TW201637249A - 熱電產生器 - Google Patents
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Abstract
一種用於供電一負載之熱電產生器(102)係包含一第一安裝板(106)、一第二安裝板(108)、以及複數個被設置在該第一及第二安裝板(106、108)之間的半導體(126)。該複數個半導體(126)係包含正型或負型半導體材料中之一類型。
Description
本揭露內容係大致有關用於產生電力的裝置及系統，並且更具體而言係有關於用於產生電力的熱電裝置及方法。
亦以席貝克(Seebeck)產生器著稱的熱電產生器(TEG)是利用一種稱為席貝克效應的現象以將一溫差轉換成為電能之裝置。熱梯度係橫跨TEG的兩個面而被施加，並且電力係根據在橫跨TEG本身的溫度上的變化而被產生。熱電產生器可被應用在各種應用中。至少某些已知的熱電產生器係被使用在其中電源可利用的空間量是有限的，而且其它已知的電源可能無法使用之應用中。熱電產生器亦可被用在其中具有在很小維護或甚至沒有維護下仍然會持續地運作之可靠且耐用的電源是所期望的應用中，例如是在太空船中。
至少某些已知的TEG是包含藉由複數個導電板串聯耦接之複數對的正型(p型)及負型(n型)半導體，該些導電板係分別焊接至單一p型半導體與單一n型半導體。目前的TEG技術的狀態是不倦地忍受和每一個p型及n型半導體之個別安裝相關之過大的製造時間及成本，尤其是對於大型的應用而言。再者，因為需要人工介接以用於安裝的p型及n型半導體之宏觀尺寸，因此TEG的厚度是受限的。再者，至少某些已知的TEG是包
含立方形半導體，此係限制所產生的TEG的形狀為實質平坦的。至少某些已知的TEG的另一缺點是在半導體與耦接的板之間的焊接的連接係具有一溫度限制，若超過該溫度限制，則焊料將會熔化。最後，由於該些半導體是彼此串聯連接的，因此至少某些習知的TEG係具有一有限的冗餘(redundancy)。因此，若該些半導體中之一變成未作用的，則TEG的整體電力輸出可能會顯著地受到影響。冗餘可以藉由並聯耦接該些半導體而被改善，但是一包含增大的重佈線量之大型組件是此種配置所必要的。
因此，對於一種製造較為簡單並且因此縮減製造時間及成本，而且亦使得形成彎曲或其它不規則形狀的產生器變得容易以符合一支撐結構的一表面之熱電產生器係存在著需求。再者，對於一種可被用在奈米尺度的應用之熱電產生器係存在著需求。
在一特點中，一種用於供電一負載之熱電產生器係被提出。該熱電產生器係包含一第一安裝板、一第二安裝板、以及複數個被設置在該第一及第二安裝板之間的半導體以形成一半導體層。該半導體層係包含正型或負型半導體中之一類型。
在另一特點中，一種組裝一熱電產生器之方法係被提出。該方法係包含施加複數個半導體至一第一安裝板以形成一半導體層。該半導體層係包含正型或負型半導體中之一類型。一第二安裝板係被設置，使得該半導體層係被設置在該第一及第二安裝板之間。該方法亦包含將該第一安裝板耦接至該第二安裝板。
在又一特點中，一種熱電產生器系統係被提出。該熱電產生
器系統係包含一支撐結構以及一耦接至該支撐結構的熱電產生器。該熱電產生器係包含一第一安裝板、一第二安裝板、以及複數個被設置在該第一及第二安裝板之間的半導體以形成一半導體層。該半導體層係包含正型或負型半導體材料中之一類型。
100‧‧‧熱電產生器系統
102‧‧‧熱電產生器(TEG)
104‧‧‧支撐結構
106‧‧‧第一安裝板
108‧‧‧第二安裝板
110‧‧‧半導體層
112‧‧‧底表面
114‧‧‧頂表面
116‧‧‧底表面
118‧‧‧側邊邊緣
120‧‧‧頂表面
122‧‧‧側邊邊緣
124‧‧‧外表面
126‧‧‧半導體
128‧‧‧絕緣材料
130‧‧‧緊固件
200‧‧‧熱電產生器系統
204‧‧‧支撐結構
206‧‧‧表面
300‧‧‧熱電產生器系統
302‧‧‧熱電產生器(TEG)
304‧‧‧支撐結構
306‧‧‧第一安裝板
308‧‧‧第二安裝板
310‧‧‧半導體層
312‧‧‧底表面
314‧‧‧頂表面
316‧‧‧底表面
318‧‧‧側邊邊緣
320‧‧‧頂表面
322‧‧‧側邊邊緣
324‧‧‧外表面
326‧‧‧半導體
328‧‧‧第一層的導電的黏著劑
330‧‧‧導電的黏著劑
332‧‧‧第二層的導電的黏著劑
334‧‧‧第一半導體
336‧‧‧第二半導體
338‧‧‧第三半導體
400‧‧‧熱電產生器系統
