DE1199836B - Thermoelectric arrangement working according to the Seebeck or Peltier effect - Google Patents
Thermoelectric arrangement working according to the Seebeck or Peltier effectInfo
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Description
Nach dem Seebeck- oder Peltiereffekt arbeitende thermoelektrische Anordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine nach dem Seebeck- oder Peltiereffekt arbeitende thermoelektrische Anordnung, bei der eine Vielzahl von Thermoelementen mit gemeinschaftlichen Wärmeleitkörpern gut wärmeleitend verbunden werden soll. Die Thermoelementschenkel solcher Anordnungen sind in der Regel elektrisch in Reihe geschaltet, wozu man flache Verbindungsstücke aus Kupfer verwendet, die mit den Halbleiter-Thermoelementen durch Löten verbunden sind. Die an den Lötstellen der Thermoelemente erzeugte Wärme bzw. Kälte wird über die Kupferanschlußstücke auf die Wärmeleitkörper übertragen, die jedoch gegenüber den elektrischen Verbindungen isoliert sein müssen. Es ist bekannt, für derartige Isolierungen sehr dünne Isolierüberzüge in Folienform oder als Lacküberzug zu verwenden, um die Wärmeübergangsverluste möglichst niedrig zu halten, oder die isolierende Wirkung von Oxydhäuten auf den metallischen Verbindungskörpem bzw. Wärmeleitkörpern hierfür auszunutzen.Thermoelectric ones working according to the Seebeck or Peltier effect Arrangement The invention relates to a Seebeck or Peltier effect working thermoelectric arrangement in which a large number of thermocouples should be connected to common heat conductors with good thermal conductivity. The thermocouple legs of such arrangements are usually electrically in series switched using flat copper connectors connected to the Semiconductor thermocouples are connected by soldering. The ones at the soldering points of the Thermocouples generated heat or cold is applied via the copper connectors transferring the heat conducting body, however, compared to the electrical connections must be isolated. It is known to use very thin insulating coatings for such insulation to use in film form or as a lacquer coating in order to reduce heat transfer losses as much as possible to keep them low, or the insulating effect of oxide skins on the metallic ones To use connecting bodies or heat conductors for this purpose.
Bei der Herstellung solcher Systeme tritt ferner das Problem auf, die gesamte Anordnung so kompakt und klein wie möglich zu machen. Dabei ergeben sich aber bezüglich der Herstellung der Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen und deren Isolierung gegenüber gemeinschaftlichen Wärmeleitkörpern, erhebliche fertigungstechnische Schwierigkeiten, da für das Aufbringen der Isolierung gegenüber gemeinschaftlichen Wärmeleitkörpern und für den mechanischen Zusammenbau der Anordnung eine Vielzahl von Arbeitsgängen erforderlich ist, die die Fertigung solcher Systeme erheblich verteuert.In the production of such systems there is also the problem to make the entire arrangement as compact and small as possible. In doing so, surrender however, regarding the production of the connections between the individual elements and their isolation from common heat conductors, considerable manufacturing engineering Difficulties as for applying insulation to communal Heat conductors and for the mechanical assembly of the arrangement a variety of operations is required that significantly affect the manufacture of such systems expensive.
Aufgabe der Erfindung ist, ein thermoelektrische Anordnung zu schaffen, welche die Forderungen, möglichst verlustfreie Wärmeübertragung zwischen fhermoelement und Wärmeleitkörper und möglichst kompakter Aufbau, gut erfüllt, und die zu ihrer Her-#tellung nur einfache und wirtschaftliche Arbeitsgänge erfordert.The object of the invention is to create a thermoelectric arrangement, which demands heat transfer between thermocouples with as little loss as possible and heat conductors and the most compact structure possible, well met, and to their Manufacturing only requires simple and economical operations.
