热电模块、用于其的框架以及包括热电模块的车辆的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月1日提交的韩国专利申请第10-2018-0117092号的优先权和权益，通过引证将其全部内容结合于本文中。

本公开内容涉及热电模块、用于其的框架、以及包括热电模块的车辆。更具体地，本公开内容涉及具有朝向热侧和冷侧交替弯曲的形状的热电模块框架、包括框架的热电模块、以及包括热电模块的车辆。

背景技术：

该部分中的陈述仅提供了与本公开内容内容相关的背景信息并且不可构成现有技术。

热电模块用于热电发电机系统中，使用通过在相对侧使用不同温度产生电动势的塞贝克效应。

当热电模块用于发电时，可以通过在热侧与冷侧之间保持显着的温差来增加热电发电的输出。在这种情况下，从热源到热电模块的传热率对发电的输出具有很大的影响。

例如，热电模块可以用于使用来自车辆的排气系统的废热产生电力的领域。

一般的热电模块包括布置在具有板形的基板上的多个热电元件、以及从具有预定面积的表面的热源接收热能的高温部分。在热电模块被安装在车辆的排气系统中的情况下，热电模块必须安装在具有热电模块的高温部分能够与之相接触的预定面积的平坦表面的部分上，因此热电模块的安装方面存在限制。替代性地，在热电模块被安装在诸如排气管等弯曲表面上的情况下，热能不能有效地从热源传递至热电模块，损失了大量的热能。

技术实现要素：

本公开内容的一方面提供了一种热电模块，该热电模块具有用于使用多边形或圆形管道热源有效地执行热电发电的结构。

本公开内容的另一方面提供了一种具有对外部冲击鲁棒的结构的热电模块。

本公开内容要解决的技术问题不限于前述问题，并且本文中未提到的任何其他技术问题将由本公开内容所属领域中的技术人员从以下描述中清楚理解。

根据本公开内容的一方面，热电模块包括：框架，交替地朝向热源所在的热侧和冷却介质所在的冷侧弯曲，该框架具有与热源相接触的多个热侧端部、与冷却介质相接触的多个冷侧端部、以及连接该多个热侧端部和该多个冷侧端部的多个热电元件安装部；多个n型热电元件和多个p型热电元件，被布置在热电元件安装部上；以及多个第一电极和多个第二电极，串行电连接被布置在每个热电元件安装部上的该多个n型热电元件和该多个p型热电元件。

根据本公开内容的另一方面，用于热电模块的框架具有沿向上/向下方向有预定厚度的板形，并且包括多个引导凹槽，该多个引导凹槽交替地成对形成在框架的顶侧和底侧上以允许框架交替地向上和向下弯曲。该多个引导凹槽沿垂直于向上/向下方向的第一方向延伸并且被布置成沿垂直于向上/向下方向和第一方向的第二方向彼此平行。

该多个引导凹槽包括形成在框架的顶侧上的多对第一引导凹槽以及形成在框架的底侧上的多对第二引导凹槽。

每对第一引导凹槽彼此间隔第一距离，每对第二引导凹槽彼此间隔第二距离，并且一对第一引导凹槽与一对第二引导凹槽间隔第三距离，使得被安装在热电模块中的框架具有与热源相接触的多个热侧端部、与冷却介质相接触的多个冷侧端部、以及连接该多个热侧端部和该多个冷侧端部并且其上布置有热电元件的多个热电元件安装部。

根据本公开内容的另一方面，车辆包括：排气管，高温流体穿过该排气管流动；以及热电模块，被安装在排气管上，从而使用流动穿过排气管的流体的热量生成电力。

热电模块包括：框架，交替地朝向排气管所在的热侧和冷却介质所在的冷侧弯曲，该框架具有与排气管相接触的多个热侧端部、与冷却介质相接触的多个冷侧端部、以及连接该多个热侧端部和该多个冷侧端部的多个热电元件安装部；多个n型热电元件和多个p型热电元件，被布置在热电元件安装部上；以及多个第一电极和多个第二电极，串行电连接被布置在每个热电元件安装部上的该多个n型热电元件和该多个p型热电元件。

