热电热泵的制作方法

专利名称：热电热泵的制作方法
技术领域：
本公开涉及热电装置的领域，并特别涉及改善的热电装置外壳和构件。
背景技术：
某些热电(TE)装置，有时称为塞贝克_珀尔帖(Seebeck-Peltier)装置、珀尔帖 (Peltier)装置、热电发动机、热电传热或热电热泵，应用珀尔帖效应，以当电压施加到有时 被称为热电材料或复合物的某些类型的材料两端时，逆温度梯度传热。TE材料的示例包括 例如具有相对高的塞贝克(Seeback)系数的掺杂PbTe、Bi2Te3和其它材料。塞贝克系数是 将材料区域两端温差与材料区域两端对应电势差关联的值。至少一些TE装置的效率可通过从其中由于例如珀尔帖效应而积聚热能的装置区 域移除热能来改善。例如，这样的热能移除可通过移动废流体流(例如空气)使其穿过TE 材料的高温部分或附连到所述高温部分的传热结构来实现。此外，TE装置有时移动主流体 流使其穿过TE材料的低温部分或附连到所述低温部分的传热结构，从而从主流体流移除 热量。主流体流可用于例如冷却封闭空间、材料或器材。TE装置通常安装在外壳中，该外壳使流体流的路线穿过可操作地耦合到TE材料 的传热。现有TE装置外壳和构件具有多种缺点。

发明内容
某些实施例提供用于热电热泵的构件，包括外壳，外壳具有在外壳中形成的大体 绝热的多个流体通道；可操作地连接到外壳的第一热电模块，该第一热电模块包括主接头 和废接头；细长传热元件，该细长传热元件从第一热电模块的主接头和废接头中的至少一 个延伸到多个流体通道中的至少一个内；至少一个缝隙，该缝隙将细长传热元件划分为多 个传热区段，多个传热区段通过至少一个缝隙与相邻传热区段至少部分绝热，至少一个缝 隙被定向为使得当流体流过热电热泵的流体通道时流体穿过至少一个缝隙；以及跨过至少 一个缝隙延伸的至少一个桥元件，该至少一个桥元件将多个传热区段中的至少一个连接到 第二传热区段。该构件可进一步包括可操作地连接到外壳的第二热电模块，第二热电模块具有第 二主接头和第二废接头。第一热电模块和第二热电模块可被排布在大体平行的平面中，并 且其中第一热电模块和第二热电模块被定向为使得第一热电模块的废接头和第二热电模块的第二废接头面向彼此。细长传热元件可从第一热电模块的废接头延伸到第二热电模块 的第二废接头。可替换的，细长传热元件延伸的距离可为从第一热电模块的废接头到第二 热电模块的第二废接头的距离的大约一半。在一些实施例中，至少一个桥元件通过去除细长传热元件的部分而形成。该构件 可进一步包括将第二传热区段连接到第三传热区段的至少一个第二桥元件，其中至少一个 桥元件和第二桥元件沿至少一个缝隙布置在交错位置处。该构件可具有包括多个行的传热区域，多个行中的每行都包括多个热电模块，其 中多个流体通道可包括被配置为与传热区域的高温部分大体热连通的废流体通道；以及被 配置为与传热区域的低温部分大体热连通的主流体通道。通道外壳可在废流体通道中的流 体和主流体通道中的流体之间提供屏障。废流体通道和主流体通道可被定位和成形，以使 被布置在通道外壳的相反侧附近的流体之间的温差在沿通道的对应位置处被大体最小化。一些额外实施例提供制造热电热泵的方法。该方法可包括提供外壳，外壳具有在 外壳中形成的大体绝热的多个流体通道；将第一热电模块可操作地连接到外壳，第一热电 模块包括主接头和废接头；在外壳内布置细长传热元件，细长传热元件从第一热电模块的 主接头和废接头中的至少一个延伸到多个流体通道中的至少一个内；在细长传热元件中提 供至少一个缝隙，缝隙将细长传热元件划分为多个传热区段，多个传热区段通过至少一个 缝隙与相邻传热区段至少部分绝热，至少一个缝隙被定向为使得当流体流过热电热泵的流 体通道时流体穿过至少一个缝隙；以及跨过至少一个缝隙布置至少一个桥元件，至少一个 桥元件将多个传热区段中的至少一个连接到第二传热区段。该方法可进一步包括将第二热电模块可操作地连接到外壳，第二热电模块包括第 二主接头和第二废接头。在一些实施例中，该方法包括将第一热电模块和第二热电模块排 布在大体平行的平面中；以及定向第一热电模块和第二热电模块以使第一热电模块的废接 头和第二热电模块的第二废接头面向彼此。该方法也可包括在第一传热模块的废接头和第 二传热模块的第二废接头之间布置细长传热元件。在一些实施例中，细长传热元件被布置 为使得细长传热元件延伸的距离为从第一传热模块的废接头到第二传热模块的第二废接 头之间的距离的大约一半。该方法也可包括通过去除细长传热元件的部分形成至少一个桥元件。该至少一个 桥元件可连结多个分开的传热区段，从而形成细长传热元件。在某些实施例中，该方法包括在第二传热区段和第三传热区段之间布置至少一个 第二桥元件。该至少一个桥元件和第二桥元件可沿至少一个缝隙布置在交错位置处。某些进一步的实施例提供操作热电热泵的方法。该方法可包括导引流体流进入在 外壳中形成的多个大体绝热的流体通道中的至少一个；朝向可操作地连接到外壳的第一热 电模块导引流体流，第一热电模块包括主接头和废接头；导引流体流穿过细长传热元件，细 长传热元件从第一热电模块的主接头和废接头中的至少一个延伸到多个流体通道中的至 少一个内；以及导引流体流穿过将细长传热元件划分为多个传热区段的至少一个缝隙，多 个传热区段通过至少一个缝隙与相邻传热区段至少部分绝热。至少一个桥元件被布置为跨 过至少一个缝隙，至少一个桥元件将多个传热区段中的至少一个连接到第二传热区段。一些实施例提供用于热电热泵的构件，该构件包括传热区段，该传热区段包括多 个行，多个行中的每行都包括多个热电模块，热电模块中的每个都包括高温接头和低温接头；被配置为与传热区域的高温部分大体热连通的废流体通道；被配置为与传热区域的低 温部分大体热连通的主流体通道；以及在废流体通道中的流体和主流体通道中的流体之间 提供屏障的通道外壳。废流体通道和主流体通道可被定位和成形，以使被布置在通道外壳的相反侧附近 的流体之间的温差在沿通道的对应位置处被大体最小化。传热区域的高温部分可包括可操 作地连接到多个热电模块中的至少一个高温接头的第一换热器。该第一换热器可包括至少 一个缝隙，该至少一个缝隙将换热器划分为多个传热区段，该多个传热区段通过至少一个 缝隙与相邻传热区段至少部分绝热，该至少一个缝隙被定向为使得流体在流过热电热泵的 废流体通道时流动穿过至少一个缝隙；以及延伸跨过至少一个缝隙的至少一个桥元件，该 至少一个桥元件将多个传热区段中的至少一个连接到第二传热区段。传热区域的低温部分可包括可操作地连接到多个热电模块的至少一个低温接头 的第二换热器。热界面材料可被布置在导热翅片和多个热电模块的接头之间。第一换热器 可包括以规则间隔隔开的翅片排布，并且其中第一换热器中的翅片的排列提供不同于第二 换热器的传热能力。第一换热器可包括厚度大于第二换热器的导热翅片的厚度的至少一个 导热翅片。第一换热器可包括突出至少一个高温接头的至少一个伸出部分，并且第二换热器 包括突出至少一个低温接头的至少一个伸出部分。通道外壳可包括被配置为位于第一换热 器的伸出部分和第二换热器的伸出部分之间的突起，突起被配置为在传热区域的高温部分 和传热区域的低温部分之间的边界处接触传热区域，以使在通道外壳和传热区域之间的接 头处的废流体通道和主流体通道之间的泄漏被大体最小化。通道外壳可由具有导热率不大于约0. Iff/(mXk)的至少一部分的材料系统构造 成。该材料系统的至少一部分可包括泡沫材料、复合结构或聚苯乙烯和聚苯醚的共聚物。邻近传热区域的通道外壳的至少一些部分可以大体气密的接合而被结合到传热 区域。