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung mit -iner Anzahl von Thermoelementen, bei denen die 3tirnflächen der aus Halbleiterkörpern bestehenden Iliermoelementschenkel in zwei parallelen Ebenen )der äquidistanten Flächen liegen und deren Sehen-(el an ihrer Stirnseite entsprechend einer elektri-;chen Reihenschaltung aller Thermoelemente durch hermische und elektrisch gut leitende plattenförmige Verbindungsstücke kontaktiert sind, deren den Fhermoelementen abgewandten Flächen gemein-,chaftliche Wärmeleitkörper mit einer elektrisch isolierenden Oxydschicht auf der Oberfläche zugeordnet sind, die mit den genannten Flächen der Verbindungsstücke thermisch gut leitend verbunden sind.The invention is based on an arrangement with a number of thermocouples, in which the 3 end faces of the Iliermoelement legs consisting of semiconductor bodies in two parallel planes) of the equidistant surfaces and their vision (el on their end face corresponding to an electrical series connection of all thermocouples contacted by hermetically and electrically highly conductive plate-shaped connecting pieces are, whose surfaces facing away from the thermocouples are common heat conducting bodies are associated with an electrically insulating oxide layer on the surface, which are connected to the mentioned surfaces of the connecting pieces with good thermal conductivity are.
Die Erfindung besteht darin, daß als Wärmeleitkörper Gußkörper oder -platten aus Metall dienen, deren den Verbindungsstücken zugewandte Oberfläche ein Muster von Erhebungen aufweist, das mit dem von den Verbindungsstücken gebildeten Flächenmuster übereinstimmt, und daß zwischen dieser Oberfläche mit ihrer Oxydschicht und der Oberfläche der Verbindungsstücke eine Kupferfolie angeordnet ist, die mit der oxydierten Oberfläche des Wärmeleitkörpers verklebt, mit der der Verbindungsstücke jedoch verlötet ist.The invention consists in that cast body or as a heat conducting body -Plates made of metal are used, the surface facing the connecting pieces Has pattern of bumps, the with that formed by the connecting pieces Surface pattern coincides, and that between this surface with its oxide layer and the surface of the connecting pieces a copper foil is arranged, which with glued to the oxidized surface of the heat conducting body, to that of the connecting pieces however is soldered.
Dieser Aufbau ermöglicht es, die Fertigung wesentlich einfacher und wirtschaftlicher zu gestalten, als dies beispielsweise bei Anwendung der an sich bekannten Verfahren zur Herstellung einer gedrucken Schaltung, von denen man im vorliegenden Fall zur Erzeugung des Schaltbildes ebenfalls Gebrauch machen könnte, möglich ist. Es werden hier nur einfache mechanische Arbeitsgänge benötigL Durch Ausformung des Verschaltungsmusters bereits in der Gußfonn erübrigt sich auch das besondere Aufbringen des Schaltbildes auf photochemischem Wege, das vorherige Aufbringen der leitenden Schicht auf galvanischem Wege sowie das Ansätzen des Schaltbildes, wie es bei der Herstellung gedruckter Schaltungen notwendig ist. Daräber hinaus ist die elektrische Isolation durch die zusätzliche Isolierwirkung einer Klebschicht zwischen Oxydhaut der Wärmeleitkörper und Kupferverbindungsstücken verbessert, ohne daß dadurch die Wärmeleitfähigkeit merkbar beeinträchtigt wird, da deren Schichtdicke nur 10 bis 20 #t beträgt.This structure makes it possible to make production much simpler and more economical than is possible, for example, when using the process known per se for producing a printed circuit, which in the present case could also be used to generate the circuit diagram. Only simple mechanical operations are required here. By shaping the interconnection pattern in the casting mold, the special application of the circuit diagram by photochemical means, the prior application of the conductive layer by galvanic means and the attachment of the circuit diagram, as is the case in the manufacture of printed circuits, are unnecessary necessary is. In addition, the electrical insulation is improved by the additional insulating effect of an adhesive layer between the oxide skin of the heat conducting body and the copper connecting pieces, without the thermal conductivity being noticeably impaired, since their layer thickness is only 10 to 20 #t.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachstehend an Hand der Abbildungen näher erläutert werden.The method according to the invention is described below with reference to the figures are explained in more detail.
F i g. 1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer thennoelektrischen Anordnung; F i g. 2 bis 4 zeigen vergrößert den durch den gestrichelten Kreis A in F i g. 1 gekennzeichneten Ausschnitt im Endzustand und während der verschiedenen Verfahrenssehritte, wobei die verschiedenen Schichten nicht maßstabgerecht, sondern der Deutlichkeit halber stark vergrößert sind.F i g. 1 schematically shows the overall structure of a thennoelectric device; F i g. FIGS. 2 to 4 show, on an enlarged scale, the area indicated by the dashed circle A in FIG. 1 in the final state and during the various stages of the process, the various layers not being to scale, but being greatly enlarged for the sake of clarity.
In der F i g. 1 sind mit 1 die Thermoelemente bezeichnet, deren Schenkel beispielsweise eine zylindrische Gestalt besitzen mögen. Diese sind durch elektrisch leitende Verbindungsstücke 2, vorzugsweise aus Kupfer, elektrisch hintereinandergeschaltet. Ihre Verbindungsflächen mit den Therinoelementen stellen auf der einen Seite derselben, z. B. oben, die kalten Lötstellen, auf der anderen Seite, unten, die warmen Lötstellen dar. Zur Aufnahme von Wärme auf der kalten Seite und zur Abführung der Wärme auf der warmen Seite dienen die Wärmeleitkörper 3 und 4, vorzugsweise aus Aluminiumdruckguß, die hier einen guten Wärmeübergang flächenhaft mit den Verbindungsstücken 2 verbunden, je- doch elektrisch gegen sie isoliert sind.In FIG. 1 , 1 denotes the thermocouples, the legs of which may have a cylindrical shape, for example. These are electrically connected in series by electrically conductive connecting pieces 2, preferably made of copper. Your connection surfaces with the Therino elements are on one side of the same, z. B. at the top, the cold soldering points, on the other side, at the bottom, the warm soldering points. To absorb heat on the cold side and to dissipate the heat on the warm side, the heat conductors 3 and 4, preferably made of die-cast aluminum, are used here A good heat transfer is planarly connected to the connecting pieces 2, but are electrically insulated from them.
Zu diesem Zweck ist der Druckgußkörper auf seiner den Thermoelementen zugewandten Seite von vornherein so ausgebildet, daß allein die Stellen, denen bei der späteren Zusammenführung die elektrischen Verbindungsstücke gegenüberliegen, als aus der Oberfläche hervortretende Erhebungen erscheinen, während alle dazwischenliegenden Flächen in einer tieferen Ebene liegen. Die Erhebungen haben dabei beispielsweise eine Höhe von 2 mm. Die Oberfläche des Druckkörpers trägt somit das Bild der Schaltung für die Therinoelemente. Vor dem Zusammenbau der thermoelektrischen Anordnung erhalten die Wärmeleitkörper 3 und 4 zumindest auf den genannten Flächen einen isolierenden überzug in Gestalt einer als Eloxalschicht bekannten Oxydhaut, oder sie werden phosphatiert.For this purpose, the die-cast body on its side facing the thermocouples is designed from the outset in such a way that only the places opposite which the electrical connectors will later be joined appear as protrusions protruding from the surface, while all surfaces in between lie in a lower level. The elevations have a height of 2 mm, for example. The surface of the pressure hull thus bears the image of the circuit for the Therino elements. Before the thermoelectric arrangement is assembled, the heat conductors 3 and 4 are given an insulating coating, at least on the surfaces mentioned, in the form of an oxide skin known as an anodized layer, or they are phosphated.
