindest auf die elektrischen Kontakte zum elektrischen Isolieren der Kontakte vorgesehen. Vorteilhaft können die zumindest zwei unterschiedlichen Pellets in dem Träger integriert werden. The object is achieved in a method for producing a eiektrothermischen converter by means of which a heat flow under supply of electrical energy against a temperature gradient can be generated, or vice versa. They include integrating at least two pellets differing in an electrothermic material in a carrier, applying one or a plurality of electrical contacts to the at least two pellets for electrically connecting the at least two pellets and applying an electrical insulation, in particular insulating layer, provided at least on the electrical contacts for electrically insulating the contacts. Advantageously, the at least two different pellets can be integrated in the carrier.
Vorteilhaft können diese dadurch vorfixiert werden und/oder besser relativ zueinander ausgerichtet werden. Dies vereinfacht vorteilhaft den Schritt des elektrischen Kontaktierens mittels der elektrischen Kontakte, die auf die zumindest zwei Pellets aufgebracht werden. Anschließend kann die elektrische Isolierschicht zumindest auf die elektrischen Kontakte aufgebracht werden. Die elektrische Isolierung, insbesondere eine Isolierschicht, ist vorteilhaft so aufgebaut, dass diese einen hohen Wärmeübergang ermöglicht, jedoch für elektrischen Strom isolierend ist. Der Träger ist vorteilhaft so aufgebaut, dass dieser elektrisch und thermisch isolierend ist, so dass die unterschiedlichen Pellets sowohl elektrisch als auch bestmöglich thermisch miteinander isoliert sind. Bei den Advantageously, these can thereby be prefixed and / or better aligned relative to each other. This advantageously simplifies the step of electrical contacting by means of the electrical contacts which are applied to the at least two pellets. Subsequently, the electrical insulating layer can be applied at least to the electrical contacts. The electrical insulation, in particular an insulating layer, is advantageously constructed so that it allows a high heat transfer, but is insulating for electrical power. The carrier is advantageously constructed so that this is electrically and thermally insulating, so that the different pellets are both electrically and best possible thermally insulated with each other. Both
eiektrothermischen Materialien kann es sich um ein n-dotiertes und ein p-dotiertes Electro-thermal materials may be n-doped and p-doped
Halbleitermaterial handeln, wobei die zumindest- zwei Pellets benachbart zueinander in den Träger integriert werden. In einer komplexeren Form wird eine Vielzahl der jeweils zwei benachbart zueinander angeordneten Pellets in den Träger integriert, wobei diese alternierend auf einer Warmseite und auf einer Kaltseite des eiektrothermischen Wandlers kontaktiert werden. Dieses Prinzip ist bei so genannten Peltier-Elementen bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen wird. Semiconductor material act, wherein the at least two pellets adjacent to each other are integrated into the carrier. In a more complex form, a plurality of the respective two adjacent pellets are integrated into the carrier, wherein these are alternately contacted on a hot side and on a cold side of the eiektrothermischen transducer. This principle is known in so-called Peltier elements, so that will not be discussed further here.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein paarweises Überdecken der zumindest zwei Pellets mit den elektrischen Kontakten vorgesehen. Bei den elektrischen Kontakten kann es sich vorteilhaft um Metallplättchen und/oder eine leitfähige Folie handeln, wobei vorzugsweise die elektrischen Kontakte neben einer guten elektrischen Leitfähigkeit auch eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Vorteilhaft können die zumindest zwei Pellets, die ein Paar bilden, von einem der elektrischen Kontakte überdeckt werden, so dass sowohl an der Warmseite als auch an der Kaltseite des eiektrothermischen Wandlers zunächst lediglich die elektrischen Kontakte, die von der Isolierschicht überdeckt sind, vorhanden beziehungsweise sichtbar sind. Vorteilhaft kann dadurch neben einem guten elektrischen Kontakt auch eine gute Wärmeleitung gewährleistet werden. In one embodiment of the method, a pairwise covering of the at least two pellets with the electrical contacts is provided. The electrical contacts can advantageously be metal platelets and / or a conductive foil, wherein the electrical contacts preferably also have good thermal conductivity, such as aluminum or copper, in addition to good electrical conductivity. Advantageously, the at least two pellets which form a pair can be covered by one of the electrical contacts, so that initially only the electrical contacts that are covered by the insulating layer are present or visible on both the hot side and the cold side of the electrothermal converter are. Advantageously, in addition to a good electrical contact, a good heat conduction can be ensured.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Aufbringen der elektrischen Isolierschicht auf eine Kaltseite und eine Warmseite des eiektrothermischen Wandlers, jeweils flächig zumindest über die elektrischen Kontakte und/oder eine zwischen den Pellets und/oder elektrischen Kontakten verbleibende Oberfläche des Trägers vorgesehen. In a further embodiment of the method, application of the electrical insulating layer to a cold side and a hot side of the electrothermal transducer is provided in each case over at least the electrical contacts and / or a surface of the carrier remaining between the pellets and / or electrical contacts.
