CZ281281B6 - Kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev - Google Patents
Kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev Download PDFInfo
- Publication number
- CZ281281B6 CZ281281B6 CZ942736A CZ273694A CZ281281B6 CZ 281281 B6 CZ281281 B6 CZ 281281B6 CZ 942736 A CZ942736 A CZ 942736A CZ 273694 A CZ273694 A CZ 273694A CZ 281281 B6 CZ281281 B6 CZ 281281B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cascade
- semiconductor elements
- type semiconductor
- type
- peltier effect
- Prior art date
Links
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 title claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004210 cathodic protection Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000009421 internal insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
- H10N19/101—Multiple thermocouples connected in a cascade arrangement
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Kaskáda je složena z nejméně dvou vrstev do série zapojených polovodičových elementů (1, 2) typu P a N navzájem spojených vodivými propojkami (3). Druhá a každá další vrstva kaskády termoelektrických článků má vodivé propojky (3) polovodičových elementů (1) typu P a polovodičových elementů (2) typu N společně s vrstvou předchozí. Jednotlivé vrstvy kaskády mohou obsahovat polovodičové elementy (1, 2) typu P a typu N odlišných specifických elektrických vlastností nebo rozměrů.ŕ
Description
Kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev
Oblast techniky
Vynález se týká kaskády termoelektrických článků využívající Peltierův jev, využitelné v chladicí, termoregulační a obdobné technice.
Dosavadní stav techniky
V současné době jsou používány termoelektrické články využívající Peltierův jev v chladicí technice, například v příručních automobilových ledničkách pro chlazeni potravin, ke stabilizaci teploty v mikroelektronice, ale je možno je využit i jako zdroje elektrického napětí například pro pohon kardiostimulátorů, při antikorozní katodové ochraně ocelových konstrukcí, potrubí nebo kolejnic a podobně.
Základní prvek termoelektrického článku se skládá z polovodičového elementu typu P a druhého polovodičového elementu typu N pravidelného tvaru z vhodných polovodičových materiálů, kde horní konce obou elementů jsou spojeny vodivou propojkou. Na spodní konec polovodičového elementu typu P je vodivou propojkou přiveden elektrický proud, ten prochází elementem typu P, vodivou propojkou do elementu typu N a další vodivou propojkou je odveden.
Průchodem proudu dochází ke vzniku rozdílu teplot, který závisí na vlastnostech polovodičových materiálů, na rozměrech polovodičových elementů, na napětí a intenzitě elektrického proudu. Pro většinu praktických aplikací se tento základní článek opakuje v plošné termoelektrické baterii, kde jednotlivé polovodičové elementy typu P a typu N se pravidelně střídají a jsou elektricky zapojeny v sérii, zatímco tepelně naopak paralelně. Na jedné straně tepelné baterie tak vzniká chlad, na druhé teplo.
V aplikacích s potřebou dosaženi vyšších teplotních rozdílů se používá kaskády několika vrstev na sobě položených dříve popsaných plošných baterii, kde spodní teplá strana plošné baterie je ochlazována horní studenou stranou další plošné baterie. Jednotlivé plošné baterie jsou od sebe odděleny elektrickým izolantem, jako například destičkou z korundu, nebo speciálních keramických materiálů, aby bylo dodrženo sériové elektrické zapojení článků.
Potřeba elektrického izolantu je nevýhodou tohoto řešení, protože elektrický izolant je zároveň izolantem tepelným, což způsobuje významné tepelné ztráty, a tím jak snížení tepelného rozdílu mezi chladnou a teplou stranou, tak i snížení celkové účinnosti. Nutnost použití izolačních destiček z drahých materiálů znamená také vyšší výrobní náklady.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky ve značné míře odstraňuje kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev složená z nejméně dvou vrstev do série zapojených polovodičových elementů typu P a typu N, které se pravidelně střídají a jsou navzájem spojeny
-1CZ 281281 B6 vodivými propojkami podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že druhá a každá další vrstva kaskády termoelektrických článků má vodivé propojky polovodičových elementů typu P a polovodičových elementů typu N společné s vrstvou předchozí.
Jednotlivé vrstvy kaskády mohou obsahovat polovodičové elementy typu P a typu N odlišných specifických elektrických vlastností nebo rozměrů.
Výhody takto uspořádaného termoelektrického článku spočívají především v eliminaci vnitřních izolačních vrstev, a tím odstranění ztrát rozdílu teplot, způsobených teplotním gradientem na vnitřní izolační destičce. Odpadá nutnost průchodu tepla vnitřní izolační destičkou, a tím se zvyšuje dosažitelný rozdíl teplot chladicí kaskády i chladicí výkon.
Úspora vnitřních izolačních destiček má příznivý vliv na výrobní náklady, zároveň se zvýši kompaktnost kaskády, zmenší se její tloušťka a hmotnost, což je důležité zejména v miniaturních a kosmických aplikacích.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je vysvětlen na připojených výkresech, kde na obr.
je znázorněno dosavadní provedení termoelektrického článku, na obr. 2 je vyobrazena kaskáda termoelektrických článků v obvyklém provedení, na obr. 3 je znázorněn základní prvek kaskády termoelektrických článků podle tohoto vynálezu a na obr. 4 je možné řešení kaskády se třemi vrstvami původních článků.
Příklad provedení vynálezu
Základní prvek kaskády termoelektrických (Peltierových) článků zobrazený na obr. 3 je vytvořen tak, že k původnímu termoelektrickému článku podle obr. 1 tvořenému polovodičovým elementem 1. typu P, polovodičovým elementem 2 typu N a vodivými propojkami 2 jsou přidány další dva polovodičové elementy 1, 2 typu P a N, a to tak, že na vodivou propojku 3. s vodivě připojeným dosavadním polovodičovým elementem 1 typu P je z druhé strany vodivě připojen polovodičový element 2 typu N a na vodivou propojku 2 s vodivě připojeným dosavadním polovodičovým elementem typu N je z druhé strany vodivě připojen polovodičový element 1 typu P, přičemž druhé konce polovodičových elementů .1, 2 typu P a N jsou také spojeny vodivými propojkami 3.·
Z obrázku 4, který znázorňuje konkrétní provedeni třívrstvé kaskády je zřejmé, že základní prvky popsané na obr. 3 se pravidelné střídají.
Kaskáda polovodičových elementů je uzavřena mezi izolační destičky 4, například z korundu.
Takto lze vytvořit dvou, tři i více vrstvě kaskády podle potřeby.
-2CZ 281281 B6
Průmyslová využitelnost
Nejvíce aplikací lze očekávat v oboru chlazení, termoregulační technice, v elektrotechnickém průmyslu například k chlazení mikroprocesorů, v kosmické technice a podobně.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (2)
1. Kaskáda termoelektrických článků, využívající Peltierův jev, složená z nejméně dvou vrstev do série zapojených polovodičových elementů typu P a N, které se pravidelně střídají a jsou navzájem spojeny vodivými propojkami, vyznačuj ící s e tím, že druhá a každá další vrstva kaskády termoelektrických článků má vodivé propojky (3) polovodičových elementů (1) typu P a polovodičových elementů (2) typu N společné s vrstvou předchozí.
2. Kaskáda termoelektrických článků podle nároku 1, vyznačující se tím, že jednotlivé vrstvy kaskády obsahují polovodičové elementy (1) typu P a polovodičové elementy (2) typu N odlišných specifických elektrických vlastností nebo rozměrů.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ942736A CZ281281B6 (cs) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev |
| PCT/CZ1995/000025 WO1996015412A2 (en) | 1994-11-08 | 1995-11-08 | Cascade of thermoelectric couples |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ942736A CZ281281B6 (cs) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ273694A3 CZ273694A3 (en) | 1996-06-12 |
| CZ281281B6 true CZ281281B6 (cs) | 1996-08-14 |
Family
ID=5465491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ942736A CZ281281B6 (cs) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ281281B6 (cs) |
| WO (1) | WO1996015412A2 (cs) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0819898A3 (en) * | 1996-07-16 | 1998-03-11 | Thermovonics Co., Ltd | Temperature-controlled appliance |
| CA2248094A1 (en) * | 1997-01-06 | 1998-07-03 | Renee M. Hall | Method and apparatus to cool food contact machines and surfaces |
| DE19827898C1 (de) * | 1998-06-23 | 1999-11-11 | Hans Leysieffer | Verfahren und Vorrichtung zur Versorgung eines teil- oder vollimplantierten aktiven Gerätes mit elektrischer Energie |
| FR2959874B1 (fr) | 2010-05-05 | 2013-12-27 | Commissariat Energie Atomique | Module thermoelectrique optimise pour un fonctionnement en mode peltier et en mode seebeck. |
| GB2521353A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-24 | Ibm | Thermoelectric device |
| GB2521354A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-24 | Ibm | Thermoelectric device |
| CN109378381A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-02-22 | 包头稀土研究院 | 高温热电单元及其制造方法 |
| WO2021112874A1 (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | 3M Innovative Properties Company | A thermoelectric module |
| CN112542541A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-23 | 上海应用技术大学 | 一种热发电装置及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1029277A (en) * | 1962-05-09 | 1966-05-11 | Frigistor Lab Ltd | Improved multistage thermoelectric cooling device |
| US3125860A (en) * | 1962-07-12 | 1964-03-24 | Thermoelectric cooling system | |
| DE1810629B1 (de) * | 1968-11-23 | 1970-04-30 | Philips Patentverwaltung | Thermoelektrisches Kuehlsystem mit einer mehrstufigen Kaskaden-Peltierbatterie |
-
1994
- 1994-11-08 CZ CZ942736A patent/CZ281281B6/cs not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-11-08 WO PCT/CZ1995/000025 patent/WO1996015412A2/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1996015412A2 (en) | 1996-05-23 |
| WO1996015412A3 (en) | 1996-07-18 |
| CZ273694A3 (en) | 1996-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2269184C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| US20050087222A1 (en) | Device for producing electric energy | |
| RU2546830C2 (ru) | Термоэлектрический элемент | |
| RU2282277C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2338300C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| CZ281281B6 (cs) | Kaskáda termoelektrických článků využívající Peltierův jev | |
| RU2131156C1 (ru) | Термоэлектрический преобразователь | |
| RU2338299C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| US20050126618A1 (en) | Device for producing electric energy | |
| RU2338298C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2282274C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| US8763680B2 (en) | Heat exchange for a thermoelectric thin film element | |
| RU2611562C1 (ru) | Пространственно ориентированный термоэлектрический модуль и способ его изготовления | |
| RU2335036C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2312428C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| GB912001A (en) | Thermoelectric device assembly | |
| RU2282278C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2269183C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2376685C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2376684C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2379793C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2379790C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2383084C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2280919C2 (ru) | Термоэлектрическая батарея | |
| RU2380789C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 19991108 |