402‧‧‧熱電產生器(TEG)
404‧‧‧電阻性黏著劑
440‧‧‧絕緣材料
500‧‧‧熱電產生器系統
502‧‧‧熱電產生器(TEG)
504‧‧‧支撐結構
506‧‧‧表面
600‧‧‧方法
602、604、606、608、610‧‧‧步驟
700‧‧‧方法
702、704、706、708、710、712、714、716、718‧‧‧步驟
L1、L2、L3、L4‧‧‧長度
圖1是一種包含一範例的熱電產生器之範例的熱電產生器系統的橫截面圖；圖2是一種替代的熱電產生器系統的橫截面圖；圖3是另一種替代的熱電產生器系統的橫截面圖；圖4是又一種替代的熱電產生器系統的橫截面圖；圖5是另一種替代的熱電產生器系統的橫截面圖；以及圖6是一種組裝在圖1中所示的熱電產生器系統之方法的流程圖。
圖7是一種組裝在圖5中所示的熱電產生器系統之方法的流程圖。
所揭露的實施例現在將會參考所附的圖式，在以下更完整地加以描述，其中所揭露的實施例中的某些個係被展示，而不是全部被展示。確實，數個不同的實施例可能被提出，因而不應該被解釋為受限於在此闡述的實施例。而是，這些實施例係被提出，使得此揭露內容將會是徹底且完整的，並且將會完整地傳達本揭露內容的範疇給熟習此項技術者。
本揭露內容係提供一種具有複數個只有單一類型(不是正型、就是負型)的半導體之熱電夾層結構的實施例。該結構及方法的實施例
可被用在飛機、太空船、內燃機艇、船舶與其它載具、以及車輛及結構。相較於已知的方法，在此揭露的熱電產生器係縮減製造時間及成本。再者，因為該些半導體係以粉末而被施加至安裝板，因而在此所述的熱電產生器可以更容易地被使用在其中支撐結構是例如彎曲的不規則形、或是包含例如突起或凹陷之不規則的特點之應用中。
圖1是一種範例的熱電產生器系統100的橫截面圖，其係包含一範例的熱電產生器(TEG)102以及一耦接至其的支撐結構104。TEG 102係包含一第一安裝板106、一第二安裝板108、以及一被設置在板106與108之間的半導體層110。在該範例的實施方式中，TEG 102係被配置以根據在第二安裝板108的一耦接至支撐結構104的底表面112與第一安裝板106的一頂表面114之間的一溫差來產生一電力。TEG 102接著傳輸該電力至一例如是電池或電性設備的負載(未顯示)，以用於儲存及/或消耗。
在該範例的實施方式中，第一安裝板106係包含頂表面114、一底表面116、以及相對的側邊邊緣118。類似地，第二安裝板108係包含底表面112、一頂表面120、以及相對的側邊邊緣122。再者，第二安裝板108係包含一長度L1是比第一安裝板106的一長度L2長的，以使得第二安裝板108能夠耦接至支撐結構104的一外表面124。在該範例的實施方式中，安裝板106及108是由一種導電材料所形成的。例如，板106及108是由一種金屬或金屬合金(例如但不限於銅、鋁、鋼、或是其之任意組合)所做成的。或者是，安裝板是由任何使得如同在此所述TEG系統100的操作變得容易之材料所做成的。再者，安裝板106及108是撓性的，使得萬一支撐結構104彎曲及/或撓曲時，安裝板106及108係能夠彎曲及/或撓曲
以符合支撐結構104的形狀。
在該範例的實施方式中，半導體層110係包含複數個分別被耦接至安裝板106及108的半導體126。在該範例的實施方式中。該複數個半導體126只是正型(p型)半導體或是負型(n型)半導體中之一類型而已，使得半導體層110只有包含單一類型的半導體126。就此而論，每個半導體126係被並聯耦接至安裝板106及108。並聯耦接半導體126係改善TEG 102的冗餘，並且在一安裝板106及108上的任何點超過半導體126的一溫度限制的事件中，則只有位在該溫度尖峰的點之半導體126受到影響。
在該範例的實施方式中，半導體層110是由粉末或顆粒的半導體126所組成的。因為TEG 102只有包含單一p型或n型，因此沒有人工地將成對的p型及n型半導體焊接在一起的需要，因而任何被施加在該些半導體上以致能焊接的尺寸限制係被移除。或者是，半導體126可以是任何尺寸或形狀，例如但不限於使得如同在此所述的TEG系統100的操作變得容易之立方形。再者，一半導體126可以是和另一半導體126為不同尺寸的。由於半導體126並未耦接至彼此，因此每個半導體126並不需要符合與另一半導體126為剛好相同的尺寸。由粉末或顆粒的半導體126所做成的半導體層110係使得TEG 102能夠被用在奈米尺度的應用，其中TEG 102係包含一小到1奈米的部分的厚度，其中TEG 102之一縮減的厚度係致能TEG 102的使用在其中TEG 102可利用的空間是有限的應用中。或者是，對於例如但不限於在一飛機構件上的使用之大型製造而言，半導體層110在厚度上可以是幾吋的。更明確地說，半導體126分別包含在一介於約10-9奈米到1.0呎之間的範圍內之直徑。更明確地說，TEG 102之一小尺度的應用係包