Vorteilhaft können die Oberfläche des Trägers, der Pellets und/oder der elektrischen Kontakte gänzlich mit der Isolierschicht überzogen werden. Vorteilhaft schützt die Advantageously, the surface of the carrier, the pellets and / or the electrical contacts can be completely coated with the insulating layer. Advantageously protects the
Isolierschicht die Warmseite und die Kaltseite des eiektrothermischen Wandlers vor Beschädigungen und/oder vor Kurzschlüssen, wobei jedoch eine gute Wärmeleitung gewährleistet ist. Insulating the hot side and the cold side of eiektrothermischen transducer from damage and / or short circuits, but a good heat conduction is guaranteed.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Integrieren der zumindest zwei Pellets mittels Umspritzen und/oder Umgießen mit einem thermisch und elektrisch isolierenden Material vorgesehen. Vorteilhaft können die Pellets zunächst in ein Werkzeug, insbesondere Spritzgießwerkzeug eingelegt werden und dann auf einfache Art und Weise mit dem Träger umspritzt werden. Vorteilhaft können dadurch die Pellets exakt positioniert werden und bilden nach dem Umspritzen einen stabilen Zusammenbau mit dem Träger. Dieser stabile Zusammenbau kann vorteilhaft zum Kontaktieren mit den elektrischen Kontakten versehen werden. In a further embodiment of the method, the at least two pellets are integrated by means of encapsulation and / or encapsulation with a thermally and electrically insulating material. Advantageously, the pellets can first be placed in a tool, in particular injection mold and then encapsulated in a simple manner with the carrier. Advantageously, the pellets can be positioned precisely and form a stable assembly with the carrier after encapsulation. This stable assembly can be advantageously provided for contacting with the electrical contacts.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Herstellen des Trägers als Durchbrüche aufweisenden Vorförmling und ein Einbringen der zumindest zwei Pellets in die Durchbrüche des Trägers vorgesehen. Die Pellets können auf eine beliebige Art und Weise in die Durchbrüche eingebracht werden, beispielsweise mittels Kleben, Bonden, formschlüssig, reibschlüssig, insbesondere durch Einpressen zum Herstellen eines In a further embodiment of the method, a production of the carrier as a preform having breakthroughs and an introduction of the at least two pellets into the openings of the carrier are provided. The pellets can be introduced in any way in the openings, for example by means of gluing, bonding, positive, frictional, in particular by pressing to produce a
Presssitzes und/oder ähnliches. Vorteilhaft kann der Vorförmling exakt positionierte Press fit and / or the like. Advantageously, the preform can be positioned exactly
Durchbrüche aufweisen, so dass nach dem Einbringen die Pellets innerhalb des Trägers exakt positioniert und/oder fixiert sind. Have breakthroughs, so that after the introduction of the pellets are accurately positioned and / or fixed within the carrier.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Einbringen der zwei Pellets in die Durchbrüche mittels Einpressen und/oder mittels Einkleben vorgesehen. Vorteilhaft kann der Zusammenbau auf einfache Art und Weise mit dem Einpressen und/oder Einkleben erfolgen. Dabei ist eine sichere Fixierung der Pellets in den Durchbrüchen gewährleistet. In a further embodiment of the method, an introduction of the two pellets into the apertures by means of pressing in and / or by means of gluing are provided. Advantageously, the assembly can be done in a simple manner with the pressing and / or gluing. In this case, a secure fixation of the pellets is guaranteed in the breakthroughs.
Die Aufgabe ist außerdem bei einem elektrothermischen Wandler mittels dem ein The object is also an electrothermal transducer by means of a
Wärmestrom unter Zuführung von elektrischer Energie entgegen eines Temperaturgefälles erzeugbar ist, oder umgekehrt, gelöst. Der elektrothermische Wandler weist zumindest zwei unterschiedliche elektrothermische Materialien aufweisende Pellets, einen Träger, in dem die zumindest zwei Pellets integriert sind, eine Vielzahl von elektrischen Kontakten mittels denen die zumindest zwei Pellets elektrisch kontaktiert sind und eine elektrische Isolierschicht, die zumindest auf die Vielzahl der elektrischen Kontakte aufgebracht ist und mittels der die elektrischen Kontakte elektrisch isoliert sind auf. Vorteilhaft ergibt sich aufgrund des Trägers eine gute thermische Isolierung, eine gute elektrische Isolierung und/oder eine gute Heat flow under supply of electrical energy against a temperature gradient can be generated, or vice versa, solved. The electrothermal transducer has at least two different pellets containing electrothermal materials, a carrier in which the at least two pellets are integrated, a plurality of electrical contacts by means of which the at least two pellets are electrically contacted and an electrical insulating layer which is at least on the plurality of electrical Contacts is applied and by means of which the electrical contacts are electrically isolated. Advantageously, the result of the carrier is a good thermal insulation, good electrical insulation and / or good
Positionierung der Pellets relativ zueinander. Außerdem ergibt sich ein insgesamt gegen mechanische Beschädigungen, Schwingungen, thermjsche Belastungen und/oder andere Umwelteinflüsse, wie Flüssigkeiten, Säuren und/oder ähnliches sehr gut geschützter elektrothermischer Wandler. Vorzugsweise ist der elektrothermische Wandler nach einem vorab beschriebenen Verfahren herstellbar. Insofern ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile. Positioning the pellets relative to each other. In addition, results in a total against mechanical damage, vibrations, thermal stresses and / or other environmental influences, such as liquids, acids and / or the like very well protected electrothermal transducer. Preferably, the electrothermal transducer can be produced by a method described above. In this respect, the advantages described above arise.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Pellets jeweils zwei planparallele Flächen aufweisen, die von der Oberfläche des Trägers umgeben sind. Vorteilhaft können, die Pellets auf der Warmseite und auf der Kaltseite jeweils in einer Ebene kontaktiert werden und von der Isolierschicht abgedeckt werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des elektrothermischen Wandlers ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Trägers und die planparallelen Flächen der zumindest zwei Pellets auf der Warmseite und auf der Kaltseite jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen. In one embodiment, it is provided that the pellets each have two plane-parallel surfaces which are surrounded by the surface of the carrier. Advantageously, the pellets on the hot side and on the cold side are each contacted in a plane and are covered by the insulating layer. In a further embodiment of the electrothermal transducer is provided that the surface of the carrier and the plane-parallel surfaces of the at least two pellets on the hot side and on the cold side are each in a common plane.