Auf diese isolierten Flächen wird dann eine Folie aufgeklebt, die vorher vorbereitet wurde und sich aus drei Schichten zusammensetzt: einer Kupferfolie 2a solcher Stärke, daß sie die Betriebsströme des thermoelektrischen Systems zu führen vermag, einer Lotschicht 2 b auf der den Thermoelementen zugewandten Seite und einer Klebeschicht2c auf der den Wärmeleitkörpern zugewandten Seite.A foil is applied to these isolated areas then adhered, which was prepared in advance and composed of three layers: a copper foil 2a such strength that it is able to cause the operating currents of the thermoelectric system, a solder layer 2b on the thermocouples facing side and a Adhesive layer 2c on the side facing the heat conducting bodies.
Diese Folie wird eben auf die oxydierte Oberfläche des Wärmeleitkörpers aufgeklebt, und anschließend werden mittels eines Schneid- oder Stanzwerkzeuges, wie die F i g. 4 zeigt, die Teile der Folie, die sich über den tief liegenden Oberflächenteilen des Wärmeleitkörpers befinden, ausgestanzt, so daß nur die benötigten Verbindungsstücke auf den erhabenen Wärmeleitkörpern stehenbleiben.This film is glued flat onto the oxidized surface of the heat conducting body, and then by means of a cutting or punching tool, as shown in FIG. 4 shows the parts of the film which are located above the deeply lying surface parts of the heat conducting body, punched out, so that only the required connecting pieces remain on the raised heat conducting bodies.
Als Werkzeug hierfür genügt, falls die Kanten des Druckgußkörpers scharf genug sind, gegebenenfalls ein Gummistempel. Um ein bequemes Entfernen der ausgestanzten Folienteile zu gewährleisten, kann vor dem Aufkleben der Folie in die Ubertlächenvertiefungen ein Trennmittel 5 eingebracht werden.If the edges of the die-cast body are sharp enough, a rubber stamp is sufficient as a tool for this purpose. In order to ensure easy removal of the punched-out film parts, a release agent 5 can be introduced into the surface depressions before the film is glued on.
Durch das Schnittwerkzeug wird gleichzeitig die Folie mit der Klebschicht auf die Oberfläche des Wärmeleitkörpers angedrückt und mit dieser verklebt. Die F i g. 3 zeigt die Folie mit ihren drei Schichten vor dem Aufbringen, die F i g. 4 das Ausstanzen der Folie mittels des Schnittwerkzeuges 6. By means of the cutting tool, the film with the adhesive layer is simultaneously pressed onto the surface of the heat-conducting body and glued to it. The F i g. 3 shows the film with its three layers before application, FIG. 4 the punching out of the film by means of the cutting tool 6.
Zwischen die so vorbereiteten beiderseitigen Wärineleitkörper werden schließlich die Thennoelementschenkel gebracht und das Ganze unter Druck und Wärme zusammengefügt, wobei die Thermoelemente mit der Kupferfolie verlötet werden und gleichzeitig die Klebschicht ausgehärtet wird. Die F i g. 2 zeigt nur für eine Seite die fertige Verbindung von Wärmeleitkörper und Thennoelement.Finally, the thennoelement legs are placed between the two-sided heat conductors prepared in this way and the whole thing is joined together under pressure and heat, the thermocouples being soldered to the copper foil and the adhesive layer being cured at the same time. The F i g. 2 shows the completed connection of the heat conducting body and thenno element for only one side.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEL38909A DE1199836B (en) | 1961-05-04 | 1961-05-04 | Thermoelectric arrangement working according to the Seebeck or Peltier effect |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1199836B true DE1199836B (en) | 1965-09-02 |
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| Country | Link |
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| DE (1) | DE1199836B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012108591B4 (en) * | 2012-06-18 | 2017-04-13 | Bpe E.K. | Method for producing a Peltier element and Peltier element |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE873265C (en) * | 1950-08-31 | 1953-04-13 | Richard Roeser | Thermocouple |
-
1961
- 1961-05-04 DE DEL38909A patent/DE1199836B/en active Pending
Patent Citations (1)
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