ES2961388T3 - Dispositivo para generar frío y electricidad según el efecto Peltier - Google Patents

Dispositivo para generar frío y electricidad según el efecto Peltier Download PDF

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Abstract

El dispositivo para generar frío y electricidad según el principio Peltier, que tiene una parte absorbente de calor y una parte emisora de calor, está diseñado de tal manera que la parte absorbente de calor respectiva está formada por intercambiadores de calor individuales termoeléctricos TE (6), que se combinan para formar un intercambiador de calor global (5). y la parte emisora de calor están dispuestas espacialmente separadas entre sí en una parte interior (1) y una parte exterior (2), y cada intercambiador de calor individual TE (6) tiene placas de circuito impreso (7, 8) colocadas en paralelo y en una distancia entre sí, dopados con NP o PN vistos en la dirección de la corriente. Termopares conectados eléctricamente en paralelo, estando cada intercambiador de calor individual TE (6) conectado en serie con otro intercambiador de calor individual TE (6) espacialmente separado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para generar frío y electricidad según el efecto Peltier
La invención se refiere a un dispositivo para generar frío y electricidad según la reivindicación 1.
Los elementos Peltier son bien conocidos. A modo de ejemplo se hace referencia a las publicaciones en las que se describen los principios de la física de Peltier y Seebeck y sus aplicaciones.
Los elementos Peltier convencionales se utilizan cuando hay poca necesidad de refrigeración. Por regla general, en este caso los semiconductores dopados con N-P o bien con P-N están dispuestos eléctricamente en serie como componentes separados y térmicamente en paralelo. La aportación y disipación de calor tiene lugar por ambos lados mediante placas termotransmisoras (p. ej. material de soporte cerámico). Los sistemas funcionan mediante una fuente de corriente continua, produciéndose un aumento o una disminución de la temperatura en los puntos de contacto de los diferentes semiconductores, dependiendo del sentido de la corriente.
Los diferentes semiconductores de los termopares T<1>o bien T<2>en los elementos Peltier convencionales están dispuestos en un espacio muy pequeño, de modo que la proximidad en el espacio de las superficies emisoras y absorbentes de calor a un flujo de calor no deseado a través de los elementos semiconductores conduce a pérdidas considerables en relación con la potencia frigorífica o calorífica generada.
Junto a la conducción de calor a través de la corriente de electrones y la conducción de calor fonónica, en un sistema sellado por norma general se produce otra transferencia de calor indeseable a través de radiación térmica y convección. El transporte de energía térmica se realiza mediante el flujo de electrones, es decir, la energía térmica a transportar por unidad de tiempo Q<0>se comporta aproximadamente proporcionalmente a la intensidad de corriente I (Q<0>~ I).
Al cambiar la dirección de la corriente, se puede revertir el efecto térmico. Al calentar y enfriar las superficies transmisoras de calor, los elementos Peltier también pueden funcionar como generadores si la fuente de corriente continua ya no está disponible.
Elementos Peltier convencionales (documentos CN 103 000 799 A, JP 2005-228915) también pueden funcionar como generador si se elimina la fuente de corriente continua y en su lugar calentando y enfriando las superficies de transferencia de calor.
La intensidad de corriente I y, por tanto, también la potencia frigorífica Q<0>está limitada, por otro lado, sin embargo, con respecto a las pérdidas de calor resultantes en julios, Q<julios>, ya que esto va acompañado de la 2a potencia (Q<julios>= I<2>x R) se incluye en el cálculo general y, con ello, el grado de eficiencia termoeléctrica (valor COP) no solo empeora con el aumento de la intensidad de corriente I, sino también las pérdidas de calor en julios Q<julios>en el cómputo global, pueden predominar, es decir, la potencia frigorífica Q<0>generada no solo se reduce sino que se consume por completo.
