RU210269U1 - THERMOELECTRIC ELEMENT - Google Patents

THERMOELECTRIC ELEMENT Download PDF

Info

Publication number
RU210269U1
RU210269U1 RU2021127478U RU2021127478U RU210269U1 RU 210269 U1 RU210269 U1 RU 210269U1 RU 2021127478 U RU2021127478 U RU 2021127478U RU 2021127478 U RU2021127478 U RU 2021127478U RU 210269 U1 RU210269 U1 RU 210269U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conductivity
thermoelectric
thermoelectric element
layer
metal
Prior art date
Application number
RU2021127478U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Яковлевич Скипидаров
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Технологическое бюро "Норд" (ООО "ТБ "НОРД")
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 Общество с ограниченной ответственностью "Технологическое бюро "Норд" (ООО "ТБ "НОРД") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Технологическое бюро "Норд" (ООО "ТБ "НОРД")
Priority to RU2021127478U priority Critical patent/RU210269U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU210269U1 publication Critical patent/RU210269U1/en

Links

Images

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

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области термоэлектрических устройств и может быть использована в качестве термоэлектрического элемента, применяемого в термоэлектрических охлаждающих модулях или в термоэлектрических генераторах, которые преимущественно эксплуатируются в условиях многократного термоциклирования. Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение срока службы термоэлектрического элемента. Термоэлектрический элемент содержит полупроводниковые ветви n- и р-типов проводимости, соединенные между собой металлическими шинами в электрическую цепь, при этом между полупроводниковыми ветвями n- и р-типов проводимости и металлическими шинами расположен слой алюминия, толщина которого составляет 80-200 мкм. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of thermoelectric devices and can be used as a thermoelectric element used in thermoelectric cooling modules or in thermoelectric generators, which are mainly operated under conditions of multiple thermal cycling. The technical result of the claimed utility model is to increase the service life of the thermoelectric element. The thermoelectric element contains semiconductor branches of n- and p-types of conductivity interconnected by metal busbars into an electrical circuit, while between the semiconductor branches of n- and p-types of conductivity and the metal busbars there is an aluminum layer, the thickness of which is 80-200 μm. 2 w.p. f-ly, 3 ill.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Полезная модель относится к области термоэлектрических устройств и может быть использована в качестве термоэлектрического элемента, применяемого в термоэлектрических охлаждающих модулях или в термоэлектрических генераторах, которые преимущественно эксплуатируются в условиях многократного термоциклирования.The utility model relates to the field of thermoelectric devices and can be used as a thermoelectric element used in thermoelectric cooling modules or in thermoelectric generators, which are mainly operated under conditions of multiple thermal cycling.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Из уровня техники известен термоэлектрический элемент (ТЭ), раскрытый в RU 51288 U1, опубл. 27.01.2006, прототип. ТЭ, применяемый термоэлектрических охлаждающих модулях, содержит полупроводниковые ветви n- и р-типов проводимости, соединенные коммутационными шинами, которые присоединены соответственно к охлаждающей и к теплоотводящей теплообменной пластине, отличающийся тем, что каждая из коммутационных шин, расположенных по крайней мере на одной из теплообменных пластин, присоединена к ней посредством теплоконтактного соединения, выполненного в виде слоя упругого клеевого компаунда.The prior art thermoelectric element (FC), disclosed in RU 51288 U1, publ. 01/27/2006, prototype. The fuel cell used in thermoelectric cooling modules contains semiconductor branches of n- and p-type conductivity, connected by switching buses, which are connected to the cooling and heat-removing heat exchange plates, respectively, characterized in that each of the switching buses located on at least one of the heat exchange plates, attached to it by means of a heat-contact connection, made in the form of a layer of elastic adhesive compound.

Недостатком раскрытого выше ТЭ является низкая теплопроводность известных клеевых теплопроводных компаундов, что снижает скорость температурных фронтов в циклических применениях и вносит паразитное тепловое сопротивление в статических применениях ТЭ, снижая эффективность их работы.The disadvantage of the FC disclosed above is the low thermal conductivity of the known adhesive heat-conducting compounds, which reduces the speed of temperature fronts in cyclic applications and introduces parasitic thermal resistance in static FC applications, reducing their efficiency.

Кроме того, из уровня техники известен ТЭ, раскрытый в RU 51288 U1, опубл. 27.01.2006, прототип. ТЭ, применяемый термоэлектрических охлаждающих модулях, содержит матрицу из термоэлектрических пар, каждая из которых образованна полупроводниковым материалом n- и р-типов проводимости, связанных между собой электрически в серии с помощью коммутационных шин и расположенных в виде сэндвич-структуры между двумя теплопроводящими пластинами. При этом между коммутационными шинами и теплопроводящей пластиной расположены адгезионный слой металлоорганического соединения со стороны коммутационной шины и слой материала на силиконовой основе.In addition, the TE disclosed in RU 51288 U1, publ. 01/27/2006, prototype. FC used in thermoelectric cooling modules contains a matrix of thermoelectric pairs, each of which is formed by a semiconductor material of n- and p-types of conductivity, electrically connected to each other in a series using switching buses and located in the form of a sandwich structure between two heat-conducting plates. In this case, between the switching busbars and the heat-conducting plate, an adhesive layer of an organometallic compound is located on the side of the switching busbar and a layer of silicone-based material.

Недостатком раскрытого выше ТЭ низкая теплопроводность известных клеевых теплопроводных компаундов, что снижает скорость температурных фронтов в циклических применениях и вносит паразитное тепловое сопротивление в статических применениях ТЭ, снижая эффективность их работы.The disadvantage of the FC disclosed above is the low thermal conductivity of the known adhesive heat-conducting compounds, which reduces the speed of temperature fronts in cyclic applications and introduces parasitic thermal resistance in static FC applications, reducing their efficiency.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF UTILITY MODEL

Задачей заявленной полезной модели является разработка термоэлектрического модуля, обладающего повышенным сроком службы.The objective of the claimed utility model is to develop a thermoelectric module with an extended service life.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение срока службы термоэлектрического элемента.The technical result of the claimed utility model is to increase the service life of the thermoelectric element.

Указанный технический результат, достигается за счет того, что ТЭ содержит полупроводниковые ветви n- и р-типов проводимости, соединенные между собой металлическими шинами в электрическую цепь, при этом между полупроводниковыми ветвями п- и р-типов проводимости и металлическими шинами расположен слой алюминия.The specified technical result is achieved due to the fact that the fuel cell contains semiconductor branches of n- and p-types of conductivity, interconnected by metal tires in an electrical circuit, while an aluminum layer is located between the semiconductor branches of n- and p-types of conductivity and metal tires.

Толщина слоя алюминия составляет 80-200 мкм.The thickness of the aluminum layer is 80-200 microns.

Между полупроводниковыми ветвями n- и р-типов проводимости и слоем алюминия расположен адгезионный металлический слой в виде по крайней мере одного металла выбранного из группы: Mo, V, Cr, Ni или интерметаллического соединения Ni-Sn.Between the semiconductor branches of n- and p-types of conductivity and the aluminum layer there is an adhesive metal layer in the form of at least one metal selected from the group: Mo, V, Cr, Ni or Ni-Sn intermetallic compound.

Поверх слоя алюминия наносят слой паячного металла, выбранного из группы: Ni, Cu.A layer of soldering metal is applied over the aluminum layer, selected from the group: Ni, Cu.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The utility model will be better understood from the description, which is not restrictive and given with reference to the accompanying drawings, which show:

Фиг. 1 - Конструкция термоэлектрического элемента (вариант 1).Fig. 1 - Design of thermoelectric element (option 1).

Фиг. 2 - Конструкция термоэлектрического элемента (вариант 2).Fig. 2 - Design of thermoelectric element (option 2).

Фиг. 3 - Конструкция термоэлектрического элемента (вариант 3).Fig. 3 - Design of thermoelectric element (option 3).

1 - полупроводниковая ветвь n-типа проводимости; 2 - полупроводниковая ветвь р-типа проводимости; 3 - адгезионный металлический слой; 4 - слой алюминия; 5 - металлическая шина, 6 - слой паячного металла.1 - semiconductor branch of n-type conductivity; 2 - semiconductor branch of p-type conductivity; 3 - adhesive metal layer; 4 - aluminum layer; 5 - metal tire, 6 - solder metal layer.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИIMPLEMENTATION OF UTILITY MODEL

ТЭ содержащий полупроводниковые ветви n- и р-типов проводимости, соединенные между собой металлическими шинами (5) в электрическую цепь, при этом между полупроводниковыми ветвями (1, 2) n- и р-типов проводимости и металлическими шинами (5) расположен слой алюминия (4).FC containing semiconductor branches of n- and p-types of conductivity interconnected by metal tires (5) into an electrical circuit, while between the semiconductor branches (1, 2) of n- and p-types of conductivity and metal tires (5) there is an aluminum layer (4).

Толщина слоя алюминия (4) составляет 80-200 мкм. Толщина слоя алюминия обеспечивать снятие механических напряжений за счет пластических свойств алюминия. Учитывая большую величину коэффициента термического расширения алюминия (около 20×10-3 1/град) по сравнению с наиболее используемыми термоэлектрическими материалами системы Bi2Te3 - Bi2Se3-Sb2Te3 или PbTe развиваемый термоэлектрическим элементом перепад до 70 С, экспериментально была установлен указанный интервал толщины слоя, не приводящий к отслаиванию слоя алюминия или потери пластичности.The thickness of the aluminum layer (4) is 80-200 µm. The thickness of the aluminum layer to ensure the removal of mechanical stress due to the plastic properties of aluminum. Given the large value of the thermal expansion coefficient of aluminum (about 20×10 -3 1/deg) in comparison with the most used thermoelectric materials of the Bi2Te3 - Bi2Se3-Sb2Te3 or PbTe system, the difference developed by the thermoelectric element is up to 70 C, the specified interval of the layer thickness was experimentally established, not leading to peeling of the aluminum layer or loss of ductility.

Между полупроводниковыми ветвями (1,2) n- и р-типов проводимости и слоем алюминия (4) расположен адгезионный металлический слой (3) в виде по крайней мере одного металла выбранного из группы: Mo, V, Cr, Ni или интерметаллического соединения Ni-Sn.Between the semiconductor branches (1,2) of n- and p-types of conductivity and the aluminum layer (4) there is an adhesive metal layer (3) in the form of at least one metal selected from the group: Mo, V, Cr, Ni or an intermetallic compound Ni -Sn.

Заявленный ТЭ изготавливают следующим образом.Declared FC is produced as follows.

На шайбу полупроводникового материала n-типа наносится газодинамическим способом или плазменным способом слой алюминия (4) толщиной 80-200 микрон. Затем при помощи пайки на слой алюминия (4). При необходимости, между полупроводниковым материалом n-типа и слоем алюминия (4) гальваническим, химическим, газодинамическим или плазменным способом наносят адгезионный металлический слой (3) в виде по крайней мере одного металла выбранного из группы: Mo, V, Cr, Ni или интерметаллического соединения Ni-Sn, обеспечивающий хорошую адгезию этого слоя к полупроводнику. После указанных операций шайбу разрезаются на ветви полупроводникового материала n-типа (1). Аналогичным образом получают ветви полупроводникового материала р-типа (1). Далее берут необходимое количество полупроводниковых ветвей n-типа и р-типа с нанесенными на них указанными выше слоями и при помощи пайки слой алюминия соединяют с металлическими шинами (5) с образованием термоэлектрического элемента.A layer of aluminum (4) with a thickness of 80-200 microns is applied to the washer of the n-type semiconductor material by the gas-dynamic method or by the plasma method. Then by soldering on a layer of aluminum (4). If necessary, an adhesive metal layer (3) in the form of at least one metal selected from the group: Mo, V, Cr, Ni or intermetallic Ni-Sn compound, which ensures good adhesion of this layer to the semiconductor. After these operations, the puck is cut into branches of the n-type semiconductor material (1). Similarly, branches of p-type semiconductor material (1) are obtained. Next, the required number of n-type and p-type semiconductor legs with the above layers deposited on them is taken, and by soldering the aluminum layer is connected to metal tires (5) to form a thermoelectric element.

В случае если пайка осуществляется припоями, не пригодными для пайки алюминия, то для обеспечения дальнейшей коммутации металлических шин (5) поверх слоя алюминия (4) наносят слой (6) паячного металла (например, Ni, Cu) теми же способами, что и адгезионный металлический слой (3).If soldering is carried out with solders that are not suitable for aluminum soldering, then to ensure further switching of metal tires (5), a layer (6) of soldering metal (for example, Ni, Cu) is applied over the aluminum layer (4) in the same ways as the adhesive metal layer (3).

Принцип работы заявленного ТЭ состоит в том, что к металлическим шинам (5) ТЭ прикладывают постоянное напряжение. При прохождении тока через полупроводниковые ветви (1,2) n- и р-типов проводимости (в случае применения ТЭ в термоэлектрических охлаждающих модулях) на одной из тепло проводящих пластин поглощается некоторое количество теплоты, а на другой пластине выделяется некоторое количество теплоты в соответствии с эффектом Пельтье.The principle of operation of the claimed FC is that a constant voltage is applied to the metal tires (5) of the FC. When the current passes through the semiconductor branches (1,2) of n- and p-types of conductivity (in the case of the use of fuel cells in thermoelectric cooling modules), a certain amount of heat is absorbed on one of the heat-conducting plates, and a certain amount of heat is released on the other plate in accordance with the Peltier effect.

Эксперименты для циклов +40\+90°С, с длительностью цикла около 30 секунд для ТЭ размером 40 × 40 см, содержащих 199 пар полупроводниковых ветвей с размерами: высота 0,85 мм, поперечное сечение 1,43 × 1,43 мм с толщиной слоев Al 80-200 микрон показали увеличение времени жизни ТЭ в 3-4 раза по сравнению с ТЭ без слоев Al.Experiments for cycles +40\+90°C, with a cycle duration of about 30 seconds for a fuel cell 40 × 40 cm in size, containing 199 pairs of semiconductor legs with dimensions: height 0.85 mm, cross section 1.43 × 1.43 mm s thickness of Al layers of 80-200 microns showed an increase in the lifetime of FC by 3-4 times compared to FC without Al layers.

Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только ниже следующей формулой полезной модели.The utility model has been disclosed above with reference to a specific embodiment. For specialists, other embodiments of the utility model may be obvious, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the utility model should be considered limited in scope only below the following claims of the utility model.

Claims (3)

1. Термоэлектрический элемент, содержащий полупроводниковые ветви n- и р-типов проводимости, соединенные между собой металлическими шинами в электрическую цепь, при этом между полупроводниковыми ветвями n- и р-типов проводимости и металлическими шинами расположен слой алюминия, толщина которого составляет 80-200 мкм. 1. A thermoelectric element containing semiconductor branches of n- and p-types of conductivity interconnected by metal buses into an electrical circuit, while between the semiconductor branches of n- and p-types of conductivity and metal tires there is an aluminum layer, the thickness of which is 80-200 µm. 2. Термоэлектрический элемент по п. 1, отличающийся тем, что между полупроводниковыми ветвями n- и р-типов проводимости и слоем алюминия расположен адгезионный металлический слой в виде по крайней мере одного металла, выбранного из группы: Mo, V, Cr, Ni или интерметаллического соединения Ni-Sn. 2. Thermoelectric element according to claim 1, characterized in that between the semiconductor branches of n- and p-types of conductivity and the aluminum layer there is an adhesive metal layer in the form of at least one metal selected from the group: Mo, V, Cr, Ni or intermetallic compound Ni-Sn. 3. Термоэлектрический элемент по п. 1, отличающийся тем, что поверх слоя алюминия наносят слой паячного металла, выбранного из группы: Ni, Cu.3. Thermoelectric element according to claim. 1, characterized in that a layer of solder metal selected from the group: Ni, Cu is applied over the aluminum layer.
RU2021127478U 2021-09-20 2021-09-20 THERMOELECTRIC ELEMENT RU210269U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127478U RU210269U1 (en) 2021-09-20 2021-09-20 THERMOELECTRIC ELEMENT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127478U RU210269U1 (en) 2021-09-20 2021-09-20 THERMOELECTRIC ELEMENT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210269U1 true RU210269U1 (en) 2022-04-05

Family

ID=81076465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021127478U RU210269U1 (en) 2021-09-20 2021-09-20 THERMOELECTRIC ELEMENT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210269U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU51288U1 (en) * 2005-06-06 2006-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "НПО Кристалл" THERMOELECTRIC COOLING MODULE
US20060118159A1 (en) * 2004-10-29 2006-06-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Thermoelectric direct conversion device
TW200941777A (en) * 2008-03-21 2009-10-01 Foxsemicon Integrated Tech Inc TE cooler and illumination device using same
JP2018093152A (en) * 2016-12-02 2018-06-14 株式会社イムコ Thermoelectric power generation device
CN111971807A (en) * 2018-03-26 2020-11-20 琳得科株式会社 Thermoelectric conversion module

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060118159A1 (en) * 2004-10-29 2006-06-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Thermoelectric direct conversion device
RU51288U1 (en) * 2005-06-06 2006-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "НПО Кристалл" THERMOELECTRIC COOLING MODULE
TW200941777A (en) * 2008-03-21 2009-10-01 Foxsemicon Integrated Tech Inc TE cooler and illumination device using same
JP2018093152A (en) * 2016-12-02 2018-06-14 株式会社イムコ Thermoelectric power generation device
CN111971807A (en) * 2018-03-26 2020-11-20 琳得科株式会社 Thermoelectric conversion module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9941234B2 (en) Integrated packaging of multiple double sided cooling planar bond power modules
US6531653B1 (en) Low cost high solar flux photovoltaic concentrator receiver
US4489742A (en) Thermoelectric device and method of making and using same
KR100997994B1 (en) Thermoelectric Element
RU2011129862A (en) HIGH TEMPERATURE HIGH EFFICIENT THERMOELECTRIC MODULE
RU2008148931A (en) LOW SIZED THERMOELECTRICS MADE BY ETCHING SEMICONDUCTOR PLATES
US20150086827A1 (en) Battery module having heat dissipating assembly
CN103560203B (en) A kind of simple efficient thin-film thermoelectric pool structure and preparation method thereof
US20120305044A1 (en) Thermal transfer and power generation systems, devices and methods of making the same
RU210269U1 (en) THERMOELECTRIC ELEMENT
US20120118346A1 (en) Thermoelectric Apparatus and Method of Fabricating the Same
CN110690833A (en) Design method of solar thermoelectric power generation system based on heat pipe heat conduction
KR101824695B1 (en) Heat sink structure for energy harvest
WO2023043332A1 (en) Thermoelectric element
JPH01208876A (en) Thermoelectric device and manufacture thereof
AU2018220031A1 (en) Thermoelectric device
JP2006064203A (en) Solar battery module
JP2012532468A (en) Module having a plurality of thermoelectric elements
KR102429795B1 (en) Thermoelectric elemetn and manufacturing method of the same
KR101046130B1 (en) Thermoelectric element
RU51288U1 (en) THERMOELECTRIC COOLING MODULE
US10516088B2 (en) Pin coupling based thermoelectric device
JP2018093152A (en) Thermoelectric power generation device
JP2003179274A (en) Thermoelectric converting device
RU2425298C1 (en) Thermoelectric module