Vorteilhaft weist ein Teilzusammenbau des elektrothermischen Wandlers, der den Träger und die zumindest zwei Pellets aufweist, auf der Warmseite und auf der Kaltseite eine insgesamt ebene Oberfläche auf. Vorteilhaft kann diese insgesamt ebene Oberfläche, die auf den Pellets und dem Träger gebildet wird, auf einfache Art und Weise mit den elektrischen Kontakten versehen werden. Dies kann beispielsweise durch Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff, durch Löten und/oder durch ein beliebiges anderes elektrisches kontaktbringendes Verfahren, beispielsweise Schweißen und/oder ähnliches geschehen. Advantageously, a partial assembly of the electrothermal transducer comprising the carrier and the at least two pellets on the hot side and on the cold side on a generally flat surface. Advantageously, this overall flat surface, which is formed on the pellets and the carrier, are provided in a simple manner with the electrical contacts. This can be done for example by gluing with an electrically conductive adhesive, by soldering and / or by any other electrical contact-making method, such as welding and / or the like.
Die Aufgabe ist außerdem bei einem Wärmetauscher mit einem vorab beschriebenen elektrothermischen Wandler gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile. The object is also achieved in a heat exchanger with a previously described electrothermal transducer. This results in the advantages described above.
Die Aufgabe ist ferner bei einem Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen The object is further in a motor vehicle with a previously described
Wärmetauscher gelöst. Vorteilhaft kann der mit dem elektrothermischen Wandler ausgestattete Wärmetauscher als Kältemaschine und/oder Wärmemaschine dienen, die ohne jegliche bewegliche Teile. auskommt und damit weitestgehend verschleißfrei arbeitet. Vorteilhaft kann mittels durch den Wärmetauscher geführten Fluidströmen die Wärme und/oder die Kälte an einen beliebigen Ort des Kraftfahrzeugs transportiert werden, beispielsweise in einen Innenraum, in Sitze innerhalb des Innenraums, an eine Heat exchanger dissolved. Advantageously, the equipped with the electrothermal transducer heat exchanger can serve as a chiller and / or heat engine, without any moving parts. gets along and thus works largely wear-free. Advantageously, the heat and / or the cold can be transported to an arbitrary location of the motor vehicle by means of fluid passages guided through the heat exchanger, for example into an interior space, into seats inside the interior, to one
Antriebsquelle und/oder andere zu temperierende Aggregate, wie beispielsweise eine Leistungselektronik und/oder ähnliches. Drive source and / or other to be tempered units, such as power electronics and / or the like.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Figur 1 einen elektrothermischen Wandler gemäß Stand der Technik; Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. Described and / or illustrated features form the subject of the invention, or independently of the claims, either alone or in any meaningful combination, and in particular may additionally be the subject of one or more separate applications. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. Show it: 1 shows an electrothermal transducer according to the prior art;
Figuren 2 - 4 dreidimensionale schematische Ansichten, teilweise in Figures 2-4 three-dimensional schematic views, partially in
Explosionsdarstellung, zum Verdeutlichen einer Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrothermischen Wandlers mit einem Träger;  Exploded view to illustrate a preparation of an electrothermal transducer according to the invention with a carrier;
Figur 5 einen Wärmetauscher mit einem elektrothermischen Wandler; und Figur 6 einen weiteren Wärmetauscher mit insgesamt drei elektrothermischen FIG. 5 shows a heat exchanger with an electrothermal converter; and Figure 6 shows another heat exchanger with a total of three electrothermal
Wandlern.  Converters.
Figur 1 zeigt einen elektrothermischen Wandler 1 gemäß Stand der Technik. Der Wandler 1 weist eine Kaltseite 3 und eine Warmseite 5 auf. Zum Anschließen an eine nicht näher dargestellte Gleichspannungsquelle weist der Wandler 1 einen elektrischen Anschluss 7 auf. Bei einer angelegten Gleichspannung wirkt die Kaltseite 3 als Wärmesenke und die Figure 1 shows an electrothermal transducer 1 according to the prior art. The converter 1 has a cold side 3 and a hot side 5. For connection to a DC voltage source, not shown, the converter 1 has an electrical connection 7. In an applied DC voltage, the cold side 3 acts as a heat sink and the
Warmseite 5 als Wärmequelle, wobei eine Umkehr der angelegten Spannung bewirkt, dass die Kaltseite 3 als Wärmequelle und die Warmseite 5 als Wärmesenke wirkt. Ferner kann der Wandler 1 als elektrothermischer Generator betrieben und/oder ausgelegt sein, wobei ein Anlegen einer Temperaturdifferenz zwischen der Kaltseite 3 und der Warmseite 5 eine Spannung an dem elektrischen Anschluss 7 induziert. Warm side 5 as a heat source, wherein a reversal of the applied voltage causes the cold side 3 acts as a heat source and the hot side 5 as a heat sink. Furthermore, the converter 1 can be operated and / or designed as an electrothermal generator, wherein application of a temperature difference between the cold side 3 and the hot side 5 induces a voltage at the electrical connection 7.
