Модуль с несколькими термоэлектрическими элементами



Модуль с несколькими термоэлектрическими элементами
Модуль с несколькими термоэлектрическими элементами
Модуль с несколькими термоэлектрическими элементами
Модуль с несколькими термоэлектрическими элементами
Модуль с несколькими термоэлектрическими элементами

 


Владельцы патента RU 2538066:

О-ФЛЕКС ТЕХНОЛОГИЗ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: модуль содержит несколько электрически последовательно подключенных термоэлектрических элементов, которые состоят по меньшей мере из одного n-слоя и по меньшей мере одного р-слоя из термоэлектрического материала с образованием по меньшей мере одного образующегося вдоль пограничного слоя p-n-перехода. Параллельно пограничному слою между горячей и холодной стороной каждого термоэлектрического элемента может быть приложен температурный градиент. Подложка и термоэлектрические элементы изготовлены в раздельных процессах. Термоэлектрические элементы наклеены на предварительно структурированные, термически и электрически проводящие участки подложки с помощью различных клеев для холодной и горячей стороны каждого термоэлектрического элемента. Технический результат: уменьшение сопротивления электрического замыкания контактов отдельных термоэлектрических элементов и улучшение их термического соединения с теплоотводом или же источником тепла. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к модулю, содержащему несколько электрически последовательно подключенных термоэлектрических элементов, которые состоят соответственно по меньшей мере из одного n-слоя и по меньшей мере одного p-слоя из термоэлектрического материала с образованием по меньшей мере одного образующегося вдоль пограничного слоя p-n-перехода, при этом параллельно пограничному слою между горячей и холодной стороной каждого термоэлектрического элемента может быть приложен температурный градиент.

Принцип действия термоэлектрических элементов основывается на термоэлектрическом эффекте, далее именуемом эффектом Зеебека. При эффекте Зеебека между двумя точками электрического проводника или же двумя полупроводниками с различной долей примесей возникает электрическое напряжение.

Непосредственное превращение тепла в электрическую энергию возможно с помощью термоэлектрогенератора с несколькими термоэлектрическими элементами. Предпочтительно, термоэлектрические элементы состоят из полупроводниковых материалов с различными долями примесей, за счет чего можно существенно повысить эффективность по отношению к термоэлементам с двумя различными и соединяемыми между собой на одном конце металлами. Обычными полупроводниковыми материалами являются Bi2Te3, PbTe, SiGe, BiSb или FeSi2. Для получения достаточно высоких значений напряжения несколько термоэлектрических элементов объединяют в модуль и подключают электрически последовательно.

Для повышения коэффициента полезного действия термоэлектрогенератора в ЕР 1 287 566 В1, раскрытие которой, прежде всего в отношении конструкции термоэлектрических элементов и их термоэлектрических материалов, подчеркнуто включается в данную заявку, описан упомянутый выше модуль, содержащий несколько подключенных электрически последовательно термоэлектрических элементов. Отдельные термоэлектрические элементы в каждом случае состоят по меньшей мере из одного n-слоя и по меньшей мере одного р-слоя из термоэлектрического материала с образованием образующегося вдоль пограничного слоя p-n-перехода. Параллельно пограничному слою между n- и р-слоями приложен температурный градиент, p-n-переход выполнен по существу вдоль общей, предпочтительно самой длинной протяженности n-слоя и р-слоя и, тем самым, по существу вдоль их общего пограничного слоя. Благодаря температурным градиентам вдоль обширной p-n-поверхности раздела возникает разница температур вдоль этого выполненного продолговатым pn-перехода между двумя концами пакета p-n-слоев, который приводит к тому, что коэффициент полезного действия термоэлектрических элементов выше, чем в уровне техники, который не имеет температурных градиентов вдоль и внутри p-n-перехода.

Исходя из ЕР 1 287 566 В1, в основу изобретения положена задача разработки предпочтительного с производственно-технической точки зрения модуля, у которого уменьшаются сопротивления электрического замыкания контактов отдельных термоэлектрических элементов и улучшается их термическое соединение с теплоотводом или же источником тепла для выработки температурного градиента вдоль пограничного слоя.

В модуле вышеназванного типа эта задача решена посредством того, что модуль имеет подложку с несколькими электрически и термически проводящими областями, которые термически и электрически отделяют изолирующие области друг от друга, каждый термоэлектрический элемент имеет на одной стороне направленный наружу p-слой, а на противоположной ей стороне - направленный наружу n-слой, направленный наружу p-слой термоэлектрического элемента постоянно соединен с электрической проводимостью только с одним направленным наружу n-слоем соседнего термоэлектрического элемента, и соответственно два соседних термоэлектрических элемента на их холодной стороне с помощью термически и электрически проводящего слоя с хорошей адгезией к подложке электропроводяще соединены с одной из электрически и термически проводящих областей подложки.