从由粘合剂、密封剂、填缝剂、垫片材料或凝胶构成的集合中选择出的材料可布置在 通道外壳和被通道外壳接触的传热区域的部分之间。该材料可包括硅树脂或聚氨酯中的至 少一种。通道外壳可包括被配置为在传热区域的高温部分和传热区域的低温部分之间的 边界处接触传热区域的突起，以使在通道外壳和传热区域之间的接头处的废流体通道和主 流体通道之间的泄漏被大体最小化。该构件可包括被可操作地连接从而在废流体通道中提供流体流的第一风扇。第二 风扇可被可操作地连接从而沿着与废通道中的流体流相反的方向在主流体通道中提供流 体流。热电模块的第一行可并联电连接。热电模块的第二行同样可并联电连接。第一行 和第二行可串联电连接。一个或更多个额外行可具有并联电连接的多个热电模块。一个或 更多个额外行可相互串联电连接，且与第一行以及第二行串联电连接。构件可进一步包括 第三行和第四行。每行都可包括并联电连接的多个热电模块。在每个实施例中，多个行中 的每行都包括四个热电模块。第一行和第二行可紧凑地层叠在一起。多个热电模块可被定向为使得第一热电模块的高温接头和第二热电模块的高温 接头面向彼此。第一热电模块和第二热电模块每个都可含有输入端子和输出端子，第一热电模块的输入端子和第二热电模块的输出端子布置在第一侧，并且第一热电模块的输出端 子和第二热电模块的输入端子布置在第二侧。在某些实施例中，该构件被配置为使得热电热泵在一个或更多个热电模块不起作 用之后继续运行，直到行中的多个热电模块中的每个都不起作用为止。该构件可包括被配置为在层叠中将多个行保持在一起的至少一个阵列连接元件。多个热电模块中的每个都可包括第一电端子和第二电端子。该构件可包括导体定 位器件，该导体定位器件具有布置在其上的第一电导体和第二电导体。第一电导体和第二 电导体的位置可相对于导体定位器件固定。至少第一电导体可被配置为将多个行中的至少 一行中的热电模块的第一电端子电连接到第一电源端子。至少第二电导体可被配置为将多 个行中的至少一行中的热电模块的第二电端子电连接到第二电源端子或接地中的至少一 个。导体定位器件可包括电绝缘元件。第一电导体和第二电导体可包括沉积在电绝缘 元件上的导电迹线。该构件可包括定位在传热区域第一端的第一夹子；定位在与第一端相反的传热区 域第二端的第二夹子；以及固定到第一夹子和第二夹子的托架，托架沿传热区域的顶侧延 伸。第一夹子和第二夹子具有被配置为使沿夹子的整个长度施加的力相等的形状。在 一些实施例中，第一夹子和第二夹子是弯曲的。第一夹子和第二夹子可包括被配置为插入 在托架中形成的凹槽的凸出件，从而提供牢固地接合。第一夹子和第二夹子可包括夹子钩， 并且托架可包括托架钩。夹子钩和托架钩可被配置为当棒杆插入夹子钩和托架钩之间时提 供牢固地接合。传热区域可进一步包括可操作地连接到多个热电模块的多个细长传热元件。托架 可包括被配置为允许托架长度延展的弹簧元件，以使托架被配置为以紧密的接合夹住热电 模块的行和多个细长传热元件。弹簧元件包括在沿托架的长度的位置处形成的凹陷。在一 些实施例中，弹簧元件包括成形表面，该成形表面被配置为在张力施加于其时变平。传热区域可进一步包括多个可操作地连接到多个热电模块的多个细长传热元件。 托架可被配置为将热电模块的行和多个细长传热元件紧密地保持在一起至少十年。托架可 包括一条玻璃纤维增强带。热界面材料可布置在托架和热电模块之间。在一些实施例中，用于使流体从废通道和主通道流入或流出的多个通口沿着第一 方向层叠。在所述实施例中的至少一些中，传热区域的交替高温和低温部分沿着第二方向 排列，其中该第二方向大体垂直于第一方向。在一些实施例中，传热区域的高温部分包括多 个在空间上分离的高温区域。在一些实施例中，传热区域的低温部分包括多个在空间上分 离的低温区域。在某些实施例中，热电模块经定位/或定向从而减少或最小化在空间上分 离的高温区域和低温区域的数量。


图IA是在热电装置中引导空气的器件的实施例的透视图。图IB是在图IA中示出的器件的顶视图。图IC是在图IA中示出的器件的端视图。
图ID是在图IA中示出的器件的侧视图。图IE是在图IA中示出的器件的另一端视图。图2A是纳入在图IA中示出的空气引导器件的热电装置的外壳的示意图。图2B是在图2A中示出的示意图的另一视图。图3A是在热电装置中引导空气的器件的另一实施例的透视图。图3B是在图3A中示出的器件的顶视图。图3C是在图3A中示出的器件的端视图。图3D是在图3A中示出的器件的侧视图。图3E是在图3A中示出的器件的另一端视图。图3F是在图3A中示出的器件的底视图。图4A是纳入在图3A中示出的空气引导器件的热电装置的外壳的示意图。图4B是在图4A中示出的示意图的另一视图。图5是示出在热电装置的废流体通道中的流体温度和位置之间的示例关系的图表。图6是示出在热电装置的主流体通道中流体温度和位置之间的示例关系的图表。图7是热电装置外壳的部分的透视图。图8A是在热电装置中传热元件的示意图。图8B是在热电装置中传热元件的另一示意图。图9A示出在一些热电装置外壳实施例中使用的夹子。图9B示出具有夹子的热电模块和传热元件。图10是在热电装置中电网络的示意图。图11是具有配线的热电模块阵列的透视图。图12是热电装置外壳的部分的透视图。图13示出附连到热电模块的传热元件。图14是示出与热电装置一起使用的分段翅片(fin)的示意图。图15A-15B示出在一些热电装置实施例中使用的夹子。图16A-16B示出在一些热电装置实施例中使用的一行热电模块的构造。图17A-17B示出在一些热电装置实施例中使用的托架。图18示出热电装置的一部分。图19A-19B示出在一些热电装置实施例中使用的一行热电模块的构造。图20示出在一些热电装置实施例中使用的导体定位器件。图21示出在一些热电装置实施例中使用的导体定位器件。图22示出在一些热电装置实施例中使用的热电模块阵列。图23A-23B是在一些热电装置实施例中使用的流体引导外壳的视图。图24示出安装在流体引导外壳中的热电模块阵列。
具体实施例方式TE热泵包括逆热梯度从一个接头(例如，低温接头或主接头)向另一接头(例如， 高温接头或废接头)传热的一个或更多个TE模块。一种或更多种合适的TE材料可用于该目的。第一被限定的通道为废流体流提供过道，其中流体被布置为与高温接头大体热连通。 在第一被限定的通道中流动的流体可从高温接头移除热量。在一些实施例中，废通道与流 体储藏器(例如，在外部环境中的储藏器，比如大气)或其它吸热器(heat sink)连通。使 用流体帮助从高温接头移除热能可改善TE热泵的效率。废通道可由任何合适结构封闭，例 如，具有低导热系数的材料(例如泡沫)或在由废通道限定的过道与TE热泵除高温接头之 外的部分之间提供大体绝热的结构。可以可操作地连接合适装置(例如机械风扇)从而使 流体移动通过废通道。在一些实施例中，TE热泵包括为主流体流提供过道的第二被限定的通道，其中流 体被布置为与低温接头大体热连通。低温接头可被配置为从在主通道中流动的流体移除 热。在某些实施例中，主通道与被TE热泵冷却的区域、物理组件或其它物质热连通。类似 于废通道，主通道可被配置为在主通道限定的过道与TE热泵除低温接头之外的部分之间 提供大体的绝热。可以可操作地连接合适装置从而使流体移动通过主通道。在一些实施例 中，主通道中流体移动的方向大体与废通道中流体移动的方向相反(例如，通过热泵外壳 产生流体流系统，该热泵外壳包括通过主通道和废通道的相反的流体流)。在可替换实施例 中，废通道和主通道中流体的流动方向大体相同(例如，产生通过热泵外壳的平行流)。在一些热泵构造中，主通道可大体邻近或接近废通道。