另外的应用领域从本文中所提供的描述中将变得显而易见。应理解的是，描述和具体实例仅旨在用于说明的目的，而并非旨在限制本公开内容内容的范围。

附图说明

为了可以充分理解本公开内容内容，现在将参考附图以实例的方式描述本公开内容内容的各种形式，在附图中：

图1是示出了本公开内容的一种形式中的热电模块的示意图；

图2是示出了图1的框架的示图；

图3是示出了呈非弯曲状态的框架的示图；

图4是示出了图3的部分a的示图；

图5是示出了夹紧构件被安装在图3的部分a中的状态的示图；以及

图6是示出了缓冲构件被安装在本公开内容的一种形式中的热电模块中的状态的示图。

本文中描述的附图仅出于说明的目的，而不旨在以任何方式限制本公开内容的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，而不旨在限制本公开内容、应用或用途。应理解的是，贯穿所有附图，对应的参考数字指示相似或对应的部分和特征。

在下文中，将参考附图来详细描述本公开内容的一些形式。应理解的是，即使在不同的附图中示出，相同的元件在这些附图中具有相同的参考数字。此外，在描述本公开内容的一些形式时，与公知功能或配置相关的详细描述在可能使本公开内容的主题不必要地模糊时将被省略。

图1是示出了在本公开内容的一些形式中的热电模块的示意图。

在本公开内容的一些形式中，热电模块可以包括框架110、多个热电元件120和多个电极130。

一般的热电模块包括布置在具有板形的基板上的多个热电元件、以及从具有预定面积的表面的热源接收热能的高温部分。在热电模块被安装在车辆的排气系统中的情况下，热电模块必须安装在具有热电模块的高温部分能够与之相接触的预定面积的平坦表面的部分上，因此热电模块的安装方面存在限制。替代性地，在热电模块被安装在诸如排气管等弯曲表面上的情况下，热能不能有效地从热源传递至热电模块，损失了大量的热能。

在本公开内容的一些形式中，热电模块适用于各种形式的热源。更具体地，在本公开内容的一些形式中，热电模块具有基本特征，其中，为了提供可以与各种形式的热源接触的接触部分，热电模块包括框架110，该框架交替地朝向热源所在的热侧和冷却介质所在的冷侧弯曲，该框架具有与热源相接触的多个热侧端部、与冷却介质相接触的多个冷侧端部、以及连接该多个热侧端部和该多个冷侧端部的多个热电元件安装部。

下面将更详细地描述本公开内容的一些形式中的热电模块的特性。

在以下描述中，将以热电模块安装在车辆的排气管3上为例。车辆的排气管3可以具有圆形截面，并且热电模块可以安装成围绕排气管3的外圆周表面的至少一部分。

然而，可应用本公开内容的热电模块的热源不限于此，并且热电模块可以设置在除了车辆的排气管3之外的各种位置中。例如，本公开内容的热电模块可以被安装成围绕具有多边形截面的管道的外表面的至少一部分。

参考图1，热源可以是具有管状的排气管3，高温排气流动穿过该排气管。排气可以通过排气管3排放到车辆外部，并且可以将其热能传递至排气管3。

框架110可以包括热侧端部111、冷侧端部112、以及连接热侧端部111和冷侧端部112的热电元件安装部113。

框架110可以形成为沿向上/向下方向有预定厚度的板形。

框架110可以交替地朝向热源所在的热侧和冷却介质所在的冷侧弯曲，从而具有与热源相接触的多个热侧端部111、与冷却介质相接触的多个冷侧端部112、以及连接该多个热侧端部111和该多个冷侧端部112的多个热电元件安装部113。

框架110可以包括面朝排气管3的内表面和面朝冷却介质的外表面。也就是说，呈非弯曲状态的框架110的一个表面可以对应于内表面，并且框架110的与内表面相反的相反表面可以对应于外表面。

