RU5047U1 - Термоэлектрическая батарея - Google Patents

Abstract

1. Термоэлектрическая батарея, содержащая по меньшей мере один ряд чередующихся полупроводниковых стержней n-типа и p-типа, расположенных продольно на расстоянии между собой, и поперечно расположенные между ними теплообменные элементы из электро- и теплопроводного материала, каждый из которых соединен с двумя соседними полупроводниковыми стержнями, причем по меньшей мере один теплообменный элемент выполнен петлеобразным с первым концом, электрически и жестко механически соединенным с одним из соседних полупроводниковых стержней, и вторым концом, электрически и жестко механически соединенным с другим из соседних полупроводниковых стержней, отличающаяся тем, что петлеобразный теплообменный элемент выполнен незамкнутым с зазором между его концами, соединенными с соседними полупроводниковыми стержнями.2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что незамкнутый петлеобразный теплообменный элемент выполнен из двух частей, жестко соединенных между собой со стороны, противоположной его концам.3. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним кожухом, охватывающим полупроводниковые стержни и концы теплообменных элементов, соединенные с полупроводниковыми стержнями.4. Батарея по п. 3, отличающаяся тем, что кожух выполнен с пазами для прохода концов теплообменных элементов, соединенных с полупроводниковыми стержнями, и снабжен установленными в пазах уплотнителями.

Description

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БАТАРЕЯ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно - к термоэлектрическим приборам на твердом теле, работающим на основе эффекта Пельтье, и может быть использована в электрических холодильных установках и в преобразователях тепловой энергии в электрическую.

Известны термоэлектрические батареи, содержащие ряд черед}ющихся полупроводниковых стержней п - типа и р -типа, расположенных поперечно на расстояниях между собой, расположенные вдоль ряда полупроводниковых стержней в шахматном порядке с противоположных сторон от них коммутационные пластины из электропроводного материала, попарно электрически последовательно соединяющие соседние полупроводниковые стержни разного типа, и тешюобменные элементы, соединенные с коммутационными пластинами (см. книгу Термоэлектрические охладители под ред, А,Л.Вайнера, М,, изд. Радио и связь, 1983, стр. 21, рис. 1,9). Несмотря на малую механическую прочность и высокую хрупкость полупроводниковых стфжней, представляющих собой монокристаллы, такие термоэлектрические батареи в целом обладают достаточной механической прочностью благодаря тому, что механические нагрузки, которые могут действовать на них, распределяются между всеми полупроводниковыми стержнями. Но эффективность таких термоэлектрических батарей понижена из-за того, что теплобмешш1е элементы вьшолнены из электропроводното материала, и во избежание закорачивания электрической цепи через тешюобменные элементы они должны быть электрически изоли1 ованы от коммутационных пластин посредством слоя электрической изоляции, которая обладает плохой теплопроводностью.

Известна также термоэлектрическая батарея, содержащая ряд чередующихся полупроводниковых стержней п - типа и р - типа, расположенных продольно на расстояниях между собой, и поперечно расположенные между ними теплообменные элементы из электро- и теплопроводного материала, каждый из которых соединен с двумя соседними полупроводниковыми стержнями, причем, теплообменный элемент может быть выполнен петлеобразным с первым концом электрически и жестко механически соединенным с одним из соседних полупроводниковых стержней и вторым концом электрически и жестко механически

МКИ (6) и 01 L 35/28, F 25 В 21/02

соединенным с другим из соседних полунроводниковых стержней (патент США № 5038569, 1991, кл. МКИ F 25 В 21/02, кл. НКИ 62/3.2; 62/3.7).

Концы каждого иеалеобразного теплообменного элементна такой термоэлектрической батареи замкнуты и жесисо соединены между собой.

В этой термоэлектрической батарее улучшена эффективность работы благодаря теплопередаче непосредствешю между полупроводниковыми стержнями и тепяообменаымы элементами, которые одновременно выполняют функции электрических проводников, электрически последовательно соединяющих между собой полупроводниковые стержни.