Junto a las razones de diseño, esta es una razón importante para la conexión eléctrica en serie completa de los termopares (puntos de contacto) T<1>y T<2>en elementos Peltier convencionales. En este caso, un flujo de corriente optimizado al máximo se conduce a través de termopares T<1>y T<2>dispuestos varias veces en serie y provoca (según la definición) que se extraiga o libere calor en la zona de los termopares T<1>y T<2>.
Las pérdidas por conducción de calor Q<L>y calor en julios Q<julios>son la razón principal de la baja eficiencia termoeléctrica (valor COP) de los elementos Peltier convencionales, por lo que el uso de estos elementos Peltier para intervalos de potencia más grandes aún no tiene sentido.
En el documento US 2001/013224 A1 se da a conocer un intercambiador de calor multicapa para medios fluidos, en el que por capa se genera termoeléctricamente una diferencia de temperatura entre los medios fluidos según el principio de Peltier.
En este caso, varios intercambiadores de calor individuales TE presentan termopares dopados con N-P conectados eléctricamente en serie.
Un intercambiador de calor equiparable se muestra y describe en el documento US 5966939 A, cuyos intercambiadores de calor individuales TE presentan asimismo termopares conectados eléctricamente en serie.
Finalmente, en el documento EP 3336909 A1 se trata el tema de una construcción con elementos Peltier multietapa, con semiconductores dopados con P y N conectados individualmente en serie mediante conductores de corriente.
La invención tiene como objetivo seguir desarrollando un dispositivo del género expuesto de tal manera que se amplíe su campo de aplicación, en particular para conseguir mayores potencias de refrigeración y al mismo tiempo un rendimiento termoeléctrico considerablemente mejorado.
Este problema se resuelve mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1.
Según ellas, una parte absorbente de calor en una parte interior y una parte emisora de calor en una parte exterior separadas espacial y térmicamente entre sí están dispuestas sobre un bastidor base común, reduciéndose la perjudicial conducción de calor Q<l>y las pérdidas de calor en julios Q<julios>.
El dispositivo se compone esencialmente de intercambiadores de calor individuales termoeléctricos TE, cada uno de los cuales está provisto de un gran número de termopares dopados con N-P. Placas de circuito impreso metálicas están hechas de material conductor de electricidad y calor (p. ej., cobre). Sirven para conducir la corriente eléctrica y al mismo tiempo para una óptima transferencia de calor al aire que pasa por los entrehierros formados. Se elimina cualquier otra resistencia térmica, tal como, p. ej., la película aislante termoconductora, mica o material cerámico de Al2O3, como las que se utilizan en los elementos Peltier convencionales.
Además, mediante una conexión eléctrica en paralelo y en serie especialmente combinada de los semiconductores dopados con N-P o bien con P-N, además mediante las opciones de disposición y diseño de los elementos semiconductores dopados con N-P o bien con P-N enumeradas en la descripción, así como mediante conductores de conexión metálicos conectados en paralelo, se puede obtener una selección adecuada del material de los conductores metálicos, una conexión óptima entre la parte interior y la parte exterior, incluida una refrigeración de los conductores de conexión metálicos con ayuda de aire exterior, que todavía no se ha utilizado.
Los intercambiadores de calor individuales TE poseen aproximadamente la misma temperatura en la zona de los semiconductores dopados con N-P o bien con P-N, así como en las superficies exteriores de las placas de circuito impreso en estado estacionario. La transferencia de calor se produce exclusivamente a través de la superficie exterior de las placas de circuitos metálicas. No hay tensiones térmicas. El espacio interior solo sirve para acomodar un gran número de semiconductores dopados con N-P o bien con P-N similares.
El claro aumento de la eficiencia termoeléctrica (valor COP) en un dispositivo termoeléctrico diseñado de esta manera se basa esencialmente en la reducción de las pérdidas de calor en julios , así como la reducción de la perjudicial conducción de calor.
Con ello, el dispositivo termoeléctrico según la invención, basado en la física de Peltier-Seebeck, corresponde, en particular, a las exigencias de rendimiento y economía de la técnica de refrigeración, climatización, de laboratorio y de procesos. Hasta la fecha esto no ha sido posible de forma económica y técnicamente aceptable.
El dispositivo no pretende, a pesar de ello, desplazar los elementos Peltier convencionales de bajo rendimiento, sino más bien ampliar la gama de aplicaciones de la física Peltier y Seebeck para obtener mayores potencias frigoríficas y, al mismo tiempo, mejorar significativamente la eficiencia termoeléctrica (valor COP).
La mayor eficiencia termoeléctrica (valor COP) que se puede alcanzar es comparable al valor COP de un circuito de refrigeración por compresión en condiciones similares, por ejemplo:
Por el contrario, el transporte de energía térmica se realiza exclusivamente mediante el flujo de electrones, es decir, la capacidad de refrigeración es proporcional a la corriente eléctrica.
En comparación adicional con un circuito de refrigeración por compresión, no se necesitan compresores de refrigeración, accesorios de refrigeración, refrigerante ni aceite para maquinaria de refrigeración. Sin embargo, el evaporador y el condensador se sustituyen por un gran número de intercambiadores de calor termoeléctricos TE individuales, que se combinan en las partes interior y exterior para formar un intercambiador de calor global.
La corriente continua necesaria puede proporcionarse in situ mediante un sistema de almacenamiento de energía con la tensión y la potencia de corriente continua necesarias.
Al eliminar un circuito cerrado de gas con el estado del grupo cambiante, se eliminan las fugas y la contaminación medioambiental asociada causada por refrigerantes y aceite.
Las opciones de aplicación del lado frío pueden ser de una o varias etapas.
En estado estacionario, al igual que en los elementos Peltier convencionales, se produce una diferencia de temperatura entre los lados que absorben y emiten calor según el diseño y los parámetros que influyen.
Un comportamiento de carga parcial deseado se puede conseguir, p. ej., regulando la corriente de electrones.
Aparte de la ventilación, el sistema PW funciona de forma silenciosa y no posee otros componentes móviles.
Para evitar la contaminación y la corrosión, el espacio interior está completamente lleno de material no conductor de la electricidad (p. ej. masa de fundición eléctrica 2K) o solo se sella con plástico en la zona del borde.
Otras realizaciones ventajosas de la invención se caracterizan en las reivindicaciones subordinadas.
A continuación se describen ejemplos de realización de la invención con referencia a los dibujos adjuntos.
Muestran:
La Figura 1, un dispositivo según la invención en una vista esquemática en perspectiva parcialmente seccionada La Figura 2, una sección parcial del dispositivo, también mostrada en perspectiva
La Figura 3, una vista en planta esquemática de un elemento Peltier según la invención
La Figura 4, una parte del elemento Peltier en una vista en perspectiva parcialmente seccionada
Las Figuras 5A) a 5G), diferentes variantes de realización de elementos semiconductores según la invención, cada una en vista en planta.
En la Figura 1 se muestra básicamente el dispositivo montado en una pared exterior 25. Consta de una parte interior 1 y una parte exterior 2, que están separadas espacial y térmicamente por una placa termoaislante 4 y montadas sobre un bastidor base común 26.
Entre dos placas termoaislantes 4 está dispuesto sin espacio un intercambiador de calor TE total 5 dispuesto en la parte interior 1. El aire se conduce al interior mediante la ventilación 20 desde abajo a través de una bandeja colectora de agua de goteo 23 a través de la carcasa abierta en este punto, verticalmente hacia arriba según las flechas direccionales sobre el intercambiador de calor total TE 5.
Un intercambiador de calor individual TE 6 dispuesto en imagen especular en la parte exterior 2 (Figura 2) está conectado eléctricamente de forma individual con un intercambiador de calor individual TE 6 dispuesto en la parte interior 1 mediante un gran número de conductores metálicos 18. En este caso, cada conductor metálico 18 individual atraviesa de forma sellada la placa 4 aislante del calor y eléctricamente no conductora.
Una abertura en la pared está diseñada con mayor anchura y altura para que el aire exterior pueda ser conducido concéntricamente a través de los conductores metálicos 18.
En cuanto a la carcasa y en una dotación adicional, tales como filtros, tipo de ventilación, eventual flujo de aire alternativo, control, diseño de la bandeja de goteo y otros accesorios, así como la determinación de dimensiones individuales, se puede hacer según sea necesario.
Según el detalle "A" de la Figura 4, los intercambiadores de calor individuales 6 se componen cada uno de dos placas de circuito impreso metálicas 7 paralelas, entre las cuales está dispuesto un gran número de termopares 9, 10 dopados con N-P, vistos en la dirección física de la corriente. Las placas de circuito impreso metálicas 7, 8 están compuestas de material conductor eléctrico y térmico (p. ej., cobre). Sirven al mismo tiempo para conducir corriente eléctrica, así como para transferir calor de la energía fría/calor generada al aire que circula por los entrehierros 15.
Para evitar la contaminación y la corrosión, el espacio interior entre las placas de circuito impreso metálicas 7, 8, que está equipado con un gran número de termopares 9, 10, está sellado hacia el exterior en forma de anillo con material eléctricamente no conductor 11 (p. ej., plástico).
En la parte interior 1 y en la parte exterior 2 están agrupados los intercambiadores de calor TE individuales 6, que se necesitan en gran número, formando un intercambiador de calor TE total 5 y, opcionalmente, están dispuestos uno al lado del otro, uno debajo del otro y, eventualmente, uno detrás del otro. Para esta disposición modular, están provistos eléctrica y mecánicamente de conexiones 12 correspondientes y de distanciadores 14 eléctricamente aislantes.
Dado que en el caso de los termopares 9, 10 descritos se trata de termopares del mismo tipo en la dirección física de la corriente, p. ej., todos dopados con N-P o todos con P-N, pueden transferir la energía fría/calor generada directamente a las placas de circuito impreso metálicas 7, 8 por ambos lados. Además de transmitir energía térmica, también asumen la función de conducir electricidad y, por lo tanto, deben diseñarse para estar aislados eléctricamente en el intercambiador de calor 5 en su conjunto, pero también con respecto a la carcasa 3 (véanse los detalles "A", "B", "C" y "D" en la Figura 4).
Ya no se necesitan las láminas inhibidoras de la conducción de calor ni las cubiertas cerámicas no conductoras de electricidad utilizadas en los elementos Peltier convencionales. En cambio, la parte interior 1 y la parte exterior 2 están separadas espacial y térmicamente.
Conforme a la Figura 2, las superficies de contacto frontales de los intercambiadores de calor TE individuales 6 dispuestos de forma modular, así como el límite completo 16 del intercambiador de calor TE total 5 con respecto a la carcasa 3, están provistos de un material 19 resistente a la presión, aislante eléctrico y térmico.
El intercambiador de calor TE total 5, que está montado en imagen especular en la parte exterior 2 conforme a la Figura 1, corresponde de forma constructiva a la realización en la parte interior 1. En virtud de la disposición en imagen especular del sistema total del intercambiador de calor, los termopares 9, 10 son solicitados por la corriente eléctrica en dirección inversa, es decir de dopados con P a dopados con N. En este caso, los electrones acceden de la banda de conducción de mayor energía, dopada con P, a la banda de conducción de menor energía, dopada con N, y liberan la diferencia de energía al entorno en forma de calor.
Por norma general, se utiliza una realización refrigerada por aire. En este caso, los conductores de conexión metálicos 18 expuestos y ventilados entre la parte interior 1 y la parte exterior 2 se enfrían mediante el aire exterior conducido por encima de ellos hasta un nivel de temperatura de aprox. 5 K > temperatura exterior. Esto significa que incluso en condiciones de funcionamiento adversas, es decir, p. ej., en el estado de arranque o cuando el dispositivo está sobrecargado, la conducción de calor potencialmente más dañina sigue siendo limitada.
A continuación, el aire exterior se conduce a través del intercambiador de calor TE total 5 y, según el diseño y la cantidad de aire, se enfría mediante éste hasta un nivel de temperatura de aproximadamente 10-12 K > temperatura ambiente.
Opciones de disposición y diseño para los elementos semiconductores dopados con N-P:
Según la Figura 5, existe una serie de opciones de disposición y realización para los elementos semiconductores dopados con N-P:
Detalle "A":
En este caso, la placa de circuito impreso 7 originalmente metálica está compuesta enteramente de material semiconductor dopado con N y la conexión entre las placas de circuito impreso metálicas está compuesta de material semiconductor dopado con P, siendo la placa de circuito impreso metálica 8, por ejemplo, de cobre.
Detalle "B":
En este caso, la placa de circuito impreso 7 está hecha enteramente de material semiconductor dopado con P y la conexión entre las placas de circuito impreso está hecha de material semiconductor dopado con N, la placa de circuito impreso 8 está hecha, p. ej., de cobre.
Detalle "C":
En este caso, la placa de circuito impreso 7 está hecha completamente de material semiconductor dopado con N y la conexión entre las placas de circuito impreso es, por ejemplo, de cobre, y la placa de circuito impreso 8 está hecha completamente de material semiconductor dopado con P.
Detalle "D":
Aquí las placas de circuito impreso metálicas 7 y 8 están hechas enteramente, p. ej., de cobre y la conexión entre las placas de circuito impreso metálicas 7 y 8 está hecha de un termopar dopado con N-P.
Detalles "E, F y G":
En lugar de que las placas de circuito impreso según los detalles "A", "B" y "C" estén hechas cada una, parcial o totalmente, de material semiconductor dopado, por razones de coste, fabricación o diseño, las superficies orientadas hacia el interior pueden estar revestidas con un material semiconductor, y las placas de circuito impreso 7 y 8 orientadas hacia el exterior pueden estar hechas, total o parcialmente, p. ej., de cobre en una realización en sándwich.
En este caso, los espesores de capa a elegir deben estar suficientemente dimensionados para garantizar el proceso termofísico de la corriente de electrones desde el estado energético más bajo al más alto y viceversa, según la teoría de bandas para cuerpos sólidos.
Circuitos eléctricos:
Como se representa en la Figura 3, los intercambiadores de calor TE individuales 6 de la parte interior 1 y la parte exterior 2 están unidos eléctricamente cada uno a través de varios conductores metálicos 18 conectados en paralelo y conectados en serie.
La corriente total I a alimentar se conduce a la parte interior 1 y aquí se distribuye en el primer intercambiador de calor TE individual 6 a través de la placa de circuito impreso metálico a un gran número de termopares 9, 10 dispuestos en paralelo. La transmisión eléctrica tiene lugar a través de la placa impresa metálica 8 mediante asimismo varios conductores metálicos 18 conectados en paralelo a la placa impresa metálica 8 opuesta del intercambiador de calor TE individual 6 que se encuentra en la parte exterior 2.
Los termopares 9, 10 están dopados con N-P en el intercambiador de calor TE 6 de la parte interior 1 en la dirección física de la corriente, y están dispuestos en imagen especular, es decir, dopados con P-N, en el intercambiador de calor TE 6 de la parte exterior 2.
Según la teoría de bandas para sólidos, los electrones pasan, por consiguiente, del estado de menor energía dopado con N al estado de mayor energía de los semiconductores dopados con P y absorben la diferencia de energía en forma de calor del medio ambiente.
En la parte exterior 2 ocurre al revés. Aquí, visto en la dirección de la corriente física, los electrones pasan del estado dopado con P al estado dopado con N y liberan la diferencia de energía al entorno en forma de calor.
En el marco de esta invención también se reivindica la protección de patente para conductores metálicos normales, que según la serie de tensiones termoeléctricas solo tienen un efecto termoeléctrico reducido, pero son ideales para fines de laboratorio y de medición.
Los intercambiadores de calor individuales TE 6 conectados eléctricamente aquí descritos están ahora conectados eléctricamente en serie y forman el intercambiador de calor TE total 5 en la parte interior 1 y en la parte exterior 2.
La disposición paralela de los elementos semiconductores dopados con N-P o con P-N en los intercambiadores de calor TE individuales 6 da como resultado una reducción significativa de la resistencia óhmica según la relación:
R<paralelo>= R<n>/ Número<de las bandas n *)>;;*) Con las mismas resistencias, la resistencia total es tan grande como la resistencia individual dividida por el número de resistencias. En funcionamiento con corriente continua, siempre es inferior a la resistencia individual más pequeña.
Con ello, también se reduce a un mínimo la resistencia del intercambiador de calor TE total 5.
Al mismo tiempo, el calor en julios se reduce dividiendo la cantidad total de electricidad en la zona de los intercambiadores de calor TE individuales 6 en tamaños de corriente <1
Q<julios>= In<2>x R<n>x Número<de las cadenas n>
o
Q<julios>= I<tot2>x R<paralelo>
Para reducir aún más las pérdidas en julios, la conexión eléctrica entre los distintos intercambiadores de calor TE 6 de la parte interior 1 y la parte exterior 2 también se divide en un mayor número de conductores 18 conectados en paralelo.
Esta división en paralelo no solo reduce aún más las pérdidas de calor en julios, sino que también mejora la transferencia de calor entre el aire ambiente y los conductores metálicos 18 debido al aumento de la superficie de los conductores metálicos 18 y, por lo tanto, aumenta su efecto de enfriamiento.
Es conocido separar espacialmente las placas absorbentes y emisoras de calor de un elemento Peltier y duplicar sus semiconductores dopados de igual manera y conectar eléctricamente en serie los distintos termopares dopados con N-P o con P-N mediante conductores metálicos (documento CN 103000799 A).
Por el contrario, en los intercambiadores de calor te individuales 6, en lugar de solo uno o pocos termopares por etapa, en cada etapa individual los termopares están dispuestos en gran número en paralelo. La intensidad de corriente a gestionar (por termopar = 1 A) es mucho mayor y, por consiguiente, requiere una división en varios conductores metálicos 18 conectados en paralelo.
Producción:
Un elemento Peltier convencional con una potencia de refrigeración de unos 30 W dispone de más de 400 partes individuales. Los requisitos de precisión dimensional y de producción/montaje mecánico, así como las diferentes cargas térmicas durante el funcionamiento, son extremadamente altos.
El número mucho mayor de termopares (9, 10) necesarios para mayores potencias frigoríficas exige repensar la producción de elementos Peltier según la invención en comparación con la producción de elementos Peltier convencionales.
Para la producción es adecuado un proceso especial de impresión 3D.
En lugar de la disposición entre láminas/cubiertas cerámicas eléctricamente aislantes en los elementos Peltier convencionales, los termopares 9, 10 se aplican directamente sobre las superficies de las placas de circuito impreso metálicas 7, 8 de manera uniforme y precisa.
También en este caso debe prepararse la superficie de la parte interior de las placas de circuito impreso metálicas 7, 8 para la impresión capa por capa del material semiconductor dopado con N o P.
Con ayuda de un material de soldadura adecuado se puede establecer una unión metálica sólida entre las placas de circuito impreso metálicas 7, 8 y los semiconductores dopados de forma diferente, dependiendo de la temperatura de funcionamiento.
