EA016645B1 - Thermoelectric cooling device - Google Patents

Thermoelectric cooling device Download PDF

Info

Publication number
EA016645B1
EA016645B1 EA201100403A EA201100403A EA016645B1 EA 016645 B1 EA016645 B1 EA 016645B1 EA 201100403 A EA201100403 A EA 201100403A EA 201100403 A EA201100403 A EA 201100403A EA 016645 B1 EA016645 B1 EA 016645B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
heat
thermoelectric elements
layer
thermoelectric
plates
Prior art date
Application number
EA201100403A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201100403A1 (en
Inventor
Владимир Николаевич АБРЮТИН
Олег Маркович НАРВА
Original Assignee
Ооо "Адв-Инжиниринг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ооо "Адв-Инжиниринг" filed Critical Ооо "Адв-Инжиниринг"
Priority to EA201100403A priority Critical patent/EA016645B1/en
Priority to PCT/EA2012/000002 priority patent/WO2012113411A1/en
Publication of EA201100403A1 publication Critical patent/EA201100403A1/en
Publication of EA016645B1 publication Critical patent/EA016645B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

A thermoelectric cooling device is directed for converting electric power to cold. An upper layer of thermal elements of n- and p-types conductivity is connected to a heat-absorbing substrate, wherein a lower layer of thermal elements of p- and n-types conductivity is connected to a heat-removing substrate. Two layers of commutation plates are arranged between said layers connected into unified serial-parallel electrical circuit with layers of the thermo-electric elements. A number of the thermo-electric elements in layers relate as 1:(0.5-2.5). The ratio of average values of thermo-electrical elements in layers is 1:(1.15-1.5). The upper and lower free volumes limited by corresponding substrates and plates relate as (1-2):(1-1,5).

Description

Настоящее изобретение относится к созданию термоэлектрических охлаждающих устройств. Термоэлектрические охлаждающие устройства (модули) представляют собой твердотельные устройства, работающие как тепловые насосы с использованием эффекта Пельтье. Полупроводники различного типа проводимости собирают в термоэлектрические модули, в которых при пропускании тока теплота передается от одной стороны модуля к другой стороне. Теплообменные подложки модулей, представляющие собой теплопоглощающую и тепловыделяющую поверхности соответственно, обычно изготовлены из керамического, металлического или композиционного материала (металлического материала, покрытого слоем керамики). Между теплообменными подложками размещены термоэлектрические элементы различного типа проводимости, которые с помощью коммутационных пластин соединены пайкой попарно последовательно в единую электрическую цепь таким образом, чтобы все горячие спаи были соединены с тепловыделяющей, а все холодные спаи - с теплопоглощающей поверхностью. Холодильный коэффициент (отношение холодопроизводительности к затратам электроэнергии), а также ДТ (разница температур между теплопоглощающей и тепловыделяющей поверхностями) являются основными характеристиками термоэлектрических устройств нового поколения. Для повышения технических характеристик модули обычно собирают в каскады, последовательно соединяя их друг с другом. Это позволяет суммировать количество холода, выделяемое на единичном модуле, и увеличить ДТ. Такие решения не являются оптимальными из-за неэкономичности и существенного увеличения габаритов в случае многокаскадных термоэлектрических устройств. Кроме того, недостатком таких устройств является необходимость снабжать каждый модуль источником питания электрическим током.The present invention relates to the creation of thermoelectric cooling devices. Thermoelectric cooling devices (modules) are solid-state devices operating as heat pumps using the Peltier effect. Semiconductors of different types of conductivity are collected in thermoelectric modules, in which, when current is passed, heat is transferred from one side of the module to the other side. The heat transfer substrates of the modules, which are heat-absorbing and heat-generating surfaces, respectively, are usually made of ceramic, metal or composite material (a metal material coated with a layer of ceramics). Thermoelectric elements of various types of conductivity are placed between heat exchange substrates, which are connected by soldering in pairs in series to a single electrical circuit using switching plates so that all hot junctions are connected to a heat sink, and all cold junctions to a heat absorbing surface. The cooling coefficient (the ratio of cooling capacity to the cost of electricity), as well as diesel fuel (temperature difference between the heat-absorbing and heat-generating surfaces) are the main characteristics of new generation thermoelectric devices. To improve the technical characteristics of the modules are usually assembled in cascades, sequentially connecting them to each other. This allows you to sum up the amount of cold allocated to a single module, and increase DT. Such solutions are not optimal due to inefficiency and a significant increase in size in the case of multi-stage thermoelectric devices. In addition, the disadvantage of such devices is the need to supply each module with a power source of electric current.