Die Kaltseite 3 und die Warmseite 5 weisen jeweils eine Isolierung 9 auf, beispielsweise ein keramisches Substrat. Zwischen den Isolierungen 9 sind eine Vielzahl von elektrischen Kontakten 11 angeordnet, die als rechteckförmige Plättchen ausgebildet sind, beispielsweise als Metallplättchen. Die elektrischen Kontakte 11 kontaktieren jeweils ein Paar aus zwei elektrothermischen Materialien 13 bestehende Pellets, beispielsweise ein p-Halbleiter 15 und ein n-Halbleiter 17. Die Halbleiter 15, 17 des elektrothermischen Materials 13 sind mittels den elektrischen Kontakten 11 so verschaltet, dass auf der Kaltseite 3 stets ein Übergang von dem p-Halbleiter 15 über den elektrischen Kontakt 11 auf den n-Halbleiter 17 erfolgt und auf der Warmseite umgekehrt stets ein Übergang von dem n-Halbleiter 17 auf den p-Halbleiter 15. Zwischen den Halbleitern 15, 17 verbleibt ein elektrisch isolierender Luftraum. The cold side 3 and the hot side 5 each have an insulation 9, for example, a ceramic substrate. Between the insulation 9, a plurality of electrical contacts 11 are arranged, which are formed as rectangular platelets, for example as a metal plate. The electrical contacts 11 each contact a pair of two electrothermal materials 13 existing pellets, such as a p-type semiconductor 15 and an n-type semiconductor 17. The semiconductors 15, 17 of the electrothermal material 13 are connected by means of the electrical contacts 11 so that on Cold side 3 is always a transition from the p-type semiconductor 15 via the electrical contact 11 to the n-type semiconductor 17 and reversed on the hot side always a transition from the n-type semiconductor 17 to the p-type semiconductor 15. Between the semiconductors 15, 17th remains an electrically insulating airspace.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen einzelne Bauteile sowie Baugruppen eines erfindungsgemäßen elektrothermischen Wandlers 1 , teilweise in Explosionsdarstellung zum Verdeutlichen eines Verfahrens zur Herstellung des elektrothermischen Wandlers 1. Im Folgenden wird dieses Verfahren anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert, wobei insbesondere auf die FIGS. 2 to 4 show individual components and assemblies of an electrothermal transducer 1 according to the invention, partially in an exploded view to illustrate a method for producing the electrothermal transducer 1. This method will be explained in more detail below with reference to FIGS
Unterschiede zur Darstellung gemäß der Figur 1 eingegangen wird. In Figur 2 ist zu erkennen, dass die Halbleiter 15 und 17 in einem Träger 19 integriert werden. Der Träger 19 kann als Vorförmling in einem vorgelagerten Produktions- bzw. Herstellvorgang gefertigt werden. Der Träger 19 weist Durchbrüche 21 auf, die in einer Innenkontur an eine Außenkontur der Halbleiter 15,17 angepasst sind. Wie in Figur 2 verdeutlicht, werden die Halbleiter 15,17 in den Träger 19 integriert beispielsweise eingebracht, was in Figur 2 mittels Pfeilen symbolisiert ist, dies kann beispielsweise mittels Einpressen und/oder Kleben erfolgen. Differences from the illustration according to FIG. 1 will be discussed. In FIG. 2 it can be seen that the semiconductors 15 and 17 are integrated in a carrier 19. The carrier 19 can be manufactured as a preform in an upstream production or manufacturing process. The carrier 19 has openings 21, which are adapted in an inner contour to an outer contour of the semiconductor 15,17. As illustrated in FIG. 2, the semiconductors 15, 17 are integrated into the carrier 19, for example, which is symbolized by arrows in FIG. 2, this can be done, for example, by pressing in and / or gluing.
Es ist zu erkennen, dass die Halbleiter 15,17 des elektrothermischen Materials 13 zumindest zwei ebene Flächen aufweisen, wobei eine der Flächen zu der Kaltseite 3 und eine weitere zu der Warmseite 5 zeigt. Die Halbleiter 15,17 sind also als Zweiflach - Pellets ausgestaltet, wobei unter einem Zweiflach eine beliebige Außenform verstanden werden kann, die zumindest zwei ebene Flächen aufweist. Vorliegend sind die Halbleiter 15,17, wie in Figur 2 zu erkennen, quaderförmig ausgebildet. Anstelle der quaderförmigen Ausgestaltung der Halbleiter 15,17 kann eine beliebige andere Form, beispielsweise sechseckig, rund oder ähnliches vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die zur Kaltseite 3 und zur Warmseite 5 zeigenden zwei Flächen der Halbleiter 15,17, wie in Figur 2 gezeigt, rechteckförmig. It can be seen that the semiconductors 15, 17 of the electrothermal material 13 have at least two flat surfaces, one of the surfaces facing towards the cold side 3 and another towards the hot side 5. The semiconductors 15, 17 are therefore designed as two-ply pellets, wherein a two-flattened one can be understood to be any external shape which has at least two planar surfaces. In the present case, the semiconductors 15, 17, as can be seen in FIG. 2, are of cuboid design. Instead of the parallelepiped configuration of the semiconductors 15, 17, any other shape, for example hexagonal, round or the like may be provided. Preferably, the two faces of the semiconductors 15, 17 facing the cold side 3 and the hot side 5 are rectangular, as shown in FIG.