该多个热侧端部111可以具有与排气管3相接触的热侧接触表面，并且可以沿排气管3的圆周方向布置。

该多个冷侧端部112可以具有与冷却介质相接触的冷侧接触表面，并且可以沿圆周方向布置。冷却介质可以是冷却构件140。

冷却介质是被设置成与该多个冷侧端部112交换热量并且被外部空气冷却的空冷式冷却构件140。

空冷式冷却构件140可以包括面朝排气管3并与该多个冷侧端部112相接触的内端。空冷式冷却构件140可以包括与内端相对并由外部空气冷却的外端。

在本公开内容的一些形式中，空冷式冷却构件140可以具有包括多个冷却鳍的形状。

在本公开内容的一些形式中，空冷式冷却构件140可以交替地朝向与框架110相接触的内侧和与内侧相对的外侧弯曲。例如，如图1中所示，空冷式冷却构件140可以交替地朝向内侧和外侧弯曲，以使内端与该多个冷侧端部112相接触，并且外端由外部空气冷却。

空冷式冷却构件140可以安装成在框架110外部沿圆周方向围绕框架110。

在本公开内容的一些形式中，尽管未示出，但冷却介质可以是水冷式冷却构件，其设置成与该多个冷侧端部112交换热量并且冷却水流动穿过该冷却构件。在这种情况下，水冷式冷却构件可以在其中具有冷却水循环通道，流入水冷式冷却构件的冷却水通过该冷却水循环通道循环。例如，冷却介质可以是冷却套管，冷却水流动穿过该冷却套管。

在本公开内容的一些形式中，尽管未示出，但是热电模块可以配置成使得冷侧端部112由外部空气冷却。在这种情况下，冷却装置可以是外部空气或与外部空气连通的构件。

多个n型热电元件121和多个p型热电元件122可以布置在热电元件安装部113上。该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件可以沿纵向交替地布置在每个热电元件安装部113上，排气管3沿该纵向延伸，并且该纵向垂直于圆周方向(参见图1)。

该多个热电元件安装部113可以具有面朝热源的内表面1131和面朝冷却构件140的外表面1132。

该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件122可以设置在该多个热电元件安装部113的外表面1132上。也就是说，该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件122可以布置在框架110的外表面上。

图2是示出了图1的框架110的示图。

框架110可以被设计成将热量从热源有效地传递至热电元件120。框架110可以由具有高电绝缘电阻的材料形成，以改善热电模块的性能。

例如，框架110可以由诸如聚酰亚胺等耐热聚合物形成。

在该多个热电元件安装部113中，在每个冷侧端部112和与其连接的两个热电元件安装部113之间的角度可以大于90度，使得冷侧端部112和与其连接的这两个热电元件安装部113形成梯形，其中，冷侧端部112作为上底，这两个热电元件安装部113作为侧边。

参考图2，框架110可以安装在排气管3上，使得每个冷侧端部112和与其连接的热电元件安装部113之间具有大于90度的角度1。此外，框架110可以安装在排气管3上，使得每个热侧端部111和与其连接的热电元件安装部113之间具有大于90度的角度2。

也就是说，冷侧端部112、与其连接的两个热电元件安装部113以及排气管3可以形成梯形，其中冷侧端部112作为上底，排气管3的外圆周表面的一部分作为下底，并且这两个热电元件安装部113作为侧边。

换句话说，框架110可以安装在排气管3上以形成类似于齿轮齿的形状。

在本公开内容的一些形式中，框架110可以安装在排气管3上以完全地在圆周上围绕排气管3。在这种情况下，排气管3和框架110可以作为整体，形成具有齿轮形状的截面。

上述配置的框架110可以在排气管3振动时分配施加到热电模块的冲击，从而改善热电模块的结构稳定性。

冷侧端部112和与其连接的热电元件安装部113中的每一者可以与排气管3一起形成缓冲空间。也就是说，缓冲空间可以是由冷侧端部112、与其连接的两个热电元件安装部113以及排气管3的外圆周表面的一部分围绕的空间。如图2中所示，缓冲空间可以具有基本上梯形的截面。

图3是示出了呈非弯曲状态的框架110的顶部视图。

参考图3，框架110可以具有沿纵向和横向延伸的矩形板形。

框架110可以包括用于引导框架110弯曲的位置的引导凹槽114。引导凹槽114可以形成在该多个热侧端部11与该多个热电元件安装部113之间以及该多个冷侧端部112与该多个热电元件安装部113之间。