Существенное преимущество при изготовлении модуля согласно изобретению состоит в том, что термоэлектрические элементы могут быть изготовлены независимо от подложки, до того как они будут соединены с электрически и термически проводящими областями подложки.

Раздельное изготовление подложки и термоэлектрических элементов позволяет осуществить массовое производство модулей согласно изобретению в проходящем из рулона в рулон процессе. Термоэлектрические элементы изготовляют, прежде всего, за счет химических газофазных осаждений (способ химического осаждения из паровой фазы) различно легированных примесью n- или же p-типа термоэлектрических материалов (полупроводниковых материалов). Альтернативно, термоэлектрические элементы изготавливаются путем физического газофазного осаждения (конденсация из паровой фазы). В отличие от способа химического осаждения из паровой фазы, осажденные тонкие слои образуются непосредственно путем конденсации паров термоэлектрического материала.

Подложку изготовляют, прежде всего, посредством ламинирования пленкообразного, прежде всего лентообразного, материала подложки со слоем из электрически и термически проводящего материала, например медной фольги. Затем медная фольга структурируется. Структурирование происходит посредством частичного удаления медной фольги, так что на изолирующем материале подложки возникают электрически и термически проводящие области, которые термически и электрически отделены друг от друга посредством изолирующего материала подложки. В случае с материалом подложки речь идет, прежде всего, о синтетическом материале из группы PI (полиимид), РА (полиамид) или PET (полиэтилентерефталат).

Электрическое последовательное соединение термоэлектрических элементов достигается посредством того, что направленный наружу р-слой термоэлектрического элемента постоянно с электрической проводимостью соединен только с одним направленным наружу n-слоем соседнего термоэлектрического элемента, при этом электрическое замыкание контактов с помощью электрически и термически проводящих областей на подложке происходит постоянно только с другим термоэлектрическим элементом. Другое необходимое электрическое замыкание контактов соседних термоэлектрических элементов, которые соединены с отделенными друг от друга, электрически и термически проводящими областями подложки, происходит с помощью электрического проводника на их обращенном от подложки, направленном наружу р- или же n-слое посредством электрического проводника. Проводник может быть приклеен или припаян к подлежащим электрическому соединению слоям. Он может быть выполнен из проволоки, полоски или фольги.

Надежная фиксация, а также хорошее термическое и электрическое соединение термоэлектрических элементов к подложке на холодной стороне достигается посредством термически и электрически проводящего слоя с хорошей адгезией к подложке. Этот слой с хорошей адгезией к подложке может состоять, например, из однокомпонентного эпоксидного клея, который наполнен проводящими металлическими частицами, или быть выполнен в виде двухсторонней клейкой пленки с проводящими металлическими частицами в матрице из эпоксидной смолы.

Соседние термоэлектрические элементы на их горячей стороне соединены с, предпочтительно, сплошными электрически и термически проводящими областями на подложке с помощью термически и электрически изолирующего слоя с хорошей адгезией к подложке. Этот слой с хорошей адгезией к подложке может состоять, например, из однокомпонентного эпоксидного клея или быть выполнен в виде двухсторонней клейкой пленки. Таким образом, достигают того, что электрическое замыкание контактов термоэлектрических элементов происходит только на холодной стороне термоэлектрических элементов. Большая часть теплового потока между источником тепла на горячей стороне и теплоотводом на холодной стороне протекает через термоэлектрические элементы и преобразовывает при этом тепло в электрическую энергию.

Электрически и термически проводящие области на, предпочтительно, гибком, лентообразном материале подложки отделены электрически друг от друга, предпочтительно, посредством одной изолирующей перемычки, проходящей вдоль продольной оси лентообразного материала подложки, и нескольких изолирующих перемычек, проходящих поперек лентообразного материала подложки. На горячей стороне термоэлектрических элементов с одной стороны от проходящей вдоль изолирующей перемычки выполнена, предпочтительно, лишь одна электрически и термически проводящая область, которая может быть соединена с источником тепла. Эта непрерывная область позволяет осуществлять равномерный ввод тепла в термически параллельно включенные термоэлектрические элементы. Таким образом, процессы структурирования проводящей области в этой области являются излишними, так что производство модуля еще более упрощается.

На холодной стороне термоэлектрических элементов с одной стороны от проходящей вдоль изолирующей перемычки термически и электрически проводимый материал посредством проходящих поперек лентообразного материала подложки изолирующих перемычек непрерывно, предпочтительно на равномерных расстояниях, подразделяется на несколько термически и электрически проводящих областей. Интервал изолирующих перемычек выбирают так, что в каждом случае два соседних термоэлектрических элемента могут контактировать с помощью термически и электрически проводящего слоя с хорошей адгезией к подложке с электрически и термически проводящими областями на холодной стороне.