在某些实施例中，减少或最 小化废通道中流体和主通道中流体之间的传热是有利的。在图1A-1E中示出的实施例中，器件100(有时称为通道外壳、导气管或导管)提 供通道108、110，以便流体在TE热泵200中流动(图2A-2B)。导管100具有被配置为背向 TE材料(例如，朝向将被冷却的构件或朝向外部环境)的第一侧102和被配置为面向TE材 料的第二侧104。第二侧104具有突起106或凹槽，从而有助于与热泵内的传热区域固定或 气密接合。导管100限定可划分为一个或更多个过道108a、108b、108c的废通道108。废通 道108的过道在TE热泵200外的环境和与TE材料的一个或更多个高温接头热连通的热泵 的区域之间提供热连通。导管100限定也可划分为一个或更多个过道IlOaUlOb的主通道 110。主通道110的过道在TE热泵200外的环境和与TE材料的一个或更多个低温接头热 连通的热泵的区域之间提供热连通。由图1A-1E中示出的导管100形成的通道108、110以垂直排布层叠在器件的第一 侧102。通道108、110被配置为使流体移动，以使它们流过被分成水平布置的传热区域的 TE材料。在一些实施例中，通道108、110被成形和定位，以使流过其的流体可到达相关传 热区域的全部几何形状范围。例如，在示出的实施例中，传热区域从器件的顶部边缘112延 伸到底部边缘114。因此，在导管100的第二侧104上的通道108、110的过道也从顶部112 延伸到底部114。在其它实施例中，传热区域可具有相对于通道的任何任意取向。图2A-2B示出包括定位在一对在图1A-1E中示出的导管100a_b之间的传热区域 202的TE热泵200的外壳。热泵200包括用于流过传热区域202的高温区域208的废流体 流的废通道204。废流体流在从热泵的第一端流到第二端时从热泵200移除热能。一个或 更多个风扇212可用来提供流体从第一端通过高温传热区域208并到达第二端的移动，如 在图2A-2B中通过邻近废通道204示出的箭头所表示的。可替换地，风扇212可用来将废 流体流从第二端移动到第一端。如在本发明中使用的，术语“风扇”广泛地指使空气或其它 流体移动的任何合适装置，包括但不限于振动风扇、吹风机、离心风扇、机动化的风扇、机动化的推进器、涡轮或被配置为使流体移动通过隧道的机械装置。在一些实施例中，TE热泵 包括许多风扇。该风扇可相互并联或串联接线。热泵200还包括用于流过传热区域202的低温区域210的主流体流的主通道206。 热泵200在主流体流从第二端流到第一端时从主流体流移除热能。一个或更多个风扇214 可用来将流体从第二端通过低温传热区域210移动到第一端，如在图2A-2B中由邻近主通 道206示出的箭头所表示的。可替换地，风扇214可用来将主流体流从第一端移动到第二 端。在示出的实施例中，主流体流的路径可大体平行于废流体流的路径，或与废流体流的路 径大体相反(例如，在相反流排布中)。热泵200可包括在传热区域202内的热电模块(TE模块阵列)。例如，该装置可含 有介于四个和十六个之间的热电模块或另一合适数量的模块，例如适合热泵200意指的应 用的模块数量。热泵的壳体中的门或平板(未示出)可提供对热泵内部组件的入口，包括 例如空气通道204、206，风扇212,214和/或TE模块。例如，一个或更多个风扇可用来从例如装置端中的通风孔推动或拉动空气通过该 装置。例如，风扇可从第一端和/或第二不同端拉动或推动空气通过该装置。在流体流的 背景中所使用的术语“拉动”广泛地指将流体一般地从装置外面导引到装置里面的行为。术 语“推动”广泛地指将流体一般地从装置里面导引到装置外面的行为。风扇可定位在风扇 外壳内或另一合适外罩内。通道外壳或导气管100可安装在风扇外壳下面。在一些实施例中，装置200的主侧(例如，与主风扇214相关的一侧)可插入到外 壳，例如以便冷却外壳的内部。在一些实施例中，装置200的废侧(例如，与废风扇212相关 的一侧)暴露于周围空气、吸热器、废流体储藏器和/或合适区域，以便排出废流体流。在 某些实施例中，防止废流体流进入主通道。例如，可通过壁、屏障或另一合适流体分开器将 废通道的排放与主通道的进口分开。在此描述的各种实施例中，风扇可被配置为拉动或推动空气通过TE装置，并且风 扇可安装在TE装置中的各种位置。TE装置内的流型可包括大体平行流、相反的流(例如， 沿着大体相反方向的流)、交叉流(例如，沿着大体垂直方向的流)和/或其它类型的流，这 取决于例如风扇方向和/或TE装置中安装风扇的位置。在一些实施例中，TE装置包括一个 或更多个废风扇，以便导引流体通过废通道，并包括一个或更多个主风扇，以便导引流体通 过主通道。在某些实施例中，风扇定位在装置的相同端或不同端，其中该端指装置在TE模 块一侧的一部分。下面是示例构造和对应流型1.废风扇推动、主风扇推动、废风扇和主风扇在相同端——流体流系统包括大体 平行的流2.废风扇推动、主风扇推动、废风扇和主风扇在不同端——流体流系统包括大体 相反的流3.废风扇拉动、主风扇拉动、废风扇和主风扇在相同端——流体流系统包括大体 平行的流4.废风扇拉动、主风扇拉动、废风扇和主风扇在不同端——流体流系统包括大体 相反的流5.废风扇推动、主风扇拉动、废风扇和主风扇在相同端——流体流系统包括大体 相反的流
6.废风扇推动、主风扇拉动、废风扇和主风扇在不同端——流体流系统包括大体 平行的流7.废风扇拉动、主风扇推动、废风扇和主风扇在相同端——流体流系统包括大体 相反的流8.废风扇拉动、主风扇推动、废风扇和主风扇在不同端——流体流系统包括大体 平行的流在图3A-3F中示出的另一实施例中，导管300提供通道308、310以便流体在TE热 泵400(图4A-4B)中流动。导管300类似于图1A-1E中示出的导管100，除导管300的主通 道310在底部表面314上包括允许主通道310中的流体通过热泵400底部进入或排出的孔 穴 311。如在图4A-4B中所示，热泵400可安装在外壳420中，外壳420被配置为允许流体 通过热泵的底部部分422流入或流出。例如，将流体移动通过主通道406的风扇414可位于 大体垂直于另一平面的平面中，该另一平面中设置有导引流体通过废通道404的风扇412。 主通道406的流体通口 416也可至少部分定位在外壳420的主侧422的底部上。在一些实施例中，风扇414拉动空气通过热泵400的主侧422，并将空气导引到主 侧通道中，通过主侧传热翅片(未示出)，并且空气在相反端通过主侧422的通口 416排出。 在一些实施例中，风扇412安装在废侧的壳体表面。废风扇和/或主风扇被安装为紧邻外 罩壁。风扇也可被安装为邻近空气孔或通风孔，例如通口 416。图12示出TE热泵的某些被装配的内部组件1200的透视图。热泵的被装配的组 件包括泡沫通道1202、1204和定位在泡沫通道内的TE模块阵列1206。在一些实施例中，阵 列1206将热能从主流体流(例如，流过主流体通道110的空气)传递到废流体流(例如，流 过废流体通道108的空气)内。在一些实施例中，主流体流被在热泵1200的第一端的泡沫 通道1202导引到阵列1206，并经由热泵的第二相反端的泡沫通道1204导引出热泵。废流 体流可用相同方式导引，或被在热泵1200的第二端的泡沫通道1204导引到阵列1206内， 并经由在第一端的泡沫通道1202导引出热泵1200。图5和图6示出在此描述的一些热泵构造的主流体和废流体通道内的示例温度变 化。在一些实施例中，流体通道之间(例如，在废通道204和主通道206之间，如在图2A-B 中示出)的温差在TE热泵操作期间大体减少或最小化。图5示出在热电装置的废流体通 道中流体温度和位置之间的示例关系。图6示出热电装置的主流体通道中的流体温度和位 置之间的示例关系。例如，废流体通道可包括位置邻近或接近主流体通道中的对应流体位 置的流体。例如，对应位置可包括被布置为接近将废流体通道与主流体通道分开的外壳壁 或热电模块相反侧的流体位置。废流体和主流体通道中的流体流的这些位置可称为在热泵 内的“对应位置”。在与图5和图6中示出的信息相关的一些实施例中，废通道中流体流的方向与主 通道中流体流的方向大体相反。因此，在沿热泵长度的对应位置的流体温度改变通常沿着 相同方向，但是温度量级和温度改变量级可在通道之间变化。通过在大体相反的方向上维 持流体流，热泵被配置为减少或最小化沿热泵长度和/或在热泵端部的通道中的流体之间 的温差。在一些实施例中，沿热泵长度的通道之间的热梯度减少，并且通道中的流体绝热性 被流体流特性改善。
