RU210269U1 - THERMOELECTRIC ELEMENT - Google Patents
THERMOELECTRIC ELEMENT Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric 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)
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)
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 |
-
2021
- 2021-09-20 RU RU2021127478U patent/RU210269U1/en active
Patent Citations (5)
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 |