Для эффективного подвода тепла к горячей стороне термоэлектрического элемента и эффективного отвода тепла на холодной стороне модуль согласно изобретению имеет, предпочтительно, теплоотвод и источник тепла. Теплоотводом является, например, радиатор. Источник тепла выполнен, например, в виде теплообменника, который вводит в модуль отходящее тепло другого процесса. Для улучшения передачи тепла между модулем, с одной стороны, и источником тепла или же теплоотвода, с другой стороны, направленные наружу р- или же n-слои термоэлектрических элементов перекрывают электрически и термически проводящие области подложки только частично. Не перекрытая область может затем по всей поверхности вступать в контакт с теплоотводом или же источником тепла.

Для эффективного преобразования температурного градиента в электрический ток термоэлектрические элементы, предпочтительно, содержат более двух попеременно расположенных n- и р-слоев. Для обеспечения хорошего термического соединения всех слоев подобной многослойной структуры и одновременного электрического соединения между собой двух соседних термоэлектрических элементов, которые соединены с отделенными друг от друга, электрически и термически проводящими областями подложки, их направленные наружу и обращенные от подложки р- или же n-слои соединены между собой посредством электрически проводящих областей следующей соединительной подложки.

Предпочтительный способ изготовления модуля согласно изобретению содержит следующие этапы:

- изготовление подложки посредством нанесения электрически и термически проводящего слоя на материал подложки из термически и электрически изолирующего материала, и

- удаление электрически и термически проводящего слоя в некоторых областях для образования электрически и термически проводящих областей на материале подложки,

- нанесение термически и электрически проводящего слоя с хорошей адгезией к подложке на холодной стороне изготовленных независимо от подложки термоэлектрических элементов, а также или предпочтительно нанесение термически и электрически проводящего слоя с хорошей адгезией к подложке на холодную сторону подложки. Слой с хорошей адгезией к подложке должен наноситься на термически и электрически проводящих областях подложки по меньшей мере в области контактирования термоэлектрических элементов на холодной стороне,

- нанесение термически проводящего и электрически изолирующего слоя с хорошей адгезией к подложке на горячую сторону каждого термоэлектрического элемента или предпочтительно нанесение термически проводящего и электрически изолирующего слоя с хорошей адгезией к подложке на горячую сторону подложки. Слой с хорошей адгезией к подложке должен наноситься на каждой термически и электрически проводящей области подложки по меньшей мере в области контактирования термоэлектрических элементов на горячей стороне,

- соединение соответственно двух термоэлектрических элементов с их направленными наружу р- или же n-слоями, на их холодной стороне с одной из электрически и термически проводящих областей подложки, а также

- соединение термоэлектрических элементов по меньшей мере с одной из электрически и термически проводящих областей подложки на горячей стороне,

- изготовление электрического соединения между двумя соседними термоэлектрическими элементами, которые электрически соединены с отделенными друг от друга электрически и термически проводящими областями подложки, на их обращенных от подложки и направленных наружу р- или же n-слоях.

Далее изобретение более подробно поясняется с помощью примеров осуществления. На чертежах показано:

Фигура 1a - вид сбоку лентообразной гибкой подложки модуля согласно изобретению,

Фигура 1б - вид сверху частично готового модуля согласно изобретению,

Фигура 1в - вид сбоку готового модуля согласно изобретению,

Фигура 2 - вид сбоку модуля согласно фиг.1б с изображением прохождения тока,

Фигура 3а - вид сбоку модуля согласно фиг.1в для наглядного показа теплового потока,

Фигура 3б - вид сбоку модуля согласно фиг.1в для наглядного показа прохождения тока,

Фигура 4 - второй пример осуществления модуля согласно изобретению с термоэлектрическими элементами, которые собраны из множества попеременно расположенных n- и р-слоев, при этом

Фигура 4а - вид модуля сбоку,

Фигура 4б - разрез через модуль согласно фиг.4а вдоль линии В-В, и

Фигура 4в - разрез через модуль вдоль линии С-С на фигуре 4б,

Фигура 5 - модуль согласно фиг.4, но в закрытом корпусе.

Модуль (3) согласно изобретению состоит по существу из подложки (1) с несколькими электрически и термически проводящими областями (2а-е), а также электрически и термически проводящей области (2f) на материале (10) подложки. Электрически и термически проводящие области электрически отделены друг от друга посредством проходящей вдоль изолирующей перемычки (9) и нескольких перемычек (11), проходящих поперек к перемычке (9). Далее, модуль (3) содержит множество подключенных последовательно термоэлектрических элементов (4, 5), которые в каждом случае состоят по меньшей мере из одного n-слоя (4а, 5а) и по меньшей мере одного р-слоя (4b, 5b) из термоэлектрического материала.

Материалом (10) подложки является пленка из PI, РА или PET. Проводящие области (2a-f) состоят из меди. n- или же р-слой (4а, 5а, 4b, 5b) образован из полупроводникового материала, легированного примесью n- или же р-типа с хорошими термоэлектрическими свойствами.