TE模块的构件可在另一 TE模块上层叠一个，从而在使用多于一个TE模块时产生 一排TE模块构件。可使用多TE模块，例如以便TE装置为外壳、一件设备或一些其它空间 提供适当冷却功率。在一些实施例中，包括多行TE模块构件的TE模块构件阵列可用来在 TE装置中提供提高的冷却功率。在此公开的通道外壳可用来使空气或其它流体的路线通过 主侧(例如，TE装置的冷却空气的一侧)和废侧(例如，排放热空气的一侧)。在一些实施 例中，通道外壳阻止两个空气流(例如，主空气流和废空气流)混合。图23A-B示出通道外壳2300的顶侧2302和外壳2300的底侧2304的透视图。示 出的外壳包括被配置为在通道外壳2300被可操作地连接在TE装置内时适当地使流体流通 过热电模块阵列的过道。通道外壳可用任何合适材料制成，包括例如绝缘材料、泡沫材料、 Gset (从瑞典Gustavberg的i^agerdala World Foams AB可得到的材料)、复合材料、聚 苯乙烯和聚苯醚或材料的结合。在某些实施例中，制作通道外壳的材料的导热率不超过大 约0. 03W/K。在一些实施例中，注塑机器被用来制造通道外壳2300。在图7中示出的实施例中，通道外壳702将在TE装置700的主侧流动的主流体流 划分为流动通过多个过道7(Ma_c的流。过道7(Ma_c导引流穿过可操作地连接在TE模块 构件阵列内的主传热元件706a-d(例如，被冷却的翅片)。主传热元件706a-d可操作地连 接到各TE模块708a-d的主侧。在一些实施例中，通道外壳在废侧提供类似于导引废流体 流穿过废传热元件(例如，被加热的翅片)的过道710a-b。废传热元件可操 作地连接到TE模块708a-d的废侧。在一些实施例中，传热元件706、712沿TE模块构件的 侧面(例如，在TE模块构件和通道外壳702之间的接头处)伸出TE模块708 —定范围。在某些实施例中，主流体流和废流体流通过通道外壳702物理分开和热分开。通 道外壳702可由合适的绝热体制成，例如泡沫、多层绝缘体、气凝胶、具有低导热率的材料 (例如，导热率不大于0. lW(mXk)的材料)、其他合适材料，或合适材料的结合。在一些实 例中，通道外壳702包括将废流和主流在通道外壳702和TE模块构件之间的接头处分开的 突起714。在某些实施例中，突起714中的一个或更多个在其端部具有零件716，设置在从 TE模块708伸出的传热片706、712之间。在一些实施例中，零件716包括宽度介于大约六 毫米和大约八毫米之间的泡沫或另一合适材料的梯形(或其它合适形状)区段。密封剂， 例如填缝剂、凝胶体、硅树脂或聚氨酯可被小心地应用于通道外壳702接触TE模块708的 部分。在图7中示出的实施例中，传热元件706、712划分为被缝隙8(Ma-C分开的区段 80加-(1。缝隙8(Ma-c在大体垂直于流体流过过道704、710的方向上延伸。区段80加-(1沿 从TE装置的一端延伸到该装置的另一端的路径减少传热元件706、712内的热能传递。在 一些实施例中，TE装置包括具有可操作地连接到热电模块708每侧的多个分开的翅片区段 802的传热元件706、712。可使用任何合适数量的翅片区段802，包括多于两个区段、四个区 段，或在两个和十个区段之间。传热元件可通过例如将翅片802手动附连到TE模块708、 使用机器附连该翅片，和/或使用热界面材料将翅片附连到模块708来安装。热界面材料 (thermal interface material)(或导热材料)包括但不限于粘合剂、胶水、热油脂、相变材 料、固体材料、箔、焊料、软金属、石墨、液体金属或任何其它合适的界面材料。在一些实施例中，使用导热脂将传热元件706、712固定在适当位置，从而实现与 模块708表面的良好热接触。在一些实施例中(例如，在传热元件706、712的翅片被划分为多翅片区段802时)，可采用某些步骤，从而确保翅片区段802保持在相对于彼此的固定 相对位置中。例如，在某些实施例中，每个翅片的翅片区段802可制为整件(如在下面更详 细讨论)，并且该翅片可夹在一起并使用油脂附连到模块708。在某些实施例中，当沿着流动方向的绝热性提高时，TE装置700的效率被改善。使 用被划分为多区段802的传热元件706、712可提高传热元件706内的绝热性。在一些实施 例中，使用由高导热材料(例如，铝或铜)制作而没有多区段802的传热元件706、712可导 致传热元件706、712沿着流体流方向具有低绝热性。图8A-8B分别示出被配置为附连到热电模块708的整件主翅片800a和整件废翅 片800b。在示出的实施例中，翅片800被配置为产生沿着流体流方向的绝热性。翅片800 被多个缝隙804(或细缝)划分为区段802a-d。整件翅片构造通过具有由沿材料长度的狭 窄桥806纤细连接地翅片区段802来实现。在一些实施例中，桥806足够狭窄以维持流动 方向上的最小导热率。例如，在某些实施例中，桥806宽度小于十毫米、宽度小于两毫米、宽 度大约一毫米，或宽度不大于大约一毫米。在某些实施例中，桥806出现于沿翅片区段802 的任意位置。在一些实施例中，在翅片区段802之间具有充足数量的桥806，以使在翅片800 折叠时，翅片800与没有区段的单一翅片800大体相同地运作。例如，桥806可在各间隔 808处隔开，该间隔包括大于十毫米、小于三十毫米、大约为二十毫米、大于桥806宽度的十 倍、大于桥806宽度的十五倍、大约为桥806宽度的二十倍的间隔，或另一合适间隔。在一 些实施例中，在主翅片800a上的桥806之间的间隔808a不同于在废翅片808b上的桥806 之间的间隔808b。在一些实施例中，桥806的定位被设计为加强翅片800的结构。例如，在某些实施 例中，沿区段802的桥806的位置以间隔810交错，因此它们在整个翅片800的宽度上不相 互排成一条直线。在一些实施例中，在主翅片800a上的桥806的位置中的交错间隔810a 不同于在废翅片808b上的桥806的位置中的交错间隔808b。图9A示出可形成热电模块构件的部分的夹子900。夹子900包括底座908，两个 或更多个支腿906a-b以大体垂直于底座908的取向延伸。支腿906可具有相等长度或不 同长度，这取决于构件的配置。多个弯曲钩902a-b、904从支腿906a-b延伸出。在一些实 施例中，夹子900的底座908是弯曲的。