含具有在一介於約10-3奈米到大約10.0奈米之間的範圍內之直徑的半導體126。TEG 102之一中間尺寸尺度的應用係包含具有在一介於約0.001毫米到大約4.0毫米之間的範圍內之直徑的半導體126。TEG 102之一大尺度的應用係包含具有在一介於約0.1吋到大約2.5吋之間的範圍內之直徑的半導體126。一般而言，因為半導體層110係包含複數個顆粒的半導體126而且層110的厚度並不受限於半導體126的尺寸，因此TEG 102的厚度係根據應用而被最佳化。
TEG 102進一步包含一種耦接在安裝板106與108之間的絕緣材料128。更明確地說，絕緣材料128係在靠近側邊邊緣118及122之處耦接至第一安裝板106的底表面116以及第二安裝板108的頂表面120中的至少一個。在該範例的實施方式中，絕緣材料128係被配置以鄰接半導體層110，使得第一安裝板106避免直接接觸到第二安裝板108。絕緣材料128是由一種例如但不限於橡膠或塑膠之非導電材料所做成的，使得安裝板106及108是彼此電性隔離的。
在該範例的實施方式中，TEG 102亦包含複數個被配置以將第一安裝板106耦接至第二安裝板108的緊固件130。更明確地說，如同在圖1中所示，緊固件130係延伸穿過靠近側邊邊緣118及122的安裝板106及108，使得緊固件130延伸穿過絕緣材料128。或者是，緊固件130可以延伸穿過半導體層110。緊固件130是由一種例如但不限於橡膠或塑膠的非導電材料所做成的，使得安裝板106及108是電性隔離的。或者是，緊固件130是由一種包含一非導電的絕緣體或鞘的導電材料所做成的。在該範例的實施方式中，緊固件130係被配置以施加壓力至半導體層110以及絕緣材料
128以將半導體126限制在板106與108之間，以確保在板106與108之間的透過在層110中的半導體126之強的電性耦合。
圖2是一種替代的熱電產生器系統200的橫截面圖。TEG系統200係實質類似於TEG系統100(在圖1中所示)，除了TEG系統100包含一實質平坦的支撐結構104，而TEG系統200包含一具有一不規則形狀的支撐結構204之外。就此而論，對於TEG系統100及200兩者而言為共同的元件係被標示和圖1中所用的相同的元件符號。
如同在圖2中所示，支撐結構204係包含至少一曲率半徑，使得支撐結構204的一表面206是彎曲的。表面206係界定TEG 102所要符合的一彎曲的路徑，使得TEG 102係根據支撐結構204的曲率半徑而被彎曲。儘管在圖2中被展示為彎曲的，但是TEG 102是符合支撐結構204的任何不規則的形狀。例如，TEG 102係符合具有角度的轉變、角落、開口、凸出、凹陷、或是任何其它不規則性的任意組合之支撐結構204。在該範例的實施方式中，半導體126之粉末顆粒結構係使得TEG 102具有一不規則的形狀(亦即一種並非實質平順且平的形狀)變得容易。在一實施方式中，支撐結構204是一例如但不限於飛機機翼的飛機構件，該飛機構件不僅包含至少一曲率半徑，而且亦在飛機的飛行期間彎曲及撓曲。如上所述，安裝板106及108也是撓性的，以符合支撐結構204的曲率及撓曲(flexure)。再者，半導體126的粉末顆粒結構係使得一彎曲及/或撓性的半導體層110符合安裝板106及108以及支撐結構204的曲率及撓曲變得容易。
再者，儘管圖1及2在被安裝到支撐結構104或204的TEG 102中只有展示單一層的半導體126，但所思及的是多層的半導體126可以
內含在TEG 102中。更明確地說，一TEG 102堆疊可以依序包含安裝板108、半導體層110、一中間的安裝板(未顯示)、另一半導體層110、以及安裝板106。一TEG 102堆疊可包含任意數量的半導體層110以及中間的安裝板。再者，在TEG 102的此種堆疊中，一第一半導體層110可包含p型半導體126，並且在該堆疊中的一第二半導體層110可包含n型半導體。或者是，該堆疊的所有半導體層110可包含p型或n型半導體。