Например, известно термоэлектрическое охлаждающее устройство, работающее на эффекте Пельтье, представляющее собой конструкцию, содержащую термоэлектрические элементы п- и р-типов проводимости, объединенные попарно последовательно коммутационными пластинами в единую электрическую цепь и размещенные между керамическими подложками с заданной топологией и нанесенными на них металлизированными контактными площадками. Коммутацию (соединение) всех элементов в единую электрическую цепь осуществляют таким образом, что все холодные спаи и все горячие спаи термоэлектрических элементов расположены на противоположных сторонах и припаяны коммутационными пластинами к металлизированным контактным площадкам, образуя теплопоглощающую и тепловыделяющую поверхности устройства (см. заявку ΌΕ № 4006861, Н01Ь 35/32, Р25В 21/02, опубликована в 1991 г.).For example, a thermoelectric cooling device operating on the Peltier effect is known. It is a structure containing thermoelectric elements of p- and p-type conductivity, combined in pairs in series with switching plates into a single electrical circuit and placed between ceramic substrates with a given topology and metallized contact plates applied to them pads. Switching (connection) of all elements into a single electrical circuit is carried out in such a way that all cold junctions and all hot junctions of thermoelectric elements are located on opposite sides and soldered by switching plates to the metallized contact pads, forming the heat-absorbing and heat-generating surfaces of the device (see application No. 4006861 , NL 35/32, R25B 21/02, published in 1991).

Для данного устройства характерны невысокие значения холодильного коэффициента (не выше 0,5) и ДТ (не выше 70°С). Кроме того, в конструкции этого термоэлектрического охлаждающего устройства в условиях перепада температур в несколько десятков °С возникают высокие механические напряжения в керамике.This device is characterized by low values of the refrigeration coefficient (not higher than 0.5) and diesel fuel (not higher than 70 ° C). In addition, in the construction of this thermoelectric cooling device under conditions of a temperature drop of several tens of ° C, high mechanical stresses occur in ceramics.

В последнее время стали появляться публикации, в которых уделяется внимание пространственному расположению термоэлементов, например веерному, угловому. Так, известно термоэлектрическое охлаждающее устройство, в котором термоэлектрические элементы п- и р-типа проводимости соединены попарно последовательно с помощью металлических проводников, причем группа термоэлектрических элементов выполнена с асимметричной формой в третьем пространственном измерении с образованием вееровидного элемента. Термоэлектрические элементы расположены на выполненном с заданной топологией и имеющем контактные площадки диске таким образом, чтобы при соединении в единую электрическую цепь образовывали зону охлаждения (центральную часть диска) и зону нагрева (периферическую его часть). Площадь зоны нагрева больше площади зоны охлаждения (патент РФ № 2385516, Н01Ь 35/32, опубликованный 27.03.2010 г.). Данное устройство может быть использовано только в комбинации с электронными приборами, являющимися охлаждаемыми элементами, объединенными с термоэлектрическими элементами в одну электрическую цепь. Кроме того, устройство не решает задачи увеличения холодильного коэффициента и ДТ.Recently, publications began to appear in which attention is paid to the spatial arrangement of thermoelements, for example, fan-shaped, angular. Thus, a thermoelectric cooling device is known in which thermoelectric elements of n-type and p-type conductivity are connected in pairs in series with metallic conductors, the group of thermoelectric elements being made with an asymmetric shape in the third spatial dimension with the formation of a fan-like element. Thermoelectric elements are located on a disk made with a given topology and having contact pads so that when connected to a single electrical circuit they form a cooling zone (central part of the disc) and a heating zone (peripheral part of it). The area of the heating zone is larger than the area of the cooling zone (RF patent No. 2385516, H01 35/32, published on March 27, 2010). This device can be used only in combination with electronic devices, which are cooled elements, combined with thermoelectric elements in one electrical circuit. In addition, the device does not solve the problem of increasing the coefficient of performance and diesel fuel.

В другом известном термоэлектрическом охлаждающем устройстве для улучшения теплоотвода предложено наклонное расположение термоэлектрических элементов п- и р-типа проводимости в одной из координатных плоскостей, причем термоэлектрические элементы п-типа расположены под углом, противоположным углу наклона термоэлектрических элементов р-типа, а коммутационные пластины выполнены в форме трехгранной призмы. В этом устройстве теплоотводящими или тепловыделяющими поверхностями служат гибкие трубки, заполненные теплоносителями (патент РФ № 2396636, Н01Ь 35/30, опубликованный 10.08.2010 г.). Данное устройство также не решает задачи увеличения холодильного коэффициента и ДТ. Кроме того, наличие теплоносителя ограничивает области использования устройства.In another well-known thermoelectric cooling device to improve the heat dissipation, an inclined arrangement of thermoelectric elements of n- and p-type conductivity in one of the coordinate planes is proposed, with n-type thermoelectric elements located at an angle opposite to the p-type thermoelectric elements, and the switching plates are made in the form of a triangular prism. In this device, heat pipes or heat-generating surfaces are flexible tubes filled with heat carriers (RF patent No. 2396636, H 35 35/30, published 08/10/2010). This device also does not solve the problem of increasing the refrigeration coefficient and diesel fuel. In addition, the presence of coolant limits the use of the device.

Заявляемое изобретение относится к термоэлектрическим охлаждающим устройствам, имеющим традиционную компоновку.The invention relates to thermoelectric cooling devices having a traditional layout.

В качестве прототипа принято термоэлектрическое охлаждающее устройство, представляющее собой теплопоглощающую и тепловыделяющую подложки с нанесенными на них с заданной топологией металлизированными контактными площадками, между которыми размещены термоэлектрические элементы п- и р-типов проводимости, соединенные между собой попарно последовательно коммутационAs a prototype, a thermoelectric cooling device is used, which is a heat-absorbing and heat-generating substrates with metallized contact pads deposited on them with a given topology, between which p-type and p-type thermoelectric elements are placed, interconnected in pairs successively switching

- 1 016645 ными пластинами и спаянные с металлизированными площадками в единую электрическую цепь таким образом, что все горячие спаи соединены с тепловыделяющей подложкой, а все холодные - с теплопоглощающей подложкой (патент РФ № 2075138, Н01Ь 35/30, опубликованный 10.03.1997 г.). Подложки выполнены в виде металлического основания с нанесенным на него полиимидным слоем. Такое выполнение подложек по сравнению с описанными аналогами несколько повышает холодильный коэффициент устройства, а также уменьшает напряжения в подложках. Измерения показывают, что в описанном устройстве значения холодильного коэффициента и ДТ не превышают соответственно 0,6 и 72°С.- 1,016,645 plates and soldered to metallized pads in a single electrical circuit in such a way that all hot junctions are connected to a heat-generating substrate, and all cold ones are connected to a heat-absorbing substrate (RF Patent No. 2075138, Н01Ь 35/30, published 03.10.1997. ). The substrate is made in the form of a metal base coated with a polyimide layer. This embodiment of the substrate in comparison with the described analogues somewhat increases the cooling coefficient of the device, and also reduces the voltage in the substrate. Measurements show that in the described device the values of the coefficient of performance and diesel fuel do not exceed respectively 0.6 and 72 ° C.

Настоящее изобретение представляет собой принципиально новую конструкцию, в которой в едином объеме, образованном теплопоглощающей и тепловыделяющей подложками, объединенными в единую последовательно-параллельную электрическую цепь с термоэлектрическими элементами различного типа проводимости, работают сразу несколько слоев термоэлектрических элементов п- и р-типов проводимости и происходит выделение на теплопоглощающей поверхности суммарного количества холода, которое соответствует суммарному количеству термоэлектрических элементов, находящихся в этих слоях. Принципиально важно, что заявляемое термоэлектрическое охлаждающее устройство может работать от одного источника питания при незначительном увеличении габаритов устройства.The present invention is a fundamentally new design in which several layers of p-type and p-type thermoelectric elements work simultaneously in a single volume formed by heat-absorbing and heat-generating substrates combined into a single series-parallel electrical circuit with thermoelectric elements of different types of conductivity. the allocation on the heat-absorbing surface of the total amount of cold, which corresponds to the total amount of thermoelectric ementov located in these layers. It is fundamentally important that the claimed thermoelectric cooling device can operate from a single power source with a slight increase in the dimensions of the device.

Технический результат изобретения состоит в повышении холодильного коэффициента и ДТ. Достигается результат тем, что в термоэлектрическом охлаждающем устройстве, включающем теплопоглощающую и тепловыделяющую подложки с нанесенными на них с заданной топологией металлизированными контактными площадками, термоэлектрические элементы п- и р-типов проводимости, размещенные между подложками и соединенные между собой попарно последовательно коммутационными пластинами и спаянные с металлизированными площадками в единую электрическую цепь таким образом, что все горячие спаи соединены с тепловыделяющей подложкой, а все холодные - с теплопоглощающей подложкой, согласно изобретению, термоэлектрические элементы, размещенные между теплопоглощающей и тепловыделяющей подложками, установлены слоями, расположенными один под другим, при этом верхний слой с последовательно установленными термоэлектрическими элементами п- и р-типов проводимости соединен в единую электрическую цепь коммутационными пластинами с металлизированными контактными площадками теплопоглощающей подложки, нижний слой с последовательно установленными термоэлектрическими элементами р- и п-типов проводимости соединен в единую электрическую цепь коммутационными пластинами с металлизированными контактными площадками тепловыделяющей подложки, между верхним и нижним слоями термоэлектрических элементов размещены дополнительно два слоя коммутационных пластин, причем верхний дополнительный слой коммутационных пластин соединен в единую электрическую цепь с верхним слоем термоэлектрических элементов и, соответственно, с теплопоглощающей подложкой, нижний дополнительный слой коммутационных пластин соединен в единую электрическую цепь с нижним слоем термоэлектрических элементов и, соответственно, с тепловыделяющей подложкой, свободные поверхности дополнительных коммутационных пластин также образуют теплопоглощающую и тепловыделяющую поверхности соответственно и при соединении их друг с другом в единую последовательно-параллельную электрическую цепь компенсируют создаваемые ими тепловые потоки.The technical result of the invention is to increase the coefficient of performance and diesel fuel. The result is achieved in a thermoelectric cooling device that includes heat absorbing and heat generating substrates with metallized contact pads applied to them with a given topology, thermoelectric elements of p- and p-type conductivity, placed between the substrates and interconnected in pairs in series with switching plates and welded together metallized pads in a single electrical circuit in such a way that all hot junctions are connected to a fuel substrate, and all cold According to the invention, thermoelectric elements placed between the heat-absorbing and heat-releasing substrates with heat-absorbing substrate are installed in layers arranged one below the other, while the upper layer with sequentially installed thermoelectric elements of p- and p-type conductivity is connected into a single electrical circuit by switching plates with metallized contact pads of the heat-absorbing substrate, the bottom layer with sequentially installed thermoelectric elements p- and p -conductivity types are connected into a single electrical circuit by switching plates with metallized contact pads of the fuel substrate; between the upper and lower layers of thermoelectric elements, there are additional two layers of switching plates, and the upper additional layer of switching plates is connected to a single electrical circuit with the upper layer of thermoelectric elements and, accordingly , with a heat-absorbing substrate, the lower additional layer of switching plates is connected into a single electric -parameter circuit with the lower layer of thermoelectric elements and, respectively, with a heat-generating substrate, the availability of additional switching surface plates also form a heat absorbing and heat-emitting surface, respectively, and when connecting them with each other into a single series-parallel electrical circuit to compensate heat fluxes created by them.

Кроме того, в термоэлектрическом охлаждающем устройстве количества термоэлектрических элементов в верхнем и нижнем слоях относятся друг к другу как 1:(0,5-2,5) соответственно.In addition, in a thermoelectric cooling device, the amounts of thermoelectric elements in the upper and lower layers refer to each other as 1: (0.5-2.5), respectively.

Кроме того, среднее значение сопротивления термоэлектрических элементов в верхнем слое относится к среднему значению сопротивления термоэлектрических элементов в нижнем слое как 1:(1,151,5).In addition, the average value of the resistance of thermoelectric elements in the upper layer refers to the average value of the resistance of thermoelectric elements in the lower layer as 1: (1,151.5).

Кроме того, свободный объем, ограниченный теплопоглощающей подложкой с металлизированными контактными площадками и верхним дополнительным слоем коммутационных пластин, относится к свободному объему, ограниченному тепловыделяющей подложкой с металлизированными контактными площадками и нижним дополнительным слоем коммутационных пластин, как (1-2):(1-1,5).In addition, the free volume bounded by the heat-absorbing substrate with metallized contact pads and the upper additional layer of switching plates refers to the free volume bounded by a heat-generating substrate with the metallized contact pads and the lower additional layer of switching plates, as (1-2): (1-1 ,five).

Сущность заявленного устройства заключается в том, что создана принципиально новая конструкция термоэлектрического охлаждающего устройства, в котором в едином пространстве, образованном тепловыделяющей и теплопоглощающей подложками, многослойно расположены термоэлектрические элементы п- и р-типов проводимости, при этом термоэлементы объединены в единую последовательнопараллельную электрическую цепь таким образом, что на теплопоглощающей подложке выделяется суммарное количество холода, образованное каждым слоем термоэлементов, а на тепловыделяющей подложке - суммарное количество тепла, образованное каждым слоем термоэлементов. В результате резко возрастают основные технические характеристики термоэлектрического охлаждающего устройства, определяющие его потребительские свойства: ДТ при использовании данного устройства увеличивается на 20-30°С, а холодильный коэффициент - в 2 раза. Именно эти характеристики являются принципиально важными для применения термоэлектрических устройств в новых областях использования (например, при охлаждении печатных плат, для использования в лазерных приборах и, что особенно актуально, в медицинской технике для проведения местных операций, например глазных; при консервации крови и органов).The essence of the claimed device lies in the fact that a fundamentally new design of a thermoelectric cooling device has been created, in which thermoelectric elements of n- and p-types of conductivity are multi-layered in a single space formed by heat-generating and heat-absorbing substrates, and the thermoelements are combined the way that the total amount of cold formed by each layer of thermoelements is released on the heat-absorbing substrate, a heat-generating substrate for - the total amount of heat generated by each thermocouple layer. As a result, the main technical characteristics of a thermoelectric cooling device, which determine its consumer properties, sharply increase: when using this device, diesel fuel increases by 20-30 ° C, and the refrigeration coefficient doubles. These characteristics are fundamentally important for the application of thermoelectric devices in new areas of use (for example, when cooling printed circuit boards, for use in laser devices and, most importantly, in medical technology for local operations, for example, ophthalmic; for preserving blood and organs) .

- 2 016645- 2 016645

По сравнению с многокаскадными устройствами, представляющими собой по сути последовательно соединенные однокаскадные модули, для заявленного термоэлектрического охлаждающего устройства характерны возможность работы от одного источника питания, а также существенное сокращение габаритов, особенно это касается ширины и длины модуля.Compared to multi-stage devices, which are essentially sequentially connected single-stage modules, the declared thermoelectric cooling device is characterized by the ability to work from a single power source, as well as a significant reduction in size, especially with regard to the width and length of the module.

На фигуре представлено термоэлектрическое охлаждающее устройство, состоящее из теплопоглощающей подложки 1 с металлизированными контактными площадками (на фигуре не показаны), расположенным под подложкой 1 слоем коммутационных пластин 2, под слоем 2 размещен верхний слой термоэлементов 3 с п- и р-типами проводимости, под верхним слоем термоэлементов 3 один под другим расположены два дополнительных слоя коммутационных пластин 4 и 5 соответственно, под ними расположен нижний слой термоэлементов 6 с р- и п-типами проводимости, под слоем термоэлементов 6 расположен слой коммутационных пластин 7 и под ним - тепловыделяющая подложка 8 с нанесенными на нее металлизированными контактными площадками (на фигуре не показаны).The figure shows a thermoelectric cooling device consisting of a heat absorbing substrate 1 with metallized contact pads (not shown in the figure), a layer of switching plates 2 located under the substrate 1, under the layer 2 is placed the top layer of thermoelements 3 with p and p-types of conductivity, under The upper layer of thermoelements 3 one below the other are two additional layers of switching plates 4 and 5, respectively, below them is the bottom layer of thermoelements 6 with p- and p-types of conductivity, under the layer of thermoelectric ementov 6 is a layer of switching plates 7 and below it - a fuel substrate 8 with metallized pads applied to it (in the figure is not shown).

Все элементы, представленные на чертеже, объединены в единую последовательно-параллельную электрическую цепь с помощью пайки.All elements shown in the drawing are combined into a single series-parallel electric circuit using soldering.

Заявленные в зависимых пунктах формулы интервальные значения соотношений количеств термоэлектрических элементов в верхнем и нижнем слоях, средних значений сопротивлений термоэлектрических элементов в верхнем и нижнем слоях, свободного объема, ограниченного теплопоглощающей подложкой с контактными площадками и верхним дополнительным слоем коммутационных пластин, и свободного объема, ограниченного тепловыделяющей подложкой с контактными площадками и нижним дополнительным слоем коммутационных пластин, влияют на ДТ, холодильный коэффициент и в совокупности с основными отличительными признаками изобретения (см. п.1 формулы изобретения) усиливают технический результат.The declared in dependent claims interval values of ratios of quantities of thermoelectric elements in the upper and lower layers, average values of the resistances of thermoelectric elements in the upper and lower layers, free volume bounded by a heat-absorbing substrate with contact pads and the upper additional layer of switching plates, and free volume bounded by heat generating substrate with contact pads and the lower additional layer of switching plates, affect the DT, the cooling coefficient Factor and in combination with the main features of the invention (see claim 1) reinforce the technical result.

Термоэлектрическое охлаждающее устройство работает следующим образом. На внешней поверхности теплопоглощающей подложки 1 размещают охлаждаемый объект (не показан), а к внешней поверхности тепловыделяющей подложки 8 пристыковывают теплосъемное устройство (не показано). Через слои термоэлементов 3 и 6 пропускают постоянный ток (источник тока не показан). Вследствие эффекта Пельтье на спаях металлизированных контактных площадок термоэлементов с коммутационными пластинами 2 и термоэлементами верхнего слоя 3 с п- и р-типом проводимости происходит поглощение тепловой энергии и соответственно постепенно охлаждается до требуемой температуры объект, размещенный на внешней поверхности теплопоглощающей подложки 1. На спаях металлизированных контактных площадок термоэлементов с коммутационными пластинами 7 и термоэлементов нижнего слоя 6 с р- и п-типом проводимости происходит выделение тепловой энергии, которая затем отводится с внешней поверхности тепловыделяющей подложки 8 теплосъемником (не показан). В процессе работы устройства возникают тепловые потоки на коммутационных пластинах 4 и 5 устройства, которые частично компенсируются. После выхода на заданный температурный режим охлаждаемый объект выдерживают требуемое время и затем отключают источник постоянного тока.Thermoelectric cooling device operates as follows. A cooled object (not shown) is placed on the outer surface of the heat-absorbing substrate 1, and a heat-removing device (not shown) is attached to the outer surface of the heat-generating substrate 8. A constant current is passed through the layers of thermoelements 3 and 6 (current source is not shown). Owing to the Peltier effect, on the junctions of metallized contact pads of thermoelements with switching plates 2 and thermoelements of the upper layer 3 with n- and p-type conductivity, thermal energy is absorbed and, accordingly, the object placed on the outer surface of the heat-absorbing substrate 1 gradually cools down. contact pads of thermoelements with switching plates 7 and thermoelements of the lower layer 6 with p- and p-type conductivity, heat is generated second energy, which is then removed from the outer surface of a heat-generating substrate 8, heat sink (not shown). During operation of the device, heat flows occur on the switching plates 4 and 5 of the device, which are partially compensated. After reaching the specified temperature, the cooled object is held for the required time and then the DC source is disconnected.