Однако из-за малой механической про шости и высокой хрупкости полупроводниковых стержней, через каждый из которых передаются все нагрузки при изгибе, сжаши и растяжении, такая термоэлектрическая батарея при черезмерно большой жесткости обладает малой прочностью и может разрушаться не только под воздействием вибраций и внешних нахручок при работе, но даже под действием собственного веса в процессе сборки.

Задачей данной полезной модели является создание высокоэффективной термоэлектрической батареи, обладаюшей высокой механической прочностью, а также облегчение сборки такой термоэлектрической батареи.

Эта задача решена тем, что в термоэлектрической батарее, содержашей, по меньшей мере один, ряд чередз юпщхся полупроводниковых схфжней п типа и / - типа, расположенных продольно на расстозшиях меж;г1у собой, н поперечно расположенные между ними теплообменные элементы из электро- и теплопроводного материала, каждый из которых соединен с двумя соседними полупроводниковыми стержнями, причем, по меньшей мере один, теплообменный элемент выполнен петлеобразным с первым концом, электрически и жеспсо механически соединенным с одним из соседних полупроводниковых стержней, и вторым концом, электрически и жеспсо механически соединенным с другим из соседних полупроводниковых стержней, согласно изобретению, указанный петлеобразный теплообменный элемент вьшолнен незамкнутым с зазором между концами, соединенными с соседними полупроводниковыми стержнями.

Такое вьшолнение термоэлектрической батареи позволяет уменьппггь ее жесткость и разгрузить полупроводниковые стержни от передачи большей части механических нагрузок, которые воспринимаются упруго деформируемыми петлеобразными теплообменными элементами, в результате

чего повьппена прочность термоэлектрической батареи в целом. При этом общее электрическое со1тро1ивлеиие термоэлектрической батареи с незамкнутыми петлеобразными теплобменными элементами. выполн5пощими фушащи электрических проводников между соседними полупроводниковыми стержнями, практически не увеличено благодаря хорошей электропроводности материала тенлообменных элементов.

Каждый незамкнутый петлеобразный теплообменный элемент может быть выполнен из двух частей, жестко соединенных со стороны, противоположной его корщам, соединенным с соседними полупроводниковыми стержнями. Такое выполнение облегчает сборку термоэлектрической батареи при ее изготовлении.

Термоэлекгрическая батарея может быть снабжена, по меньшей мере одним, кожухом, охватьтающим полупроводниковые стержни и концы теплообменных элементов, соединенные с полупроводниковыми стержнями. Такое вьшолнение термоэлектрической батареи улучшает ее эксплуатационные качества благодаря дополнительному повьш1ению ее прочности.

Указанньш кожзх может бьпъ выполнен с пазами для прохода концов теплообменных элементов, соединенных с полупроводниковыми стержнями, и снабжен установленными в пазах уплошителями. Такое вьцю1шенне кожуха облегчаег сборку частей термоэлектрической батареи при ее изготовлении и улучшает эксплуатационные качества термоэлектрической батареи благодаря гермет-изации полупроводниковых стержней.

На чертеже показана термэлектрическая батарея в продольном разрезе.

Термоэлектрическая батарея содержит ряд чередуюшихся полупроводниковых стержней разного типа, а именно - стержни 1 п -типа и стержни 2 р -типа. Стержни 1 и 2 расположены продольно в ряд на расстояниях меткду собой. Между стержнями 1, 2 поперечно расположены теплообменные элементы 3, 4 из электро- и теплопроводного материала, например из меди или сплава на основе меди. Теплообменные элементы 3 выполнены петлеобразными и расположены с одной стороны от ряда полупроводниковых стержней 1,2, а. теплообменные элементы 4 расположены с другой стороны от ряда полупроводниковых стержней I, 2. С крайними полупроводниковыми стержнями соединены электрические проводники 5, 6, предназначенные для соеда1нения термоэлектрической батареи с источником постоянного напряжения (не показан).