此外，相關於圖1及2，儘管安裝板108以及支撐結構104及204分別被展示為個別的構件，但是在一實施方式中，支撐結構104及204係雙重作用為安裝板108，使得安裝板108以及支撐結構104及204是一體的，並且導電的黏著劑係直接被施加至支撐結構104及204。
圖3是另一種替代的熱電產生器系統300的橫截面圖，其係包含一替代的熱電產生器302以及一耦接至其的支撐結構304。類似於TEG 102，TEG 302係包含一第一安裝板306、一第二安裝板308、以及一被設置在板306與308之間的半導體層310。TEG 302亦被配置以根據在耦接至支撐結構304的第二安裝板308的一底表面312與第一安裝板306的一頂表面314之間的一溫差來產生電力。TEG 302係接著傳輸該電力至一例如是電池或電性設備的負載(未顯示)，以用於儲存及/或消耗。
在一實施方式中，第一安裝板306係包含頂表面314、一底表面316、以及相對的側邊邊緣318。類似地，第二安裝板308係包含底表面312、一頂表面320、以及相對的側邊邊緣322。再者，第二安裝板308係包含一長度L3是比第一安裝板306的一長度L4長的，以使得第二安裝板308能夠耦接至支撐結構304的一外表面324。如同在TEG系統100中，
TEG系統300的安裝板306及308是由一種導電材料所形成的並且是撓性的，以使得萬一支撐結構304彎曲及/或撓曲時，安裝板306及308係能夠彎曲及/或撓曲以符合支撐結構304的形狀。或者是，安裝板306及308在長度上是實質類似的。一般而言，安裝板306及308係具有任何致能如同在此所述的TEG系統300的操作之長度。
TEG 302係包含具有複數個半導體326的半導體層310，該複數個半導體326係分別電耦接至安裝板306及308，即如同在以下更詳細敘述者。類似於TEG 102的半導體126，TEG 302的複數個半導體326是只有正型(p型)半導體或是負型(n型)半導體中之一類型而已，使得半導體層310只有包含單一類型的半導體326。就此而論，每個半導體326係並聯電耦接至安裝板306及308。半導體層310也是由複數個粉末顆粒的半導體326所組成的，該些半導體326是具有單一p型或n型，而且並未個別地被焊接在一起。半導體326係實質類似於半導體126，使得以上相關半導體126所論述的說明及益處亦適用於半導體326。
TEG 302進一步包含一第一層328的導電的黏著劑330、以及一第二層332的導電的黏著劑330。更明確地說，TEG 302係包含被施加至第一安裝板306的底表面316的第一層328的導電的黏著劑330、以及被施加至第二安裝板308的頂表面320的第二層332的導電的黏著劑330。在一實施方式中，導電的黏著劑330是一種導電漆，其係利用刷或是噴霧器而被施加至安裝板306及308中的至少一個。或者是，導電的黏著劑330是一種以任何方式而被施加至安裝板306及308的導電材料，其例如但不限於一漆、一環氧樹脂、一密封劑、一例如是鉛的低溫熔化的金屬、以及一混
有銀、鎳、或石墨的接合劑。
導電的黏著劑330的導電特性係電性連通地耦接半導體326與安裝板306及308，而黏著劑330的黏著特性係將安裝板306機械式地耦接至安裝板308，而不需要緊固件。或者是，一例如是緊固件130(在圖1中所示)的緊固件係被用來將安裝板306及308機械式地彼此耦接。導電的黏著劑330係提供一表面給TEG 302，半導體326可以黏著到該表面而且被固定在適當的地方。如同在圖3中所示，半導體326可以是不同尺寸的，使得一第一半導體334係被耦接在黏著劑層328與332之間而且並不接觸板306或308的任一個，而一第二半導體336分別僅接觸板306或308中之一以及一相對的黏著劑層332或328。一第三半導體338是具有尺寸以使得半導體338係延伸穿過兩個層328及332，並且接觸兩個板306及308。半導體326的尺寸以及層310、328及332的厚度在圖3中只是為了舉例說明的目的而被展示，並且可能不是代表實際的尺寸及厚度。例如，半導體層310可包含比在圖3中所展示的更大數量的半導體326。
TEG 302亦可包含一種絕緣材料(未顯示)，其係在成分及功能上類似於絕緣材料128(在圖1中所示)。該絕緣材料係耦接至板306及308，並且界定一避免在層328及332的導電的黏著劑330之間接觸的厚度。半導體層310係替代或組合地界定一避免在層328及332的導電的黏著劑330之間接觸的厚度。一般而言，導電的黏著劑層328及332係避免與彼此接觸，以減少發生電力是經由導電的黏著劑330而通過在板306及308之間，因而旁路半導體326。
再者，儘管圖3在被安裝到支撐結構304的TEG 302中只有
展示單一層的半導體326，但所思及的是多層的半導體326亦可以內含在TEG 302中。更明確地說，一TEG 302堆疊可以依序包含安裝板308、導電的黏著劑330、半導體326、導電的黏著劑330、半導體326、導電的黏著劑330、以及安裝板306。一TEG 302堆疊可包含任意數量的半導體326以及黏著劑330層。再者，在TEG 302的此種堆疊中，一第一半導體層326可包含p型半導體326，並且在該堆疊中的一第二半導體層326可包含n型半導體。或者是，該堆疊的所有半導體層326可包含p型或n型半導體。
圖4是一種替代的熱電產生器系統400的橫截面圖。TEG系統400係實質類似於TEG系統300(在圖3中所示)，除了TEG系統400的一TEG 402係包含一層被施加在導電的黏著劑330的層328與332之間的電阻性黏著劑404之外。就此而論，對於TEG系統300及400兩者而言為共同的元件係在圖4中被標示和圖3中所用的相同的元件符號。在一實施方式中，電阻性黏著劑404是由一種例如但不限於橡膠或塑膠的非導電材料所做成的，使得導電的黏著劑330的層328及332是彼此電性隔離的。類似於導電的黏著劑330，在一應用中，電阻性黏著劑404可以利用一刷、或是藉由噴塗黏著劑404到導電的黏著劑層328及332中的至少一個之上而被施加。再者，半導體326可以和電阻性黏著劑404混合，並且被施加至層328及332。或者是，在一實施方式中。TEG 402並不包含導電的黏著劑的層328及332，並且半導體326可以和電阻性黏著劑404混合並且直接被施加至安裝板306及308。如上相關圖3所述，半導體326的尺寸以及層310、328、332及404的厚度在圖4中只是為了舉例說明的目的而被展示，並且可能不是代表實際的尺寸及厚度。
TEG 402亦可包含一種絕緣材料440，其係在成分及功能上類似於絕緣材料128(在圖1中所示)。絕緣材料440係分別在靠近側邊邊緣318及322之處耦接至板306及308，並且界定一避免在導電板306及308之間的接觸的厚度。
再者，儘管圖4在被安裝到支撐結構304的TEG 402中只有展示單一層的半導體326，但所思及的是多層的半導體326亦可以內含在TEG 402中。更明確地說，一TEG 402堆疊可以依序包含安裝板308、導電的黏著劑330、半導體326、電阻性黏著劑404、導電的黏著劑330、半導體326、電阻性黏著劑404、導電的黏著劑330、以及安裝板306。一TEG 402堆疊可包含任意數量的半導體326、電阻性黏著劑404以及導電的黏著劑330的層。再者，在TEG 402的此種堆疊中，一第一半導體層326可包含p型半導體326，並且在該堆疊中的一第二半導體層326可包含n型半導體。或者是，該堆疊的所有半導體層326都可包含p型或n型半導體。
此外，相關於圖3及4，儘管安裝板308以及支撐結構304係被展示為個別的構件，但是在一實施方式中，支撐結構304係雙重作用為安裝板308，使得安裝板308以及支撐結構304是一體的，並且導電的黏著劑係直接被施加至支撐結構304。
圖5是一種替代的熱電產生器系統500的橫截面圖。TEG系統500係實質類似於TEG系統400(在圖4中所示)，除了TEG系統400包含一實質平坦的支撐結構304，而TEG系統500包含一具有一不規則形狀的支撐結構504之外。就此而論，對於TEG系統500及400兩者而言為共同的元件係被標示和圖4中所用的相同的元件符號。
如同在圖5中所示，類似於支撐結構204(在圖2中所示)，支撐結構504係包含至少一曲率半徑，使得支撐結構504的一表面506是彎曲的。表面506係界定TEG 502所要符合的一彎曲的路徑，使得TEG 402係根據支撐結構504的曲率半徑而彎曲的。儘管在圖5中被展示為彎曲的，但是TEG 502是符合支撐結構504的任何不規則的形狀。例如，TEG 502係符合具有角度的轉變、角落、開口、凸出、凹陷、或是任何其它不規則性的任意組合之支撐結構504。在該範例的實施方式中，半導體326的粉末顆粒結構係使得TEG 502具有一不規則的形狀(亦即一種並非實質平順且平的形狀)變得容易。在一實施方式中，支撐結構504是一例如但不限於飛機機翼的飛機構件，該飛機構件不僅包含至少一曲率半徑，而且亦在飛機的飛行期間彎曲及撓曲。如上所述，安裝板306及308也是撓性的，以符合支撐結構504的曲率及撓曲。再者，半導體326的粉末顆粒結構係使得一彎曲及/或撓性的半導體層310符合安裝板306及308以及支撐結構504的曲率及撓曲變得容易。
再者，儘管圖5在被安裝到支撐結構504的TEG 502中只有展示單一層的半導體326，但所思及的是多層的半導體326可以內含在TEG 502中。更明確地說，一TEG 502堆疊可以依序包含安裝板308、導電的黏著劑330、半導體326、電阻性黏著劑404、導電的黏著劑330、半導體326、電阻性黏著劑404、導電的黏著劑330、以及安裝板306。一TEG 502堆疊可包含任意數量的半導體326、電阻性黏著劑404以及導電的黏著劑330的層。再者，在TEG 502的此種堆疊中，一第一半導體層326可包含p型半導體326，並且在該堆疊中的一第二半導體層326可包含n型半導體。或者是，
該堆疊的所有半導體層326都可包含p型或n型半導體。
此外，儘管安裝板308以及支撐結構504係被展示為個別的構件，但是在一實施方式中，支撐結構504係雙重作用為安裝板308，使得安裝板308以及支撐結構是一體的，並且導電的黏著劑係直接被施加至支撐結構504。
圖6是一種組裝一例如是TEG系統100的TEG系統之方法600的流程圖，該TEG系統係包含一例如是TEG 102(都被展示在圖1中)的TEG。方法600係包含施加602複數個例如是半導體126(在圖1中所示)的粉末顆粒的半導體至一例如是安裝板108(在圖1中所示)的第一安裝板，以形成一例如是半導體層110(在圖1中所示)的半導體層。如上所述，該半導體層係包含正型或負型半導體中之一類型的半導體，使得該半導體層係包含都是相同類型的半導體。方法600亦包含施加604一種例如是絕緣材料128(在圖1中所示的)絕緣材料至該第一安裝板的例如是頂表面120(在圖1中所示)的頂表面、以及一例如是安裝板106(在圖1中所示)的第二安裝板的一例如是底表面116(在圖1中所示)的底表面中的至少一個。更明確地說，該絕緣材料係靠近該第二安裝板的第一複數個例如是側邊邊緣118(在圖1中所示)的側邊邊緣、以及靠近該第一安裝板的第二複數個例如是側邊邊緣122(在圖1中所示)的側邊邊緣之處加以耦接。
方法600亦包含在該半導體層的頂端上設置606該第二安裝板，使得該半導體層係被設置在該第一及第二安裝板之間。該第一安裝板係接著被耦接608至該第二安裝板，以完成該TEG的組裝。在一實施例中，該耦接608的步驟係利用一非導電以及一絕緣的緊固件中的至少一個來加
以執行，例如是緊固件130(在圖1中所示)。一旦被組裝後，該TEG係接著被耦接610至一例如是支撐結構104(在圖1中所示)的支撐結構。或者是，該第一安裝板係在該TEG的組裝之前先被耦接610至該支撐結構。如上所述，該支撐結構可以是實質平順且平的(例如是支撐結構104(在圖1中所示))、或是該支撐結構可包含一曲率半徑或是其它不規則的形狀(例如是支撐結構204(在圖2中所示))。
圖7是一種組裝一例如是TEG系統400的替代的TEG系統之方法700的流程圖，該TEG系統係包含一例如是TEG 402(兩者都展示在圖4中)的TEG。方法700係包含施加702一例如是黏著劑330的導電的黏著劑之一例如是層328的第一層至一例如是安裝板308(都展示在圖4中)的第一安裝板的一預設的區域。一種例如是絕緣材料440(在圖4中所示)的絕緣材料係接著繞著該導電的黏著劑的周邊而被施加704至該第一安裝板。一旦該絕緣材料以及導電的黏著劑至少部分被設定後，複數個例如是半導體326(在圖4中所示)的粉末顆粒的半導體係被施加706至該第一層的導電的黏著劑，以形成一例如是半導體層310(在圖4中所示)的半導體層。如上所述，該半導體層係包含正型或負型半導體中之一類型的半導體，使得該半導體層包含全都相同類型的半導體。
方法700亦包含施加708一層的例如是電阻性黏著劑404(在圖4中所示)的電阻性黏著劑至該半導體層，並且研磨710該電阻性黏著劑的一部分以露出該些半導體的至少一部分。在該導電的黏著劑上的一例如是第二層332(在圖4中所示)的第二層係被施加712至一例如是安裝板306(在圖4中所示)的第二安裝板的一預設的區域。方法700亦包含在該第一安裝