Claims (4)

1. Термоэлектрическое охлаждающее устройство, включающее теплопоглощающие и тепловыделяющие подложки с нанесенными на них с заданной топологией металлизированными контактными площадками, термоэлектрические элементы п- и р-типа проводимости, размещенные между подложками, соединенные между собой попарно последовательно коммутационными пластинами, параллельными подложкам, и спаянные с металлизированными площадками в единую электрическую цепь таким образом, что все горячие спаи соединены с тепловыделяющей подложкой, а все холодные - с теплопоглощающей подложкой, отличающееся тем, что термоэлектрические элементы, размещенные между теплопоглощающей и тепловыделяющей подложками, установлены слоями, расположенными один под другим, при этом верхний слой с последовательно установленными п- и р-типа проводимости термоэлектрическими элементами соединен в единую электрическую цепь коммутационными пластинами с металлизированными контактными площадками теплопоглощающей подложки, нижний слой с последовательно установленными р- и п-типа проводимости термоэлектрическими элементами соединен в единую электрическую цепь коммутационными пластинами с металлизированными контактными площадками тепловыделяющей подложки, между верхним и нижним слоями термоэлектрических элементов размещены дополнительно два слоя коммутационных пластин, причем верхний дополнительный слой коммутационных пластин, параллельных подложкам, соединен в единую электрическую цепь с верхним слоем термоэлектрических элементов, нижний дополнительный слой коммутационных пластин соединен в единую электрическую цепь с нижним слоем термоэлектрических элементов, свободные поверхности дополнительных коммутационных пластин соединены друг с другом в единую последовательно-параллельную электрическую цепь для частичной компенсации создаваемых ими тепловых потоков.1. Thermoelectric cooling device, including heat-absorbing and heat-generating substrates with metallized contact pads deposited on them with a given topology, p- and p-type thermoelectric elements placed between the substrates, interconnected in pairs in series with switching plates parallel to the substrates, and soldered to metallized pads in a single electrical circuit so that all hot junctions are connected to the heat-generating substrate, and all cold junctions are connected to heat-absorbing substrate, characterized in that the thermoelectric elements placed between the heat-absorbing and heat-releasing substrates are arranged in layers arranged one below the other, the upper layer being connected with p- and p-type conductivity in series with thermoelectric elements connected in a single electric circuit by metal-plated switching plates contact pads of the heat-absorbing substrate, the lower layer with sequentially installed p- and p-type conductivity thermoelectric elements connected to a single electric circuit by patch plates with metallized contact pads of the heat-generating substrate, between the upper and lower layers of thermoelectric elements there are two additional layers of patch plates, the upper additional layer of patch plates parallel to the substrates connected to a single electrical circuit with the top layer of thermoelectric elements, the lower additional layer of patch plates is connected in a single electric circuit with the lower layer of ter oelektricheskih elements free surface of additional switching plates are connected to each other in a single series-parallel electrical circuit to partially compensate to their heat flow. 2. Термоэлектрическое охлаждающее устройство по п.1, отличающееся тем, что количества термоэлектрических элементов в верхнем и нижнем слоях относятся друг к другу как 1:(0,5-2,5) соответственно.2. Thermoelectric cooling device according to claim 1, characterized in that the number of thermoelectric elements in the upper and lower layers relate to each other as 1: (0.5-2.5), respectively. 3. Термоэлектрическое охлаждающее устройство по п.1, отличающееся тем, что среднее значение сопротивления термоэлектрических элементов в верхнем слое относится к среднему значению сопротивления термоэлектрических элементов в нижнем слое как 1:(1,15-1,5).3. The thermoelectric cooling device according to claim 1, characterized in that the average resistance value of thermoelectric elements in the upper layer refers to the average resistance value of thermoelectric elements in the lower layer as 1: (1.15-1.5). - 3 016645- 3 016645 4. Термоэлектрическое охлаждающее устройство по п.1, отличающееся тем, что свободный объем, ограниченный теплопоглощающей подложкой с металлизированными контактными площадками и верхним дополнительным слоем коммутационных пластин, относится к свободному объему, ограниченному тепловыделяющей подложкой с металлизированными контактными площадками и нижним дополнительным слоем коммутационных пластин, как (1-2):(1-1,5).4. Thermoelectric cooling device according to claim 1, characterized in that the free volume limited by the heat-absorbing substrate with metallized contact pads and the upper additional layer of patch plates, refers to the free volume limited by the heat-generating substrate with metallized contact pads and the lower additional layer of patch plates, like (1-2) :( 1-1.5). Евразийская патентная организация, ЕАПВEurasian Patent Organization, EAPO Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2Russia, 109012, Moscow, Maly Cherkassky per., 2
EA201100403A 2011-02-21 2011-02-21 Thermoelectric cooling device EA016645B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201100403A EA016645B1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Thermoelectric cooling device
PCT/EA2012/000002 WO2012113411A1 (en) 2011-02-21 2012-02-17 Thermoelectric cooling apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201100403A EA016645B1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Thermoelectric cooling device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201100403A1 EA201100403A1 (en) 2012-05-30
EA016645B1 true EA016645B1 (en) 2012-06-29