例如，底座908可被成形为使得当支腿906a-b沿 着远离底座908的方向被拉动时(例如，当钩902a-b、904附连到向夹子900施加张力的物 体时)，由夹子在热电模块构件上产生的力横跨底座908的表面是均勻的。在一些实施例 中，底座908具有抛物线形状，且将夹子900附连到构件会向夹子900施加导致底座908变 平的力。在图9B中示出的热电模块构件950包括两个相同的夹子900a_b，这两个相同夹子 900a-b具有从每个夹子900a-b的底座908朝向彼此延伸的钩902a_b、904a_c。销910插 入在钩902、904的弯曲部分之间，以使钩紧密保持在一起。夹子900a-b的形状可使力在夹 子和TE模块之间接触点处沿着夹子长度均勻分布。图10是热电模块的阵列1000的示意图。在示出的实施例中，四个热电模块的四 行1002a-d中的每个都被可操作地连接从而形成由十六个热电模块组成的阵列1000。每行 都包括在行输入1004和行输出1006之间并联连接的多个热电模块。除第一输入1004a和 最终输出1006d连接到电源之外，每个行输出1006都与另一行输入1004串联连接。该电布局可称为热电模块的“串联-并联”排布。在一些实施例中，采用热电模块的串联-并联 阵列1000的热泵可在阵列1000内一个或更多个模块不起作用(fail)后继续运转。例如， 热泵可被配置为继续运转，直到至少一行中的全部模块不起作用为止。图11示出在一些实施例中的模块阵列1100的机械配线排布。尽管示出的阵列 1100包括在三行IOOh-C中的十二个模块，但任何合适数量的模块和行1002都可被纳入阵 列1100。例如，在一些实施例中，TE热泵包括阵列，该阵列具有介于四个和五十个之间的六 个、八个、十二个、十六个模块，或适合冷却具有可接受性能的一件目标设备的若干模块。图13示出单个热电模块1300。该模块1300包括定位在热电材料1304的相反侧 的换热器(或翅片)1310、1312。在一些实施例中，连接到热电材料1304主侧(或低温侧) 的翅片1310的构造不同于连接到热电材料1304废侧(或高温侧)的翅片1312的构造。例 如，主翅片1310相比废翅片1312可更短并被更密集地压紧。热电模块阵列中的一些或全 部模块构件1300可以该方式配置。提供较长且被较不密集地压紧的废翅片1312可允许较 大流体流过TE模块废侧。在一些实施例中，当施加电流至模块时，热量被TE模块从一侧汲取至另一侧。模 块内的导电材料具有非零电阻率，并且通过它们的电流通路经焦耳(Joule heating)加热 而产生热量。在一些实施例中，通过将热量从主侧汲取至废侧来冷却主侧。模块内的焦耳加 热产生被传到主侧和废侧的热量。例如，焦耳加热的一半可去往废侧，且一半去往主侧。因 此，添加到废热交换流体的热量可大于从主侧热交换流体中移除的热量。在一些实施例中， 例如通过提供比主侧翅片更大且更不紧密的废侧翅片，而在废侧产生与主侧相比更大的流 体流，可允许废侧具有更高流速而不过度约束废流体流。在图13中示出的实施例中，换热器1310、1312包括四个翅片区段。这可有助于实 现性能改善，例如在美国专利No. 6，539，725中讨论的改善，该专利全部内容被包括在此作 为参考并成为本说明的一部分。翅片1310、1312可粘合到或用另一合适方式附连到热电材 料1304的表面上。在示出的实施例中，翅片1310、1312在流动方向上延伸超过热电材料 1304的边缘。该延伸可允许绝缘材料定位在翅片之间，这可有助于防止热(例如，废)和冷 (例如，主)流体流混合。可用带(tape) 1308包裹模块构件1300。带1308可帮助防护翅 片1310、1312免于弯曲，并可使防护翅片1310、1312与电元件(例如，导线1306a_b)绝缘， 否则电元件可与它们接触。回到图11，示出用来将阵列1100内的模块电连接在一起的导线1102、1104、1106、 1110。每行IOOh-C在串联电路中经导体1110导线连接到其它行，并且行1002内的模块在 并联电路中经导体1102、1104、1106连接到行1002内的其它模块。在一些实施例中，导线 1102、1104、1106、1110细且不绝缘，并且绝缘体(例如，带)布置在导线和模块之间，从而防 止使导线短路到翅片。在一些实施例中，行1002中相互紧邻的模块被排布为使得相邻模块 具有相互面对的主侧或具有相互面对的废侧。该排布可减少或最小化通道数量，通道外壳 (例如，在图IA或图3A中示出的通道外壳)为这些通道提供管道。在图11中示出的实施例 中，所示出的主翅片被紧密地间隔开，并且废翅片具有较宽间距。翅片间距可促进各种传热 能力。翅片的其它特性也可用来影响翅片的传热能力，例如，不同的形状、材料、长度，等等。 在一些实施例中，模块配线的对应触点1108沿着行1002的长度交替变换所在侧。例如，行 1002内的模块可被交替地旋转，从而实现更简单的管道排布。在一些实施例中，行1002内的配线包括弯曲并与另一导线交叉从而到达合适端子1108的模块导线ll(Ma-b。配线排布 也包括不与另一导线交叉从而到达合适端子1108的模块导线1106a-b。在一些实施例中， 模块导线1104、1106被绝缘从而防止短路到其它导线。在一些实施例中，模块行1002a-c被配置为在垂直方向上紧凑地层叠在一起。例 如，导线lioh-b可大体细或呈条带状，从而促进模块行的紧密层叠。在图11中示出的行 IOOh-C被过大的缝隙分开，从而示出行之间的配线配置。在一些实施例中，装配TE模块的方法包括横穿由带固定的TE模块行捆绑平坦导 电铜条(strip)。可通过使模块导线弯曲在条上、切割导线、剥开导线，并将导线焊接到平坦 铜条，来把模块导线附连到该铜条。TE模块的其他行可同样地装配并层叠在一起。可通过 围绕阵列的外围捆绑阵列来将阵列保持在一起。在一些实施例中，当行IOOh-C层叠在彼此顶部上时，换热器的表面实际上不接 触。代之，它们可被与模块导线ll(Ma-b绝缘的导线的厚度分离开，模块导线ll(Ma-b弯曲 从而附连(例如，焊接)到金属条或触点1108。在一些实施例中，这些分离产生泄漏路径， 流体可通过模块阵列而不被加热或冷却。此外，空气路径也可从热泵的一侧向另一侧泄漏 (例如，从一个空气通道到另一空气通道)。在一些实施例中，细缝充满密封剂，例如硅树脂 橡胶密封剂、防漏剂、树脂或另一合适材料。一些实施例提供大体消除泄漏路径而不使用密封剂的构件。另外，一些实施例提 供装配具有改善的结合性和维度控制的TE模块构件二维阵列的方法。一些实施例提供具 有良好机械强度和完整性的TE装置构件。一些实施例降低损坏模块构件内的换热元件的 可能性，并降低制造模块构件时配线错误的可能性。在进一步的实施例中，装配TE模块阵列的方法包括提供在相邻翅片区段之间具 有狭窄连接凸出件(tab)的整件分段翅片。热界面材料可应用在翅片和TE材料之间。可 使用夹子(例如在图9A-B中示出的夹子900)将翅片固定到TE材料。在一些实施例中，夹 子包括具有不对称长度的支腿。在一些实施例中，使用成形工具可调节支腿长度。可使用 合适的附连装置(例如钩和销或凸出件和凹槽)将夹子保持在一起。夹子可用来将TE模 块行保持在一起。可包括钩和/或凹槽的托架可用来跨越夹子之间的行的长度。模块导线 可包括短固体导体。阵列构件可包括具有不同开始颗粒极性(pellet polarity)的两种TE模块。该 模块可包括识别标识，以便区别不同种类。识别标识可包括例如不同模块导线颜色或另一 区别特征。PCB(印刷电路板)可定位在每行模块旁边，并可提供电导体，以便向模块供电。 