Как видно, прежде всего, на фиг.1в, попеременно расположенные n- или же р-слои (4а, 5а, 5а, 5b) каждого термоэлектрического элемента (4, 5) соприкасаются по всей поверхности вдоль пограничного слоя (6). Параллельно пограничному слою (6) (в х-направлении) приложен температурный градиент между источником (7а, b) и теплоотводом (8а, b) (сравни также фигуру 3).

Каждой из электрически и термически проводящих областей (2а-е) приданы в каждом случае точно два термоэлектрических элемента (4, 5), при этом один из термоэлектрических элементов с n-слоем (5а, 4 а) и другой термоэлектрический элемент с р-слоем (5b, 4b) ориентированы в направлении подложки (1).

Соответственно два соседних термоэлектрических элемента (4, 5) на их холодной стороне (12) электрически и термически соединены с одной из областей (2а-е) подложки (1) посредством слоя с хорошей адгезией к подложке. Соединение соседних термоэлектрических элементов (4, 5), которые соединены с отделенными друг от друга, электрически и термически проводящими областями (2а-2е), также с электрической проводимостью соединяется в форме проводной связи на холодной стороне (12) на противоположном, то есть обращенном от подложки (1), направленном наружу p-слое (4b, 5b) или же n-слое (4а, 5а) посредством электрического проводника (14).

Все термоэлектрические элементы (4, 5) соединены на их горячей стороне (15) посредством исключительно термически проводящего слоя (16) с хорошей адгезией к подложке, прежде всего термически проводящего клеящего вещества, с простирающейся в продольном направлении подложки (1) сквозной проводящей областью (2f).

Как видно, прежде всего, на виде сверху на фигуре 1б, все области (2a-f) только частично перекрыты термоэлектрическими элементами (4, 5). Направленный в сторону края подложки (1) не перекрытый участок области (2f) зажат с термической проводимостью между обеими составными частями источника (7а, b) тепла. На холодной стороне (12) этот свободный участок проводящих областей (2а-е) с термической проводимостью зажат между обеими составными частями теплоотвода (8а, b).

Фигура 2б поясняет с помощью изображения в разрезе вдоль линий (18, 19) разреза через модуль (13) прохождение (20) тока, которое вследствие температурного градиента в двух соседних термоэлектрических элементах (4, 5) устанавливается в зависимости от легирования полупроводника (4а, 4b или же 5а, 5b).

На фигуре 3 поясняется тепловой поток (22) через термоэлектрический элемент (5) (сравни линию (19) разреза на фиг.2). Из источника (7а, 7b) тепловой поток (22) попадает в состоящую из меди, термически проводящую область (2f), через термически проводящий слой (16) с хорошей адгезией к подложке - к горячей стороне (15) термоэлектрического элемента (5). Оттуда тепловой поток (22) через термически и электрически проводящий слой (13) с хорошей адгезией к подложке, а также расположенную под ним термически и электрически проводящую область (2а) попадает к теплоотводу (8а, b) на холодной стороне (12) термоэлектрического элемента.

На фигуре 3 наглядно на том же самом термоэлектрическом элементе (5) изображено прохождение (23) тока, отходящее от холодной стороны (12) через термоэлектрический элемент (5). От термически и электрически проводящей области (2а) через термически и электрически проводящий слой (13) с хорошей адгезией к подложке ток попадает в n-слой (5а) в направлении горячей стороны (15). Через пограничный слой (6) ток течет обратно в направлении холодной стороны (12) термоэлектрического элемента (5) для замыкания (21) контактов для электрического проводника (14) к соседнему, отделенному перемычкой (9) термоэлектрическому элементу (4).

Модуль (24) согласно фиг.4 отличается от модуля (3) согласно фиг.1-3 по существу конструкцией термоэлектрических элементов (25, 26). В отличие термоэлектрических элементов (4, 5), эти элементы состоят не только из одного n- и одного р-слоя, но и из многослойной конструкции, в которой n- и р-слои (25а, b и 26а, b) расположены в чередующемся порядке. Термически и электрически проводящие области (2а-е), а также сквозная область (2f) расположены на материале (10) подложки таким же способом.

В отличие от примера осуществления согласно фиг.1-3, в каждом случае два соседних термоэлектрических элемента (25, 26), которые соединены с помощью отделенных друг от друга электрически и термически проводящих областей (2а-е) подложки (1), на их обращенном от подложки (1), направленном наружу р-слое (25а, 2бЬ) или же n-слое (25а, 26а) соединены электрически между собой посредством электрически проводящих областей (27a-d) соединительной подложки (28). Соединительная подложка (28) может иметь такую же конструкцию и изготавливаться таким же образом, что и подложка (1). Прежде всего, является предпочтительным, если электрически проводящие области (27a-d) также выполнены с хорошей термической проводимостью, например за счет того, что они состоят из меди.

Соединительная подложка (28) имеет следующую электрически проводящую область (27е), которая исключительно с термической проводимостью соединена с термоэлектрическими элементами (25, 26) на горячей стороне (15). Для соединения здесь также применяются термически и электрически проводящие слои (13) с хорошей адгезией к подложке на холодной стороне и исключительно термически проводящие слои (16) с хорошей адгезией к подложке на горячей стороне (15).