Die zwei Flächen der Halbleiter 15,17 sind planparallel und schließen bündig mit einer Oberfläche 23 des Trägers 19 ab. Es ergibt sich also sowohl auf der Kaltseite 3 als auch auf der Warmseite 5 jeweils eine einheitliche Fläche, die sich aus der Oberfläche 23 des Trägers 19 und den Flächen 25 der Halbleiter 15,17 zusammensetzt. The two surfaces of the semiconductors 15, 17 are plane-parallel and terminate flush with a surface 23 of the carrier 19. Thus, both on the cold side 3 and on the hot side 5 there is a uniform surface which is composed of the surface 23 of the carrier 19 and the surfaces 25 of the semiconductors 15, 17.
Wie in Figur 3 zu erkennen, wird der Teilzusammenbau des Trägers 19 und der Halbleiter 15,17 mit den elektrischen Kontakten 11 bestückt, so dass die in Figur 1 beschriebene alternierende elektrische Kontaktierung der Halbleiter 15,17 des elektrothermischen Materials erfolgt. Die elektrischen Kontakte 1 1 können beispielsweise als dünne As can be seen in FIG. 3, the partial assembly of the carrier 19 and the semiconductors 15, 17 is equipped with the electrical contacts 11, so that the electrical contacting of the semiconductors 15, 17 of the electrothermal material described in FIG. The electrical contacts 1 1, for example, as a thin
Leiterbahnen ausgestaltet sein und sind entsprechend der Form der Halbleiter 15,17 ebenfalls rechteckförmig. Conductor tracks be configured and are also rectangular according to the shape of the semiconductor 15,17.
Figur 4 zeigt einen Teilzusammenbau des Wandlers 1 mit den elektrischen Kontakten 11 , den Halbleitern 15,17 des elektrothermischen Materials 13 und dem Träger 19. Es ist zu erkennen, dass die elektrischen Kontakte 11 jeweils paarweise einen p-Halbleiter 15 und einen n-Halbleiter 17 komplett abdecken, so dass zur Kaltseite 3 und zur Warmseite 5 die Oberfläche 23 des Trägers 19, soweit diese nicht von den elektrischen Kontakten 11 abgedeckt ist und die elektrischen Kontakte 11 selbst verbleiben. In einem weiteren, nicht näher dargestellten Herstellvorgang wird auf den in Figur 4 gezeigten Teilzusammenbau des Wandlers 1 die Isolierung 9, zum Beispiel eine dünne Isolierschicht, aufgebracht. Dies kann beispielsweise in Form einer aufgeklebten Folie, eines Schrumpfschlauchs und/oder einer Platte, beispielsweise aus einem keramischen Substrat bestehend, wie in Figur 1 gezeigt, erfolgen. Figure 4 shows a partial assembly of the transducer 1 with the electrical contacts 11, the semiconductors 15,17 of the electrothermal material 13 and the support 19. It can be seen that the electrical contacts 11 in pairs a p-type semiconductor 15 and an n-type semiconductor Cover completely 17, so that the cold side 3 and the hot side 5, the surface 23 of the support 19, as far as it is not covered by the electrical contacts 11 and the electrical contacts 11 remain even. In a further manufacturing process, not shown, the insulation 9, for example a thin insulating layer, is applied to the partial assembly of the transducer 1 shown in FIG. This can be done, for example, in the form of a glued-on foil, a heat-shrinkable tube and / or a plate, for example consisting of a ceramic substrate, as shown in FIG.
Figur 5 zeigt ein teilweise dargestelltes Kraftfahrzeug 27 mit einem elektrothermischen Wärmetauscher 29. Der Wärmetauscher 29, wie in Figur 5 dargestellt, weist einen Spalt 31 auf, in den ein elektrothermischer Wandler 1 gemäß den Figuren 2 bis 4 eingebracht ist. Entlang der Kaltseite 3 des Wandlers 1 ist ein erster Fluidpfad 33 angeordnet. Entlang der Warmseite 5 des Wandlers 1 ist ein zweiter Fluidpfad 35 angeordnet. Mittels Pfeilen 37 sind in Figur 5 Flussrichtungen von durch die Fluidpfade 33,35 geführten Fluidströmen, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas, symbolisiert. Der Wärmetauscher 29 gemäß Figur 5 kann als elektrothermischer Gegenstrom-Flüssig-Flüssigwärmetauscher 29 betrieben werden. Vorteilhaft kann mittels der Fluidströme ein nicht näher dargestelltes Bauteile des Kraftfahrzeugs 27 temperiert werden, beispielsweise gekühlt oder gewärmt. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Antriebsquelle, einen Elektromotor, eine Leistungselektronik, einen Innenraum, ein Bauteil des Innenraums, ein Sitz, eine Armlehne und/oder ähnliches handeln. FIG. 5 shows a partially illustrated motor vehicle 27 with an electrothermal heat exchanger 29. The heat exchanger 29, as shown in FIG. 5, has a gap 31, into which an electrothermal transducer 1 according to FIGS. 2 to 4 is introduced. Along the cold side 3 of the converter 1, a first fluid path 33 is arranged. Along the hot side 5 of the converter 1, a second fluid path 35 is arranged. 5, flow directions of fluid flows guided through the fluid paths 33, 35, for example a liquid or a gas, are symbolized by means of arrows 37. The heat exchanger 29 according to FIG. 5 can be operated as an electrothermal countercurrent liquid-liquid heat exchanger 29. Advantageously, by means of the fluid flows a not-shown components of the motor vehicle 27 can be tempered, for example, cooled or warmed. The component may be, for example, a component of a drive source, an electric motor, power electronics, an interior, a component of the interior, a seat, an armrest and / or the like.
