DE19856771A1

DE19856771A1 - Thermoelektrisches Modul und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE19856771A1
Application number: DE19856771A
Authority: DE
Inventors: Michimasa Tsuzaki; Nobuteru Maekawa; Narimasa Iwamoto; Junji Imai; Hiroaki Okada; Teruaki Komatsu; Shinya Murase; Hiroyuki Inoue; Masayuki Sagawa; Yuri Sakai
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: FR2775123A1; CN1109366C; TW384551B; US6400013B1; JP3982080B2; JP2000049391A; FR2775123B1; US6391676B1; CN1218998A; DE19856771C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Modul mit mehreren thermoelektri schen Schenkeln aus p- und n-leitenden Halbleitern, die in einer Matrix zwischen einer Grup pe von ersten Kontakten und einer Gruppe von zweiten Kontakten angeordnet sind, wobei beide zur Bildung einer elektrischen Reihenschaltung in der Matrix angeordnet sind, die ge staltet ist, um einen elektrischen Strom in einer wählbaren Richtung zum Heizen oder Kühlen einer Seite der ersten und zweiten Kontakte aufgrund des Peltier-Effekts an den Schenkeln fließen zu lassen, wobei die Schenkel derart angeordnet sind, daß sie wenigstens drei Schen kelreihen ergeben, wobei jede eine begrenzte Anzahl von Schenkeln aufweist, einem ersten Träger, der die Gruppe der ersten Kontakte trägt und erste Brücken einschließt, die zwei be nachbarte erste Kontakte einteilig verbinden und erste diskrete Paare zur elektrischen Verbin dung der Schenkel in jeder Schenkelreihe bilden, einem starren dielektrischen Substrat das den ersten Träger zum Festhalten der ersten diskreten Paare an dem Substrat fest einfaßt, und zweiten Brücken, wobei jede die zwei benachbarten zweiten Kontakte zur elektrischen Ver bindung der zwei benachbarten Schenkel in jeder Schenkelreihe an einer gegenüberliegenden Seite der ersten Kontakte einteilig verbindet, einen thermoelektrischen Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Moduls.

Die WO 97/45882 offenbart ein thermoelektrisches Modul mit einer Matrix aus thermoelektri schen Schenkeln, die zum Bilden einer elektrischen Reihenschaltung zwischen einer Gruppe von ersten Kontakten und einer Gruppe von zweiten Kontakten angeordnet sind. Die Schal tung ist aus mehreren Reihen zusammengesetzt, wobei jede eine begrenzte Anzahl von p-leitenden und n-leitenden Schenkeln aufweist, die abwechselnd entlang einer Spalte der Ma trix angeordnet und an einer Seite der Schenkel an die jeweiligen ersten Kontakte und an der gegenüberliegenden Seite an die jeweiligen zweiten Kontakte geklebt sind. Die zwei benach barten ersten Kontakte in jeder Reihe sind zur Bildung von ersten diskreten Paaren verbun den, während die zwei benachbarten zweiten Kontakte in gleicher Weise zur Bildung von zweiten diskreten Paaren verbunden sind. Somit bilden die Schenkel in den einzelnen Reihen durch Reihenschaltung Unterschaltkreise. Die Unterschaltkreise sind mittels erster und zwei ter Reihenverbindungsbrücken, die jeweils auf den Seiten der ersten und zweiten Kontakte ausgebildet sind, um sich jeweils über die zwei ersten und zweiten Kontakte der benachbarten Reihen zu erstrecken, elektrisch miteinander verbunden. Somit wird der Schenkel an einem Ende der Reihe an seiner einen Seite von den ersten oder zweiten Paaren in der Einzelreihe und auch an der gegenüberliegenden Seite von den zweiten oder ersten Reihenverbindungs brücken begrenzt, die sich über die zwei benachbarten Reihen erstrecken.

Im allgemeinen wird das thermoelektrische Modul in der Form verwendet, daß die Gruppe der ersten Kontakte starr an einer Haltestruktur befestigt ist und die Gruppe der zweiten Kon takte in einem recht sanften Kontakt mit einem Heiz- oder Kühlteil steht. Somit kann die an den jeweiligen Schenkeln während des Gebrauchs entwickelte Wärmespannung besser auf der Seite der zweiten Kontakte als auf der Seite der starr an der Haltestruktur befestigten ersten Kontakte entlastet werden. Nichtsdestotrotz stellt die Anwesenheit der in dem Stand der Technik verwendeten zweiten Reihenverbindungsbrücke eine gewisse Behinderung bei dem Entlasten der Wärmespannung auf der Seite der zweiten Kontakte dar. Das heißt, die benach barten Reihen oder Unterschaltkreise der Schenkel sind durch die zweite Reihenverbindungs brücke zueinander begrenzt, so daß die Wärmespannung schwerlich auf der Seite der zweiten Kontakte entlastet werden kann, wodurch manchmal ein unerwünschter Bruch oder Riß in dem Schenkel an dem Ende der Reihe resultiert, der an den gegenüberliegenden Seiten in den zwei verschiedenen Richtungen, eine entlang der jeweiligen Reihe und die andere quer dazu, begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein thermoelektrisches Modul, einen ther moelektrischen Wärmetauscher und ein Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Moduls zur Verfügung zu stellen, mit denen die Wärmespannung zur Erzielung einer erhöh ten Zuverlässigkeit verringert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem thermoelastischen Modul der oben angegebe nen Gattung dadurch gelöst, daß der erste Träger wenigstens zwei Reihenverbindungsbrücken einschließt, die allein für eine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Schenkel reihen verantwortlich sind, und die durch die zweiten Brücken verbundenen zwei benachbar ten zweiten Kontakte einzelne zweite diskrete Paare bilden, die an der gegenüberliegenden Seite der ersten Kontakte voneinander isoliert sind. Mit dieser baulichen Anordnung sind die Reihenverbindungsbrücken nur an einer Seite der Schenkel für eine Verbindung der ersten Kontakte zwischen den benachbarten Schenkelreihen ausgebildet, während die zweiten Kon takte auf der anderen Seite der Schenkel als zweite diskrete Paare verteilt sind. Somit kann die auf das Ende der Schenkelreihe, wo die zwei benachbarten Schenkelreihen miteinander ver bunden sind, ausgeübte Wärmespannung gut an der Seite der zweiten Kontakte entspannt werden, an der die zweiten diskreten Paare vollständig voneinander getrennt bleiben.

Diese Aufgabe wird zudem gelöst durch einen thermoelektrischen Wärmetauscher mit einem Stapel mit wenigstens zwei thermoelektrischen Modulen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger jedes thermoelektrischen Moduls auf einem dielektrischen Substrat gehalten wird, wobei das dielektrische Substrat des oberen thermo elektrischen Moduls auf den Gruppen der zweiten Kontakte des unteren thermoelektrischen Moduls positioniert ist.