Как теплоотвод (8), так и источник (7) в примере осуществления модуля (24) согласно фиг.4 имеют третью часть (7с) или же (8с), которая расположена между подложками (1 и 28) вдоль холодной (12) или же горячей стороной (15) термоэлектрических элементов (25, 26).

На фиг.5 показан модуль (24) согласно фиг.4, у которого теплоотвод и источник тепла образованы термически проводящей, но электрически изолирующей заливочной массой (29), которая прилегает к холодной стороне (12) каждого термоэлектрического элемента (25, 26) с одной стороны и к горячей стороне (15) каждого термоэлектрического элемента (25, 26) с другой стороны, а также к электрически и термически проводящим областям (2a-f, 27а-е). Для механической стабилизации модуль (24) может быть расположен в корпусе (30).

Изготовление подложки (1), с одной стороны, и термоэлектрических элементов (4, 5), с другой стороны, происходит посредством независимых процессов. Сначала на материал (10) подложки (1) по всей поверхности наносится слой (17), прежде всего из меди. За счет нанесения слоя (17) из меди вдоль предусмотренного прохождения перемычек (9, 11) создается необходимая структура поверхности подложки (1) с несколькими электрически и термически проводящими областями (2a-f), которые разделяют друг от друга изолирующие области вдоль перемычек (9, 11). Перемычки состоят из материала (10) подложки, прежде всего из синтетического материала.

Затем на направленную в каждом случае в направлении подложки (1) поверхность каждого термоэлектрического элемента (4, 5) на холодной стороне (12) наносится слой (13) с хорошей адгезией к подложке, а на горячей стороне (15) наносится слой (16) с хорошей адгезией к подложке, перед тем как термоэлектрические элементы (4, 5) в каждом случае попарно склеиваются с одной из областей (2а-е), а также на горячей стороне с областью (2f). Альтернативно, слои (13, 16) с хорошей адгезией к подложке наносятся на подложку (1) на холодной или же горячей стороне (12, 15), перед тем как термоэлектрические элементы (4, 5) в каждом случае попарно склеиваются с одной из областей (2а-е), а также на горячей стороне с областью (2f).

Наконец, на последнем этапе на холодной стороне (12) между соседними термоэлектрическими элементами (4, 5), которые отделены друг от друга перемычкой (11), прикрепляются, прежде всего приклеиваются или припаиваются, электрические проводники (14).

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Подложка

2a-f Области (термически и электрически проводящие)

3 Модуль

4, 5 Термоэлектрические элементы

4а n-слой

4b p-слой

5а n-слой

5b p-слой

6 Пограничный слой

7а, b Источник тепла

8а, b Теплоотвод

9 Перемычка (вдоль)

10 Материал подложки

11 Перемычки

12 Холодная сторона

13 Слой с хорошей адгезией к подложке (термически и электрически проводящий)

14 Электрический проводник

15 Горячая сторона

16 Слой с хорошей адгезией к подложке (термически проводящий)

17 Слой

18, 19 Линии разреза

20 Прохождение тока

21 Замыкание контактов

22 Тепловой поток

23 Прохождение тока

24 Модуль

25, 26 Термоэлектрические элементы

25а n-слой

25b p-слой

26а n-слой

26b p-слой

27a-f Электрически проводящие области

28 Соединительная подложка

29 Заливочная масса

30 Корпус

1. Модуль, содержащий несколько электрически последовательно подключенных термоэлектрических элементов, которые состоят соответственно по меньшей мере из одного n-слоя и по меньшей мере одного p-слоя из термоэлектрического материала с образованием по меньшей мере одного образующегося вдоль пограничного слоя p-n-перехода, при этом параллельно пограничному слою между горячей и холодной стороной каждого термоэлектрического элемента может быть приложен температурный градиент,
отличающийся тем, что
- модуль (3, 24) имеет подложку (1) с несколькими электрически и термически проводящими областями (2), которые термически и электрически отделяют друг от друга изолирующие области (9, 11),
- каждый термоэлектрический элемент (4, 5, 25, 26) имеет на одной стороне направленный наружу p-слой (4b, 5b, 25b, 26b), а на противоположной ей стороне - направленный наружу n-слой (4а, 5а, 25a, 26а),
- направленный наружу p-слой (4b, 5b, 25b, 26b) термоэлектрического элемента (4, 5, 25, 26) постоянно соединен с электрической проводимостью только с одним направленным наружу n-слоем (4а, 5а, 25а, 26а) соседнего термоэлектрического элемента, и
- соответственно два соседних термоэлектрических элемента (4, 5 или же 25, 26) на их холодной стороне (12) посредством термически и электрически проводящего слоя (13) с хорошей адгезией к подложке соединены с электрической проводимостью с одной из электрически и термически проводящих областей (2а-е) подложки (1).