Figur 6 zeigt einen weiteren Wärmetauscher 29 eines weiteren nur teilweise dargestellten Kraftfahrzeugs 27. Im Unterschied zur Darstellung gemäß der Figur 5 weist der FIG. 6 shows a further heat exchanger 29 of another motor vehicle 27 shown only in part. In contrast to the representation according to FIG. 5, FIG
Wärmetauscher 29 gemäß Figur 6 insgesamt drei Spalte 31 auf, in die insgesamt drei der elektrothermischen Wandler 1 eingebracht sind. Im Unterschied zur Darstellung der Figur 5 sind gemäß Figur 6 die Fluidpfade 33 und 35 jeweils U-förmig im 180° Winkel umgelenkt und ineinander verzahnt. Es ist zu erkennen, dass jeweils ein äußerer Abschnitt der Fluidpfade 33, 35 mit einer Kaltseite 3 bzw. einer Warmseite 5 eines der Wandler 1 in einem Wärme übertragenden Anlagekontakt innerhalb des Spaltes 31 steht. Die ineinander verzahnten inneren Abschnitte der Fluidpfade 33 und 35 sind jeweils beidseitig mit zwei Kaltseiten 3 bzw. zwei Warmseiten 5 der entsprechenden Wandler 1 in einem Wärme übertragenden Anlagekontakt, werden also beidseitig gewärmt bzw. gekühlt. Heat exchanger 29 according to Figure 6 a total of three gaps 31, in which a total of three of the electrothermal transducers 1 are introduced. In contrast to the representation of FIG. 5, according to FIG. 6, the fluid paths 33 and 35 are in each case deflected in a U-shaped manner at an angle of 180 ° and meshed with one another. It can be seen that in each case an outer section of the fluid paths 33, 35 with a cold side 3 or a warm side 5 of one of the transducers 1 is in a heat-transmitting abutment contact within the gap 31. The interlocked inner portions of the fluid paths 33 and 35 are each on both sides with two cold sides 3 and two hot sides 5 of the corresponding transducer 1 in a heat-transferring contact, so are both sides warmed or cooled.
Vorteilhaft kann, wie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, der Wandler 1 optimal hergestellt werden, wobei eine Verbesserung von elektrischen und thermischen Isolierungen und/oder eine Vermeidung von Korrosion durch auftretendes Kondensat an der Kaltseite 3 erzielt werden kann. Vorteilhaft können dazu die Halbleiter 15,17, die beispielsweise als Zweiflach - Pellets ausgebildet sind, in den Träger 19 integriert werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann dies, nicht wie in Figur 2 dargestellt durch Einpressen, auch durch ein Umspritzen mit einem sowohl thermisch als auch elektrisch isolierenden Material, wie z.B. einen Kunststoff oder eine Keramik geschehen. Wie in Figur 2 dargestellt, erfolgt ein Einpressen und/oder Kleben der Halbleiter 15,17 in den Vorförmling des Trägers 19. Advantageously, as shown in Figures 2 to 4, the transducer 1 can be optimally prepared, with an improvement of electrical and thermal insulation and / or avoidance of corrosion can be achieved by condensation occurring on the cold side 3. Advantageously, the semiconductors 15, 17, which are designed, for example, as two-layer pellets, can be integrated into the carrier 19. Alternatively and / or additionally this, not as shown in Figure 2 by pressing, also by overmolding with a both thermally and electrically insulating material, such as a plastic or a ceramic happen. As shown in FIG. 2, pressing and / or bonding of the semiconductors 15, 17 into the preform of the carrier 19 takes place.
In einem darauf folgenden Herstellvorgang, wie in Figur 3 dargestellt, werden die In a subsequent manufacturing process, as shown in Figure 3, the
elektrischen Kontakte 1 1 , die insbesondere als Leiterbahnen ausgeführt sind, auf den Vorförmling bzw. den Träger 19 aufgebracht und mit den Halbleitern 15,17 elektrisch kontaktiert. Die elektrischen Kontakte 1 1 , die insbesondere als Leiterbahnen ausgeführt sind, können beispielsweise Kupfer, Aluminium oder andere Werkstoffe mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit, und insbesondere einer guten thermischen Leitfähigkeit, aufweisen. Alternativ und/oder zusätzlich können die elektrischen Kontakte 1 1 Materialien mit zugesetzten Nanotubes aufweisen. electrical contacts 1 1, which are designed in particular as conductor tracks, applied to the preform or the carrier 19 and electrically contacted with the semiconductors 15,17. The electrical contacts 1 1, which are designed in particular as conductor tracks, for example, copper, aluminum or other materials having a good electrical conductivity, and in particular a good thermal conductivity, have. Alternatively and / or additionally, the electrical contacts 11 may comprise materials with added nanotubes.
Das Aufbringen der elektrischen Kontakte 11 , insbesondere der Leiterbahnen, kann durch Drucken, Löten, Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff und/oder auf eine beliebige andere Art und Weise geschehen. Die Kaltseite 3 und die Warmseite 5 können einzeln mit den elektrischen Kontakten 1 oder alternativ zusammen mit den Kontakten 1 1 versehen werden. The application of the electrical contacts 11, in particular the conductor tracks, can be done by printing, soldering, gluing with an electrically conductive adhesive and / or in any other way. The cold side 3 and the warm side 5 can be provided individually with the electrical contacts 1 or alternatively together with the contacts 1 1.