板的頂端上設置714該第二安裝板，使得該第一及第二導電的黏著劑的層、電阻性黏著劑的層、以及半導體層全部被夾設在其之間。該第一安裝板係接著利用該黏著劑來耦接716至該第二安裝板，以完成該TEG的組裝。在一實施例中，該耦接716的步驟係利用一非導電以及一絕緣的緊固件中的至少一個來加以執行，例如是緊固件130(在圖1中所示)。一旦被組裝後，該TEG係接著被耦接718至一例如是支撐結構304(在圖4中所示)的支撐結構。或者是，該第一安裝板係在該TEG的組裝之前先被耦接718至該支撐結構。如上所述，該支撐結構可以是實質平順且平的(例如，支撐結構304(在圖4中所示))、或是該支撐結構可包含一曲率半徑或其它不規則的形狀(例如，支撐結構504(在圖5中所示))。
在此所述的實施方式係描述被使用在廣泛而多樣的應用中之改良的熱電產生器。在此所述的熱電產生器係包含複數個只具有單一類型的粉末及/或顆粒的半導體。更明確地說，全部的半導體不是正型、就是負型，使得該熱電產生器只有包含一種類型的半導體。該些半導體係利用一將該些板壓在一起的機械式緊固件以及一導電的黏著劑中的至少一個，而被並聯耦接以和上方及下方的安裝板電連通。就此而論，該些半導體並不必要獨立地與彼此焊接、或是焊接至該些安裝板。因此，相較於已知的方法，該改良的熱電產生器係顯著地縮減製造時間及成本。再者，因為該些半導體係以粉末而被施加至該些安裝板，因而在此所述的熱電產生器可以被使用在其中該支撐結構是例如為彎曲的不規則形狀、或是包含例如為突起或凹陷的不規則的特點之應用中。
再者，本揭露內容係包括根據以下的條款之實施例：
條款1.一種用於供電一負載之熱電產生器，該熱電產生器係包括：一第一安裝板；一第二安裝板；以及複數個被設置在該第一及第二安裝板之間的半導體以形成一半導體層，其中該半導體層係包括正型或負型半導體中之一類型。
條款2.如條款1之熱電產生器，其中每一個半導體係包含在一介於約0.001毫米到約4.0毫米之間的範圍內之一直徑。
條款3.如條款1或2之熱電產生器，其進一步包括至少一機械式緊固件，其係被配置以將該第一安裝板耦接至該第二安裝板。
條款4.如條款1-3之熱電產生器，其中該第一安裝板係包括一頂表面以及第一複數個側邊邊緣，並且其中該第二安裝板係包括一底表面以及第二複數個側邊邊緣，該熱電產生器進一步包括一種絕緣材料，該絕緣材料係在靠近該第一及第二複數個側邊邊緣處被施加至該頂表面以及該底表面中的至少一個。
條款5.如條款1-4之熱電產生器，其進一步包括一導電的黏著劑，該導電的黏著劑係被施加至該第一及第二安裝板中的至少一個。
條款6.如條款1-5之熱電產生器，其進一步包括：一第一層的一導電的黏著劑，其係被施加至該第一安裝板；一第二層的該導電的黏著劑，其係被施加至該第二安裝板；一層的電阻性材料，其係被耦接在該第一及第二層的導電的黏著劑之間。
條款7.如條款1-6之熱電產生器，其進一步包括一耦接至該第一安裝板的支撐結構，其中該支撐結構係包括至少一曲率半徑，使得該熱電產生器是根據該曲率半徑而彎曲的。
條款8.如條款7之熱電產生器，其中該第一安裝板是與該支撐結構為一體的。
條款9.一種組裝一熱電產生器之方法，該方法係包括：施加複數個半導體至一第一安裝板以形成一半導體層，其中該半導體層係包括正型或負型半導體中之一類型；設置一第二安裝板，使得該半導體層係被設置在該第一及第二安裝板之間；以及
將該第一安裝板耦接至該第二安裝板。
條款10.如條款9之方法，其中施加複數個半導體係包括施加複數個分別包含在一介於約0.001毫米到約4.0毫米之間的範圍內之一直徑的半導體。
條款11.如條款9或10之方法，其中將該第一安裝板耦接至該第二安裝板係包括利用機械式緊固件以將該第一安裝板耦接至該第二安裝板。
條款12.如條款9-11之方法，其中該第一安裝板係包含一頂表面以及第一複數個側邊邊緣，並且其中該第二安裝板係包含一底表面以及第二複數個側邊邊緣，該方法進一步包括在靠近該第一及第二複數個側邊邊緣處施加一種絕緣材料至該頂表面以及底表面中的至少一個。
條款13.如條款9-12之方法，其進一步包括施加一導電的黏
著劑至該第一及第二安裝板中的至少一個。
條款14.如條款9-13之方法，其中施加複數個半導體係包括施加該複數個半導體以及一非導電的介質的一混合物。
條款15.如條款9-14之方法，其進一步包括：施加一第一層的一導電的黏著劑至該第一安裝板；施加一第二層的該導電的黏著劑至該第二安裝板；以及在該第一及第二層的導電的黏著劑之間施加一層的電阻性材料。
條款16.如條款9-15之方法，其進一步包括將該第一安裝板以及該第二安裝板中的至少一個耦接至一支撐結構。
條款17.一種熱電產生器系統，其係包括：一支撐結構；以及一耦接至該支撐結構的熱電產生器，該熱電產生器係包括：一第一安裝板；一第二安裝板；以及複數個被設置在該第一及第二安裝板之間的半導體以形成一半導體層，其中該半導體層係包括正型或負型半導體中之一類型。
條款18.如條款17之熱電產生器系統，其進一步包括：一第一層的一導電的黏著劑，其係被施加至該第一安裝板；一第二層的該導電的黏著劑，其係被施加至該第二安裝板；以及一層的電阻性材料，其係被耦接在該第一及第二層的導電的黏著劑之間。
條款19.如條款17或18之熱電產生器系統，其中該支撐結
構係包括一飛機構件。
條款20.如條款17-19之熱電產生器系統，其中該支撐結構係包括至少一曲率半徑，使得該熱電產生器是根據該曲率半徑而彎曲的。
此書面說明是使用例子來揭示包含最佳模式的各種實施方式，並且亦使得任何熟習此項技術者能夠實施該些各種的實施方式，其包含製造及利用任何裝置或系統以及執行任何所納入的方法。本揭露內容之可授予專利的範疇係藉由申請專利範圍所界定，並且可包含熟習此項技術者所思及的其它例子。若此種其它例子具有和該申請專利範圍的字義語言並無不同之結構的元件、或是若其包含具有與該申請專利範圍的字義語言為非實質差異之等同的結構的元件，則此種其它例子係欲落是在該申請專利範圍的範疇之內。
100‧‧‧熱電產生器系統
102‧‧‧熱電產生器(TEG)
104‧‧‧支撐結構
106‧‧‧第一安裝板
108‧‧‧第二安裝板
110‧‧‧半導體層
112‧‧‧底表面
114‧‧‧頂表面
116‧‧‧底表面
118‧‧‧側邊邊緣
120‧‧‧頂表面
122‧‧‧側邊邊緣
124‧‧‧外表面
126‧‧‧半導體
128‧‧‧絕緣材料
130‧‧‧緊固件
L1、L2‧‧‧長度
Claims (10)
- 一種用於供電一負載之熱電產生器(102)，該熱電產生器(102)係包括：一第一安裝板(106)；一第二安裝板(108)；以及複數個半導體(126)，其係被設置在該第一及第二安裝板(106、108)之間以形成一半導體層(110)，其中該半導體層(110)係包括正型或負型半導體(126)中之一類型。
- 如申請專利範圍第1項之熱電產生器(102)，其中每一個半導體係包含在一介於約0.001毫米到約4.0毫米之間的範圍內之一直徑。
- 如申請專利範圍第1或2項之熱電產生器(102)，其進一步包括至少一機械式緊固件(130)，其係被配置以將該第一安裝板(106)耦接至該第二安裝板(108)。
- 如申請專利範圍第1或2項之熱電產生器(102)，其中該第一安裝板(106)係包括一頂表面(114)以及第一複數個側邊邊緣，並且其中該第二安裝板(108)係包括一底表面(112)以及第二複數個側邊邊緣，該熱電產生器(102)進一步包括一種絕緣材料，該絕緣材料係在靠近該第一及第二複數個側邊邊緣處被施加至該頂表面以及該底表面(114、112)中的至少一個。
- 如申請專利範圍第1或2項之熱電產生器(102)，其進一步包括一導電的黏著劑(330)，該導電的黏著劑(330)係被施加至該第一及第二安裝板(106、108)中的至少一個。
- 如申請專利範圍第1或2項之熱電產生器(102)，其進一步包括：一第一層的一導電的黏著劑(330)，其係被施加至該第一安裝板(106)； 一第二層的該導電的黏著劑(330)，其係被施加至該第二安裝板(108)；一層的電阻性材料，其係被耦接在該第一及第二層的導電的黏著劑(330)之間。
- 如申請專利範圍第1或2項之熱電產生器(102)，其進一步包括一耦接至該第一安裝板(106)的支撐結構(104)，其中該支撐結構(104)係包括至少一曲率半徑，使得該熱電產生器(102)是根據該曲率半徑而彎曲的。
- 如申請專利範圍第7項之熱電產生器(102)，其中該第一安裝板(106)是與該支撐結構(104)為一體的。
- 一種組裝一熱電產生器(102)之方法，該方法係包括：施加複數個半導體(126)至一第一安裝板(106)以形成一半導體層(110)，其中該半導體層(110)係包括正型或負型半導體(126)中之一類型；設置一第二安裝板(108)，使得該半導體層(110)係被設置在該第一及第二安裝板(106、108)之間；以及將該第一安裝板(106)耦接至該第二安裝板(108)。
- 如申請專利範圍第9項之方法，其中施加複數個半導體(126)係包括施加複數個分別包含在一介於約0.001毫米到約4.0毫米之間的範圍內之一直徑的半導體(126)。
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