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что соседние термоэлектрические элементы (4, 5 или же 25, 26) на их горячей стороне (15) посредством термически проводящего и электрически изолирующего слоя (16) с хорошей адгезией к подложке соединены по меньшей мере с одной из электрически и термически проводящих областей (2f) подложки (1).

3. Модуль по п.2, отличающийся тем, что соответственно два соседних термоэлектрических элемента (4, 5 или же 25, 26), которые соединены с отделенными друг от друга электрически и термически проводящими областями (2а-е) подложки, на их обращенном от подложки (1) направленном наружу р-слое (4b, 5b, 25b, 26b) или же n-слое (4а, 5а, 25а, 26а), соединены между собой посредством электрического проводника (14, 27, 28).

4. Модуль по п.2, отличающийся тем, что соответственно два соседних термоэлектрических элемента (4, 5, 25, 26), которые соединены с отделенными друг от друга электрически и термически проводящими областями (2а-2е) подложки (1), на их обращенном от подложки (1) направленном наружу р-слое или же n-слое соединены между собой посредством электрически проводящих областей соединительной подложки (28).

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что электрически и термически проводящие области (2а-е) на холодной стороне (12) соединены с термической проводимостью по меньшей мере с одним теплоотводом (8).

6. Модуль по п.5, отличающийся тем, что электрически и термически проводящие области (2f) на горячей стороне (15) соединены с термической проводимостью по меньшей мере с одним источником (7) тепла.

7. Модуль по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что подложка (1) состоит из гибкого лентообразного материала подложки.

8. Модуль по п.7, отличающийся тем, что электрически и термически проводящие области (2a-f) электрически отделены друг от друга посредством по меньшей мере одной проходящей вдоль и нескольких проходящих поперек к лентообразному материалу (10) подложки изолирующих перемычек (9, 11).

9. Модуль по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что направленные наружу р- или же n-слои (4b, 5b, 25b, 26b, 4а, 5а, 25а, 26а) только частично перекрывают электрически и термически проводящие области (2a-f).

10. Модуль по п.7, отличающийся тем, что направленные наружу р- или же n-слои (4b, 5b, 25b, 26b, 4а, 5а, 25а, 26а) только частично перекрывают электрически и термически проводящие области (2a-f).



 

Похожие патенты:

В заявке описано устройство (1) для выработки электрической энергии с использованием тепла отработавших газов (ОГ) (2), образующихся при работе двигателя (3) внутреннего сгорания, имеющее генератор (4) со входом (5) для ОГ и выходом (6) для ОГ, а также с расположенным между ними теплообменным участком (7) со множеством проточных проходов (8) для ОГ (2) на нем, которые по меньшей мере частично окружены термоэлектрическими элементами (9), которые со своей обращенной от проточного прохода (8) стороны (10) соединены теплопроводящим соединением с охлаждающим устройством (11).

Изобретение относится к области термоэлектричества. Сущность: изолирующая подложка (12) оснащена первой (18) и второй (20) областями соединения.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам. Сущность: способ включает изготовление стержней из термоэлектрического материала методом горячей экструзии.

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в электрическую. Сущность: термоэлектрический прибор (100) содержит комбинацию термоэлементов (60, 62) и термомагнитных элементов (65) и может быть использован совместно с пирометаллургической технологической установкой (20), за счет работы которой возбуждается магнитное поле.

Изобретение относится к полупроводниковым изделиям из кристаллических материалов, предназначенным для термоэлектрических устройств, основанных на эффектах Пельтье и Зеебека, а именно термоэлектрических генераторов, охлаждающих и нагревательных устройств.

Изобретение относится к области термоэлектричества, в частности к термоэлектрическим устройствам Пельтье или Зеебека, эксплуатируемых в условиях многократного термоциклирования.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам на основе эффекта Пельтье. .

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям и материалам, используемым в термоэлектрических элементах (ТЭЭ) и термоэлектрических батареях (ТЭБ).

Изобретение относится к термоэлектричеству. .

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии и может быть использовано для терморегуляции и измерения температуры различных объектов.

