Каскадный охлаждающий термоэлемент Советский патент 1978 года по МПК H01L35/34 

1

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано для создания простых и надежных низкотемпературных термоэлектрических источников холода.

Известны каскадные термоэлементы, в которых термопары отдельных каскадов расположены таким образом,что холодные спаи каждого последующего каскада прилегают к горячим спаям предыдущего, каскады разделены электроизоляционными прослойками из материала с высокой теплопроводностью

Недостатком такой конструкции является сложность сопряжения каскадов, требующего точной обработки их поверхности, и наличие вредных перепадов температур на электроизоляционных прослойках, что значительно снижает энергетическую эффективность и сужает температурный интервал работы термоэлементов. Эти недостатки частично устранены в конструкции каскадного термоэлемента, являющейся наиболее близкой к изобретению.

Этот каскадный охлаждающий термоэлемент содержит сое.диненные в электрическую цепь термопары отдельных касkajdOB; состоящие из ветвей р- и

пов, имеющих различную длину по каскадам 3 .

Каскадный термоэлемент известной конструкции обладает недостаточной механической прочностью, а его изготовление сопряжено с выполнением большого числа сложных и трудоемких технологических операций.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности термоэлемента. Поставленная цель достигается тем, что ветви одноименного типа проводимости термопар всех каскадов присоединены друг к другу боковыми поверхностями через высокотеплопроводную электроизоляционную .прослойку в порядке уменьшения их длины от низкотемпературного к высокотемпературному каскаду и образуют сборные многослойные блоки переменной высоты р- и tt -типов . Для улучшения теплового контакта между каскадами каждый высокотемпературный каскг1д выполнен кз термопар, расположенных симметричнопо отношению к термопаре низкотемпера турного каскЕща. Для упрощения конструкции сборные многослойные блоки р- и tt -типов проводимости выполнены в виде трапеции так, что противоположные торцы всех ветвей в каждом из, блоков лежа в плоскостях, образующи между CO60Q прямой угол; с целью упр щения конструкции блоки р- и о -типо проводимости выполнены многослойными на части своей длины,- обращенной к г рячему спаю. На фиг.1 изображен трехкаскадный термоэлемент, в котором ветви одноименного типа проводимости термопар 1, 2 и 3 имеют форму параллелепипедов различной высоты, склеены между собой по боковым поверхностям неэлект ропроводным., клеем и образуют блоки о- и (1 проводимости 4 и 5. К одним из торцов блоков присоединены электропроводящие пластины 6 и 7, вы полняющие роль токоподводов, а проти воположные торцы, блоков р- и tt -ТИПОВ соединены проводящими пластинами 8 для образования электрического конта та между -ветвями соответственной дли ны. Возможна также конструкция каскад ного термоэлемента, в которой не три а множество ветвей термопар образуют многослойные блоки-одноименного типа проводимости. На фиг.2 показан двухкаскадный те моэлемент , в котором высокотемпературный каскад состоит из. двух термопар 9 и 10 Одинаковой высоты, распол женных по обе стороны термопары низкотемпературного каскада 11. Ветви одноименного типа проводимости всех термопар склеены по боковым поверхно тям и образуют трёхслойные блоки 12 и 13 р- им-тилов. Возможна также конструкция термоэлемента, в которой не две, а множес во термопар высокотемпературных каскадов постоянно уменьшающейся высоты симметрично расположены относительно низкотемпературного каскада, причем ветви одинакового типа проводимости всех термопар склеены боковыми поверх ностями через электроизоляционные прослойки в многослойные блоки для образования теплового контакта. На фиг.З показан каскадный термоэлемент с параллельным питанием каскадов, в KOTOi OM многослойные .блоки 14 и 15 р- и (1-типов проводимости выполнены в виде трапеций так, что противоположные торцы всех ветвей бло ка лежат в плоскостях, образующих меж ду собой прямой угол, а длина ветвей в каждом блоке уменьшается в направлении от низкотемпературного к высоко температурному каскаду. К одним торца блоков Р-- и rt - типов проводимости при соединены, например припаяны, токоподводящие пластины, а противоположные торцы 6j.oKOB непосредственно соединены, например спаяны, между собой для образования электрического контак та между ветвями соответственной длин Дляосуществления теплового контакта каскадного термоэлемента с охлаждаемым объектом к холодным концам ветвей низкотемпературного каскада присоединена например припаяна, коммутирующая пластина 16. Дпя изготовления многослойных блоков р-,и И -типа отдельные слои формируют в виде тонких пластин, имеющих длину, значительно превышающую длину многослойного блока, склеивают эти пластины по боковым поверхностям через неэлектропроводные прокладки и разрезают полученный таким образом длинный многослойный стержень под косыми углами к боковой поверхности спаев так, что плоскости соседних резов образуют между собой прямой угол. Таким образом, отпадает необходимость в индивидуальном изготовлении отдельных ветвей каскадного термоэлемента, а также в индивидуальном залуживании каждого из спаев ветви. На фиг.4 показан каскадный термоэлемент, в котором блоки р- и И,- типов проводимости 17 и 18, выполненные в виде трапеций, имеют многослойную конструкцию лишь на части своей длины, обращенной к горячему спаю. В устройствах, показанных на фиг.З и 4, торцы всех ветвей лежат в одной плоскости и могут быть одновременно залужены и спаяны независимо от их количества подобно спаям однокаскадного термоэлемента. Таким образом, сборка предлагаемого каскадного термоэлемента не усложнится по сравнению со сборкой однокаскадного термоэлемента. Конструктивные особенности каскадного термоэлемента обеспечивают повышение .прочности и надежности благодаря армирующему действию клеевых ripoслоек между ветвями, одноименного типа проводимости термопар отдельных каскадов, упрощение конструкции и, как следствие этого, снижение стоимости термоэлемента. Предложенный термоэлемент с любым числом каскадов не .намного сложнее Ьбычного однокаскадного термоэлемента в силу того, .что принцип каскадирЬвания заложен в самой конструкции двух его многослойных блоков. Формула изобретения 1. Каскадный охлаждающий термоэле-мент, содержащий соединенные в электрическую цепь термопары отдельных каскадов, состоящие из ветвей р- и н-типов, .имеющих различную длину по каскаам, отличающийся тем, что., с целью упрощения конструкции и повыения надежности, ветви одноименного типа проводимости термопар всех каскаов присоединены друг к другу боковыи поверхностями через высокотеплопроводную электроизоляционную прослойку в порядке уменьшения их лины от низкотемпературного к высокотемпературному каскаду и образуют сборные многослойные блоки переменной высоты р- и М-типов.

2.Термоэлемент по п.1, о т л и чающийся тем, что, с целью улучшения теплового контакта между каскадами, каждый высокотемпературный каскад выполнен из термопар, расположенных симметрично по отношению

к термопаре низкотемпературного каскада .

3.Термоэлемент поп.1, отличающи и с я тем, что сборные многослойные блоки р- и и -типов проводимосги выполнены в виде трапеции так, что противоположные торцы всех ветвей в каждом из блоков лежат в плоскостях образующих между собой прямой угол.

4. Термоэлемент поп.З, отличающийся тем, что блоки р- и П г-типов проводимости выполнены .многослойными на части своей длины, обращенной к горячему спаю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Иоффе А,Ф. и др. Холодильная техника , 1956, 3, с. 9.

2.Авторское свидетельство СССР W 123215, кл. Н 01 L. 35/02,16.01.59.

3.Патент Японии 4000,кл. 100Д1, 27.04.70.