每个引导凹槽114可以形成在框架110的顶侧或底侧上，以面朝框架110弯曲的方向。

框架110可以包括沿框架110的纵向延伸的多个引导凹槽114，并且沿框架110的横向彼此平行布置，从而允许框架110向上和向下交替地弯曲。该多个引导凹槽114可以在框架110的顶侧和底侧上成对地交替形成。

该多个引导凹槽114可以包括形成在框架110的顶侧上的多对外引导凹槽1141以及形成在框架110的底侧上的多对内引导凹槽1142。

每对外引导凹槽1141可以彼此间隔第一距离d1以形成每个热侧端部111。

每对内引导凹槽1142可以彼此间隔第二距离d2以形成每个冷侧端部112。

一对外引导凹槽1141可以与一对内引导凹槽1142间隔第三距离d3，以形成每个热电元件安装部113。

框架110可以具有保持弯曲状态的属性。

框架110弯曲的位置以及框架110弯曲的方向可以由引导凹槽114引导。因此，在安装框架110时，框架110可以通过向框架110施加力而交替地向上和向下弯曲，因此可以易于安装在排气管3上。

参考图3，该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件122可以沿框架110的纵向交替地布置在热电元件安装部113上。

热电模块可以包括多个热侧电极131和冷侧电极132，以用于串行电连接布置在每个热电元件安装部113上的该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件122。

该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件122可以通过热侧电极131和冷侧电极132串行电连接。

该多个n型热电元件121可以包括与热侧端部111相邻的一个端部和与冷侧端部112相邻的相反端部。

该多个p型热电元件122可以包括与热侧端部111相邻的一个端部和与冷侧端部112相邻的相反端部。

每个热侧电极131可以连接彼此相邻的n型热电元件121和p型热电元件122。热侧电极131可以连接n型热电元件121的与热侧端部111相邻的一个端部和p型热电元件122的与热侧端部111相邻的一个端部。也就是说，每个热侧电极131可以在热侧处连接相邻的n型热电元件121和p型热电元件122。

每个冷侧电极132可以连接彼此相邻的n型热电元件121和p型热电元件122。冷侧电极132可以连接n型热电元件121的与冷侧端部112相邻的相反端部和p型热电元件122的与冷侧端部112相邻的相反端部。每个冷侧电极132可以在冷侧处连接未通过热侧电极131连接的相邻的n型热电元件121和p型热电元件122。

布置在每个热电元件安装部113上的该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件122可以通过电极130串行电连接。

参考图3，在布置在每个热电元件安装部113上的多个热电元件120中，位于框架110的相对的纵向端上的热电元件120可以连接到要供以电力的物体的正(+)电极和负(-)电极。这里，要供以电力的物体可以是从热电模块接收电力的车辆的电子单元或者存储由热电模块产生的电力的能量存储装置。

例如，在布置在任一个热电元件安装部113上的多个热电元件120中，位于框架110的一个纵向端上的热电元件120可以连接到正(+)电极，并且位于框架110的相反纵向端上的热电元件120可以连接到负(-)电极。

在本公开内容的一些形式中，尽管未示出，但布置在热电元件安装部113上的多个热电元件120可以在框架110的沿纵向的远端处电连接在一起。电极30可以还包括用于电连接布置在彼此相邻的热电元件安装部113上的多个热电元件120的连接电极，并且布置在框架110上的所有或一些热电元件安装部113可以通过连接电极串行电连接。在这种情况下，在该多个热电元件120中，位于框架110的一个纵向端和一个侧向端上的热电元件120可以连接到要供以电力的物体的正(+)电极，并且位于框架110的相反纵向端和相反侧向端上的热电元件120可以连接到要供以电力的物体的负(-)电极。

图4是示出了图3的部分a的示图。

参考图4，电极130可以被印制在热电元件安装部113上。在热电元件120被设置在热电元件安装部113上的状态下，用于将热电元件120串行电连接的热侧电极131和冷侧电极132可以被提供在热电元件安装部113上。

每个n型热电元件121可以在其相对的两端上具有金属涂层1211，这些金属涂层是金属涂覆层。每个p型热电元件122可以在其相对的两端上具有金属涂层1221，这些金属涂层是金属涂覆层。

该多个n型热电元件121和该多个p型热电元件122可以安装在与热电元件安装部130上的电极130相对应的位置，使得金属涂层1211和1221与热侧电极131和冷侧电极132相接触。