Um einen möglicherweise auftretenden Kurzschluss an den elektrischen Kontakten 1 1 bzw. den Leiterbahnen zu vermeiden, können diese vorteilhaft durch die elektrisch isolierende, aber thermisch sehr gut leitfähige Schicht, wie beispielsweise in Figur 1 als Isolierung 9 ausgeführt, geschützt werden. Vorteilhaft kann der vormontierte Wandler 1 , wie in Figur 4 dargestellt, umspritzt, lackiert, mit einem Schrumpfschlauch, mit einer aufgeklebten Folie und/oder einer Platte versehen werden. In order to avoid a possibly occurring short circuit at the electrical contacts 11 or the printed conductors, they can be advantageously protected by the electrically insulating, but thermally highly conductive layer, such as in Figure 1 as insulation 9, protected. Advantageously, the preassembled transducer 1, as shown in Figure 4, molded, painted, provided with a shrink tube, with a glued foil and / or a plate.
Die gemäß den Figuren 2 bis 4 herstellbaren elektrothermischen Wandler 1 können insbesondere mit einer Wärmeleitpaste versehen in den Spalt 31 eines der vorgefertigten Wärmetauscher 29 eingebracht werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmetauschern bzw. Flüssig-Flüssigwärmetauschern werden nicht die Fluidpfade 33,35 bzw. die darin geführte Fluidströme direkt aneinander vorbeigeführt um einen möglichst hohen The electrothermal transducers 1 which can be produced according to FIGS. 2 to 4 can in particular be provided with a thermal compound in the gap 31 of one of the prefabricated heat exchangers 29. Compared to conventional heat exchangers or liquid-liquid heat exchangers, it is not the fluid paths 33, 35 or the fluid streams guided therein that are guided past one another as much as possible
Temperaturausgleich zu erreichen. Vielmehr wird, wie in Figur 5 dargestellt, zwischen den Fluidpfaden 33 und 35 eine, oder wie in Figur 6 dargestellt mehrere der elektrothermischen Wandler 1 in den bzw. den Spalten 31 angeordnet. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Wärmetauscher 29 können Teil von zwei flüssigkeitsführenden Kreisen des Kraftfahrzeugs 27 sein, bei dem zwischen den Kreisläufen der Spalt 31 vorhanden ist. In diesen Spalt 31 wird der elektrothermische Wandler 1 eingeschoben. Zur thermischen Anbindung zwischen den Wandler 1 und den Fluidpfaden 33,35 des Wärmetauschers 29 kann insbesondere eine Wärmeleitpaste verwendet werden. Vorteilhaft ist der Spalt 31 derart ausgeführt, dass eine Vorspannung auf den bzw. die Wandler 1 entsteht. Dadurch weist der Wandler 1 eine gute thermische Anbindung an die Flüssigkeitskreisläufe der Fluidpfade 33,35 auf. Bei einem mehrstufigen Wärmetauscher 29, wie in Figur S dargestellt, können vorteilhaft mehrere der elektrothermischen Wandler 1 derart angeordnet werden, dass vorteilhaft die Kreisläufe der Fluidpfade 33,35 in einer entgegengesetzten Richtung durchlaufen werden. Temperature compensation to achieve. Rather, as shown in Figure 5, between the fluid paths 33 and 35 a, or as shown in Figure 6, a plurality of the electrothermal transducers 1 in the or the columns 31 are arranged. The heat exchanger 29 shown in Figures 5 and 6 may be part of two liquid-conducting circuits of the motor vehicle 27, in which the gap 31 is present between the circuits. In this gap 31 of the electrothermal transducer 1 is inserted. For thermal connection between the transducer 1 and the fluid paths 33,35 of the heat exchanger 29 may in particular a Thermal grease can be used. Advantageously, the gap 31 is designed such that a bias voltage to the converter or 1 is formed. As a result, the converter 1 has a good thermal connection to the fluid circuits of the fluid paths 33, 35. In a multi-stage heat exchanger 29, as shown in Figure S, advantageously more of the electrothermal transducer 1 can be arranged so that advantageously the circuits of the fluid paths 33,35 are traversed in an opposite direction.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Wandler converter
Kaltseite  cold side
Warmseite  warm side
elektrischer Anschluss electrical connection
Isolierung  insulation
elektrische Kontakte electrical contacts
Materialien  materials
p-Halbleiter p-type semiconductor
n-Halbleiter n-type semiconductor
Träger  carrier
Durchbrüche  breakthroughs
Oberfläche  surface
Flächen  surfaces
Kraftfahrzeug  motor vehicle
Wärmetauscher  heat exchangers
Spalt  gap
Fluidpfad  fluid path
Fluidpfad  fluid path
Pfeile  arrows

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung eines elektrothermischen Wandlers (1) mittels dem ein Wärmestrom unter Zuführung von elektrischer Energie entgegen eines Method for producing an electrothermal converter (1) by means of a heat flow under the supply of electrical energy against a
Temperaturgefälles erzeugbar ist oder umgekehrt, mit: Temperature gradient can be generated or vice versa, with:
Integrieren von zumindest zwei, sich bezüglich eines elektrothermischen Materials (13) unterscheidende Pellets in einem Träger (19), Integrating at least two pellets differing with respect to an electrothermal material (13) in a carrier (19),
Aufbringen eines oder einer Vielzahl von elektrischen Kontakten (11) auf die zumindest zwei Pellets zum elektrischen Verbinden der zumindest zwei Pellets, Applying one or a plurality of electrical contacts (11) to the at least two pellets for electrically connecting the at least two pellets,
Aufbringen einer elektrischen Isolierung (9) zumindest auf die elektrischen Kontakte (11) zum elektrischen Isolieren der Kontakte (11). Applying an electrical insulation (9) at least to the electrical contacts (11) for electrically insulating the contacts (11).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit: paarweises Überdecken der zumindest zwei Pellets mit den elektrischen Kontakten (11). Method according to the preceding claim, comprising: pairwise overlapping the at least two pellets with the electrical contacts (11).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: Method according to one of the preceding claims, comprising:
Aufbringen der elektrischen Isolierung (9), insbesondere einer Isolierschicht, auf eine Kaltseite (3) und eine Warmseite (5) des elektrothermischen Wandlers (1), jeweils flächig über die elektrischen Kontakte (11) und eine zwischen den Pellets und/oder elektrischen Kontakten (11) verbleibende Oberfläche (23) des Trägers (19). Applying the electrical insulation (9), in particular an insulating layer, to a cold side (3) and a hot side (5) of the electrothermal transducer (1), in each case over the electrical contacts (11) and one between the pellets and / or electrical contacts (11) remaining surface (23) of the carrier (19).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: Method according to one of the preceding claims, comprising:
Integrieren der zumindest zwei Pellets mittels Umspritzen und/oder Umgießen mit einem thermisch und elektrisch isolierenden Material. Integrating the at least two pellets by means of encapsulation and / or encapsulation with a thermally and electrically insulating material.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, mit: 5. The method according to any one of the preceding claims 1 to 3, with:
Herstellen des Trägers (19) als Durchbrüche (21) aufweisenden Vorförmling, Integrieren der zumindest zwei Zweilache mittels Einbringen der zumindest zwei Pellets in die Durchbrüche (21) des Trägers (19). Producing the carrier (19) as a preform having apertures (21), integrating the at least two two-fold means by introducing the at least two pellets into the apertures (21) of the carrier (19).
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit zumindest einem des Folgenden: A method according to the preceding claim, comprising at least one of the following:
Einbringen der zumindest zwei Rellets in die Durchbrüche (21) mittels Einpressen, Introducing the at least two Rellets in the openings (21) by means of pressing,
Einbringen der zumindest zwei Pellets in die Durchbrüche (21) mittels Einkleben Introducing the at least two pellets into the apertures (21) by means of gluing
Aufbringen von elektrischen Kontakten (11) durch Aufdrucken, Kleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff, Löten und/oder Schweißen Application of electrical contacts (11) by printing, gluing with an electrically conductive adhesive, soldering and / or welding
Aufbringen der Isolierung (9) als Isolierschicht, insbesondere in Form einer aufgeklebten Folie, eines Schrumpfschlauchs und/oder einer Platte. Applying the insulation (9) as an insulating layer, in particular in the form of a glued foil, a shrink tube and / or a plate.
7. Elektrothermischer Wandler (1) mittels dem ein Wärmestrom unter Zuführung von elektrischer Energie entgegen eines Temperaturgefälles erzeugbar ist oder umgekehrt, mit: zumindest zwei, sich bezüglich eines elektrothermischen Materials (13) unterscheidende Pellets, einem Träger (19), in dem die zumindest zwei Pellets integriert sind, einen oder einer Vielzahl von elektrischen Kontakten (11) mittels denen die zumindest zwei Pellets elektrisch kontaktiert sind, einer elektrischen Isolierung (9), die zumindest auf den oder die Vielzahl der elektrischen Kontakte (11) aufgebracht ist und mittels der die elektrischen Kontakte ( 1) elektrisch isoliert sind. 7. Electrothermal transducer (1) by means of which a heat flow under supply of electrical energy against a temperature gradient is generated or vice versa, comprising: at least two, with respect to an electrothermal material (13) different pellets, a support (19) in which the at least two pellets are integrated, one or a plurality of electrical contacts (11) by means of which the at least two pellets are electrically contacted, an electrical insulation (9) which is applied to at least one or the plurality of electrical contacts (11) and by means of the electrical contacts (1) are electrically insulated.
8. Elektrothermischer Wandler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Pellets jeweils zwei planparallele Flächen (25) aufweisen, die von der Oberfläche (23) des Trägers (19) umgeben sind. 8. An electrothermal transducer according to the preceding claim, wherein the pellets each have two plane-parallel surfaces (25) which are surrounded by the surface (23) of the carrier (19).
9. Elektrothermischer Wandler nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche, wobei die Oberfläche (23) des Trägers (19) und die planparallelen Flächen (25) der zumindest zwei Pellets auf der Warmseite (5) und auf der Kaltseite (3) jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen. 9. The electrothermal transducer according to one of the preceding two claims, wherein the surface (23) of the carrier (19) and the plane-parallel surfaces (25) of the at least two pellets on the hot side (5) and on the cold side (3) each in a common Lie flat.
10. Elektrothermischer Wandler nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche, 10. An electrothermal transducer according to one of the preceding three claims,
herstellbar nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche.  producible according to one of the preceding three claims.
11. Wärmetauscher (29) mit einem elektrothermischen Wandler (1) nach einem der vorhergehenden vier Ansprüche. 11. Heat exchanger (29) with an electrothermal transducer (1) according to one of the preceding four claims.
12. Kraftfahrzeug (27) mit einem Wärmetauscher (29) nach dem vorhergehenden 12. Motor vehicle (27) with a heat exchanger (29) after the preceding
Anspruch.  Claim.
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