Термоэлектрический модуль



Термоэлектрический модуль
Термоэлектрический модуль
Термоэлектрический модуль
Термоэлектрический модуль

 


Владельцы патента RU 2483256:

Огнев Геннадий Леонидович (RU)
Карасева Елена Борисовна (RU)
Огнев Владимир Геннадьевич (RU)

Изобретение относится к области термоэлектричества и предназначено для использования в термоэлектрических охлаждающих устройствах и (или) термоэлектрических генераторах. В термоэлектрическом модуле пространство, заключенное между внутренними поверхностями теплообменных пластин, заполнено влагонепроницаемым, инертным к материалам элементов термоэлектрического модуля теплозащитным покрытием с теплопроводностью равной и менее 0,001 Вт/м·К до объема V, где Vmin ограничено внешними поверхностями периферийных ветвей периферийных рядов термоэлементов термоэлектрического модуля и торцевыми поверхностями теплообменных пластин, a Vmax ограничено внутренними поверхностями теплообменных пластин горячих и холодных спаев, коммутационными шинами и торцевыми поверхностями теплообменных пластин. Техническим результатом изобретения является увеличение максимальной разности температур холодного и горячего спаев при температуре горячей стороны модуля Тгор=27°С и увеличение максимальной холодопроизводительности. Технический результат достигается за счет того, что исключается теплопередача излучением, теплопроводностью и конвекцией через воздух между пластинами холодного и горячего спаев. 4 ил.

 

Изобретение относится к области термоэлектричества и может быть использовано в термоэлектрических охлаждающих устройствах и (или) термоэлектрических генераторах.

Известен термоэлектрический модуль, содержащий термоэлектрические элементы p-типа и термоэлектрические элементы n-типа, которые расположены в чередующемся порядке и электрически соединены электродами, предусмотренными на верхней и нижней сторонах каждого термоэлектрического элемента, и каждый термоэлектрический элемент имеет покрывающую пленку изолирующего материала из полиимида или поли (замещенного или незамещенного p-ксилена) на его сторонах, за исключением сторон, соединенных с электродами (см. патент RU 2178281). Эта пленка повышает прочность и влагостойкость термоэлектрических элементов, защищает термоэлектрические элементы от коррозии в атмосфере высокой влажности.

Для борьбы с коррозией в термоэлектрических элементах и исключения накопления в зазорах между термоэлектрическими элементами сконденсированной влаги, испарение которой на горячем спае и конденсация на холодном спае снижает эффективность работы термоэлектрического модуля, многие производители термоэлектрических модулей проводят герметизацию силиконовыми, эпоксидными и полиуретановыми герметиками. Однако герметизация приводит к снижению разности температур примерно на 2-3°С из-за теплопроводности герметика, большей, чем теплопроводность воздуха (компания «Криотерм», Инструкция но установке, п.6).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является термоэлектрический модуль, известный из патента RU 2364803 С2 20.08.2009, в котором предложена двойная герметизация. В нем предлагается термоэлектрический модуль, который 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 из полупроводников p- и n-типа проводимости. Торцевые поверхности ветвей p- и n-типа термоэлементов соединены с образованием p-n-переходов коммутационными шинами, закрепленными на внутренних поверхностях теплообменных пластин горячих и холодных спаев. 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. На боковые поверхности каждой ветви термоэлементов и на открытые внутренние поверхности коммутационных шин нанесено герметизирующее защитное покрытие в виде пленки эпоксидно-уретанового лака. Торцы ветвей p- и n-типа соединены с коммутационными шинами.

Благодаря нанесению на указанные выше поверхности элементов термоэлектрического модуля указанных защитных покрытий обеспечивается двойная герметизация термоэлектрического модуля, увеличивающая ресурс работы модуля, повышающая надежность его работы и механическую прочность.

Недостатком термоэлектрического модуля с двойной герметизацией является уменьшение разности температур между теплообменными пластинами горячих и холодных спаев из-за наличия в объеме герметизации герметика, охватывающего единым сплошным замкнутым защитным покрытием внешние поверхности периферийных ветвей периферийных рядов термоэлементов термоэлектрического модуля, расположенного заподлицо с боковыми поверхностями теплообменных пластин, причем теплопроводность которого превышает теплопроводность воздуха в 5…7 раз. Наличие на боковых поверхностях каждой из ветвей термоэлементов и внутренних поверхностях коммутационных шин и теплообменных пластин покрытия из эпоксидно-уретанового лака, теплопроводность которого также превышает теплопроводность воздуха более чем в 10 раз, приводит к дальнейшему уменьшению разности температур между теплообменными пластинами горячих и холодных спаев. Герметизация или двойная герметизация не исключают наличия воздуха в технологическом объеме между внутренними поверхностями теплообменных пластин горячих и холодных спаев, открытыми внутренними поверхностями коммутационных шин и боковыми поверхностями каждой ветви термоэлементов. При наличии воздуха в указанном объеме одновременно с термоэлектрическими явлениями в модуле происходят процессы передачи тепла через излучение, теплопроводность и конвекцию воздуха в замкнутом объеме.

