Термоэлектрический модуль

Авторы патента:

H01L35 - Термоэлектрические приборы, содержащие переход между различными материалами, т.е. приборы, основанные на эффекте Зеебека или эффекте Пельтье, с другими термоэлектрическими и термомагнитными эффектами или без них; способы и устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; холодильное оборудование, в котором используются электрические или магнитные эффекты, F25B 21/00; измерение температуры с использованием термоэлектрических и термомагнитных элементов G01K 7/00; получение энергии от радиоактивных источников G21H)

Использование: Термоэлектрический модуль может быть использован в холодильниках, кондиционерах и иных устройствах охлаждения или нагрева. Сущность изобретения: Термоэлектрический модуль включает в себя полупроводниковые элементы 1 и 2 с проводимостями р- и n-типов, соединенные между собой металлическими шинами 3 в единую электрическую цепь и размещенные между подложками 4 и 5 таким образом, что все горячие спаи соединены одной подложкой, а все холодные спаи - с противоположной. Каждый из полупроводниковых элементов 1 и 2 состоит из двух разнесенных частей, соединенных между собой металлическим проводником 6. Одна из подложек, вместе с металлическими шинами 3, выполненными в виде удлиненных скоб, установленных поверх нее и выполняющих роль радиатора, герметично стыкуется с емкостью 7. 2 з.п. ф-лы, 2 илл.

Предполагаемая полезная модель относится к термоэлектрическим приборам, работающим на эффекте Пельтье, и предназначена для использования в холодильниках, кондицианерах и иных устройствах охлаждения или нагрева..

Известен термоэлектрический модуль, включающий в себя полупроводниковые элементы с проводимостями р- и n-типов, соединенные между собой металлическимии шинами с высокой электропроводностью в единую электрическую цепь и размещенные между подложками таким образом, что все горячие спаи соединены с одной подложкой, а все холодные спаи - с противоположной (1).

При прохождении постоянного тока по такой электрической цепи одна подложка охлаждается, а противоположная нагревается. Это свойство термоэлектрического модуля используется для создания различных холодильных устройств, «откачивающих» тепловую энергию из рабочего пространства во внешнюю среду.

Недостатком этой конструкции, является то, что расстояние между горячей и холодной сторонами термоэлектрического модуля слишком мало и из-за теплового влияния, которое они оказывают друг на друга, получить большой перепад температур не представляется возможным.

Наиболее близким к предлагаемому термоэлектрическому модулю является термоэлектрический модуль, включающий в себя полупроводниковые элементы с проводимостями р- и n-типов, соединенные между собой металлическими шинами с высокой электропроводностью в единую электрическую цепь и размещенные между подложками таким образом, что все горячие спаи соединены с одной подложкой, а все холодные спаи - с противоположной, каждый из полупроводниковых элементов р- и n-типов проводимостей состоит из двух разнесенных частей, соединенных между собой металлическим проводником с высокой электропроводностью, при этом длина каждого металлического проводника обеспечивает возможность разнесения подложек на заданное расстояние (2).

Недостатком этой конструкции термоэлектрического модуля, как и предыдущего, является то, что они перемещают тепловую энергию во внешнюю среду из рабочего пространства через стенку конструкции, отделяющей его от внешней среды, при этом из-за большого теплового сопротивления на переходе от стенки до подложки эффективность их работы значительно снижается.

Техническим результатом данного решения является повышение эффективности термоэлектрического модуля за счет создания конструкции, которая позволяет «откачивать» тепловую энергию непосредственно из рабочего пространства.

Для достижения данного технического результата в предлагаемом термоэлектрическом модуле, включающем в себя полупроводниковые элементы с проводимостями р- и n-типов, соединенные между собой металлическими шинами с высокой электропроводностью в единую электрическую цепь и размещенные между подложками таким образом, что все горячие спаи соединены с одной подложкой, а все холодные спаи - с противоположной, каждый из полупроводниковых элементов р- и n-типов проводимостей состоит из двух разнесенных частей, соединенных между собой металлическим проводником с высокой электропроводностью, при этом длина каждого металлического проводника обеспечивает возможность разнесения подложек на заданное расстояние, отличающийся тем, что как минимум одна из подложек имеет возможность герметично стыковаться с емкостью с газообразной или жидкой средой, а металлические шины, соединенные с этой подложкой, выполнены в виде удлиненных скоб, установлены поверх нее и выполняют роль радиатора, помещаемого во внутрь этой емкости.

На рисунках - 1 и 2 - схематично показана конструкция термоэлектрического модуля.

Термоэлектрический модуль состоит из полупроводниковых элементов 1 и 2 с проводимостями р- и n-типов, соединенных между собой металлическими шинами 3 в единую электрическую цепь и размещенных между подлождками 4 и 5 таким образом, что все горячие спаи соединены с одной подложкой, а все холодные спаи - с противоположной, каждый из полупроводниковых элементов 1 и 2 р- и n- типов проводимостей состоит из двух разнесенных частей, соединенных между собой металлическим проводником 6. Одна из подложек, с которой связаны металлические шины 3, выполненные в виде удлиненных скоб и установленные поверх нее, герметично стыкуется с емкостью 7.

Термоэлектрический модуль работает следующим образом:

При прохождении постояного тока по электрической цепи, состоящей из полупроводниковых элементов 1 и 2 р и n-типов проводимостей, соединенных между собой металлическими шинами 3 и размещенных между подложками 4 и 5 таким образом, что все горячие спаи соединены с одной подложкой, а все холодные спаи - с противоположной, возникает разность температур между сторонами модуля: одна подложка нагревается, а другая охлаждается, при этом как минимум одна из подложек имеет возможность герметично стыковаться с емкостью 7 с газообразной или жидкой средой, а металлические шины 3, связанные с этой подложкой, выполнены в виде удлиненных скоб, установлены поверх нее и выполняют роль радиатора, помещаемого во внутрь этой емкости. Благодаря тому, что металлические шины 3 да и сама подложка непосредственно контактируют с рабочей средой, эффективность работы термоэлектрического модуля значительно возрастает.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки;

1.Патент РФ RU 2075138 Н01L 35/30, НО 1L 35/34 1993 г.

2.Патент РФ 108695 Н01L 35/00, F25B 21/02 2011 г.

1. Термоэлектрический модуль, включающий в себя полупроводниковые элементы с проводимостями р- и n-типов, соединенные между собой металлическими шинами с высокой электропроводностью в единую электрическую цепь и размещенные между подложками таким образом, что все горячие спаи соединены с одной подложкой, а все холодные спаи - с противоположной, каждый из полупроводниковых элементов р- и n-типов проводимостей состоит из двух разнесенных частей, соединенных между собой металлическим проводником с высокой электропроводностью, при этом длина каждого металлического проводника обеспечивает возможность разнесения подложек на заданное расстояние, отличающийся тем, что как минимум одна из подложек имеет возможность герметично стыковаться с емкостью с газообразной или жидкой средой, а металлические шины, соединенные с этой подложкой, выполнены в виде удлиненных скоб, установлены поверх нее и выполняют роль радиатора, помещаемого во внутрь этой емкости.

2. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что металлические шины, выполняющие роль радиатора, устанавливаемого во внутрь емкости, имеют диэлектрическое покрытие, например эмалиевое.

3. Термоэлектрический модуль по пп.1 и 2, отличающийся тем, что общая площадь контактной поверхности металлических шин равна или в несколько раз больше контактной поверхности самой подложки.