焊接到PCB垫的导线(例如，大体细或平坦的导线)可提供模块行之间的连接。其它导线 可焊接到PCB孔，从而将电源连接到模块阵列。在一些实施例中，通道外壳包括提供空间以 便电源引线连接到模块阵列的凹处、孔穴或空穴。图14示出主侧换热器1400的透视图。换热器1400被翅片区段之间的缝隙 14(Ma-c划分为四个翅片区段1402a-d。翅片区段被相邻翅片区段(例如，翅片区段1402c 和1402d)之间的桥1406连接，桥1406被布置为每六个翅片1408 —个。该桥可在翅片区 段的行之间间隔两个翅片或间隔另一合适数量的翅片交错。换热器1400可由任何合适材 料构造，例如退火铝、回火铝或具有高导热率的材料。换热器1400可由任何具有合适厚度 的材料构造，例如大约厚0. 25mm的材料。换热器1400可包括合适数量的翅片1408，例如，五十个翅片或介于二十个和一百个之间的翅片，并可被配置为在至少一个维度中压缩和/ 或扩张。在一些实施例中，在换热器处于压缩状况时，换热器1400长度为至少约40mm。换 热器1400可包括具有任何合适高度的翅片1408，例如大约21mm，以及具有任何合适流动长 度的翅片1408，例如大约10mm。在一些实施例中，换热器1400具有至少大约40mm的总共 流动长度。在某些实施例中，在TE模块行中的至少一些换热器大约为其它换热器宽度的两 倍。例如，一些换热器可从第一 TE模块的表面延伸到相同行中第二相邻TE模块的相反表 面。定位在行端部的换热器可较狭窄。在其它实施例中，TE模块行中全部换热器宽度大体 相同。在进一步的实施例中，废换热器和主换热器具有不同宽度。图15A示出夹子1500的实施例，其包括底座1502，底座1502具有从底座1502延 伸且通常垂直于底座1502的不对称支腿1504、1506。可使用成形工具调节支腿1504、1506 的长度，以使夹子1500可牢固地与TE模块行接合。在示出的实施例中，支腿具有延伸远离 底座的多个钩1508。钩1508可弯曲或具有任何其它合适形状，并可被配置为牢固地接合具 有插入其间的钩和销的托架(例如，在图17A中示出的托架1700)。图15B示出夹子1550的可替换实施例，其包括底座1552，底座1552具有从底座 1552延伸的不对称支腿15M、1556。较长支腿15M包括具有延伸远离底座1552的凸出件 1558的狭窄部分。较短支腿1556也具有被配置为牢固地接合凹槽(例如，在图17B中示出 的托架1750中的凹槽1758)的凸出件1558。图16A示出用连接一对夹子1604、1606的至少一个托架1602装配的TE模块1608 的行1600。托架和夹子将行1600内的TE模块1608保持在一起。当固定销(未示出)通过 钩1610、1612插入时，托架钩1610和夹子钩1612的匹配组可形成托架1602和夹子1604、 1606之间的牢固连接。在可替换实施例中，用硬带(例如，玻璃纤维增强带)将行保持在一 起，该硬带被设计为长时期内以最小限度延展。在这样的可替换实施例中，硬带可替代托架 1602。在一些实施例中，夹子和托架由合适材料构成，例如金属、300系列不锈钢、弹簧回火 材料、碳钢、铍铜、铍镍或材料的结合。图16B示出用连接一对夹子1654、1656的至少一个托架1652装配的TE模块1658 的行1650。夹子1654、1656具有与在托架1652中形成的凹槽1660牢固接合的凸出件。图17A示出具有底座1702的托架1700，钩1704、1706从底座1702的不同端延伸。 钩1704、1706可被缝隙分开，从而允许匹配的夹子钩插入其间。托架具有与其被设计以固 定的TE模块行的长度成比例的长度。在一些实施例中，托架1700包括弹簧元件(未示出)， 例如，沿底座1702定位的倾斜或U形特征。弹簧元件允许托架1700的长度短距离延伸，从 而允许托架1700将TE模块表面和翅片紧密地夹在一起。与被设置在模块表面和翅片之间 的区域中的热界面材料一起，紧密夹紧可在TE模块表面和翅片之间提供增加的接触和导 热率。图17B示出具有底座1752和在底座1752相反端的凸起部分17M、1756的托架 1750。当夹子和托架用于TE模块行构件时，凸起部分1754、1756可被定位为允许位于凸起 部分下面的夹子与托架1750的底座1752大体齐平。凸起部分1754、1756具有在其中形成 的凹槽1758。凹槽1758被配置为与从夹子延伸的匹配凸出件接合。图18示出具有单个TE模块1802的行1800。TE模块1802被具有不等长度支腿的第一夹子1806和第二夹子1804固定在它的各端。夹子1804、1806被托架1808相互连 接。托架1808的尺寸被做成容纳只具有一个TE模块1802的行。图19A示出被夹子1906和托架1908固定的TE模块1902的行1900。印刷电路板 1904 (PCB)定位在托架1908顶部上的行1900旁边。在一些实施例中，PCB1904被配置为提 供给行1900中TE模块1902供电的导体。PCB1904包括开孔1910，该开孔1910提供空隙 以便连接延伸到PCB1904平面内的钩1914。PCB1904也包括为TE模块1902的电源端子提 供空隙的孔穴1912。图19B示出被夹子1956和托架1958固定在一起的TE模块1952的行1950。布置 在托架1958顶部上的PCBl卯4包括为延伸到PCBl卯4平面内的托架1958的凸出件和凹槽 部分提供间隙的开孔I960。图20示出包括某些特征，以便可操作地连接到TE模块行的PCB2000的顶侧。 PCB2000包括具有在其中形成的孔穴2004的主体部分2002。当PCB2000定位在TE模块 行旁边时，孔穴2004被定位以与TE电源端子大致对齐。孔穴为模块配线提供空间。在 PCB2000端的孔穴可为源自阵列电源的引线提供空间。PCB2000包括被配置为容纳源自下 面的TE模块行构件的突起。突起的示例包括连接的钩和/或凸出件。PCB2000也可包括布 置在PCB2000端部的行凸出件2008。行凸出件2008可被配置为与使行整齐排列(例如，提 供规则的行间距)的侧片接合。图21示出在图20中示出的PCB2000的底部侧。PCB2000包括沿PCB2000两侧布 置的第一迹线2100和第二迹线2102。该迹线可足够宽，从而在PCB2000的端部2104焊接 平坦导线，以便将模块行电连接在一起。焊提(solder dam)可在迹线中围绕PCB中的孔穴 2004的制作，从而促进焊接。在一些实施例中，迹线2100、2102由铜制成。可使用任何合适 量的导体材料，例如大约两盎司铜。在一些实施例中，PCB2000是单侧的(例如，PCB仅在一 侧具有迹线)，并且没有镀金通孔(plated-through hole)。在其它实施例中，PCB2000是 双侧的，并包括镀金通孔。在一些实施例中，PCB2000和TE模块行的数量相等。在其它实 施例中，TE模块的每个行具有两个分开的PCB2000(例如，在相邻两个模块行之间可以有层 叠的两个PCB)。图22示出TE模块2208的阵列2200，接有导线的行层叠在彼此的顶部上。阵列 2200包括布置在模块2208的层叠行之间的PCB2202，且也可包括布置在模块的顶部行和/ 或底部行旁边的PCB。侧面元件2204可以可选择连接从而保持阵列内的行对齐。侧面元件 2204可包括与行凸出件2206接合的凹槽。在示出的实施例中，行凸出件2206从定位在阵 列2200内的PCB2202延伸。