ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H01L35/30 

Изобретение относится к устройствам холодильной техники, использующим эффект Пельтье. Устройство может быть использовано в установках тепловой обработки потока газа или жидкости, при создании климатических микрокамер.

Известны трубчатые термоэлектрические модули [1, 2], состоящие из полупроводниковых ветвей p и n-типа в виде колец, коммутационных пластин и изоляционных прокладок, колец с резьбой, которые являются опорными элементами модуля и токопроводящих шин.

Недостатком указанных модулей является то, что в том и другом устройствах применяются сложные по форме полупроводниковые ветви, требующие индивидуального прессования в специально изготовленных матричных формах.

Кроме того, в данном конструктивном решении полупроводниковые ветви зафиксированы между двумя жесткими теплообменниками, что приводит к возникновению термических напряжений в ветвях и к снижению надежности.

Указанных недостатков лишен термоэлектрический модуль [3], в котором опорный элемент выполнен в виде многогранной призмы, на гранях которой установлены полупроводниковые термоэлементы, каждый из которых имеет свой индивидуальный теплообменник для отвода тепла с горячих спаев.

Указанная конструкция в значительной степени снижает надежность и эксплуатационные характеристики при ударах и вибрации.

Недостатками данной конструкции является низкая надежность, особенно при ударах и вибрационных нагрузках, в связи с консольным креплением на полупроводниковой ветви воздушного радиатора, масса которого может быть значительной для модулей большой мощности.

Исследования показали, что наличие теплообменника на каждом элементе приводит к возникновению трещин в полупроводниковых ветвях и в местах контакта при создании термоэлектрических модулей большей холодопроизводительности.

Также необходимо отметить, что в указанном устройстве теплообменники являются воздушными, размеры которых в зависимости от холодопроизводительности модулей и батареи могут быть громоздкими, что нежелательно.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции.

Указанная цель достигается тем, что тепловыделяющие спаи полупроводниковых ветвей термоэлемента припаяны к одному из концов теплообменника, изготовленного в виде гофрированного сильфона, а другие концы сильфонов соединяются с трубчатыми переходами, по которым проходит вода.

Термоэлектрический модуль представляет собой термобатарею, смонтированную на многогранной призме из высокотеплопроводного материала, на каждой грани которой собраны по два термоэлемента на четырех полупроводниковых ветвей. Термоэлементы припаяны "холодными" спаями к граням призмы. К "горячим" спаям термоэлементов припаяны теплообменники гофрированного типа, представляющие собой полые, наглухо запаянные гофрированные цилиндрический объемы с двумя штуцерами, причем каждый штуцер соединен с двумя соседними теплообменниками.

Отличием заявляемого объекта от прототипа является то, что он содержит гибкие теплообменники, представляющие собой полые наглухо запаянные гофрированные полости с двумя штуцерами на каждом для входа и выхода охлаждающей воды, а все штуцера соединены между собой в единую конструкцию.

Неизвестно техническое решение, имеющее признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа.

Надежность в заявляемом термоэлектрическом модуле достигается за счет применения гибких гофрированных тонкостенных теплопроводников, которые между собой соединены штуцерами. Наличие гибких теплообменников позволяет компенсировать внутренние местные напряжения, приводящее к трещинам в полупроводниковых ветвях и в местах контакта, при этом конструкция остается цельной и организуется эффективное жидкостное охлаждение тепловыделяющих спаев.

На чертеже изображен термоэлектрический модуль. Он содержит опорный элемент 1 с резьбовым отверстием в центре, выполненным в виде шестигранной призмы, термоэлементы 2, состоящие из полупроводниковых ветвей n и p типов и коммутационных медных пластин, электроизоляционные металлокерамические пластинки из окиси бериллия 3, гибкие гофрированные теплообменники 4, соединительные штуцера 5 и токовыводы 6.

Термоэлектрический модуль используется в термобатареи холодильной машины. Она включает в себя 12 термоэлектрических модулей, навинченных на смазанную теплопроводной пастой трубку-теплообменник с наружной резьбой. Использование при сборке термоэлектрической батареи унифицированных модулей-секций предпочтительнее, чем цельнопаянные батареи, так как позволяет устранять неисправность простой заменой модуля, собирать устройства различной холодопроизводительности в зависимости от количества модулей, регулировать холодопроизводительность устройства посредством изменения схемы включения модулей и т.д.

Применение гибкого гофрированного теплообменника для каждого термоэлемента позволяет создать цельную, но в то же время надежную жизнеспособную конструкцию, позволяющую компенсировать внутреннее и местное напряжение в полупроводниковых ветвях в местах контакта.

Испытание прототипа показали, что при большой холодопроизводительности в одной из полупроводниковых ветвей возникла трещина, при тех же условиях испытания предлагаемого модуля прошли на должном уровне.

Литература
1. Анатычук Л. И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Киев, Наукова думка, 1979, -768с.

2. Цветков Ю. Н., Исмаилов Т.А. Термоэлектрические системы кондиционирования воздуха и приборы контроля. Л.: Энергоатомиздат, 1988 -240с.

3. Цветков Ю.Н., Аксенов С.С., Шульман В.М. Судовые термоэлектрические охлаждающие устройства. Л.: Судостроение, 1972, -192с.

Изобретение относится к устройствам холодильной техники, использующим эффект Пельтье. Устройство может быть использовано в установках тепловой обработки потока газа или жидкости, при создании климатических микрокамер. Техническим результатом является повышение надежности конструкции. Термоэлектрический модуль представляет собой термобатарею, смонтированную на многогранной призме из высокотеплопроводного материала, на каждой грани которой собраны по два термоэлемента из четырех полупроводниковых ветвей. Термоэлементы припаяны "холодными " спаями к граням призмы. К "горячим" спаям термоэлементов припаяны теплообменники гофрированного типа, представляющие собой полые, наглухо запаянные гофрированные цилиндрические объемы с двумя штуцерами, причем каждый штуцер соединен с двумя соседними теплообменниками. 1 ил.

Термоэлектрический модуль, состоящий из полупроводниковых термоэлементов, установленных через электроизоляционные прокладки на металлическом опорном элементе в виде призмы с резьбовым отверстием в центре, отличающийся тем, что к горячим спаям термоэлементов на каждой грани установлены гибкие теплообменники, представляющие собой полые, наглухо запаянные тонкостенные гофрированные цилиндры с двумя штуцерами на каждом для входа и для выхода охлаждающей воды.