Durante el funcionamiento del dispositivo se ajustan diferentes temperaturas de funcionamiento en el intercambiador de calor TE individual 6 en la parte interior 1 o en la parte exterior 2. Sin embargo, la temperatura se distribuye aproximadamente de manera uniforme por todo el intercambiador de calor TE individual 6 respectivo, de modo que, a diferencia de los elementos Peltier convencionales, p. ej., con diferentes coeficientes de dilatación del material, no se generan fuerzas de tensión perjudiciales.
A ello se añade, la transferencia de frío o calor ya se produce en la parte interior 1 o en la parte exterior 2 a través del respectivo flujo de aire al entorno y no se produce mediante diferentes materiales que se unen y entran en contacto, lo que genera fuerzas de tensión.
Dado que el flujo de corriente reducido de < 1 A a través de los distintos termopares 9, 10 conectados en paralelo también permite dimensiones más pequeñas de los pares de semiconductores, estos se pueden fabricar en partes o en su totalidad en cantidades significativamente mayores que los elementos Peltier convencionales y se pueden aplicar de manera especialmente económica mediante un proceso especial de impresión 3D a las placas de circuito metálico. Para potencias mayores potencias, los intercambiadores de calor individuales TE 6 se combinan eléctrica y mecánicamente en un diseño modular.
El encanto de un proceso de impresión 3D es que los sistemas PW se pueden fabricar, probar y entregar en poco tiempo, incluso en cantidades más pequeñas o en una configuración especial.
Al igual que con los elementos Peltier concebidos convencionalmente, el efecto térmico de un nuevo elemento Peltier también se puede revertir cambiando la dirección de la corriente.
Generalmente, el dispositivo se puede utilizar como generador según la fórmula básica:
U<Termo sin carga>=<O Termofuerza>x<A>T x Número<de etapas>
También en este caso la combinación de la conexión en paralelo y en serie de los termopares 9, 10 y los conductores metálicos 18 con una separación espacial simultánea de la parte interior 1 y la parte exterior 2 es el requisito previo para generar una potencia significativa con una alta eficiencia termoeléctrica (n).
Comoyase describe en detalle en "Circuitos eléctricos", esta combinación reduce significativamente la resistencia eléctrica general R<total>y al mismo tiempo, cuando la intensidad de corriente se divide en paralelo, las enormes pérdidas de calor en julios que se producen durante el funcionamiento. Solo así se puede conseguir el gran número de etapas necesario combinado con una alta intensidad de corriente para un rendimiento de consumo significativo.
Para optimizar permanentemente el funcionamiento del generador es necesario tener en cuenta matemáticamente la resistencia óhmica externa del lado del consumidor y garantizar el suministro y la disipación de calor necesarios. Incluso si la diferencia de temperatura no es demasiado grande, como en el caso del “calor residual”, merece la pena este tipo de generación de electricidad.