Family

ID=46163582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201100403A EA016645B1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Thermoelectric cooling device

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA016645B1 (en)
WO (1) WO2012113411A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2312428C2 (en) * 2005-06-06 2007-12-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Thermoelectric battery
RU85756U1 (en) * 2009-04-29 2009-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Адв-Инжиниринг" THERMOELECTRIC COOLING DEVICE
EP2131405A2 (en) * 2008-06-06 2009-12-09 Yamaha Corporation Thermoelectric module device and heat exchanger used therein

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2312428C2 (en) * 2005-06-06 2007-12-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Thermoelectric battery
EP2131405A2 (en) * 2008-06-06 2009-12-09 Yamaha Corporation Thermoelectric module device and heat exchanger used therein
RU85756U1 (en) * 2009-04-29 2009-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Адв-Инжиниринг" THERMOELECTRIC COOLING DEVICE

Also Published As

Publication number Publication date
EA201100403A1 (en) 2012-05-30
WO2012113411A1 (en) 2012-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI455278B (en) Active thermal control for stacked ic devices
KR100997994B1 (en) Thermoelectric Element
JP6217756B2 (en) Semiconductor module
CN101471337B (en) Light source die set with good radiating performance
KR102111604B1 (en) Device using thermoelectric moudule
JP7171725B2 (en) heat converter
RU2546830C2 (en) Thermoelectric element
US20120023970A1 (en) Cooling and heating water system using thermoelectric module and method for manufacturing the same
KR102332126B1 (en) Heat conversion device
KR20110119334A (en) Thermoelectric module and method for manufacturing the same
CN106662374A (en) Thermoelectric heating/cooling devices including resistive heaters
TWI620354B (en) Thermoelectric conversion device having insulating diamond-like film, method for making the same and thermoelectric conversion module
KR100663117B1 (en) Thermoelectric module
RU2528392C1 (en) Ic cooling device
KR101824695B1 (en) Heat sink structure for energy harvest
KR101508793B1 (en) Manufacturing method of heat exchanger using thermoelectric module
AU2018220031A1 (en) Thermoelectric device
KR102510123B1 (en) Thermoelectric element
JP2015076607A (en) Semiconductor chip structure
EA016645B1 (en) Thermoelectric cooling device
CN103794581B (en) A kind of thermoelectric radiating device
KR101177266B1 (en) Heat Exchanger using Thermoelectric Modules
RU85756U1 (en) THERMOELECTRIC COOLING DEVICE
JP2020522880A (en) Heat converter
CN100367522C (en) LED packaging structure with thermoelectric device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): BY KZ