Diese Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektri schen Moduls, wobei das thermoelektrische Modul aus mehreren thermoelektrischen Schen keln aus p- und n-leitenden Halbleitern zusammengesetzt ist, die in einer Matrix zwischen einer Gruppe von ersten Kontakten und einer Gruppe von zweiten Kontakten angeordnet sind, wobei beide in der Matrix angeordnet sind, um eine elektrische Reihenschaltung zu bilden, die gestaltet ist, um einen elektrischen Strom in einer wählbaren Richtung zum Heizen oder Kühlen einer Seite der ersten und zweiten Kontakte aufgrund des Peltier-Effekts an den Schenkeln fließen zu lassen, wobei die Schenkel angeordnet sind, um wenigstens drei Schen kelreihen zu ergeben, von der jede eine begrenzte Anzahl von Schenkeln aufweist, wobei das Verfahren verwendet: mehrere thermoelektrische Stäbe aus p- und n-leitenden Halbleitern, die nachfolgend in die thermoelektrischen Schenkel zu unterteilen sind, einen ersten Träger, der die Gruppe der ersten Kontakte trägt und erste Brücken einschließt, die zwei benachbarte er ste Kontakte einteilig verbinden, um erste diskrete Paare zur elektrischen Verbindung der Schenkel in jeder Schenkelreihe zu bilden, wobei der erste Träger weiterhin wenigstens zwei Reihenverbindungsbrücken einschließt, die allein für eine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Schenkelreihen verantwortlich sind, eine zweite leitfähige Platte, die die Gruppe der zweiten Kontakte trägt und zweite Brücken einschließt, wobei jede die zwei be nachbarten zweiten Kontakte einteilig verbindet, um zweite diskrete Paare zur elektrischen Verbindung der zwei benachbarten Schenkel in jeder Schenkelreihe an einer gegenüberlie genden Seite der ersten Kontakte zu ergeben, wobei die zweite leitfähige Platte außerdem zweite Balken einschließt, die die zweiten diskreten Paare einteilig verbinden, damit alle zweiten diskreten Paare an der zweiten leitfähigen Platte festgehalten werden, wobei das Ver fahren die Schritte umfaßt: Anordnen mehrerer thermoelektrischer Stäbe aus p- und n-leitenden Halbleitern entlang der Zeilen der Matrix in der Weise, daß die p-leitenden Stäbe sich mit den n-leitenden Stäben in einem Abstand zueinander entlang der Spalte der Matrix abwechseln;
Kleben der thermoelektrischen Stäbe an die Zeilen der ersten Kontakte sowie an die Zeilen der zweiten Kontakte (21, 121) zur Bildung einer verdichteten Struktur, in der die thermo elektrischen Stäbe zwischen den ersten und zweiten Kontakten gehalten werden, gleichzeiti ges Zerschneiden der thermoelektrischen Stäbe sowie der zweiten Balken zum Zerteilen der thermoelektrischen Stäbe in die Schenkel und zum Voneinandertrennen der zweiten diskreten Paare. Auf diese Weise kann das Schneiden nach dem Stapeln der Stäbe zwischen dem ersten Träger und der zweiten leitfähigen Platte zu der verdichteten Struktur durchgeführt werden, so daß das thermoelektrische Modul anhand der Stapelstruktur erhalten werden kann, während letztere während des Schneidens stabil gehalten wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des thermoelektrischen Moduls kann vorgesehen sein, daß jede Schenkelreihe von den Schenkeln, den ersten Kontaktpunkten und den zweiten Kontaktpunkten gebildet ist, die entlang jeder Spalte der Matrix angeordnet sind; wobei die ersten Brücken erste vertikale Brücken sind, die die zwei benachbarten ersten Kontakte in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die ersten diskreten Paare zu ergeben, die Rei henverbindungsbrücken die zwei benachbarten ersten Kontakte in den äußersten Zeilen der Matrix verbinden, um horizontale Paare zur elektrischen Verbindung zwischen den benach barten Schenkelreihen zu bilden, die jeweils entlang der Spalten der Matrix angeordnet sind, und die zweiten Brücken zweite vertikale Brücken sind, die jeweils die zwei benachbarten zweiten Kontakte in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die zweiten diskreten Paare zu ergeben, wobei die entlang einer Spalte der Matrix angeordneten zweiten diskreten Paare gleichförmig in Bezug auf die entlang der benachbarten Spalte der Matrix angeordneten zweiten diskreten Paare versetzt sind.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform des thermoelektrischen Moduls kann vorgese hen sein, daß jede Schenkelreihe durch die Schenkel, die in einem Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix angeordnet sind, die ersten Kontakte in einem entsprechenden Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix und die zweiten Kontakte in einem entsprechenden Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix angeordnet sind, gebildet ist; wobei die ersten Brüc ken erste schräge Brücken sind, die jeweils ein Paar der zwei schräg gegenüberliegenden er sten Kontakte, einer in der einen Zeile und der andere in der benachbarten Zeile der ersten Matrix, einteilig verbinden, um die ersten diskreten Paare zu ergeben, die Reihenverbin dungsbrücken jeweils ein Paar von zwei vertikal gegenüberliegenden ersten Kontakten, einer in der Zeile der Schenkelreihe und der andere in der Zeile der benachbarten Schenkelreihe, zur elektrischen Verbindung zwischen den benachbarten Schenkelreihen verbinden, und die zweiten Brücken zweite vertikale Brücken sind, die die zwei benachbarten zweiten Kontakte in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die zweiten diskreten Paare zu ergeben, wobei die zweiten diskreten Paare entlang der Spalten sowie entlang der Zeilen ausgerichtet sind. Mit dieser Anordnung können die Schenkel der p-leitenden und n-leitenden Halbleiter abwechselnd entlang der gesamten Länge der Reihenschaltung über die Mehrfachschenkelrei hen angeordnet werden, ohne daß doppelte Paare desselben Typs an der Verbindung zwischen den Schenkelreihen bleiben, wodurch eine dichte Verteilung des Schenkels in einem be grenzten Raum für eine verbesserte Wärmeübergangseffizienz bereitgestellt wird.

Die weiteren das thermoelektrische Modul betreffenden Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des thermoelektrischen Moduls.

Die auf den thermoelektrischen Wärmetauscher bezogenen Unteransprüche betreffen vorteil hafte Weiterbildungen desselben.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß der erste Träger eine erste leitfähige Platte umfaßt, die erste Balken einschließt, die die ersten Paare in einer horizontalen Ebene, in der die ersten Kontakte angeordnet sind, mit einander verbinden, wobei jede erste Brücken und die Reihenverbindungsbrücke aus der hori zontalen Ebene in einer von den thermoelektrischen Stäben weg zeigenden Richtung versetzt sind, wobei die ersten Balken zum Trennen der ersten diskreten Paare voneinander mit Aus nahme der Reihenverbindungsbrücke zum Zeitpunkt des Schneidens der thermoelektrischen Stäbe und der zweiten Balken weggeschnitten werden. Durch Verwendung dieser ersten leit fähigen Platte können die ersten diskreten Paare und die Reihenverbindungsbrücken durch gleichzeitiges Schneiden der ersten Balken zusätzlich zu den thermoelektrischen Stäben und den zweiten Balken aus der ersten leitfähigen Platte gebildet werden. Somit kann nur ein ein ziges Schneiden zum Teilen der thermoelektrischen Stäbe in die Schenkel und Trennen des zweiten diskreten Paares aus der zweiten leitfähigen Platte und noch Trennen der ersten dis kreten Paare aus der ersten leitfähigen Platte ausreichen, was die Herstellung des thermoelek trischen Moduls durch Gebrauch der ersten und zweiten leitfähigen Platten jeweils mit ganz heitlicher Struktur erleichtert.

Vorteilhafterweise werden die zweiten Balken parallel zu der Spalte der Matrix ausgerichtet und wird das Schneiden über die gesamte Länge der zweiten leitfähigen Platte entlang Linien, entlang derer die zweiten Balken ausgerichtet sind, durchgeführt. Somit kann das gesamte Schneiden aus derselben Richtung entlang mehrerer zu der Länge der Stäbe senkrechten Schnittlinien durchgeführt werden, um die Stäbe in mehrere Schenkel sowie die ersten und zweiten leitfähigen Platten zu zerschneiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft beim aufeinanderfolgen den Herstellen von mehreren thermoelektrischen Modulen in einer einzigen aufeinanderfol genden Fertigungsstraße herausgestellt. Für diesen Zweck wird in einer besonderen Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß mehrere erste leitfähige Plat ten zur Bildung eines ersten Bands durch erste Stege verbunden werden und mehrere zweite leitfähige Platten zur Bildung eines zweiten Bands durch zweite Stege verbunden werden, wobei die thermoelektrischen Stäbe zwischen den ersten und zweiten leitfähigen Platten gesi chert werden, wonach die ersten und zweiten Balken jeder ersten und zweiten leitfähigen Platte gemeinsam mit den thermoelektrischen Stäben ausgeschnitten werden, um mehrere thermoelektrische Module zu ergeben, die durch die ersten und zweiten Stege miteinander verbunden sind, gefolgt durch das Durchschneiden der ersten und zweiten Stege zum Vonein andertrennen der einzelnen thermoelektrischen Module.

Die weiteren Verfahrensunteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfah rens.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die erfindungsgemäße Gestaltung des thermoelektrischen Moduls ein Entspannen der in den Schenkeln während des Gebrauches entwickelten Wärmespannung ermöglicht wird, wodurch ein bruchfreier, unver wüstlicher Aufbau bereitgestellt wird, der eine hohe Zuverlässigkeit des thermoelektrischen Moduls und eines daraus hergestellten thermoelektrischen Wärmetauschers liefert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der aus nachstehenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines in einem Wärmetauscher montierten thermoelektrischen Moduls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des thermoelektrischen Moduls;

Fig. 3 eine Ansicht des thermoelektrischen Moduls von oben;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 3;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie Z-Z von Fig. 3;

Fig. 7 eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Basisplatte, eine Gruppe thermoelek trische Stäbe und eine Deckplatte darstellt, die zu einer Vormontage mit einer Einheitsstruktur gestapelt sind, aus der das thermoelektrische Modul herausgeschnitten wird;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der obigen Vormontage;

Fig. 9 eine Ansicht der Vormontage von oben;

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 9;

Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 9;

Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie Z-Z von Fig. 9;

Fig. 13 eine Ansicht der Basisplatte von oben;

Fig. 14 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 13;

Fig. 15 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 13;

Fig. 16 eine Ansicht der Basisplatte von unten;

Fig. 17 eine Schemaansicht, die einen kontinuierlichen Prozeß zur Herstellung mehrerer thermoelektrischer Module darstellt;

Fig. 18 eine Ansicht einer teilweise in ein dielektrisches Substrat eingebetteten Basisplatte von oben, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 19 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 18;

Fig. 20 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 18;

Fig. 21 eine Ansicht eines erste Kontakte und erste Brücken tragenden Substrats von oben, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 22 eine Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 21;

Fig. 23 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 21;

Fig. 24 eine Ansicht eines erste Kontakte und erste Brücken tragenden Substrats von oben, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 25 einen Querschnitt entlang der Linie X-X in Fig. 24;

Fig. 26 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 24;

Fig. 27 eine Teilschnittansicht eines Stapels mit thermoelektrischen Modulen, der in einem weiteren Wärmetauscher montiert ist;

Fig. 28 eine Ansicht der zwei thermoelektrischen Module von oben, die auf einem einzigen trennbaren Substrat zum Gebrauch in dem obigen Wärmetauscher befestigt sind;

Fig. 29 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 28;

Fig. 30 eine Teilschnittansicht eines weiteren Wärmetauschers, in dem die zwei thermoelek trischen Module in derselben Ebene angeordnet sind;

Fig. 31 eine Ansicht der zwei thermoelektrischen Module von oben, die auf einem einzigen trennbaren Substrat befestigt sind, wobei jeweilige Schaltkreise der ersten Kontakte durch eine Verlängerungsbrücke miteinander verbunden sind;

Fig. 32 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 31;

Fig. 33 eine Ansicht einer weiteren Basisplatte von oben, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 34 eine Ansicht der Basisplatte von Fig. 33 von unten;

Fig. 35 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 34;

Fig. 36 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 34;

Fig. 37 eine Ansicht einer weiteren Basisplatte von oben, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 38 eine Ansicht der Basisplatte von Fig. 37 von unten;

Fig. 39 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 38;

Fig. 40 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 38;

Fig. 41 eine perspektivische Ansicht eines thermoelektrischen Moduls gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 42 eine Ansicht einer in dem thermoelektrischen Modul von Fig. 41 verwendeten Basis platte von oben;

Fig. 43 eine Ansicht der Basisplatte von unten;

Fig. 44 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 42;

Fig. 43 einen Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 42;

Fig. 46 einen Querschnitt entlang der Linie Z-Z von Fig. 42;

Fig. 47 eine Ansicht einer Deckplatte von oben, die mit weggeschnittenen Abschnitten in ei nem nachfolgenden Schritt zur Herstellung des thermoelektrischen Moduls gezeigt ist; und

Fig. 48 eine Ansicht des thermoelektrischen Moduls von oben, wobei die Deckplatte entfernt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein thermoelektrisches Moduls M gestaltet, um im Gebrauch zwischen einer unteren Schicht 130 und einer oberen Schicht 140 gehalten und in einen Wär metauscher eingebaut zu werden, der eine Unterlage 150 mit wärmeabstrahlenden Kühlrippen 151 und ein Anwendungsblech 160 einschließt. Das Anwendungsblech 160 ist mittels Schrauben 152 an der Unterlage 150 befestigt und wird als eine Wärmeaustauschfläche für einen Kühl- bzw. Heizzweck verwendet. Die untere Schicht 130 ist aus einem harten Polymer mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt, während die obere Schicht 140 aus einem Gel, d. h. gallertartigen dielektrischen Polymer mit guter Wärmeleitfähigkeit zum Absorbieren von Wärmespannung hergestellt ist, die an der Grenzfläche zwischen dem thermoelektrischen Modul M und dem Anwendungsblech 160 entwickelt wird.

Wie es in Fig. 2 bis 6 gezeigt ist, ist das thermoelektrische Modul M aus mehreren thermo elektrischen Schenkeln aus p-leitenden 31 und n-leitenden Halbleitern 32 zusammengesetzt, die in einer Matrix mit mehr als zwei Schenkelreihen angeordnet sind, wobei sich jede entlang der Spalte der Matrix erstreckt und mittels erster und zweiter Kontakte 11 und 21, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Schenkel angeordnet sind, elektrisch in Reihe verbunden sind. Jeweils zwei benachbarte erste Kontakte 11 in jeder Spalte sind zur Bildung erster dis kreter Paare 13 für eine elektrische Verbindung der Schenkel in jeder Schenkelreihe durch erste Brücken 12 verbunden. In gleicher Weise sind jeweils zwei benachbarte zweite Kontakte 21 in jeder Spalte zum Bilden zweiter diskreter Paare 23 durch zweite Brücken 22 verbunden. Die Schenkelreihen sind durch Reihenverbindungsbrücken 15 miteinander verbunden, die nur an der Seite der ersten Kontakte zum Überbrücken der zwei benachbarten ersten Kontakte 11 an den äußersten Zeilen der Matrix ausgebildet sind. Somit sind die einzelnen Schenkelreihen durch die Reihenverbindungsbrücken 15 miteinander verbunden, während die zweiten dis kreten Paare 23 an der Oberseite des thermoelektrischen Moduls M vollständig voneinander getrennt sind. Im Gebrauch werden die ersten Paare 13 zum Einfassen an einem aus einer Keramik oder einem Harz hergestelltem dielektrischen starren Substrat 100 festgehalten. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird das starre Substrat 100 durch die untere Schicht 130 auf der Un terlage 150 gehalten, während die Gelschicht 140 direkt auf den zweiten Paaren 23 unter dem Anwendungsblech 160 angebracht ist. Da die zweiten diskreten Paare 23 vollständig vonein ander getrennt sind und nur über die Gelschicht 140 mit dem Anwendungsblech thermisch in Verbindung stehen, kann die an dem thermoelektrischen Modul während des Gebrauchs an gesammelte Wärmespannung gut an der Oberseite desselben freigegeben werden, wodurch das Modul vor einem unerwünschten Bruch oder einem Trennen geschützt wird. Ein Paar Anschlußschenkel 17 erstreckt sich jeweils von den ersten Kontakten 11 an den Enden der zwei äußersten Spalten für eine Leitungsverbindung mit einer externen Spannungsquelle. Durch Fließenlassen eines Stromes in einer wählbaren Richtung zu der Schaltung des thermo elektrischen Moduls wird die Oberseite des Moduls aufgrund des Peltier-Effekts an den Schenkeln gekühlt, während die gegenüberliegende Seite des Moduls erwärmt wird, oder um gekehrt.

Wie es in Fig. 7 bis 12 gezeigt ist, wird das obige thermoelektrische Modul durch Schneiden in eine Vormontage, die durch einen Stapel mit einer Basisplatte 10, mehreren thermoelektri schen Stäben aus p-leitenden und n-leitenden Halbleitern 30 und einer Deckplatte 20 gebildet ist, erhalten. Die Basisplatte 10 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, in einer Einheitsstruktur hergestellt, aus der die ersten diskreten Paare 13 des ersten Kontakts 11 sowie die Reihenverbindungsbrücke 15 durch das Schneiden ausgebildet werden. Die Deckplatte 20 ist auch aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, in einer Einheitsstruktur hergestellt, aus der die zweiten diskreten Paare 23 der zweiten Kontakte 21 durch dasselbe Schneiden ausgebildet werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 13 bis 16 wird die Basisplatte 10 in eine Form mit sechs parallelen Blöcken 14 gebracht, die, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, durch die horizontal im Abstand angeordneten ersten Brücken 12 verbunden sind. Jeder Block 14 wird nachfolgend in eine Gruppe mit den ersten Kontakten 11 aufgeteilt, die entlang der Zeile der Matrix in horizontalem Abstand angeordnet sind. Das heißt, die ersten Kontakte 11 werden, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, durch den ersten horizontalen Balken 16 in der oberen Hälfte des Blockes 14 verbunden. Die zwei äußersten Blöcke 14 werden weiter formgestaltet, um die Reihenverbindungsbrücke 15 einzuschließen, die die zwei benachbarten ersten Kontakte 11 in der unteren Hälfte des Blockes 14 miteinander verbindet, wie es in Fig. 7 und 12 gezeigt ist. Die ersten Balken 16 sind in fünf parallelen Wegen entlang der Spalte der Matrix ausgerichtet, um fünf Schnittlinien zu definieren, die sich über die gesamte verti kale Länge der Basisplatte 10 erstrecken. Das Schneiden der Basisplatte 10 wird zum voll ständigen Entfernen der ersten Balken 16 entlang der Schnittlinien durchgeführt, um die er sten Kontakte 11 in Bezug auf die horizontale Richtung, d. h. entlang der Zeilen der Matrix zu trennen, während die zwei vertikal benachbarten ersten Kontakte 11 durch die in der unteren Hälfte der Basisplatte 10 ausgebildeten ersten Brücken 12 verbunden bleiben. Die Anschluß schenkel 17 erstrecken sich von der unteren Hälfte des einen äußeren Blocks 14, um nach dem Schneiden zu verbleiben.

Unter zusätzlicher Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 hat die Deckplatte 20 eine derartige Gestalt erhalten, daß die zweiten Kontakte 21 durch zweite horizontale Balken 26 verbunden sind, so daß die zweiten Paare 23 der zweiten Kontakte 21 in einer Spalte zu denjenigen in der be nachbarten Spalte versetzt sind. Die zweiten Kontakte 21, die die zweiten Paare 23 bildenden zweiten Brücken 22 und die zweiten horizontalen Balken 26 weisen dieselbe Dicke auf und sind in derselben Ebene angeordnet. Die zweiten horizontalen Balken 26 sind jeweils entlang der fünf parallelen Wege in genauer Übereinstimmung mit den Schnittlinien ausgerichtet, so daß die zweiten Balken 26 durch das Schneiden vollständig entfernt werden und die zweiten diskreten Paare 23 liefern, die vollständig voneinander getrennt sind. Die Basisplatte 10 und die Deckplatte 20 können durch Preßformen, Schneiden oder Ätzen der unbearbeiteten Platten in die jeweilige Konfiguration gebracht werden.

Die Vormontage von Fig. 8 wird durch Kleben der thermoelektrischen Stäbe 30 unterschiedli cher Arten auf die Blöcke 14 der Basisplatte 10 erhalten, während die Stäbe unterschiedlicher Arten abwechselnd in Richtung der Spalte angeordnet werden, gefolgt durch Kleben der Deckplatte 20 auf die Stäbe 30 in genauer Positionierung zwischen den zweiten Balken 26 und dem ersten Balken 16 der Basisplatte 10. Danach wird ein Schneiden entlang der Schnitt linien zum Teilen der Stäbe in die Schenkel 31 und 32 und gleichzeitig zum Voneinander trennen der ersten diskreten Paare 13 sowie der zweiten diskreten Paare 23 durchgeführt. Auf diese Weise reicht ein einziger Schneidevorgang aus einer Richtung aus, um das thermoelek trische Modul M aus dem Unteraufbau sogar unter Verwendung der thermoelektrischen Stäbe 30, der Basisplatte 10 und der Deckplatte 20, wobei beide eine Einheitsstruktur aufweisen, zu erhalten, wodurch die Herstellung des thermoelektrischen Moduls in großem Maße erleichtert wird.

In der Tat ist das obige Herstellverfahren besonders vorteilhaft bei der Bereitstellung mehre rer thermoelektrischer Module M in einer durchgehenden Straße, wie es in Fig. 17 gezeigt ist. Der kontinuierliche Prozeß verwendet ein erstes Band 41 mit einer Reihe von Basisplatten 10, die durch erste Stege 42 verbunden sind, und ein zweites Band 51 mit einer Reihe von Deck platten 20, die durch zweite Stege 52 verbunden sind. Die ersten und zweiten Bänder 41 und 51 werden von jeweiligen Rollen 40 und 50 abgewickelt und in einer zueinander parallelen Richtung zugeführt, während die thermoelektrischen Stäbe 30 zum Bilden einer Reihe von Vormontagen an die Basisplatten 10 und die Deckplatten 20 geklebt werden. Die Vormonta gen werden dann unter Verwendung eines Drehmessers 54, das entlang einer zu der Zuführ richtung senkrechten Richtung angeordnet ist, in einzelne Gerüststrukturen der thermoelektri schen Module M geschnitten. Nachfolgend werden die Gerüststrukturen der einzelnen Mo dule M von den ersten und zweiten Stegen abgeschnitten. Vorzugsweise wird ein dielektri sches Harz 55 vor dem Schneiden der Vormontagen zwischen die Basisplatten 10 und die Deckplatten 20 gefüllt, um die thermoelektrischen Stäbe vor einem Zerbrechen zum Zeitpunkt des Schneidens der Stäbe in die Schenkel zu schützen. Die auf diese Weise erhaltene Gerüst struktur des thermoelektrischen Moduls M wird auf einem dielektrischen Substrat 100 aus Aluminiumoxid oder einem ähnlichen festen Material getragen, das die Rückseite der Gruppe mit den ersten Paaren 13 der ersten Kontakte 12 verstärkt, um das gesamte Modul sicher zu halten. Das heißt, daß die ersten Paare 13 und die Reihenverbindungsbrücken 15 auf das Sub strat 100 geklebt sind.

Alternativ kann das thermoelektrische Modul M in einem Chargenbetrieb hergestellt werden, in dem ein einzelnes Modul aus einer Vormontage erhalten wird, die aus einem Stapel aus der Basisplatte 10, den Stangen 30 und der Deckplatte 20 gebildet ist. In diesem Prozeß wird die Basisplatte 10 durch Kleben der Unterseite der Basisplatte 10 an das Substrat 100 auf dem gleichen dielektrischen Substrat 100 getragen, so daß die ersten Balken 16 von dem Substrat im Abstand angeordnet sind, um durch das nachfolgende Schneiden erfolgreich entfernt zu werden, ohne Einwirkungen auf das Substrat zu verursachen. Das Kleben (bonding) der Ba sisplatte 10 wird z. B. durch ein sogenanntes Direct Bonding Copper (DBC)-Verfahren durch geführt, bei dem die Unterseite der Basisplatte durch Wärmeanwendung teilweise in Kupfer oxid umgewandelt wird, das für eine starke Bindung zwischen der Basisplatte und dem Sub strat verantwortlich ist. Da die ersten Brücken der ersten Kontakte sowie die Reihenverbin dungsbrücken an dem Substrat gesichert gehalten werden, kann außerdem das nachfolgende Schneiden der ersten Balken genau und leicht durchgeführt werden, wobei der erste Kontakt in den korrekten Positionen bleibt. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß zwei oder mehr Module in einem ähnlichen Chargenbetrieb unter Verwendung einer entsprechenden Anzahl der Basisplatten und der Deckplatten, die jeweils durch erste und zweite Verbindun gen in ersten und zweiten Bahnen gekoppelt sind, hergestellt werden können. Die thermo elektrischen Stäbe werden zur Herstellung mehrerer Stapel mit den Basisplatten, den thermo elektrischen Stäben und den Deckplatten zwischen den zwei Bahnen gehalten. Danach wer den die einzelnen Stapel in die einzelnen Module zerschnitten, die dann von den ersten zwei ten Verbindungen getrennt werden. In diesem Beispiel reicht nur ein Schneidvorgang zum Herstellen der Module aus den Vormontagen aus, wenn die Basisplatten und die Deckplatten jeweils ausgerichtet sind.

Wie es in Fig. 18 bis 20 gezeigt ist, kann die Basisplatte 10A teilweise in ein dielektrisches Harzsubstrat 100A aus geschmolzenem Kunststoffmaterial eingebettet werden, um dadurch sicher gehalten zu werden. Das Kunststoffmaterial kann ein hitzehärtbarer Plast, wie z. B. Epoxid, Phenol und Polyimid, oder thermoplastisches Harz, wie z. B. PPS, flüssiges Polymer und Polyetherketon sein. Die ersten Kontakte 11A ragen an der Oberseite des Harzsubstrats 100A vor, aber der erste Balken 16A kann teilweise in dem Harzsubstrat 100A eingebettet sein, um gemeinsam mit dem oberen Teil des Substrats beim Schneiden entfernt zu werden. Die Unterseite der Basisplatte 10A ist bündig mit der Unterseite des Harzsubstrats 100A ge macht, so daß die Basisplatte 10A vollständig freiliegt, um ein freiliegendes Muster derselben Konfiguration wie in Fig. 16 zu ergeben. Somit kann die Wärme von der Basisplatte 10A zu einer Haltestruktur, z. B. der Unterlage 150 von Fig. 1, übertragen werden, ohne durch das Harzsubstrat 100A behindert zu sein.

Fig. 21 bis 23 zeigen eine Modifikation, in der eine Gruppe von ersten Kontakten 11B ge meinsam mit den ersten Brücken 12B und den Reihenverbindungsbrücken 15B, aber ohne den ersten Balken auf einem dielektrischen Substrat 100B getragen wird. Somit sind die er sten diskreten Paare 13B auf dem Substrat ausgebildet, ohne ein nachfolgendes Schneiden zu erfordern. Das Substrat 100B kann aus Aluminiumoxid oder einem ähnlichen festen Material hergestellt sein.

Fig. 24 bis 26 zeigen eine weitere Modifikation, in der eine Gruppe von ersten Kontakten 11C gemeinsam mit den ersten Brücken 12C sowie den Reihenverbindungsbrücken 15C teilweise in ein dielektrisches Harzsubstrat 100C eingebettet ist. Es ist kein erster Balken vorgesehen, so daß die ersten diskreten Paare 13C auf dem Harzsubstrat 100C freigelegt sind, ohne ein nachfolgendes Schneiden zu erfordern. Die ersten Kontakte 11C und die zugehörigen Teile sind an der Unterseite des Harzsubstrats 100C freigelegt.

Wie es in Fig. 27 gezeigt ist, können zwei thermoelektrische Module M zur Bildung eines Doppelwärmetauschers übereinander gestapelt werden. Für diese Anwendung ist es vorteil haft, die zwei Module M, wie es in Fig. 28 und 29 gezeigt ist, auf einem einzigen dielektri schen Substrat 100D herzustellen. Die Basisplatte oder die ersten Kontakte 11D wird/werden vor einem Schneiden der thermoelektrischen Stäbe und der Deckplatte in die einzelnen Schenkel und der zweiten diskreten Paare 23D der zweiten Kontakte 21D an das Substrat ge klebt. Die Vormontagen der zwei Module M werden derart angeordnet, daß sie zu den Schnittlinien CL ausgerichtet sind, um nur einen Schneidprozeß beim Herstellen der zwei Module zu erfordern. Das Substrat 100D ist mit einer gekerbten Nut 101 ausgebildet, die die Schnittlinien zum Trennen der zwei Module schneidet. Somit werden die getrennten Module M in der in Fig. 27 gezeigten Weise übereinandergestapelt, während elektrische Verbindun gen zwischen den jeweiligen Anschlußschenkeln aufgebaut werden.

Fig. 30 zeigt einen weiteren Wärmetauscher, in dem die zwei thermoelektrischen Module M in derselben Ebene zwischen der Unterlage 150E und dem Anwendungsblech 160E befestigt sind. Die zwei Module M können auf einem einzigen dielektrischen Substrat 100E mit einer in den Fig. 31 und 32 gezeigten gekerbten Nut 101E ausgebildet werden und nachfolgend an der gekerbten Nut 101E getrennt werden. Ein Anschlußschenkel 17E jedes Moduls ist durch eine Verlängerungsbrücke 18, die verformbar ist, um die getrennten Module sich in derselben Ebene relativ zueinander drehen zu lassen, einteilig verbunden. Für diesen Zweck befindet sich die Verlängerungsbrücke 18 an einer Ecke des Moduls M. Die Verlängerungsbrücke 18 kann optional durchgeschnitten werden, um zwei unabhängige Module zu liefern.

Fig. 33 bis 36 zeigen eine modifizierte Basisplatte 10F, die gleichwertig in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Basisplatte 10F weist eine flache Oberseite auf, auf der die ersten Kontakte 11F, die ersten Brücken 12F und die ersten Balken 16F freigelegt sind, während die Unterseite der Basisplatte 10F an den ersten Balken 16F entsprechenden Abschnitten konkav gestaltet ist. Das heißt, die erste Brücke 12F weist eine Dicke auf, die derjenigen des ersten Kontakts 11F gleicht, und verbindet die zwei benachbarten ersten Kon takte innerhalb derselben Ebene, während der erste Balken 16F eine Dicke aufweist, die ge ringer als diejenige des ersten Kontakts 11F ist, und seine Oberseite ist mit der Oberseite des den thermoelektrischen Stab aufnehmenden ersten Kontakts bündig. Die Basisplatte 10F dieser Konfiguration kann leicht durch Preßformen erhalten werden.

Fig. 37 bis 40 zeigen eine weiter modifizierte Basisplatte 10G, die in der vorliegenden Erfin dung verwendet werden kann. Die Basisplatte 10G ist aus einer unverarbeiteten Bahn mit gleichförmiger Dicke gebildet, um die ersten Kontakte 11G durch teilweises Schneiden und Biegen der Bahn zu liefern. Die resultierenden ersten Kontakte 11G werden durch erste Brüc ken 12G mit einer geraden Konfiguration miteinander verbunden, um jeweilige erste diskrete Paare 13G zu bilden. Erste Balken 16G mit einer geraden Konfiguration verbinden die ersten Kontakte 11G in den benachbarten Spalten miteinander. Die ersten Kontakte 11G an gegen überliegenden Enden der Spalte werden durch Reihenverbindungsbrücken 15G, die auch durch teilweises Schneiden und Biegen der Bahn gebildet sind, mit denjenigen der benach barten Spalte verbunden. Somit kann die Basisplatte 10G auf leichte Weise auch durch Preß formen hergestellt werden.

Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform und deren Modifikationen eine Anordnung von einer geraden Anzahl von Schenkelreihen zeigen, ist die vorliegende Erfindung nicht dar auf beschränkt und kann sie nur durch eine kleine Gestaltungsänderung hinsichtlich der An ordnung der ersten und zweiten Kontakte ein ungerade Anzahl von Schenkelreihen ein schließen.