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компонентов электронной аппаратуры. Технический результат - повышение энергоэффективности системы охлаждения. Устройство содержит светоизлучающий термомодуль с линейным расположением p-n-переходов, обеспечивающий получение холода и светового излучения, и солнечные батареи, преобразующие энергию излучения в электрическую энергию. В качестве полупроводниковых ветвей p-типа и n-типа термомодуля выбраны такие материалы, что протекающий ток на одном из спаев будет формировать излучение, а в другом спае будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье. Солнечные батареи с зеркальными электродами состоят из p-слоя и n-слоя и расположены параллельно по обе стороны от термомодуля. 1 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическому генератору. Сущность: термоэлектрическое устройство (1) содержит один модуль (2) с первым несущим слоем (3) и вторым несущим слоем (4), промежуточное пространство (5) между первым несущим слоем (3) и вторым несущим слоем (4), электроизолирующий слой (6) на первом несущем слое (3) и втором несущем слое (4) с их обращенной к промежуточному пространству (5) стороны и множество легированных примесями p-типа и легированных примесями n-типа полупроводниковых элементов (7), которые расположены в чередующейся последовательности в промежуточном пространстве (5) между электроизолирующими слоями (6) и попеременно электрически соединены между собой. По меньшей мере часть полупроводниковых элементов выполнена кольцеобразной формы или в форме кольцевого сегмента и внутренней боковой поверхностью (9) и наружной боковой поверхностью (8), которая больше внутренней боковой поверхности (9), соединена с электроизолирующим слоем (6). Полупроводниковые элементы (7) электрически соединены между собой на электроизолирующем слое (6) припоем (10). При этом полупроводниковые элементы (7) с разновеликими контактными поверхностями (15, 16) имеют равновеликие токопередающие площадки. Технический результат: обеспечение одинаковых переходных сопротивлений, снижение дефектности. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к термоэлектричеству. Сущность: термоэлектрический элемент по меньшей мере с одной термопарой (1), которая имеет n-легированный и р-легированный термоэлектроды (3а, 3b) из полупроводникового материала. Термоэлектроды (3а, 3b) простираются между горячей и холодной стороной (19, 20) термоэлектрического элемента. Термоэлектрический элемент включает в себя носитель (8), причем носитель (8) имеет первую часть (10) и вторую часть (11) с высокой теплопроводностью. Первая и вторая части (10, 11) носителя отделены друг от друга участком (12) с меньшей по сравнению с частями (10, 11) теплопроводностью. Расположенные на носителе (8) термоэлектроды (3а, 3b) простираются между первой и второй частями (10, 11) носителя и перекрывают участок (12) с меньшей теплопроводностью. Одна из частей (11) носителя образует горячую, а другая часть (10) носителя холодную сторону термоэлектрического элемента. Термоэлектроды (3а, 3b) нанесены на подложку (2) с малой теплопроводностью. Подложка (2) с имеющей термоэлектроды (3а, 3b) поверхностью наложена на носитель (8). Технический результат: высокая удельная мощность при достаточной механической стабильности. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: термоэлектрический модуль (1) имеет внутреннюю периферийную поверхность (2), ось (3) и внешнюю периферийную поверхность (4). В направлении оси (3) и между внутренней периферийной поверхностью (2) и внешней периферийной поверхностью (4) расположено и электрически попеременно соединено между собой множество полупроводниковых элементов (5) с термоэлектрическим материалом (6). По меньшей мере, часть полупроводниковых элементов (5) имеет, по меньшей мере, одну внутреннюю рамную деталь (7). Внутренние рамные детали (7) образуют прерывистую внутреннюю периферийную поверхность (2). Внутренняя периферийная поверхность (2) образует холодную сторону (27) термоэлектрического модуля (1). На прерывистой внутренней периферийной поверхности (2) предусмотрена нестабильная по форме оболочка (14). Технический результат: повышение стабильности, КПД, упрощение. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: способ изготовления структуры, используемой для производства термоэлектрогенератора, включает совместное формирование по меньшей мере одной полосы из материала n-типа и по меньшей мере одной полосы из материала p-типа за одну технологическую операцию и формирование соединений по меньшей мере между одной полосой из материала n-типа и по меньшей мере одной полосой из материала p-типа с помощью полос из проводящего материала. При этом структура не содержит полимерных подложек. Технический результат: эффективный способ создания высококачественного термоэлектрического генератора с высокой плотностью энергии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии. Сущность: термоэлектрический материал содержит полупроводниковую подложку, полупроводниковую оксидную пленку, образованную на полупроводниковой подложке, и термоэлектрический слой, выполненный на полупроводниковой оксидной пленке. Полупроводниковая оксидная пленка имеет образованное в ней первое наноотверстие, термоэлектрический слой имеет конфигурацию, обеспечивающую возможность наложения множества полупроводниковых наноточек на или над первым наноотверстием с образованием структуры уложенных частиц. По меньшей мере некоторые наноточки из множества полупроводниковых наноточек имеют второе наноотверстие, образованное в ее поверхности, и соединены друг с другом посредством второго наноотверстия с выравниванием ориентации их кристаллов. Термоэлектрический материал получен путем применения этапа окисления полупроводниковой подложки с образованием полупроводниковой оксидной пленки на полупроводниковой подложке; образования первого наноотверстия в полупроводниковой оксидной пленке, и эпитаксиального роста для наложения множества полупроводниковых наноточек, выполненных из полупроводникового материала, на первое наноотверстие. Технический результат: повышение коэффициента термоэлектрического преобразования. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение может быть использовано в термоэлектрическом генераторе, предназначенном для автомобиля. Термоэлектрический модуль (1) имеет внутреннюю (2) и внешнюю (4) краевые поверхности, соответствующие горячей (18) и холодной (19) сторонам модуля или наоборот, расположенное между ними промежуточное пространство (17), геометрическую ось (3) и по меньшей мере один уплотнительный элемент (7), который по меньшей мере частично образует внутреннюю краевую поверхность (2) или отделен от расположенной там горячей стороны (18) или холодной стороны (19) только электрическим изоляционным слоем (16). Уплотнительный элемент (7) уплотняет промежуточное пространство (17) по меньшей мере относительно холодной стороны (19) и имеет по меньшей мере один электрический проводник (8), который соединяет по меньшей мере один расположенный в термоэлектрическом модуле (1) термоэлектрический элемент (6) по меньшей мере с одним вторым электрическим проводником (9), который расположен вне термоэлектрического модуля (1). Раскрыт автомобиль, имеющий термоэлектрический генератор. Технический результат заключается в упрощении сборки элементов модуля. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: термоэлектрический модуль (1) имеет внутреннюю периферийную поверхность (2), ось (3) и внешнюю периферийную поверхность (4). В направлении оси (3) между внутренней периферийной поверхностью (2) и внешней периферийной поверхностью (4) расположено и электрически попеременно друг с другом соединено несколько полупроводниковых элементов (5) с термоэлектрическим материалом (6). По меньшей мере, часть полупроводниковых элементов (5) имеет по меньшей мере одну внутреннюю рамную деталь (7) или одну внешнюю рамную деталь (8). Внутренние рамные детали (7) образуют прерывистую внутреннюю периферийную поверхность (2) или внешние рамные детали (8) образуют прерывистую внешнюю периферийную поверхность (4). На внутренней периферийной поверхности (2) или внешней периферийной поверхности (4) предусмотрена нестабильная по форме оболочка (14). Технический результат: упрощение, повышение стабильности и кпд. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии, например, в выпускных системах отработавших газов автомобилей для эффективного использования энергии. Сущность: устройство содержит термоэлектрический генератор с поглощающей тепло от источника тепла горячей стороной, отдающей тепло в теплоотвод холодной стороной и электрическими подключениями для отдачи электрической энергии с выходным напряжением, электрическую схему с максимально допустимым входным напряжением, входы которой соединены с электрическими подключениями термоэлектрического генератора. Термоэлектрический генератор (1) содержит по меньшей мере один термоэлектрический элемент, состоящий из n-слоя (2) и p-слоя (3) термоэлектрического материала с образованием вдоль граничного слоя p-n-перехода (4). Параллельно граничному слою между горячей и холодной сторонами (5, 6) термоэлектрического генератора (1) прилагается температурный градиент. N- и p-слои (2, 3) термоэлектрического генератора (1) имеют толщину (11), при которой насыщение выходного напряжения (S1, S2, S3) наступает ниже или при достижении максимально допустимого входного напряжения электрической схемы (9). 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области термоэлектрического приборостроения и может быть использовано при изготовлении термоэлектрических устройств, основанных на эффекте Пельтье или Зеебека, прежде всего термоэлектрических генераторов электрической энергии, а также холодильных термоэлектрических устройств. В термоэлементе термоэлектрической батареи искусственно создается анизотропия тепловой проводимости, обеспечивающая увеличение токовой высоты и термического сопротивления ветвей термоэлемента в ограниченном объеме по высоте, благодаря чему удается увеличить перепад температуры на спаях при сохраняющейся плотности теплового потока, за счет этого увеличивается КПД преобразования тепловой энергии в термоэлектрическом устройстве. Для достижения этого результата предложена термоэлектрическая батарея, содержащая термоэлементы, ветви которых изготовлены из полупроводников p- и n-типа, разделенных электроизоляцией, и коммутационные пластины, при этом ветви термоэлементов выполнены под углом по отношению к теплопоглощающей и тепловыделяющей поверхностям термоэлемента, а токовую высоту ветви Lт выбирают в диапазоне где h - габаритная высота ветви термоэлемента, мм, Lт - токовая высота ветви термоэлемента, мм, δ - межэлементный зазор между ветвями p и n типов (электроизоляция), мм, κмат - среднеинтегральная удельная теплопроводность материала термоэлемента, λ - среды - удельная теплопроводность среды, заполняющей зазор δ между ветвями, При этом сечение ветви термоэлемента, параллельное токовым линиям, представляет собой параллелограмм с углом наклона α основания к теплопоглощающей стороне термоэлемента, или шеврон, параллельные или эквидистантные стороны которого примыкают к теплопоглощающей и тепловыделяющей сторонам термоэлемента, или кольцевой сектор, тороидальные поверхности которого образуют боковые поверхности ветвей термоэлемента, а поверхности, примыкающие к теплопоглощающей и тепловыделяющей сторонам термоэлемента, эквидистантны этим поверхностям. Угол наклона ветви термоэлемента к теплопоглощающей стороне α должен быть равен или больше величины, определяемой из соотношения . 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх