Термоэлектрический модуль

Полезная модель относится конструкции электрогенерирующего герметизированного термоэлектрического модуля (ТЭМ). Тонкостенный корпус (кожух) термоэлектрического модуля имеет две основные части - тепловоспринимающее основание 1 и теплоотводяшую крышку 2, имеющие коробчатую форму и соединенные между собой по фланцам сварным вакуумно-плотный швом. Внутри корпуса расположены отдельные термоэлементы 3, образующие термобатареи, отделенные от элементов корпуса электроизоляционными теплопереходами 4. Клеммы 6 гермоввода предназначены для подключения к внешней нагрузке. Внутренний токоподвод 7 соединяет блок термобатарей с клеммами 6. К внешней поверхности тепловоспринимающего основание 1 присоединен наружный электрический изолятор 8. Корпус снабжен одним или несколькими усиливающими элементами, которые являются его неотъемлемой частью. Эти усиливающие элементы расположены в свободной от термоэлементов части пловоспринимающего основания 1 и/или теплоотводящей крышки 2. Усиливающие элементы могут быть представлены в виде поперечных ребер жесткости в форме гофров, выполненных штамповкой тепловоспринимающего основания и/или теплоотводящей крышки, или в виде металлической пластины (нескольких пластин), закрепленной на свободной от термоэлементов части корпуса, или в виде плазменнонапыленной полосы из оксида алюминия с подслоем из никельхромового сплава. Достигаемый технический результат - обеспечение жесткости корпуса ТЭМ.

Полезная модель относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, а именно, к конструкции электрогенерирующего герметизированного термоэлектрического модуля (ТЭМ).

Известен термоэлектрический модуль, содержащий блок термобатарей, отделенных электроизоляционными теплопереходами от теплоконтактных поверхностей тонкостенного защитного чехла, состоящего из двух герметично соединенных между собой тепловоспринимающей и теплоотводящей частей [1] (А.Н.Крошко. Источники тока в системах связи магистральных трубопроводов, М., Недра, 1974, с.14). Защитный чехол состоит из двух симметричных половин с одинаковой глубиной выдавки, что требует наличия двух штампов. Кроме того, чтобы предотвратить деформацию консольных частей чехла при ваккуумировании, во внутренний зазор между ними помещен дистанционер сложной формы, выполненный из диэлектрического материала. Это приводит к снижению надежности герметичного модуля из-за трудности удаления при вакуумировании внутренней полости чехла как растворенного в дистанционере кислорода, так и содержащегося на его поверхности. Одновременно это снижает производительность изготовления ТЭМ и ведет к увеличению стоимости конструкции. Существует также вероятность смещения дистанционера при внутрицеховой транспортировке, что может привести в процессе эксплуатации к обрыву токовых выводов блока термобатарей. Кроме того, дистанционер является довольно сложной деталью и требует значительных затрат на его механическую обработку.

Наиболее близким по технической сущности к данному предложению является термоэлектрический модуль [Патент РФ 2230397, кл. Н01L 35/28, от 28.10.2002]. Термоэлектрический модуль содержит вакуумно-плотный защитный штампованный тонкостенный корпус (чехол), состоящий из двух частей коробчатого типа - тепловоспринимающего основания и теплоотводящей крышки, снабженной гермовыводами. Внутри корпуса размещены термоэлементы. Термоэлементы отделены от тепловоспринимающего основания и теплоотводящей крышки электроизоляционными теплопереходами. На крышке размещены гермовыводы для токовых проводов и откачной штенгель. В качестве конструктивного элемента, препятствующего деформации частей чехла, свободных от заполнения термоэлементами (их втягиванию внутрь при вакуумировании, а также при последующем заполнении герметичной полости чехла инертным газом при давлении ниже атмосферного), используются токовыводы гермовводов, которые при деформации чехла упираются во внутреннюю поверхность тепловоспринимающей части чехла, которая в этом месте имеет специальные штампованные углубления. Для предотвращения замыкания термоэлементов на корпус в его углублениях приклеены слюдяные изоляторы. Однако, в процессе вакуумирования при высокой температуре клей частично выгорает, и при малом количестве клея изоляторы выпадают из углубления, что приводит к закорачиванию элементов на корпус. При использовании большого количестве клея, клеевое крепление слюдяных изоляторов сохраняется в процессе высокотемпературного вакуумирования, однако, при работе ТЭМ оставшийся клей продолжает разлагаться под действием высоких эксплуатационных температур, что приводит к росту давления газа внутри тонкостенного чехла, разгерметизации и выходу ТЭМ из строя.

Недостатком такой конструкции является хрупкость электроизолирующей слюдяной пластины, которая не может обеспечить необходимую жесткость конструкции гермоввода, а следовательно и жесткость чехла.

Задачей полезной модели является повышение надежности ТЭМ.

Достигаемый технический результат - обеспечение жесткости корпуса ТЭМ.

Поставленная задача решается изменением конструкции самого корпуса.

Термоэлектрический модуль содержит вакуумно-плотный защитный корпус, состоящий из двух частей - тепловоспринимающего основания и теплоотводящей крышки, снабженной гермовыводами. Внутри корпуса размещены термоэлементы, отделенные от тепловоспринимающего основания и теплоотводящей крышки электроизоляционными теплопереходами. От прототипа заявляемый модуль отличается тем, что сам корпус имеет усиление, а именно, свободные от термоэлементов части корпуса снабжены, по меньшей мере, одним усиливающим элементом, в качестве которого может быть использовано, например, одно и более поперечное ребро жесткости, выполненное штамповкой в виде гофра. Ребро (ребра) могут быть выполнены, как на тепловоспринимающем основании, так и на теплоотводящей крышке. Они могут быть ориентированы вершинами наружу или вовнутрь корпуса. В качестве усиливающего элемента могут быть применена одна и более металлическая пластина, закрепленная на свободной от термоэлементов части корпуса. Третьим вариантом реализации может служить поперечная полоса (полосы) из термостойкого материала, плазменнонапыленного на свободную от термоэлементов часть корпуса, например, из оксида алюминия с подслоем из никельхромового сплава.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых представлено: Фиг.1 термоэлектрический модуль - вид сбоку, Фиг.2 - то же, вид сверху (с вырывом).