Lista de símbolos de referencia
(1)parte interior
(2) parte exterior
(3) carcasa
(4) tabique térmica y eléctricamente aislante
(5) intercambiador de calor TE (termoeléctrico) total
(6) Intercambiador de calor TE individual
(7) placa de circuito impreso metálica
(8) placa de circuito impreso metálica
(9) semiconductor dopado con N
(10) semiconductor dopado con P
(11) sellado
(12) conexiones eléctricas
(14) espaciadores eléctricamente aislantes
(15) entrehierro
(16) límite completo
(18) conductores de conexión metálicos
(19) material eléctrica/térmicamente aislante resistente a la presión
(20) ventilación
(22) consola
(23) bandeja colectora de agua de goteo
(24) marco de sellado
(25) pared externa
(26) marco básico

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para generar frío y electricidad según el principio Peltier, que presenta una parte absorbente de calor y una parte disipadora de calor, en donde bajo la configuración de intercambiadores de calor TE termoeléctricos individuales (6), que se combinan para formar al menos dos intercambiadores de calor TE totales (5), en cada caso un intercambiador de calor TE total que absorbe calor y un intercambiador de calor TE total (5) disipador de calor, que están separados espacialmente entre sí, estando dispuesto el intercambiador de calor TE total (5) que absorbe calor en una parte interior (1) del dispositivo y estando dispuesto el intercambiador de calor TE total (5) disipador de calor en una parte exterior (2) del dispositivo, y cada uno de los intercambiadores de calor TE individuales (6) presenta placas de circuito impreso (7, 8) que están colocados en paralelo y a distancia entre sí, con termopares dopados con N-P o con P-N, vistos en el sentido de la corriente, que están conectados eléctricamente en paralelo, en donde cada uno de los intercambiadores de calor TE individuales (6) está conectado en serie con otro intercambiador de calor TE individual (6), separado espacialmente del mismo, a través de un gran número de conductores metálicos.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que los intercambiadores de calor TE totales (5) dispuestos en imagen especular en la parte interior (1) y en la parte exterior (2) son, por lo demás, idénticos en su construcción y se componen de una pluralidad de intercambiadores de calor TE individuales (6).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, en el que los intercambiadores de calor TE individuales (6) que forman el respectivo intercambiador de calor TE total (5) están dispuestos en disposición modular horizontal, vertical o uno detrás de otro.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los intercambiadores de calor individuales TE (6) están provistos de espaciadores mecánicos (14) eléctricamente aislantes.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el aire se conduce mediante ventilación (20) a través de la bandeja colectora de agua de goteo (23) a través de la carcasa abierta en este punto, verticalmente hacia arriba a través del intercambiador de calor total TE (5) y horizontalmente en la parte exterior (2) a través del intercambiador de calor total TE (5).
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los intercambiadores de calor individuales TE (6) se componen cada uno de dos placas de circuito impreso metálicas (7, 8) paralelas , entre las cuales, visto en el sentido de la corriente, está dispuesto un gran número de termopares (9, 10) dopados con N-P verticalmente y, por tanto, en paralelo.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las placas conductoras metálicas (7, 8) están compuestas de un material eléctrica y térmicamente conductor (p. ej., cobre).
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los termopares (9, 10) están dopados del mismo modo en el sentido de la corriente, p. ej., todos con N-P o todos con P-N.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las superficies frontales de contacto de los intercambiadores de calor TE individuales (6) dispuestos de forma modular, así como el límite (16) completo del intercambiador de calor TE total (5) con respecto a la carcasa (3)) están provistas de material resistente a la presión (19) aislante eléctrica y térmicamente.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la placa de circuito impreso metálica (7) está compuesta íntegramente de material semiconductor dopado con N y la conexión entre las placas de circuito impreso metálicas está compuesta de material semiconductor dopado con P, la placa de circuito impreso (8) metálica se compone, p. ej., de cobre.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la placa de circuito impreso metálica (7) está compuesta íntegramente de material semiconductor dopado con P y la conexión entre las placas de circuito impreso metálicas está compuesta de material semiconductor dopado con N, la placa de circuito impreso (8) metálica se compone, p. ej., de cobre.
12.. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la placa de circuito impreso (7) está compuesta íntegramente de material semiconductor dopado con N y la conexión entre las placas de circuito impreso se compone, p. ej., de cobre, la placa de circuito impreso metálica (8) está compuesta íntegramente de material semiconductor dopado con P.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la placa de circuito metálico (7) y (8) está compuesta íntegramente, p. ej., de cobre y la conexión entre las placas de circuito impreso (7) y (8) se componen de un termopar dopado con N-P.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las superficies orientadas hacia el interior de las placas de circuito impreso metálicss están hechas de material semiconductor recubierto y las superficies orientadas hacia el exterior están hechas total o parcialmente, p. ej., de cobre en diseño sándwich.
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