PCB2202中的至少一些可包括导电迹线，从而有利于阵列内的 配线(未示出)。在一些实施例中，侧面元件2204由硬塑料、印刷电路板材料或另一合适材 料构成。在某些实施例中，行凸出件2206的外边缘与侧面元件2204的外表面齐平。图M示出包括位于通道外壳2402(例如，导气管)中的TE模块阵列M04的TE 装置构件MOO的部分的透视图。通道外壳M02被配置为使流体的路线通过阵列2404，并 保持主流体流与废流体流分开。尽管本发明已描述了特殊实施例方面，但许多变体对于本领域技术人员是明显 的。意图将所有此类变体都包括在公开的本发明和所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于热电热泵的构件，包含外壳，所述外壳具有在所述外壳中形成的大体绝热的多个流体通道； 可操作地连接到所述外壳的第一热电模块，所述第一热电模块包含主接头和废接头； 细长传热元件，所述细长传热元件从所述第一热电模块的所述主接头和所述废接头中 的至少一个延伸到所述多个流体通道中的至少一个内；至少一个缝隙，所述缝隙将所述细长传热元件划分为多个传热区段，所述多个传热区 段通过所述至少一个缝隙与相邻传热区段至少部分绝热，所述至少一个缝隙被定向为使得 当流体流过所述热电热泵的流体通道时流体穿过所述至少一个缝隙；以及跨过所述至少一个缝隙延伸的至少一个桥元件，所述至少一个桥元件将所述多个传热 区段中的至少一个连接到第二传热区段。
2.根据权利要求1所述的构件，进一步包含可操作地连接到所述外壳的第二热电模 块，所述第二热电模块具有第二主接头和第二废接头。
3.根据权利要求2所述的构件，其中所述第一热电模块和所述第二热电模块被排布在 大体平行的平面中，并且其中所述第一热电模块和所述第二热电模块被定向为使得所述第 一热电模块的所述废接头和所述第二热电模块的所述第二废接头面向彼此。
4.根据权利要求2所述的构件，其中所述细长传热元件从所述第一热电模块的所述废 接头延伸到所述第二热电模块的所述第二废接头。
5.根据权利要求2所述的构件，其中所述细长传热元件延伸的距离为从所述第一热电 模块的所述废接头到所述第二热电模块的所述第二废接头的距离的大约一半。
6.根据权利要求1所述的构件，其中所述至少一个桥元件通过去除细长传热元件的部 分而形成。
7.根据权利要求1所述的构件，进一步包含将所述第二传热区段连接到第三传热区段 的至少一个第二桥元件，其中所述至少一个桥元件和所述第二桥元件沿所述至少一个缝隙 布置在交错位置处。
8.根据权利要求1所述的构件，进一步包含包含多个行的传热区域，所述多个行中的每行都包含多个热电模块，其中所述多个流 体通道包含被配置为与所述传热区域的高温部分大体热连通的废流体通道；以及 被配置为与所述传热区域的低温部分大体热连通的主流体通道；以及 在所述废流体通道中的流体和所述主流体通道中的流体之间提供屏障的通道外壳。
9.根据权利要求8所述的构件，其中所述废流体通道和所述主流体通道被定位和成 形，以使被布置在所述通道外壳的相反侧附近的流体之间的温差在沿所述通道的对应位置 处被大体最小化。
10.一种制造热电热泵的方法，所述方法包含提供外壳，所述外壳具有在所述外壳中形成的大体绝热的多个流体通道； 将第一热电模块可操作地连接到所述外壳，所述第一热电模块包含主接头和废接头； 在所述外壳内布置细长传热元件，所述细长传热元件从所述第一热电模块的所述主接 头和所述废接头中的至少一个延伸到所述多个流体通道中的至少一个内；在所述细长传热元件中提供至少一个缝隙，所述缝隙将所述细长传热元件划分为多个传热区段，所述多个传热区段通过所述至少一个缝隙与相邻传热区段至少部分绝热，所述 至少一个缝隙被定向为使得当流体流过所述热电热泵的流体通道时流体穿过所述至少一 个缝隙；以及跨过所述至少一个缝隙布置至少一个桥元件，所述至少一个桥元件将所述多个传热区 段中的至少一个连接到第二传热区段。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包含将第二热电模块可操作地连接到所述外 壳，所述第二热电模块包含第二主接头和第二废接头。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包含将所述第一热电模块和所述第二热电模块排布在大体平行的平面中；以及 定向所述第一热电模块和所述第二热电模块以使得所述第一热电模块的所述废接头 和所述第二热电模块的所述第二废接头面向彼此。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包含在所述第一传热模块的所述废接头和所 述第二传热模块的所述第二废接头之间布置所述细长传热元件。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包含布置所述细长传热元件，以使所述细长 传热元件延伸的距离为从所述第一传热模块的所述废接头到所述第二传热模块的所述第 二废接头之间的距离的大约一半。
15.根据权利要求10所述的方法，进一步包含通过去除所述细长传热元件的部分，从 而形成所述至少一个桥元件。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个桥元件连结多个分开的传热区 段，从而形成细长传热元件。
17.根据权利要求10所述的方法，进一步包含在所述第二传热区段和第三传热区段之 间布置至少一个第二桥元件，其中所述至少一个桥元件和所述第二桥元件沿所述至少一个 缝隙被布置在交错位置处。
18.一种操作热电热泵的方法，所述方法包含导引流体流进入在外壳中形成的多个大体绝热的流体通道中的至少一个； 朝向可操作地连接到所述外壳的第一热电模块导引所述流体流，所述第一热电模块包 含主接头和废接头；导引所述流体流穿过细长传热元件，所述细长传热元件从所述第一热电模块的所述主 接头和所述废接头中的至少一个延伸到所述多个流体通道中的至少一个内；以及导引所述流体流穿过将所述细长传热元件划分为多个传热区段的至少一个缝隙，所述 多个传热区段通过所述至少一个缝隙与相邻传热区段至少部分绝热；其中至少一个桥元件被布置为跨过所述至少一个缝隙，所述至少一个桥元件将所述多 个传热区段中的至少一个连接到第二传热区段。
19.一种用于热电热泵的构件，其包含包含多个行的传热区域，所述多个行中的每行都包含多个热电模块，所述热电模块中 的每个都包含高温接头和低温接头；被配置为与所述传热区域的高温部分大体热连通的废流体通道；被配置为与所述传热区域的低温部分大体热连通的主流体通道；以及在所述废流体通道中的流体和所述主流体通道中的流体之间提供屏障的通道外壳。
20.根据权利要求19所述的构件，其中所述废流体通道和所述主流体通道被定位和成 形，以使被布置在所述通道外壳的相反侧附近的流体之间的温差在沿所述通道的对应位置 处被大体最小化。
21.根据权利要求19所述的构件，其中所述传热区域的所述高温部分包含可操作地连 接到所述多个热电模块中的至少一个高温接头的第一换热器。
22.根据权利要求21所述的构件，其中所述第一换热器包含至少一个缝隙，所述至少一个缝隙将所述换热器划分为多个传热区段，所述多个传热 区段通过所述至少一个缝隙与相邻传热区段至少部分绝热，所述至少一个缝隙被定向为使 得流体在流过所述热电热泵的所述废流体通道时流动穿过所述至少一个缝隙；以及延伸跨过所述至少一个缝隙的至少一个桥元件，所述至少一个桥元件将所述多个传热 区段中的至少一个连接到第二传热区段。