Тонкостенный корпус (кожух) термоэлектрического модуля имеет две основные части - тепловоспринимающее основание 1 и теплоотводящую крышку 2, имеющие коробчатую форму и соединенные между собой по фланцам сварным вакуумно-плотный швом. Внутри корпуса расположены отдельные термоэлементы 3, образующие термобатареи. Термоэлементы 3 отделены от тепловоспринимающего основания 1 и теплоотводящей крышки 2 электроизоляционными теплопереходами 4.

Сгруппированные термоэлементы 3 расположены «консольно» - у одного из торцов корпуса. Часть корпуса свободна от термоэлементов. В этой части, то есть, на другом конце, свободном от термоэлементов, расположен гермоввод. Корпус гермоввода 5 соединен с теплоотводящей крышкой 2 сварным соединением. Клеммы 6 гермоввода предназначены для подключения к внешней нагрузке. Внутренний токоподвод 7 соединяет блок термобатарей с клеммами 6. К внешней поверхности тепловоспринимающего основания 1 присоединен наружный электрический изолятор 8.

Корпус снабжен одним или несколькими усиливающими элементами, которые являются его неотъемлемой частью. Эти усиливающие элементы расположены в упомянутой свободной от термоэлементов части пловоспринимающего основания 1 и/или теплоотводящей крышки 2. На Фигурах в качестве усиливающих элементов представлены поперечные ребра жесткости 9, выполненные штамповкой в виде гофров. В зависимости от тепловой нагрузки это может быть один или несколько гофров. Это могут быть линейные поперечные гофры (складки). Вершина складки может быть обращена наружу или вовнутрь корпуса. Гофры могут иметь форму дуги (подковы), свободные концы которой направлены в сторону гермовводов или от них. Сечение гофров может быть округой формы или в форме трапеции.

Усиливающий элемент может быть выполнен в виде металлической пластины (накладки), закрепленной на свободной от термоэлементов части корпуса. Пластин может быть несколько, они могут быть присоединены сваркой к пловоспринимающему основанию 1 и/или к теплоотводящей крышке 2, внутри корпуса или снаружи. Пластины могут иметь форму прямых полос и расположены поперечно, могут иметь подковообразную форму. Пластины являются неотъемлемой частью корпуса. Пластина(ы) выполняется из термостойкого материала с коэффициентом термического расширения равным или большим коэффициента термического расширения материала корпуса, причем толщина равна или больше толщины стенок.

Усиливающий элемент может быть выполнен в виде поперечной полосы из термостойкого материала, плазменнонапыленного на свободную от термоэлементов часть корпуса (на термовоспринимающее снование или на теплоотводящую крышку). Полос может быть несколько - и на крышке и на основании, они могут иметь прямую или изогнутую форму. Предпочтительным материалом для нанесения является оксид алюминия. Он наносится через подслой из никельхромового сплава.

Выбор усиливающих элементов (гофры, полоса, слой), их количество, месторасположение, форма определяется из параметров элементов корпуса (размеров, формы корпуса, материала) а также условиями эксплуатации.

Наличие описанных выше усиливающих элементов увеличивает жесткость конструкции корпуса и компенсирует термические напряжения, что повышает надежность и срок службы термоэлектрического модуля.

1. Термоэлектрический модуль, имеющий вакуумно-плотный защитный корпус состоящий из двух частей - тепловоспринимающего основания и теплоотводящей крышки, снабженной гермовыводами, внутри корпуса размещены термоэлементы, отделенные от тепловоспринимающего основания и теплоотводящей крышки электроизоляционными теплопереходами, отличающийся тем, что свободные от термоэлементов части корпуса снабжены, по меньшей мере, одним усиливающим элементом.

2. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что усиливающий элемент представляет собой поперечное ребро жесткости, выполненное штамповкой в виде гофра.

3. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что имеет два и более усиливающих элемента, представляющих собой поперечные ребра жесткости в виде гофров, выполненных штамповкой тепловоспринимающего основания и/или теплоотводящей крышки.

4. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что усиливающий элемент выполнен в виде металлической пластины, закрепленной на свободной от термоэлементов части корпуса.

5. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что имеет два и более усиливающих элемента, представляющих собой металлические пластины, закрепленные на тепловоспринимающем основании и/или на теплоотводящей крышке.

6. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что усиливающий элемент выполнен в виде металлической пластины, закрепленной на свободной от термоэлементов части корпуса.

7. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что имеет два и более усиливающих элемента, представляющих собой металлические пластины, закрепленные на тепловоспринимающем основании и/или на теплоотводящей крышке.

8. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что усиливающий элемент выполнен в виде поперечной полосы из термостойкого материала плазменнонапыленного на свободную от термоэлементов часть корпуса.

9. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что имеет два и более усиливающих элемента, представляющих собой полосы из термостойкого материала плазменнонапыленного на термовоспринимающее снование и/или на теплоотводящую крышку.

10. Термоэлектрический модуль по п.8 или 9, отличающийся тем, что плазменнонапыленная полоса выполнена из оксида алюминия с подслоем из никельхромового сплава.