本发明专利技术涉及一种热电装置(1)，包括至少一个第一流动管道(8)和至少一个第二流动管道(9)，并具有：至少一个配属于所述至少一个第一流动管道(8)的第一载体层(3)，以及至少一个配属于所述至少一个第二流动管道(9)的第二载体层(4)；至少一个处于所述第一载体层(3)和第二载体层(4)之间的中间空间(5)；以及多个布置在所述至少一个中间空间(5)中且彼此电连接的p-掺杂和n-掺杂的半导体元件(7)。其中，在操作条件下，所述第一载体层的相对第一热膨胀和所述第二载体层的相对第二膨胀相同。本发明专利技术还涉及用于第一载体层和第二载体层的适当的材料，其有助于这种热电装置(1)在机动车废气系统中的使用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电装置本专利技术涉及一种热电装置，其用于例如通过热电发电器由内燃机的废气来产生电能。本专利技术尤其涉及一种用于将废气的热能转化成电能的发电器。由机动车的发动机产生的废气具有热能，其可通过热电发电器或设备转化成电能，以例如给蓄电池或一些其他存储器充电，或直接给电力负载提供所要求的电能。因此就可以较高的能量效率水平来操作机动车，并且对于机动车的操作来说可获得较大程度的能量。这种热电发电器具有至少多个热电转换元件。热电转换元件可为能有效地将这种热能转化成电能的类型(塞贝克效应)或相反的类型(珀尔贴效应)。“塞贝克效应”基于热能到电能的转化的现象，并且用于产生热电能。“珀尔贴效应”是“塞贝克效应”的逆过程， 是涉及热吸收的现象，并由与电流相关的不同材料引起。“珀尔贴效应”已被提出用于例如热电制冷的目的。这种热电转化元件优选地具有多个安装在称为热端和称为冷端之间的热电元件。 热电元件例如包括至少两个半导体元件(P-掺杂和η-掺杂)，它们在其上端和下端上交替地设有导电桥(朝向热端和/或冷端)。陶瓷板或陶瓷涂层和/或类似的材料用于电绝缘金属桥，并且因此优选地布置在金属桥之间。如果能够在半导体元件的各端上获得温度梯度，则能形成电势。在这种情况中，在第一半导体元件的热端上接收热量，其中该端上的电子转移到后续半导体元件的能量较高的导带中。在冷端电子则释放能量，并且迁移到具有相对低能量水平的后续半导体元件中。因此，在给定相应的温度梯度时可产生电流。在机动车废气系统中的热电发电器的热端和冷端之间产生的大的温度差异使得所用的材料及其结构处于很大的应力下。在废气系统中，热电发电器的冷端上的温度典型地在20°C到110°C之间，而在热端上则在150°C到500°C之间。这种大的温度差异导致在热端和冷端上的材料的不同程度的膨胀。这种不同程度的膨胀又导致热电发电器中的应力， 其随时间的流逝会不利地影响发电器的连贯性和/或功能。在热电发电器中已提出了补偿元件以降低压力。但是在制造期间，热电发电器中的额外的补偿元件提高了技术成本。以此为基础，本专利技术的目的是至少部分地解决所描述的与现有技术相关的问题。 特别是说明了适于用在废气系统的热电发电器中的热电装置。在操作期间尽管存在有温度差异，但是该热电装置能够降低热端和冷端之间的热应力。通过根据权利要求1的特征的装置和通过根据权利要求8的用于制造热电装置的方法实现了这些目的。在从属权利要求中公开了根据本专利技术的装置的有益改进和这种装置到上级结构单元中的结合。应注意的是，在权利要求中单独说明的特征可以任何所需的技术上合适的方式相互结合，并且构成对本专利技术的进一步限定。说明书尤其是与附图相结合， 进一步解释并且说明了本专利技术的额外的示例性实施方案。根据本专利技术的热电装置包括至少一个第一流动管道和至少一个第二流动管道，具有至少一个配属于该至少一个第一流动管道的第一载体层，以及至少一个配属于该至少一个第二流动管道的第二载体层，至少一个处于第一载体层和第二载体层之间的中间空间，以及多个布置在该至少一个中间空间中且彼此电连接的P-掺杂和Π-掺杂的半导体元件，其中，在操作条件下，第一载体层的相对第一热膨胀和第二载体层的相对第二热膨胀相同。这里提出的热电装置尤其是布置在单个第一流动管道和单个第二流动管道之间， 或布置在多个第一流动管道和多个第二流动管道之间。流体即气体或液体各自地引导穿过装置各端上的流动管道。热电装置的一端称为热端，其中热流体流过配属于热端的流动管道。热电装置的另一端相应地称为冷端，其中相对低温的流体流过配属于冷端的流动管道。 在下文中总是假定，该至少一个第一流动管道形成热端而该至少一个第二流动管道形成冷端。但是，通常这也是可以互换的。在下文中，第一载体层配属于热端，第二载体层配属于冷端，但是本专利技术不限于这种配属关系。在机动车中，热端通常被分配废气系统的气体，而冷端被分配冷却回路的液体。特别是，配属于至少一个第一流动管道的第一载体层和配属于至少一个第二流动管道的第二载体层至少部分地形成了各自的流动管道的边界，即例如单个流动管道或多个流动管道的壁的一部分。因此，第一载体层和第二载体层热连接于热端的流体或冷端的流体。