23.根据权利要求21所述的构件，其中所述传热区域的所述低温部分包含可操作地连 接到所述多个热电模块的至少一个低温接头的第二换热器。
24.根据权利要求23所述的构件，其中热界面材料被布置在所述导热翅片和所述多个 热电模块的接头之间。
25.根据权利要求23所述的构件，其中所述第一换热器包含以规则间隔隔开的翅片 排布，并且其中所述第一换热器中的翅片的所述排列提供不同于所述第二换热器的传热能 力。
26.根据权利要求23所述的构件，其中所述第一换热器包含厚度大于所述第二换热器 的所述导热翅片的厚度的至少一个导热翅片。
27.根据权利要求23所述的构件，其中所述第一换热器包含突出所述至少一个高温接 头的至少一个伸出部分，并且所述第二换热器包含突出所述至少一个低温接头的至少一个 伸出部分。
28.根据权利要求27所述的构件，其中所述通道外壳包含被配置为位于所述第一换热 器的所述伸出部分和所述第二换热器的所述伸出部分之间的突起，所述突起被配置为在所 述传热区域的高温部分和所述传热区域的低温部分之间的边界处接触所述传热区域，以使 在所述通道外壳和所述传热区域之间的所述接头处的所述废流体通道和所述主流体通道 之间的泄漏被大体最小化。
29.根据权利要求19所述的构件，其中所述通道外壳由具有导热率不大于约0.Iff/ (mXk)的至少一部分的材料系统构造成。
30.根据权利要求29所述的构件，其中所述材料系统的至少一部分包含泡沫材料、复 合结构或聚苯乙烯和聚苯醚的共聚物。
31.根据权利要求19所述的构件，其中邻近所述传热区域的所述通道外壳的至少一些 部分以大体气密的接合而被结合到所述传热区域。
32.根据权利要求19所述的构件，其中从由粘合剂、密封剂、填缝剂、垫片材料或凝胶 构成的集合中选择出的材料布置在所述通道外壳和被所述通道外壳接触的所述传热区域 的部分之间。
33.根据权利要求32所述的构件，其中所述材料包含硅树脂或聚氨酯中的至少一种。
34.根据权利要求19所述的构件，其中所述通道外壳包含被配置为在所述传热区域的所述高温部分和所述传热区域的所述低温部分之间的边界处接触所述传热区域的突起，以 使在所述通道外壳和所述传热区域之间的所述接头处的所述废流体通道和所述主流体通 道之间的泄漏被大体最小化。
35.根据权利要求19所述的构件，进一步包含被可操作地连接从而在所述废流体通道 中提供流体流的第一风扇。
36.根据权利要求35所述的构件，进一步包含被可操作地连接从而沿着与所述废通道 中的所述流体流相反的方向在所述主流体通道中提供流体流的第二风扇。
37.根据权利要求19所述的构件，其中热电模块的第一行并联电连接，其中热电模块 的第二行并联电连接，并且其中所述第一行和所述第二行串联电连接。
38.根据权利要求37所述的构件，进一步包含具有并联电连接的多个热电模块的一个 或更多个额外行，其中所述一个或更多个额外行相互串联电连接，且与所述第一行以及所 述第二行串联电连接。
39.根据权利要求37所述的构件，进一步包含第三行和第四行，其中每个行都包含并 联电连接的多个热电模块。
40.根据权利要求39所述的构件，其中所述多个行中的每行都包含四个热电模块。
41.根据权利要求37所述的构件，其中所述第一行和所述第二行紧凑地层叠在一起。
42.根据权利要求37所述的构件，其中所述多个热电模块被定向为使得第一热电模块 的高温接头和第二热电模块的高温接头面向彼此。
43.根据权利要求42所述的构件，其中所述第一热电模块和所述第二热电模块每个都 含有输入端子和输出端子，所述第一热电模块的所述输入端子和所述第二热电模块的所述 输出端子布置在第一侧，并且所述第一热电模块的所述输出端子和所述第二热电模块的所 述输入端子布置在第二侧。
44.根据权利要求19所述的构件，被配置为使得所述热电热泵在一个或更多个热电模 块不起作用之后继续运行，直到行中所述多个热电模块中的每个都不起作用为止。
45.根据权利要求19所述的构件，进一步包含被配置为在层叠中将所述多个行保持在 一起的至少一个阵列连接元件。
46.根据权利要求19所述的构件，其中所述多个热电模块中的每个都包含第一电端子 和第二电端子。
47.根据权利要求46所述的构件，进一步包含导体定位器件，所述导体定位器件具有布置在其上的第一电导体和第二电导体；其中所述第一电导体和所述第二电导体的位置相对于所述导体定位器件固定；其中至少所述第一电导体被配置为将所述多个行中的至少一行中的所述热电模块的 所述第一电端子电连接到第一电源端子；以及其中至少所述第二电导体被配置为将所述多个行中的至少一行中的所述热电模块的 所述第二电端子电连接到第二电源端子或接地中的至少一个。
48.根据权利要求47所述的构件，其中所述导体定位器件包含电绝缘元件。
49.根据权利要求48所述的构件，其中所述第一电导体和所述第二电导体包含沉积在 所述电绝缘元件上的导电迹线。
50.根据权利要求19所述的构件，进一步包含定位在所述传热区域第一端的第一夹子；定位在与所述第一端相反的所述传热区域第二端的第二夹子；以及固定到所述第一夹子和所述第二夹子的托架，所述托架沿所述传热区域的顶侧延伸。
51.根据权利要求50所述的构件，其中所述第一夹子和所述第二夹子具有被配置为使 沿所述夹子的整个长度施加的力相等的形状。
52.根据权利要求51所述的构件，其中所述第一夹子和所述第二夹子是弯曲的。
53.根据权利要求50所述的构件，其中所述第一夹子和所述第二夹子包括被配置为插 入在所述托架中形成的凹槽的凸出件，从而提供牢固地接合。
54.根据权利要求50所述的构件，其中所述第一夹子和所述第二夹子包括夹子钩，并 且所述托架包括托架钩，其中所述夹子钩和所述托架钩被配置为当棒杆插入所述夹子钩和 所述托架钩之间时提供牢固地接合。
55.根据权利要求50所述的构件，其中所述传热区域进一步包含可操作地连接到所述 多个热电模块的多个细长传热元件，并且其中所述托架包含被配置为允许所述托架长度延 展的弹簧元件，以使所述托架被配置为以紧密的接合夹住热电模块的所述行和所述多个细 长传热元件。
56.根据权利要求55所述的构件，其中所述弹簧元件包含在沿所述托架的长度的位置 处形成的凹陷。
57.根据权利要求55所述的构件，其中所述弹簧元件包含成形表面，该成形表面被配 置为在张力施加于其时变平。
58.根据权利要求50所述的构件，其中所述传热区域进一步包含多个可操作地连接到 所述多个热电模块的多个细长传热元件，并且其中所述托架被配置为将热电模块的所述行 和所述多个细长传热元件紧密地保持在一起至少十年。
59.根据权利要求50所述的构件，其中所述托架包含一条玻璃纤维增强带。
60.根据权利要求50所述的构件，其中所述热界面材料布置在所述托架和所述热电模 块之间。
全文摘要
在某些实施例中，热电热泵包括具有热电模块阵列的传热区域、与传热区域的高温部分大体热连通的废通道，以及与传热区域的低温部分大体热连通的主通道。外壳壁在遍及热电热泵内部的废通道中的流体和主通道中的流体之间提供屏障。在一些实施例中，废流体通道和主流体通道定位和成形，以使布置在外壳壁相反侧附近的流体之间的温差在沿通道的对应位置处被大体减小或最小化。
文档编号F25B21/02GK102105757SQ200980129187
公开日2011年6月22日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者L·E·贝尔, R·W·迪勒 申请人:Bsst有限责任公司