Fig. 41 bis 48 zeigen ein thermoelektrisches Modul M gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Modul M dieser Ausführungsform schließt mehrere thermoelektrische Schenkel 31 und 32 unterschiedlicher Typen ein, die in einer Matrix angeordnet sind und in einer exakten abwechselnden Reihenfolge verbunden sind, um eine Reihenschaltung zu bilden, ohne irgendeine direkte Verbindung der Schenkel derselben Art bestehen zu lassen, wie sie in der vorangehenden Ausführungsform an Verbin dungen durch die Reihenverbindungsbrücken zu sehen war. Die resultierende Schaltung ist geeignet, um einen elektrischen Strom in der durch die Pfeillinie in Fig. 48 gekennzeichneten Weise fließen zu lassen. Diese Ausführungsform verwendet eine Kombination einer Basis platte 110 und der Deckplatte 120 mit einzigen Konfigurationen, um drei Schenkelreihen zu ergeben, wobei jede durch die in einem Paar von zwei benachbarten Matrixzeilen angeordne ten Schenkel 31 und 32, die ersten Kontakte 111 in einem entsprechenden Paar der zwei be nachbarten Zeilen und zweite Kontakte 121 in einem entsprechenden Paar der zwei benach barten Matrixzeilen definiert ist, wie es in Fig. 48 gezeigt ist. Die ersten Kontakte 111 in jeder Matrixzeile sind mittels erster schräger Brücken 112 mit denjenigen in der benachbarten Zeile verbunden, während die ersten Kontakte 111 in derselben Zeile durch erste horizontale Bal ken 116 einteilig verbunden sind, die nachfolgend weggeschnitten werden, um erste diskrete Paare 113 der ersten Kontakte 112 zu ergeben, wie es durch gepunktete Linien in den Fig. 42 und 43 gekennzeichnet ist. Die drei Schenkelreihen sind durch Reihenverbindungsbrücken 115 verbunden, die sich zwischen den zwei ersten Kontakten 111 an Enden der zwei gegen überliegenden Zeilen erstrecken. Die Basisplatte 110 ist auch mit ersten vertikalen Balken 119 ausgebildet, die die ersten horizontalen Balken 116 an einem Ende der benachbarten Zeilen gegenüber der Reihenverbindungsbrücke 115 miteinander verbinden. Ein Paar Anschluß schenkel 117 erstreckt sich von den ersten Kontakten an der untersten Zeile für eine elektri sche Verbindung mit einer Spannungsquelle.

Wie es in Fig. 47 gezeigt ist, weist die Deckplatte 120 eine gleichförmige Dicke auf und ist sie derart gestaltet, daß sie drei Blöcke einschließt, wobei jeder aus zwei Zeilen von zweiten Kontakten 121 zusammengesetzt ist. Jedes Paar zweite Kontakte 121 über die zwei Zeilen ist durch eine zweite vertikale Brücke 122 einteilig verbunden, während die zweiten Kontakte 121 in jeder Zeile durch zweite horizontale Balken 126 miteinander verbunden sind, die nach folgend gemeinsam mit den Stäben 30 und ersten Balken 116 und 119 weggeschnitten wer den, um zweite diskrete Paare 123 zu ergeben, wie es in Fig. 41 und 47 gezeigt ist. Die zwei ten Paare 123 sind in der Spalten- sowie in der Zeilenrichtung ausgerichtet.

In derselben Weise wie die vorangehende Ausführungsform wird das Modul M aus einem Unteraufbau hergestellt, der ein Stapel aus der Basisplatte 110, den thermoelektrischen Stäben und der Deckplatte 120 ist. Das heißt, die durch kreuzschattierte Linien in Fig. 47 gekenn zeichneten Abschnitte werden zum Entfernen der zweiten horizontalen Balken 126, der ersten horizontalen Balken 116 sowie der ersten vertikalen Balken 119 zu demselben Zeitpunkt weggeschnitten, in dem die Stäbe in die einzelnen Schenkel 31 und 32 geschnitten werden, wodurch die zweiten diskreten Paare 123 auf der Oberseite des Moduls und die ersten diskre ten Paare 113 auf der Unterseite des Moduls getrennt werden, während die Reihenverbin dungsbrücken 115 für eine elektrische Verbindung zwischen ersten Kontakten der benach barten Schenkelreihen bleiben. Für diesen Zweck sind die ersten schrägen Brücken 112 und die Reihenverbindungsbrücken 115 in der unteren Hälfte der Basisplatte 110 ausgebildet, um nach dem Schneiden übrigzubleiben, während die ersten horizontalen Balken 116 und die ersten vertikalen Balken 119 in der oberen Hälfte der Basisplatte 110 ausgebildet sind, um weggeschnitten zu werden.

Die obige Anordnung, die die ersten Paare 123 der ersten Kontakte 121 einschließt, die durch die ersten schrägen Brücken 122 und die zugehörigen Teile verbunden sind, hat sich auch für die zwei Schenkelreihen in dem Sinne als vorteilhaft herausgestellt, daß sie eine direkte Ver bindung der Schenkel derselben Art an der Verbindung der Schenkelreihen eliminiert. An dieser Stelle ist anzumerken, daß das auf diese Weise hergestellte Modul M auch in den in den Fig. 1, 27 und 30 gezeigten Wärmetauschern verwendet werden kann. Obwohl es nicht in den Figuren gezeigt ist, wird die Basisplatte 110 von einem starren dielektrischen Substrat, wie z. B. einem Keramiksubstrat 100 oder Harzsubstrat 100A, wie in der vorangehenden Aus führungsform verwendet wurde, gehalten, so daß die ersten Paare 130 von dem dielektrischen Substrat festgehalten oder umfaßt werden. Das auf diese Weise hergestellte thermoelektrische Modul M wird in derselben Weise wie in Fig. 1 in einen Wärmetauscher eingebaut, wobei das starre Substrat durch eine untere Schicht 130 auf einer Unterlage 150 gehalten wird, wobei eine Gelschicht 140 zwischen die zweiten Paare 123 und ein Anwendungsblech 160 gelegt ist. Ferner kann das Modul M in einem in Fig. 17 gezeigten kontinuierlichen Prozeß gebildet werden. In diesem Fall kann das Substrat nach dem simultanen Schneiden der Basisplatte, der Deckplatte und der thermoelektrischen Stäbe an die ersten Paare 113 geklebt werden.

Bezugszeichenliste

10

Basisplatte

11

erster Kontakt

12

erste Brücke

13

erstes diskretes Paar

14

Block

15

Reihenverbindungsbrücke

16

erster horizontaler Balken

17

Anschlußschenkel

18

Verlängerungsbrücke

20

Deckplatte

21

zweiter Kontakt

22

zweite Brücke

23

zweites diskretes Paar

26

zweiter horizontaler Balken

40

Rolle

41

erstes Band

42

erster Steg

50

Rolle

51

zweites Band

52

zweiter Steg

54

Drehmesser

55

dielektrisches Harz

100

Substrat

101

gekerbte Nut

110

Basisplatte

111

erster Kontakt

112

erste schräge Brücke

113

erstes diskretes Paar

114

Anschlußschenkel

115

Reihenverbindungsbrücke

116

erster horizontaler Balken

119

erster vertikaler Balken

120

Deckplatte

121

zweiter Kontakt

122

zweite Brücke

123

zweites Paar

126

zweiter horizontaler Balken

130

untere Schicht

140

obere Schicht

150

Unterlage

151

wärmeabstrahlende Kühlrippe

152

Schraube

160

Anwendungsblech

Claims

1. Thermoelektrisches Modul, mit:
mehreren thermoelektrischen Schenkeln (31, 32) aus p- und n-leitenden Halbleitern, die in einer Matrix zwischen einer Gruppe von ersten Kontakten (11, 111) und einer Gruppe von zweiten Kontakten (21, 121) angeordnet sind, wobei beide zur Bildung einer elektrischen Reihenschaltung in der Matrix angeordnet sind, die gestaltet ist, um einen elektrischen Strom in einer wählbaren Richtung zum Heizen oder Kühlen einer Seite der ersten und zweiten Kontakte aufgrund des Peltier-Effekts an den Schenkeln fließen zu lassen, wobei die Schenkel derart angeordnet sind, daß sie wenigstens drei Schenkelreihen ergeben, wo bei jede eine begrenzte Anzahl von Schenkeln aufweist;
einem ersten Träger (10, 110), der die Gruppe der ersten Kontakte (11) trägt und erste Brücken (12, 112) einschließt, die zwei benachbarte erste Kontakte (11, 111) einteilig verbinden und erste diskrete Paare (13, 113) zur elektrischen Verbindung der Schenkel (31, 32) in jeder Schenkelreihe bilden;
einem starren dielektrischen Substrat (100), das den ersten Träger (10, 100) zum Festhal ten der ersten diskreten Paare (13, 113) an dem Substrat fest einfaßt, und
zweiten Brücken (22, 122), wobei jede die zwei benachbarten zweiten Kontakte zur elek trischen Verbindung der zwei benachbarten Schenkel (31, 32) in jeder Schenkelreihe an einer gegenüberliegenden Seite der ersten Kontakte einteilig verbindet;
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Träger (10, 110) wenigstens zwei Reihenverbindungsbrücken (15, 115) ein schließt, die allein für eine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Schenkel reihen verantwortlich sind, und die durch die zweiten Brücken (22, 122) verbundenen zwei benachbarten zweiten Kontakte (21, 121) einzelne zweite diskrete Paare (23, 123) bilden, die an der gegenüberliegenden Seite der ersten Kontakte voneinander isoliert sind.

2. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schenkel reihe von den Schenkeln (31, 32), den ersten Kontaktpunkten (11) und den zweiten Kon taktpunkten (21) gebildet ist, die entlang jeder Spalte der Matrix angeordnet sind; wobei
die ersten Brücken (12) erste vertikale Brücken sind, die die zwei benachbarten ersten Kontakte (11) in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die ersten diskreten Paare (13) zu ergeben,
die Reihenverbindungsbrücken (15) die zwei benachbarten ersten Kontakte (11) in den äußersten Zeilen der Matrix verbinden, um horizontale Paare (16) zur elektrischen Ver bindung zwischen den benachbarten Schenkelreihen zu bilden, die jeweils entlang der Spalten der Matrix angeordnet sind, und
die zweiten Brücken (22) zweite vertikale Brücken sind, die jeweils die zwei benachbarten zweiten Kontakte (21) in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die zweiten dis kreten Paare (23) zu ergeben, wobei die entlang einer Spalte der Matrix angeordneten zweiten diskreten Paare gleichförmig in Bezug auf die entlang der benachbarten Spalte der Matrix angeordneten zweiten diskreten Paare versetzt sind.

3. Thermoelektrisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schenkel reihe durch die Schenkel (31, 32), die in einem Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix angeordnet sind, die ersten Kontakte (111) in einem entsprechenden Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix und die zweiten Kontakte (121) in einem entsprechenden Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix angeordnet sind, gebildet ist;
wobei die ersten Brücken (112) erste schräge Brücken sind, die jeweils ein Paar der zwei schräg gegenüberliegenden ersten Kontakte (111), einer in der einen Zeile und der andere in der benachbarten Zeile der ersten Matrix, einteilig verbinden, um die ersten diskreten Paare (113) zu ergeben;
die Reihenverbindungsbrücken (115) jeweils ein Paar von zwei vertikal gegenüberliegen den ersten Kontakten (111), einer in der Zeile der Schenkelreihe und der andere in der Zeile der benachbarten Schenkelreihe, zur elektrischen Verbindung zwischen den benach barten Schenkelreihen verbinden; und
die zweiten Brücken (122) zweite vertikale Brücken sind, die die zwei benachbarten zweiten Kontakte (121) in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die zweiten dis kreten Paare (123) zu ergeben, wobei die zweiten diskreten Paare entlang der Spalten so wie entlang der Zeilen ausgerichtet sind.

4. Thermoelektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (10, 110) auf einem dielektrischen Substrat (100) gehalten wird, das zur Installation des thermoelektrischen Moduls in einem Wärmetauscher gestaltet ist, wo bei die zweiten Kontakte (21) von einer Gelschicht (140) bedeckt sind, die gestaltet ist, um zwischen dem thermoelektrischen Modul und einem Heiz- oder Kühlteil (150, 160) angeordnet zu werden.

5. Thermoelektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (10) in einem dielektrischen Harzsubstrat (100A) mit auf dem Harz substrat freiliegenden ersten Kontakten geformt ist, wobei das Kunststoffsubstrat zur In stallation des thermoelektrischen Moduls in einem Wärmetauscher gestaltet ist, und die zweiten Kontakte (21) von einer Gelschicht (140) bedeckt sind, die gestaltet ist, um zwi schen dem thermoelektrischen Modul und einem Heiz- oder Kühlteil (150, 150) angeord net zu werden.

6. Thermoelektrischer Wärmetauscher, mit einem Stapel mit wenigstens zwei thermoelektri schen Modulen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (10) jedes thermoelektrischen Moduls auf einem dielektrischen Substrat (40) ge halten wird, wobei das dielektrische Substrat des oberen thermoelektrischen Moduls auf den Gruppen der zweiten Kontakte (21) des unteren thermoelektrischen Moduls positio niert ist.

7. Thermoelektrischer Wärmetauscher, mit wenigstens zwei thermoelektrischen Modulen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoelektrischen Module seitlich im Abstand angeordnet sind und zwischen einem Paar Heiz- und Kühl teilen (150, 160) gehalten werden, wobei der erste Träger (10) jedes Moduls auf einem der Heiz- und Kühlteile befestigt ist und die Gruppen der zweiten Kontakte (21) jedes Moduls in einem wärmeleitenden Eingriff mit dem anderen Heiz- oder Kühlteil (150, 160) gehal ten werden.

8. Thermoelektrischer Wärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Träger (10) der einzelnen thermoelektrischen Module durch eine einteilig mit den ersten Trägern ausgebildete Verlängerungsbrücke (18) elektrisch miteinander verbun den sind.

9. Thermoelektrischer Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsbrücke (18) sich von dem ersten Kontakt (11) an einer Ecke eines der ther moelektrischen Module zu dem ersten Kontakt (11) an einer Ecke des benachbarten ther moelektrischen Moduls erstreckt.

10. Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls, wobei das thermoelektrische Modul aus mehreren thermoelektrischen Schenkeln (31, 32) aus p- und n-leitenden Halb leitern zusammengesetzt ist, die in einer Matrix zwischen einer Gruppe von ersten Kon takten (11, 111) und einer Gruppe von zweiten Kontakten (21, 121) angeordnet sind, wo bei beide in der Matrix angeordnet sind, um eine elektrische Reihenschaltung zu bilden, die gestaltet ist, um einen elektrischen Strom in einer wählbaren Richtung zum Heizen oder Kühlen einer Seite der ersten und zweiten Kontakte aufgrund des Peltier-Effekts an den Schenkeln fließen zu lassen, wobei die Schenkel angeordnet sind, um wenigstens drei Schenkelreihen zu ergeben, von der jede eine begrenzte Anzahl von Schenkeln aufweist,
wobei das Verfahren verwendet:
mehrere thermoelektrische Stäbe (30) aus p- und n-leitenden Halbleitern, die nachfolgend in die thermoelektrischen Schenkel (31, 32) zu unterteilen sind;
einen ersten Träger (10, 110), der die Gruppe der ersten Kontakte trägt und erste Brücken (12, 112) einschließt, die zwei benachbarte erste Kontakte (11, 111) einteilig verbinden, um erste diskrete Paare (13, 113) zur elektrischen Verbindung der Schenkel in jeder Schenkelreihe zu bilden, wobei der erste Träger (10,110) weiterhin wenigstens zwei Rei henverbindungsbrücken (15, 115) einschließt, die allein für eine elektrische Verbindung zwischen den benachbarten Schenkelreihen verantwortlich sind,
eine zweite leitfähig Platte (20, 120), die die Gruppe der zweiten Kontakte (21, 121) trägt und zweite Brücken (22, 122) einschließt, wobei jede die zwei benachbarten zweiten Kontakte einteilig verbindet, um zweite diskrete Paare (23, 123) zur elektrischen Verbin dung der zwei benachbarten Schenkel in jeder Schenkelreihe an einer gegenüberliegenden Seite der ersten Kontakte zu ergeben, wobei die zweite leitfähige Platte (20, 120) außer dem zweite Balken (26, 126) einschließt, die die zweiten diskreten Paare (23, 123) eintei lig verbinden, damit alle zweiten diskreten Paare an der zweiten leitfähigen Platte festge halten werden;
wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Anordnen mehrerer thermoelektrischer Stäbe (30) aus p- und n-leitenden Halbleitern ent lang der Zeilen der Matrix in der Weise, daß die p-leitenden Stäbe sich mit den n-leitenden Stäben in einem Abstand zueinander entlang der Spalte der Matrix abwechseln;
Kleben der thermoelektrischen Stäbe (30) an die Zeilen der ersten Kontakte (11, 111) so wie an die Zeilen der zweiten Kontakte (21, 121) zur Bildung einer verdichteten Struktur, in der die thermoelektrischen Stäbe zwischen den ersten und zweiten Kontakten gehalten werden;
gleichzeitiges Zerschneiden der thermoelektrischen Stäbe sowie der zweiten Balken (26, 126) zum Zerteilen der thermoelektrischen Stäbe (30) in die Schenkel (31, 131) und zum Voneinandertrennen der zweiten diskreten Paare (123).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (10, 110) eine erste leitfähige Platte umfaßt, die erste Balken (16, 116) einschließt, die die ersten Paare (13, 113) in einer horizontalen Ebene, in der die ersten Kontakte angeordnet sind, mitein ander verbinden, wobei jede erste Brücken (12, 112) und die Reihenverbindungsbrücke (15, 115) aus der horizontalen Ebene in einer von den thermoelektrischen Stäben (30) weg zeigenden Richtung versetzt sind, wobei die ersten Balken (16, 116) zum Trennen der er sten diskreten Paare (13, 113) voneinander mit Ausnahme der Reihenverbindungsbrücke (15, 115) zum Zeitpunkt des Schneidens der thermoelektrischen Stäbe (30) und der zwei ten Balken (26, 126) weggeschnitten werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Balken (26, 126) parallel zu der Spalte der Matrix ausgerichtet werden und das Schneiden über die gesamte Länge der zweiten leitfähigen Platte (20, 120) entlang Linien, entlang derer die zweiten Balken (26, 126) ausgerichtet sind, durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schen kelreihe von den Schenkeln (31, 32), den ersten Kontakten (11) und den zweiten Kontak ten (21) gebildet wird, die alle entlang jeder Spalte der Matrix angeordnet sind; wobei die ersten Brücken (12) erste vertikale Brücken sind, die jeweils die zwei benachbarten ersten Kontakte (11) in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die ersten diskreten Paare (13) zu ergeben;
die Reihenverbindungsbrücke (15) die zwei benachbarten ersten Kontakte in der äußersten Zeile der ersten Matrix verbindet, um ein horizontales Paar zur elektrischen Verbindung zwischen den benachbarten Schenkelreihen zu bilden, wobei jede entlang der Spalte der Matrix angeordnet ist,
die zweiten Brücken (22) zweite vertikale Brücken sind, die jeweils die zwei benachbarten zweiten Kontakte (21) in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die zweiten dis kreten Paare (23) zu ergeben;
der zweite Balken (26) die zweiten diskreten Paare (23) innerhalb eine Dicke der zweiten Kontakte (21) in der Weise horizontal miteinander verbindet, daß die entlang einer Spalte der Matrix angeordneten zweiten diskreten Paare (23) gleichförmig in Bezug auf die ent lang der benachbarten Spalte der Matrix angeordneten zweiten diskreten Paare (23) ver setzt sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schen kelreihe durch die in einem Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix angeordnete Schenkel (31, 32), die ersten Kontakte (111) in einem entsprechenden Paar der zwei be nachbarten Zeilen der Matrix und die zweiten Kontakte (121) in einem entsprechenden Paar der zwei benachbarten Zeilen der Matrix gebildet werden;
die ersten Brücken (112) erste schräge Brücken sind, die jeweils ein Paar der zwei schräg gegenüberliegenden ersten Kontakte, einer in der einen Zeile und der andere in der be nachbarten Zeile der ersten Matrix, einteilig verbinden, um die ersten diskreten Paare (113) zu ergeben;
die Reihenverbindungsbrücke (115) ein Paar der zwei vertikal gegenüberliegenden ersten Kontakte, einer in der Zeile der Schenkelreihe und der andere in der Zeile der benachbar ten Schenkelreihe, zur elektrischen Verbindung zwischen den benachbarten Schenkelrei hen verbindet;
die zweiten Brücken (122) zweite vertikale Brücken sind, die jeweils die zwei benachbar ten zweiten Kontakte (121) in jeder Spalte der Matrix einteilig verbinden, um die zweiten diskreten Paare (123) zu ergeben; und
der zweite Balken zwei horizontale Balken (126) und wenigstens zwei zweite vertikale Balken (127) umfaßt, wobei der zweite horizontale Balken (126) die zweiten diskreten Paare (123) innerhalb einer Dicke der zweiten Kontakte (121) miteinander verbindet, so daß die zweiten diskreten Paare (123) entlang der Zeilen der Matrix ausgerichtet sind, wobei der zweite vertikale Balken (127) einen der zweiten horizontalen Balken (126) ei ner Schenkelreihe mit einem entsprechenden der zweiten horizontalen Balken (126) der benachbarten Schenkelreihe innerhalb einer Dicke der zweiten Kontakte (121) vertikal miteinander verbindet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfah ren eine einzelne erste Bahn (40) in der wenigstens zwei erste Träger (10) durch eine erste Verbindung (18) einteilig miteinander verbunden sind, und eine einzelne zweite Bahn (50) verwendet, in der wenigstens zwei zweite leitfähige Platten (20) durch eine zweite Ver bindung (29) einteilig miteinander verbunden sind; wobei die ersten und zweiten Bahnen (40, 50) an die thermoelektrischen Stäbe (30) geklebt sind, um wenigstens zwei besagte thermoelektrische Module zu ergeben, die durch die ersten und zweiten Verbindungen (19, 29) miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren den Schritt des Voneinander trennens der wenigstens zwei thermoelektrischen Module durch Durchschneiden der er sten und zweiten Verbindungen (19, 29) nach dem Schneiden der zweiten Balken (26) und der thermoelektrischen Stäbe umfaßt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Balken (16F) eine Dicke aufweist, die geringer als diejenige des ersten Kontakts (11F) ist, und seine eine Oberfläche zu der Oberfläche der die thermoelektrischen Stäbe aufneh menden ersten Kontakte bündig ist, und die erste Brücke (12F) eine Dicke aufweist, die derjenigen des ersten Kontakts gleicht, und die ersten Kontakte in derselben Ebene ver bindet.

17 Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste leitfähige Platte (10G) zur Bildung der ersten Kontakte (11G) teilweise gebogen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste leitfähige Platten (10) zur Bildung eines ersten Bands (41) zum darauf Festhalten von mehreren thermoelektrischen Modulen, die nachfolgend getrennt werden, durch erste Stege (42) verbunden werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste leitfähige Plat ten (10) zur Bildung eines ersten Bands (41) durch erste Stege (42) verbunden werden und mehrere zweite leitfähige Platten (20) zur Bildung eines zweiten Bands (51) durch zweite Stege (52) verbunden werden, wobei die thermoelektrischen Stäbe (30) zwischen den er sten und zweiten leitfähigen Platten (10, 20) gesichert werden, wonach die ersten und zweiten Balken (16, 26) jeder ersten und zweiten leitfähigen Platte (10, 20) gemeinsam mit den thermoelektrischen Stäben (30) ausgeschnitten werden, um mehrere thermoelek trische Module zu ergeben, die durch die ersten und zweiten Stege (42, 52) miteinander verbunden sind, gefolgt durch das Durchschneiden der ersten und zweiten Stege (42, 52) zum Voneinandertrennen der einzelnen thermoelektrischen Module.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein dielek trisches Harz (55) zwischen den ersten Träger (10) und die zweite leitfähige Platte (20) vor dem Schneiden der thermoelektrischen Stäbe (30) und der zweiten Balken (26) gefüllt wird.