这样，温度梯度传递到布置在载体层之间的并且基于“塞贝克效应”可产生电流的半导体元件。载体层因而形成了热电装置的边界。在载体层之间设有半导体元件布置在其中的中间空间。因此，该中间空间特别是具有基本上仅由半导体元件的高度、数量和布置所预限定的范围。为了通过P-掺杂和η-掺杂的半导体元件实现选择性电流，每个载体层均可至少部分地具有半导体固定到其上并且彼此电连接的电绝缘层。对于电绝缘层而言，必须保证其不会过度阻碍热从载体层的外侧到半导体元件的传递。例如，可将碲化铋(Bi2Ti53)用作ρ-掺杂和η-掺杂的半导体元件的导体材料。此夕卜，可使用下面的材料[以。C计，高达下面的最高温度]η-型Bi2Te3[约 250 C ] ；PbTe[约 500 C ] ;Ba0.3Co3.95Ni0.05Sb12[约 600 C ] ；Bay(Co, Ni)4Sb12[约 600 C ] ；CoSb3 [约 700 C ] ；Ba8Ga16Ge30 [约 850 C ] ；La2Te3 [约 1100 C ]； SiGe[约 IOOO0C ] ；Mg2(Si, Sn)[约 700V ]；ρ-型(Bi，Sb)2TC3 [约 2000C ] ；Zn4Sb3 [约 380°C ] ；TAGS [约 600°C ] ；PbTe [约 500 V ]； SnTe [约 600°C] ；Cei^e4Sb12 [约 700°C ] ；YbwMnSb11 [约 1000°C ] ；SiGe [约 1000°C ] ；Mg2 (Si, Sb)[约 600 °C ]。在根据本专利技术的热电装置中，因此两个载体层用于限定中间空间的边界，并且用于热从流动管道到半导体元件的传递。这里，可通过包括具有不同导电率的材料的小长方体的方式来制得半导体元件。在各情况中，两种不同的半导体元件(P-掺杂和η-掺杂)优选地以其一起形成串联回路的方式彼此电连接。两个载体层中的一个吸收流入的热流(热端)，而另一个载体层输出流出的热流(冷端)。考虑到单个半导体元件的布置或布线设计， 半导体元件的类型、设计和/或位置可适应于安装空间、所需热电流、电流的导向路径等，其中这里它们尤其可不相同。特别地，热电装置具有一组或多组彼此串联的半导体元件，其中每个组形成彼此独立的或通过并联电路彼此连接的回路。相对热膨胀由载体层的平均膨胀系数与在热电装置的操作条件下该载体层所经受的温度差异之积而产生。平均膨胀系数是由在温度升高的情况下的长度在静态温度下的整体长度中的变化所形成的因子。平均膨胀系数的单位是I/Kelvin。这里，在平均膨胀系数的确定期间，长度的变化定义为在静态温度时的载体层长度和在(最大)操作温度时的载体层长度之间的差异。温度差异由(最大)操作温度和静态温度(在操作条件下)之间的差异产生。对于第一载体层和第二载体层来说，静态温度典型地在-20°C到40°C之间，优选地在0°C到20°C之间，特别优选地精确为10°C。热端的(最大)操作温度在150°C到900°C 之间，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.28 DE 10200903922891.一种热电装置(1)，包括至少一个第一流动管道(8)和至少一个第二流动管道(9)，具有至少一个配属于所述至少一个第一流动管道(8)的第一载体层(3)，以及至少一个配属于所述至少一个第二流动管道(9)的第二载体层(4)，至少一个处于所述第一载体层(3)和第二载体层(4)之间的中间空间(5)，以及多个布置在所述至少一个中间空间(5)中且彼此电连接的ρ-掺杂和η-掺杂的半导体元件(7)，其特征在于，在操作条件下，所述第一载体层的相对第一热膨胀和所述第二载体层的相对第二膨胀相同。2.根据权利要求1所述的热电装置(1)，其特征在于，所述第一载体层具有2Χ10_6/Κ 到10. 2 X IO-6A的膨胀系数，并且所述第二载体层具有12Χ 10_6/Κ到28. 4Χ 10_6/Κ的膨胀系数。3.根据上述权利要求中一项所述的热电装置(1)，其特征在于，所述第一载体层(3)或所述第二载体层(4)包括这样的合金，其含有至少9.0%重量比例的镍，至多1.0%重量比例的硅，以及至少一种选自锰、铬、碳、钼、钴、铝、钛、铜和铌的元素以及铁。4.根据权利要求3所述的热电装置(1)，其特征在于，所述第一载体层(3)包括第一合金，其中镍的比例至少为32.0%重量，锰的比例最多为1.0%重量，并且不含有任何铜。5.根据权利要求3或4所述的热电装置(1)，其特征在于，所述第一载体层(3)包括这样的合金，其中镍的比例在28...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·布吕克，西格丽德·利姆贝克，
申请(专利权)人：依米泰克排放技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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