如上所述，可以安装热电元件120，其中电极130被预先印制在框架110上，因此可以以容易且简单的方式有效地制造热电模块。

另外，在热电元件120的相对端上的金属涂层1211和1221可以导致热电元件120与电极130之间的电连接的改善。

图5是示出了夹紧构件150被安装在图3的部分a中的状态的示图。

在本公开内容的一些形式中，热电模块可以还包括夹紧构件150，以用于将热电元件120牢固地固定到框架110。

每个夹紧构件150可以环绕彼此相邻的n型热电元件121和p型热电元件122的端部，并且可以连接到热电元件安装部113。

夹紧构件150使得热电元件120与电极130之间的电连接更稳定，并且可以改善热电元件120与热电元件安装部113之间的联接力。

图6是示出了缓冲构件160被安装在本公开内容的一些形式中的热电模块中的状态的示图。

在本公开内容的一些形式中，热电模块可以还包括缓冲构件160。

缓冲构件160可以被设置在由该多个冷侧端部112、该多个热电元件安装部113和排气管3限定的缓冲空间中，并且可以减少排气管3与框架110之间的振动。

例如，在车辆行驶时，排气管3可能由于发动机的影响而振动。在这种情况下，缓冲构件160可以减少通过框架110从排气管3到热电元件120的振动传递，从而防止由于热电模块的部件的变形或分离而导致的热电模块的性能劣化。

缓冲构件160可以改善热电模块与排气管3之间的联接力。缓冲构件160可以结合到框架110和排气管3的外圆周表面上，以增加热电模块与排气管3之间的结合面积。

缓冲构件160可以具有与缓冲空间的形状对应的形状，从而进一步改善缓冲效果和联接力。

缓冲构件160可以优选地具有高耐热性，以将热量从排气管3有效地传递到热电元件120。其目的是使从热源到缓冲构件160的热传递最小化，从而将更大量的热量从热源传递到热电元件120。

例如，缓冲构件160可以由诸如泡沫聚苯乙烯等多孔材料形成。

上述配置的热电模块适用于各种形式的管道热源，并且具有能够有效利用从管道热源供应的热能的结构。

即使热电模块被安装在车辆的排气管3上并且暴露于诸如振动等外部冲击，也可以防止具有对外部冲击鲁棒的结构的热电模块被损坏并且可以保持其性能。具体地，框架110的弯曲部分的角度可以大于90度，由此可以有效地分配施加到框架110的外部冲击。此外，也可以通过缓冲构件160来减轻施加到框架110和热电元件120的外部冲击。

另外，根据本公开内容的用于热电模块的框架110可以具有适合于制造根据本公开内容的热电模块的引导凹槽114。引导凹槽114可以引导框架110弯曲的方向和框架110弯曲的位置，从而便于热电模块的安装和制造。

在本公开内容的一些形式中，至少实现了以下效果。

首先，热电模块包括框架，该框架交替地朝向热源所在的热侧和冷却介质所在的冷侧弯曲，具有热侧端部、冷侧端部和热电元件安装部，由此热电模块适用于各种形式的热源，以有效地从热源接收热能。

其次，框架被弯曲以形成热侧端部、冷侧端部和热电元件安装部，由此当外部冲击施加到热电模块时，整体的框架可以分配外部冲击，从而提高热电模块的结构稳定性。

第三，因为根据本公开内容的热电模块具有较少的由于安装环境的限制，因此容易增大热电模块的尺寸，并且可以通过根据热源优化热电模块的应用面积来使热电发电最大化。

第四，根据本公开内容的热电模块具有比现有技术中的热电模块更简单的配置，从而实现了重量和体积的减小。

第五，在由外部空气冷却热电模块的冷侧的情况下，不必供应用于操作热电模块的单独的电力，因此可以在没有电力消耗的情况下操作热电模块。

本公开内容的效果不限于前述效果，并且本文中未提到的任何其他效果将由本公开内容所属领域中的技术人员从以下所附权利要求中清楚理解。

本公开内容的描述本质上仅是示例性的，并且因此，不背离本公开内容内容的实质的变形旨在包含在本公开内容的范围内。此种变形不被认为背离本公开内容的精神和范围。