Термоэлектрический охлаждающий модуль

Полезная модель относится к области электронной техники и касается конструкции термоэлектрического модуля, работающего на основе эффекта Пельтье. Предлагаемый модуль может быть использован в электрических холодильных установках, в системах кондиционирования, в холодильных и нагревательных устройствах радиоэлектронной аппаратуры, а также в преобразователях тепловой энергии в электрическую. Задачей полезной модели является повышение эффективности работы термоэлектрического модуля. Техническим результатом полезной модели является увеличение разности температур теплообменных пластин путем снижения передачи тепла с горячей пластины на холодную. В термоэлектрическом модуле (ТЭМ), содержащем размещенные между теплообменными пластинами горячих и холодных спаев ветви полупроводников n- и p-типов проводимости, соединенные контактными шинами с теплообменными пластинами, согласно предложению пространство между теплообменными пластинами с контактными шинами и в промежутках между боковыми сторонами полупроводников заполнено теплоизолирующим материалом, представляющим собой смесь полимерного связующего с полыми микросферами и имеющим теплопроводность не более 0,3 Вт/м·К, но более 0,0010 Вт/м·К.

Полезная модель относится к области электронной техники и касается конструкции термоэлектрического модуля, работающего на основе эффекта Пельтье. Предлагаемый модуль может быть использован в электрических холодильных установках, в системах кондиционирования, в холодильных и нагревательных устройствах радиоэлектронной аппаратуры, а также в преобразователях тепловой энергии в электрическую.

Известен термоэлектрический модуль, характеризующийся тем, что он содержит помещенные между двумя теплообменными пластинами горячих и холодных спаев и последовательно соединенные в электрическую цепь параллельные ряды термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводника n- и p-типа проводимости, торцевые поверхности ветвей n- и p-типа термоэлементов соединены с образованием n-p переходов, коммутационными шинами, закрепленными на внутренних поверхностях теплообменных пластин горячих и холодных спаев, при этом все наружные боковые поверхности периферийных ветвей периферийных рядов термоэлементов охвачены единым сплошным замкнутым защитным покрытием из силиконового герметика, наружная поверхность которого расположена заподлицо с боковыми поверхностями теплообменных пластин (RU 2364803 С2, опуб. 20.08.2009). Защитное покрытие предотвращает попадание влаги внутрь модуля.

Задачей полезной модели является повышение эффективности работы термоэлектрического модуля.

Техническим результатом полезной модели является увеличение разности температур теплообменных пластин путем снижения передачи тепла с горячей пластины на холодную.

Технический результат достигается тем, что в термоэлектрическом модуле (ТЭМ), содержащем размещенные между теплообменными пластинами горячих и холодных спаев ветви полупроводников n- и p-типов проводимости, соединенные контактными шинами с теплообменными пластинами, согласно предложению пространство между теплообменными пластинами с контактными шинами и в промежутках между боковыми сторонами полупроводников заполнено теплоизолирующим материалом, представляющим собой смесь полимерной латексной композиции с полыми микросферами или силиконовый герметик и имеющим теплопроводность не более 0,3 Вт/м·К, но более 0,0010 Вт/м·К.

При заполнении пространства между теплообменными пластинами и полупроводниковыми термоэлементами теплозащитным материалом являющимся нейтральным по отношению к материалам элементов термомодуля, водонепроницаемым и с низкой теплопроводностью, на холодной пластине ТЭМ можно получить температуру более низкую, чем в известных ТЭМ, в том числе в указанном выше аналоге, за счет снижения теплопередачи между пластинами.

На фиг.1 показана схема предложенного термоэлектрического модуля.

Термоэлектрический охлаждающий модуль содержит расположенные между керамическими теплообменными пластинами 1 и 2 соответственно холодных и горячих спаев параллельные ряды последовательно соединенных в электрическую цепь термоэлементов. Каждый термоэлемент образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводников 3 и 4 n-типа и p-типа проводимости. В каждом ряду полупроводники 3, 4 расположены с образованием между ними промежутков.

Ряды термоэлементов ограничены со стороны торцов теплообменными пластинами 1 и 2 горячих и холодных спаев, обычно керамическими (пластинами теплопереходов). Верхние торцы каждой соседней пары ветвей - полупроводников 3 и 4 - связаны между собой, образуя n-p переход, коммутационными шинами 5, соединенными с холодной теплообменной пластиной 1. Аналогично нижние торцы ветвей связаны между собой, образуя n-p переход, коммутационными шинами 6, соединенными с горячей теплообменной пластиной 2. Коммутационные шины 5 и 6 выполнены из металлов высокой проводимости, преимущественно из меди.

Пространство между теплообменными пластинами 1 и 2 с коммутационными шинами 5 и 6, включая промежутки между полупроводниками 3 и 4, заполнено теплоизоляционным материалом 7.

В качестве теплоизоляционного материала может использоваться современный теплоизоляционный материал, представляющий собой смесь полимерного связующего, например, полимерной латексной композиции, и полых микросфер (стеклянных, керамических, силиконовых, полимерных).

Различные варианты такого материала описаны в патентах RU 2374281 С1 и выпускаются промышленностью под марками КОРУНД, АСТРАТЕК, АЛЬФАТЕК, КЕРАМОИЗОЛ, ТЕПЛОМЕТТ для использования в качестве покрытий для теплоизоляции и защиты от коррозии различных поверхностей: трубопроводов, воздуховодов, систем вентиляции и кондиционирования, резервуаров, промышленного оборудования и оборудования жилищно-коммунального хозяйства. Теплопроводность указанных материалов весьма низкая и лежит в пределах от 0,070 до 0,0010 Вт/м·К:

КОРУНД - 0,0012 Вт/м·К

АСТРАТЕК - 0,0240,061 Вт/м·К

АЛЬФАТЕК - 0,00110,0015 Вт/м·К

ТЕПЛОМЕТТ - 0,0012 Вт/м·К

КЕРАМОИЗОЛ - 0,0025 Вт/м·К

В качестве теплоизоляционного материала также могут использоваться силиконовые герметики, которые могут эксплуатироваться при отрицательных температурах. При этом теплопроводность должна быть достаточно низкой и не превышать 0,3 Вт/м·К. Примером такого материала является герметик СИЛОТЕРМ ЭП-120, имеющий теплопроводность 0,2-0,3 Вт/м·К (защищен патентом RU 2221000). Эксперименты с использованием в предложенном термомодуле в качестве заполнителя материалов КОРУНД, АСТРАТЕК, СИЛОТЕРМ ЭП-120 подтвердили увеличение разности температур теплообменных пластин по сравнению с известным термомодулем без заполнителя.

Термоэлектрический модуль, содержащий размещенные между теплообменными пластинами горячих и холодных спаев ветви полупроводников n- и p-типов проводимости, соединенные контактными шинами с теплообменными пластинами, отличающийся тем, что пространство между теплообменными пластинами с контактными шинами и в промежутках между боковыми сторонами полупроводников заполнено теплоизолирующим материалом, представляющим собой смесь полимерного связующего с полыми микросферами или силиконовый герметик и имеющим теплопроводность не более 0,3 Вт/м·К, но более 0,0010 Вт/м·К.