Термоэлектрический модуль

Полезная модель относится к микроэлектронике, а, в частности, к конструкциям термоэлектрических модулей, предназначенных для устройств термоэлектрического охлаждения. Предлагаемая полезная модель может быть использована в термоэлектрических охладителях как каскадных, так и многокаскадных. Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции, позволяющей окончательно исключить воздействие окружающей среды. Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием термоэлектрического модуля, состоящего, по крайней мере, из одного каскада, чередующихся n- и p- типов термоэлектрических элементов, соединенных с ними электрических электродов, расположенных на теплопоглощающей и тепловыделяющей поверхностях элементов, пластин теплопереходов, закрепленных на каждой из поверхностей элементов через электрические электроды, и изолирующей пленки на боковых поверхностях элементов, в котором, согласно полезной модели все внутренние поверхности модуля имеют сплошную, изолирующую пленку.

Полезная модель относится к микроэлектронике, а, в частности, к конструкциям термоэлектрических модулей, предназначенных для устройств термоэлектрического охлаждения.

Предлагаемая полезная модель может быть использована в термоэлектрических охладителях как каскадных, так и многокаскадных.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции является конструкция термоэлектрического модуля, состоящего, по крайней мере, из одного каскада термоэлектрических элементов с чередующимися n- и p- полупроводниковыми ветвями, соединенных с ними электрически электродов, расположенных на внутренних сторонах теплопоглощающей и тепловыделяющей поверхностях элементов, пластин теплообменника, закрепленных на каждой из поверхностей элементов (см патент РФ №2178221, по кл. H 01 L 35/32, 1999 г.)

Каждый термоэлектрический элемент на боковых поверхностях элементов имеет покрывающую изолирующего пленку из полиимида или поли(замещенного или незамещенного) p-ксилена, которую наносят на них предварительно перед последующей сборкой модуля. Процесс трудоемкий.

А также в процессе сборки известного модуля, в течении крепления (пайки) термоэлектрических элементов к электродам происходит значительный нагрев изолирующей пленки, что ухудшает ее свойства вплоть до разрушения.

Термоэлектрические элементы расположены с промежутками. В известной конструкции покрывающая пленка повышает прочность и влагостойкость, предотвращает образование трещин и разрывов, а также защищает от коррозии в атмосфере высокой влажности свободную поверхность термоэлектрических элементов.

Однако, конструкция содержит места незащищенные от воздействия агрессивных сред, подверженные коррозии, разрушению и электрическому замыканию в таких средах, а, именно,: места крепления (пайки) элементов к электродам, поверхность токопроводящих электродов, места присоединения электрических проводов, внутренние плоскости теплопоглощающей и тепловыделяющей поверхностей элементов.

В связи с этим термоэлектрический модуль как устройство не может работать в условиях повышенной влажности или в агрессивной среде.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции, позволяющей окончательно исключить воздействие окружающей среды.

Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием термоэлектрического модуля, состоящего, по крайней мере, из одного каскада, чередующихся n- и p- типов термоэлектрических элементов, соединенных с ними электрических электродов, расположенных на теплопоглощающей и тепловыделяющей поверхностях элементов, пластин теплопереходов, закрепленных на каждой из поверхностей элементов через электрические электроды, и изолирующей пленки на боковых поверхностях элементов, в котором, согласно полезной модели все внутренние поверхности модуля имеют сплошную, изолирующую пленку.

Использование в качестве сплошной пленки тонкой пленки из полиимида или поли(замещенного или незамещенного) p-ксилена позволяет исключить воздействие окружающей среды, обеспечивает работоспособность термоэлектрического модуля в агрессивных средах, увеличивает техническую надежность, а также прочность и влагостойкость термоэлектрических элементов, предотвращает образование трещин и разрывов в термоэлектрических элементах, когда они подвергаются воздействию удара, нагрузки или температурного напряжения.

Толщину сплошной пленки 1-20 мкм выбирают из технологических условий.

Испытания показали, что только при данных параметрах пленки достигают необходимые технологические результаты.

В предлагаемой конструкции сплошная изолирующая пленка нанесена после полной сборки термоэлектрического модуля на всю внутреннюю поверхность его, так что пленка покрывает полностью как поверхность термоэлектрических элементов, места их пайки к токопроводящим элементам, токопроводящие элементы, внутреннюю поверхность пластин теплообменников, а также боковую поверхность контактных проводов.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.

Сущность предлагаемой конструкции полезной модели поясняется нижеследующим описанием конструкции, чертежами и фото, где:

На фиг.1 - показан термоэлектрический модуль;

На фиг.2 показан многокаскадный термоэлектрический модуль;

На фото 1 - показаны сравнительные результаты испытания известного и предлагаемого термоэлектрических модулей в солевой ванне;

На фото 2 приведено сравнение внешнего вида прототипа и полезной модели после испытаний в солевой ванной, где а - разрушение поверхности термоэлектрических элементов; б - коррозия металлических поверхностей (проводов, электрических электродов, мест крепления термоэлектрических элементов к электродам (места пайки).