Техническим результатом изобретения является увеличение максимальной разности температур холодного и горячего спаев и увеличение максимальной холодопроизводительности модуля.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в термоэлектрическом модуле, содержащем помещенные между теплообменными пластинами горячих и холодных спаев и последовательно соединенные в электрическую цепь параллельные ряды термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями из полупроводников 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, в отличие от известного пространство, заключенное между внутренними поверхностями теплообменных пластин, заполнено влагонепроницаемым, инертным к материалам элементов термоэлектрического модуля теплозащитным покрытием с теплопроводностью равной и менее 0,001 Вт/м·К до объема V, где Vmin ограничено внешними поверхностями периферийных ветвей периферийных рядов термоэлементов термоэлектрического модуля и торцевыми поверхностями теплообменных пластин, a Vmax ограничено внутренними поверхностями теплообменных пластин горячих и холодных спаев, коммутационными шинами и торцевыми поверхностями теплообменных пластин.

Увеличение максимальной разности температур холодного и горячего спаев и увеличение максимальной холодопроизводительности модуля достигается за счет того, что в термоэлектрическом модуле полностью исключается процесс теплопередачи между холодной и горячей поверхностями теплообменных пластин через воздух и исключается влияние теплопроводности герметизирующих составов, применявшихся ранее.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен вид сверху герметизированного снаружи модуля без верхней теплообменной пластины;

на фиг.2 изображен вид модуля в разрезе с заполнением Vmin;

на фиг.3 изображен вид сверху полностью герметизированного модуля без верхней теплообменной пластины,

на фиг.4 изображен вид модуля в разрезе с заполнением Vmax.

Предложенный термоэлектрический модуль содержит термоэлементы, образованные ветвями из полупроводника 1 n-типа проводимости и полупроводника 2 p-типа проводимости, коммутационные шины 3, закрепленные на внутренних поверхностях теплообменных пластин 4 и образовывающие n-p-переходы, соединенные в последовательную электрическую цепь, оканчивающуюся электрическими проводниками 5 и 6, предназначенными для соединения термоэлектрического модуля с источником постоянного напряжения. Влагонепроницаемым, инертным к материалам элементов термоэлектрического модуля теплозащитным покрытием 7 с теплопроводностью равной и менее 0,001 Вт/м·К заполнено пространство, заключенное между внутренними и торцевыми поверхностями теплообменных пластин, до объема V, где Vmin соответствует (равно) объему, заключенному между внутренними и торцевыми поверхностями теплообменных пластин и внешними поверхностями периферийных ветвей периферийных рядов термоэлементов 1 и 2 термоэлектрического модуля, а Vmax соответствует (равно) объему, заключенному между внутренними и торцевыми поверхностями теплообменных пластин 4 горячих и холодных спаев, коммутационными шинами 3 и торцевыми поверхностями теплообменных пластин 4.

Термоэлектрический модуль работает следующим образом. Подключают проводники 5 и 6 к источнику постоянного напряжения. Через электрическую цепь, образованную последовательно соединенными полупроводниковыми ветвями 1 и 2 термоэлементов, протекает ток и в результате действия эффекта Пельтье одна теплообменная пластина охлаждается, а другая нагревается, в зависимости от направления тока в электрической цепи, при этом полностью исключается влияние воздуха на теплообмен между холодной и горячей пластинами и влияние теплопроводности герметизирующих материалов.

Для реализации предлагаемого технического решения могут быть использованы, например, термоэлектрические модули РМ-127-14-11-72-L фирмы ООО «Кристалл».

Чтобы исключить влияние теплопритоков на материалы припоя, спаи, покрытия и полупроводники, на материалы коммутационных шин, материалы пластин холодных и горячих спаев, теплозащитное покрытие должно быть инертным по отношению к указанным материалам. В качестве теплозащитного покрытия, отвечающего указанным требованиям наряду с влагонепроницаемостью, могут быть использованы жидкая теплоизоляция Альфатек фирмы «Фасад Термопроект» или жидкое керамическое теплоизоляционное покрытие Астратек ТУ 5768-002-02068060-2005 ООО «Термалком».

Испытания, проведенные на указанном модуле при заполнении свободного объема между холодной и горячей пластинами жидким керамическим теплоизоляционным покрытием Астратек при отсутствии тепловой нагрузки, кроме окружающего воздуха температурой 19,1°С, охлаждении горячего спая радиатором с вентилятором, показали разность температур между холодной и горячей пластинами 40°С при питании модуля током 2,99 А при напряжении 7,4 В. Тот же модуль, герметизированный эпоксидным составом на ООО «Кристалл», питаемый током 2,99 А с напряжением 7,57 В при одинаковой тепловой нагрузке и одинаковом охлаждении горячего спая, показал разность температур 30°С. Результаты показывают, что при проведении испытаний в вакуумной камере без тепловой нагрузки и температуре горячей стороны 27°С, нормированный параметр ΔТ будет значительно больше.

Предлагаемый термоэлектрический модуль обладает значительно более высокой холодопроизводительностью при меньшем электропотреблении, отличается простотой изготовления и большей надежностью в работе.

Термоэлектрический модуль, содержащий помещенные между теплообменными пластинами горячих и холодных спаев и последовательно соединенные в электрическую цепь параллельные ряды термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, 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, отличающийся тем, что пространство, заключенное между внутренними поверхностями теплообменных пластин, заполнено влагонепроницаемым, инертным к материалам элементов термоэлектрического модуля теплозащитным покрытием с теплопроводностью, равной и менее 0,001 Вт/м·К, до объема V, где Vmin ограничено внешними поверхностями периферийных ветвей периферийных рядов термоэлементов термоэлектрического модуля и торцевыми поверхностями теплообменных пластин, a Vmax ограничено внутренними поверхностями теплообменных пластин горячих и холодных спаев, коммутационными шинами и торцевыми поверхностями теплообменных пластин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термоэлектрическим системам климат-контроля ограниченного объема воздуха. .

Изобретение относится к медицинской технике для создания аппаратов, реализующих оптимальную программу реверсивных тепловых воздействий на участке тела человека. .

Изобретение относится к области медицинской техники, а конкретно к диагностическим приборам, основывающимся на определении температурной чувствительности кожи человека.

Изобретение относится к устройствам, работа которых основана на эффектах Ранка-Хилше, Пельтье, Зеебека, и может быть использовано в нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности для нагрева/охлаждения газа или жидкости, а также получения электроэнергии для питания слаботочной аппаратуры.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано на станциях переливания крови, в хирургических и реанимационных отделениях больниц и клиник, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях.

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для локального температурного и магнитного воздействия на рефлекторные зоны нижних конечностей человека, а также может быть использовано в целях лечебного массажа.

Изобретение относится к устройствам тепла или холода и предназначено для оценки температурных изменений параметров микромеханических модулей. .

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам охлаждения и термостатирования и может быть использовано в различных конструкциях холодильной и термостабилизирующей техники.

Изобретение относится к средствам для кондиционирования воздуха в воздушных, в частности, пассажирских судах. .

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники и предназначено для быстрого замораживания различных продуктов. .

Изобретение относится к системам отопления с использованием внешнего низкопотенциального источника тепла. Устройство содержит используемую в качестве теплового насоса термоэлектрическую батарею, подключенную к сети переменного тока через выпрямитель и терморегулятор и состоящую из термоэлектрических модулей, пластины которых термически соединены с теплообменниками соответственно для подвода низкопотенциального тепла и отвода тепла в обогреваемое помещение. Термоэлектрическая батарея выполнена из одной или нескольких параллельно соединенных электрических цепей, каждая из которых образована последовательно соединенными термоэлектрическими модулями, количество которых в цепи определено соотношением n=KUo/Umax, где Uo - напряжение питания термоэлектрической батареи на выходе выпрямителя, Umax - максимально допустимое напряжение питания одного модуля цепи, К=2÷5 - коэффициент снижения электрической нагрузки одного модуля. Техническим результатом изобретения является повышение отношения вырабатываемой тепловой мощности к потребляемой электроэнергии. 1 ил.

Термоэлектрический блок охлаждения применяется в холодильной технике. Термоэлектрический блок охлаждения содержит два или более термоэлектрических модуля (2), размещенных в герметичной камере (4), предварительно вакуумированной и заполненной осушенным газом. Горячие спаи термомодулей связаны с жидкостным радиатором (6) герметичной камеры, а холодные спаи связаны с конденсаторами (7). В каждый конденсатор встроены три независимых термосифона (8) с внутренними паропроводами (10), причем зона испарения (9) термосифонов находится в корпусе воздушного радиатора (3), отделенного теплоизолирующей вставкой (5) от жидкостного радиатора герметичной камеры, что обеспечивает однонаправленность передачи тепла в случае отключения питания термоэлектрических модулей. Теплоизолированный корпус (1) образует внутренний и внешний тепловые контуры. Вентилятор (11) и электрический нагреватель (12) установлены на корпусе воздушного радиатора. Использование изобретения обеспечивает снижение затрат электроэнергии. 1 ил.

Система управления температурой жидкости содержит два комплекта элементов управления температурой, расположенных противоположно друг другу и образующих между ними зону управления температурой. Трубопроводная система в зоне управления температурой образует единый путь потока жидкости, который может иметь чередующиеся первый и второй участки жидкости. Один или несколько первых участков расположены вблизи первого комплекта и имеют теплопроводную связь с ним, а один или несколько вторых участков расположены вблизи второго комплекта и имеют теплопроводную связь с ним. Система управления температурой может быть использована в качестве модуля охлаждения или нагревания жидкости в устройстве или системе выдачи холодной жидкости, например питьевой воды, или устройстве выдачи другого напитка. Использование данной группы изобретений позволяет повысить эффективность охлаждения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники и представляет собой быстрозамораживатель, содержащий холодильное устройство с гидравлической магистралью, которая подсоединена к насосу через параллельно подключенные к этой магистрали теплообменники, которые контактируют с одной поверхностью термоэлектрических модулей, вторая поверхность которых контактирует с теплопроводящими пластинами. Теплопроводящие пластины контактируют в свою очередь с размещенным между ними охлаждаемым пакетом. Термоэлектрические модули снабжены блоком питания, который изолирован от теплопроводящих пластин с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами теплоизолирующей стенкой, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей. Полость, образованная теплопроводящими пластинами, заполнена жидкостью, в которой размещены охлаждаемые макеты, температура замерзания жидкости ниже температуры холодных спаев термоэлектрических модулей, размещенных на внешней стороне герметичной полости. Технический результат заключается в повышении скорости замораживания продуктов и растворов, в частности плазмы крови. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к холодильному оборудованию, а именно к термоэлектрическим холодильным установкам, и может быть использовано, например, для охлаждения воздуха в продовольственных кладовых на судах в жестких условиях эксплуатации, а также в устройствах кондиционирования воздуха. Теплообменное устройство, состоящее из стянутых винтами воздушного и водяного теплообменников, между которыми в тепловом контакте установлены термоэлектрические охладители, расположенные в виде прямоугольника и окруженные защитным барьером, дополнительно снабжено клеммной коробкой, которая расположена на внешней стороне водяного теплообменника и связана с полостью, в которой расположены термоэлектрические охладители и датчики температуры, посредством каналов, выполненных в стенке водяного теплообменника, при этом в упомянутых каналах расположены электрические провода охладителей и датчиков, выходы которых закреплены на клеммной плате, установленной в клеммной коробке, в которую через сальниковый уплотнитель подведен кабель для внешних подключений. Технический результат - повышение герметичности конструкции, увеличение надежности и срока службы, повышение оперативности управления за счет возможности варьирования переключений токоподводящих цепей охладителей. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильному оборудованию, а именно, к термоэлектрическим холодильным установкам и может быть использовано, например, для охлаждения воздуха в продовольственных кладовых на судах в жестких условиях эксплуатации, а также в устройствах кондиционирования воздуха. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности за счет создания равномерного усилия сжатия теплообменивающихся поверхностей, увеличении срока работы. Теплообменное устройство состоит из стянутых винтами воздушного и водяного теплообменников, между которыми в тепловом контакте установлены термоэлектрические охладители, расположенные в виде прямоугольника и окруженные защитным барьером. Устройство отличается тем, что дополнительно введены упоры, расположенные по периметру и в центре прямоугольника, при этом высота упомянутых упоров превышает высоту термоэлектрических охладителей, а на поверхности термоэлектрических охладителей, которые контактируют с теплообменниками, нанесен слой теплопроводного материала. Упоры выполнены из низкотеплопроводного материала. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель. Термоэлектрические модули температурного раздражителя встроены в гибкое эластичное основание с отверстиями для их установки и подключены к программируемому источнику питания электрическими проводами. Отверстия расположены в один ряд по длине основания. Основание по краям снабжено застежкой-липучкой и выполнено в виде двух полотен из синтетической эластичной материи, сшитых между собой капроновой нитью по периметру установленных в них термоэлектрических модулей на расстоянии от их краев в 2-3 мм. Часть материи находит на поверхности термоэлектрических модулей, закрывая 2-3 мм последних по периметру. Внутренние спаи термоэлектрических модулей обращены к руке человека и приведены в тепловой контакт с гибкой тепловыравнивающей пластиной через теплопроводную пасту. Внешние спаи термоэлектрических модулей через теплопроводную пасту контактируют с тонкостенными гибкими емкостями, заполненными плавящимся рабочим веществом с температурой плавления 35-45°C. Емкости выполняют роль теплосъема и пришиты к основанию по своим углам капроновой нитью. Основание со стороны нахождения внешних спаев термоэлектрических модулей по всей своей площади приведено в плотный механический контакт с манжетой, соединенной с нагнетателем трубкой. Применение изобретения позволит упростить конструкцию прибора и снизить его габаритные размеры и массу. 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель. Термоэлектрические модули температурного раздражителя встроены в гибкое эластичное основание с отверстиями для их установки и подключены к программируемому источнику питания электрическими проводами. Отверстия расположены в один ряд по длине основания. Основание по краям снабжено застежкой-липучкой и выполнено в виде двух полотен из синтетической эластичной материи, сшитых между собой капроновой нитью по периметру установленных в них термоэлектрических модулей на расстоянии от их краев в 2-3 мм. Часть материи находит на поверхности термоэлектрических модулей, закрывая 2-3 мм последних по периметру. Внутренние спаи термоэлектрических модулей обращены к руке человека и приведены в тепловой контакт с гибкой тепловыравнивающей пластиной через теплопроводную пасту. Внешние спаи термоэлектрических модулей через теплопроводную пасту контактируют с гибкими металлическими пластинами. Металлические пластины выполняют роль теплосъема и пришиты к основанию по своим углам капроновой нитью. Основание со стороны нахождения внешних спаев термоэлектрических модулей по всей своей площади приведено в плотный механический контакт с манжетой, соединенной трубкой с нагнетателем, работа которого регулируется блоком управления. Применение изобретения позволит упростить конструкцию прибора и снизить его габаритные размеры и массу. 2 ил.

Группа изобретений относится к держателю емкостей для напитков. Массажное кресло содержит многофункциональный сенсорный охлаждающий держатель-подстаканник. Держатель-подстаканник включает цилиндрический держатель-подстаканник, имеющий кольцевой стакан, являющийся контейнером, кольцевую нижнюю крышку в нижней части стакана, вертикальный слот на боковой стенке стакана, внутри которого находится цепь управления, включающая микросхему, тепловой радиатор, проводник тепла и сенсорные переключатели на сенсорной панели управления. Тепловой радиатор установлен под нижней крышкой, имеет многочисленные соединенные параллельно охлаждающие ребра и охлаждающий вентилятор. Проводник тепла имеет край, встроенный в наружный край нижней крышки, образованный отверстием, и нижнюю сторону, соединенную с охлаждающей стороной термоэлектрического охладителя. Каждый сенсорный переключатель имеет отдельное электрическое соединение с цепью управления массажного кресла. Цепь управления массажного кресла включает несколько подсхем, которые контролируют одно из угла спинки и подножки сиденья, интенсивность вибрации, разминание и термический массаж. Достигается возможность в любое время охладить напиток в держателе-подстаканнике. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для косметологических процедур на лицо человека содержит теплоконтактную пластину, систему теплоотвода и термоэлементы, подключенные к управляемому источнику постоянного тока. Теплоконтактная пластина выполнена в виде гибкого основания из высокотеплопроводного материала в форме маски, повторяющей контуры лица человека с отверстиями в области глаз, носа и рта. Выступы боковой поверхности основания отогнуты под углом 90° к основанию и сопряжены с обеспечением плотного теплового контакта с воздействующими спаями термоэлементов. Опорные спаи термоэлементов контактируют с воздушным радиатором. На поверхности основания имеется тонкая силиконовая прослойка. Основание снабжено крепежным приспособлением для плотной фиксации устройства на лице человека. Применение изобретения обеспечит одновременное тепловое воздействие на всю поверхность лица человека. 1 ил.
Наверх