Термоэлектрический модуль, состоит, по крайней мере, из одного каскада чередующихся n- и p- типа термоэлектрических элементов 1, соединенных с ними токопроводящих электродов 2, расположенных на внутренних сторонах теплопоглощающей 3 и тепловыделяющей 4 поверхностях элементов, пластин 5, 6 теплопереходов, закрепленных на каждой из поверхностей элементов через электроды 2, подводящих электрических проводов и сплошной, изолирующей пленки 7.

Пленка 7 нанесена на всю внутреннюю поверхности термоэлектрического модуля, включая поверхности термоэлектрических элементов 1, места электрические соединения с электродами, внутреннюю поверхность пластин теплопереходов 5 и 6, а также боковую поверхность подводящих электрических проводов 8.

В качестве материала пленки может быть использован полиимид или поли(замещенного или незамещенного) p-ксилена.

Термоэлектрический модуль может быть каскадным с любым количеством каскадов, как одно каскадным, так и многокаскадным.

При этом все внутренние поверхности многокаскадного термоэлектрического модуля, а именно поверхность каждого из каскадов 9 и переходных пластин теплопереходов между каскадами 10 имеет покрытие сплошной изолирующей пленкой 7.

Предлагаемую конструкцию сначала собирают, а затем на все поверхности конструкции наносят любым известным способом равномерную, сплошную пленку. В качестве способа нанесения пленки может быть использован метод формирования пленки путем полимеризации при химическом осаждении из паровой фазы (см. см патент РФ №2178221, по кл. H 01 L 35/32, 1999 г.).

Работу предлагаемой полезной модели осуществляют следующим образом:

При включении в электрическую цепь постоянного тока термоэлектрический модуль работает в соответствии с принципом эффекта Пельтье: одна сторона охлаждается, другая нагревается в зависимости от направления тока электрической цепи.

При наличие агрессивной среды, или при помещении термоэлектрического модуля в агрессивную, или электропроводную среду (пар, газ, жидкость), благодаря полной

изоляции внутренних частей термоэлектрического модуля изолирующей пленкой, его работоспособность сохраняется.

Кроме того, сплошная изолирующая пленка повышает механическую прочность термоэлектрического модуля: предотвращает образование трещин и сколов термоэлектрических элементов, разрывов в местах их соединения с токопроводящими электродами, а также отслоения токопроводящих электродов от поверхности пластин теплопереходов.

Таким образом, обеспечивается повышенная техническая надежность и срок службы термоэлектрического модуля.

Кроме того, способ нанесения сплошной пленки полезной модели на внутреннюю поверхность готового термоэлектрического модуля имеет преимущество из-за большей технологичности, надежности и простоты. Покрытие производят по собранному модулю, за один этап, без перегрева пленки.

Были изготовлены и опробованы опытные образцы предлагаемой полезной модели.

Испытания проводились путем электрического включения известного и предлагаемого термоэлектрических модулей, помещенных в жидкий, солевой (10% NaCl) раствор. Из-за электропроводности среды и ее агрессивности воздействие солевого раствора на известную конструкцию (прототип) привело к ее быстрому разрушению (видно потемнение раствора из-за выделения продуктов электролиза) и через некоторое время устройство перестало работать из-за разрыва в электрической цепи. В то же время предлагаемая конструкция работала в данной среде (фото.1)

Предлагаемый термоэлектрический модуль не претерпел разрушения и изменений параметров, а известная конструкция (прототип) имеет явные следы разрушения из-за электролиза и взаимодействия с агрессивной средой, а именно разрушение термоэлектрических элементов (а), коррозия металлических поверхностей (б) - мест крепления термоэлементов к электродам, проводов и т.д. (фото 2)

1. Термоэлектрический модуль, состоящий, по крайней мере, из одного каскада, чередующихся n- и p-типов термоэлектрических элементов, соединенных с ними электрических электродов, расположенных на теплопоглощающей и тепловыделяющей поверхностях элементов, пластин теплопереходов, закрепленных на каждой из поверхностей элементов через электрические электроды, и изолирующей пленки на боковых поверхностях элементов, отличающийся тем, что все внутренние поверхности модуля имеют сплошную, изолирующую пленку.

2. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве изолирующей пленкой используют тонкую пленку из полиимида или поли(замещенного или незамещенного) p-ксилена.

3. Термоэлектрический модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что толщина сплошной пленки составляет 1-20 мкм.