Петлеобразные теплообмеиные элементы 3 выполнены незамкн}тыми с зазором т между концами За и ЗЬ. Первый конец За теплообменного элемента 3 электрически и жестко механически соединен с одним из соседних полупроводниковых стержней - со стержнем 2, например принаян к нему, второй конец ЗЬ теплообменного элемента 3 таким же образом электрически и жестко механически соединен с другим из сосед1шх полупроводниковых стержней - со стержнем 1. Каждый тенлообменный элемент 4 выполнен из двух частей 4, 4, которые своими концами 4а, 4Ь электрически и жестко механически соединенными между собой, напримф припаяны один к другому. Конец 4а первой части 4 теплообменного элемента 4 электрически и жестко механически соединен с полупроводниковым стержнем 1, например припаян к нему, конец 4Ь второй части 4 теплообменного элемента 4 таким же образом электрически и жестко механически соединен со следующим соседним полупроводниковым стержнем 2, и т. д.

Каждый теплообменный элемент 3 выполнен из двух частей 3 и 3, которые жестко соединены между собой, например припаяны одна к другой, со стороны 3с, противоположной концам За, ЗЬ. Каждая часть 3, 3 вьтолнена в виде нластины из листового материала. Части 3, 3 имеют одинаковук толщину.

Боковые стороны теплообменных элементов 3, 4 выполнены плоскими и расположены на одинаковых расстояниях между собой, приблизитеШ)НО равных расстояниям между шюскими боковыми сторонами соседвшх теплообменных элементов.

Термоэлектрическая батарея кроме описанных выше полупроводниковых стержней 1 п - типа, полупроводниковых стержней 1 р типа, теплообменных элементов 3, 4 и электрических проводщпсов 5, 6 содержит также кожух 7 из электро- и тенлоизол5щионного материала, например из пластмассы, охватывающий полупроводниковые стержни 1, 2 и концы За, 36, 4а, 4/) теплообменных элементов 3, 4, соединенные с полупроводниковыми стержнями.

Кожух 7 вьшолнен с пазами 8 для прохода концов За, 3/, 4а, Ь теплообменных элементов 3, 4. В пазах 8 установлены уплотнители 9.

Теплообменные элементы 3 и 4 могут быть выполнены с жалюзийными просечками 10, II или другими средствами интенсификации процесса теплообмена.

Сначала спаивают между собой концы 4а, 4h частей 4, 4 каждого теплообменного элемента 4, и к каждому теплообменному элементу 4 с двух сторон припаивают одними своими торцами полупроводниковые стержни 1 и 2. Затем к другим торцам полупроводниковых стержней 1 и 2 припаивают отдельные части 3, 3 теплообменных элементов 3 и припаивают к крайним полупроводниковым стержням электрические проводники 5 и 6. Получен1{ыс узлы вставляют в пазы 8 кожуха 7. Затем спаивают между собой части 3, 3 теплообменных элементов 3 со сторон 3с и герметизируют пазы 8 при помощи уплотнителей 9.

Термоэлектрическая батарея работает следующим образом.

При подключении проводников 5, 6 к источнику постоянного напряжения и протекании тока чфез электрическую цепь, образованную последовательно соединенными полупроводниковыми стержнями 1, 2 и теплообменными :)лементами 3, 4, в результате действия эффекта Пельтье происходит нагрев торцев (не обозначены) полупроводпиковых стержней 1, 2, соединенных с теплообменными элементами 3, и охлаждение торцев (не обозначены) полупроводниковых стержней 1, 2, соединенных с теплообмепными элементами 4. Теплообменные элементы 3 нагревают окружающую их первую текучую среду, например воздух в одном канале (не показан), а теплообменные элементы 4 охлаждают окружающ то их вторую текучую среду, например воздух в другом канале (не показан). Циркуляция текучей среды в каналах может- происходить под действием конвекции или при помощи вентиляторов (не показаны). Жалюзийные просечки 10, 11 теплообмешцых элементов 3, 4 или иные средства интенсификации теплообмена способствуют улучшению теплообмена межд} теплообменными элементами 3, 4 и текучей средой. При изменении полярности напряжения происходит охлаждение теплообмениых элементов 3 и нагрев теплообменных элементов 4. В случае нагрева одних из теплообменных элементов и охлаждении других теплообменных элементов внешним источником тепла создается элекггрическое напряжение между провощшками 5, 6 благодаря эффекту Зеебека.

Полезная модель может быть использована в холодильных и нагревателытых устройствах радиоэлектронной аппаратуры, в бытовых холодильниках и кондиционерах воздуха, а также в преобразователях тепловой энергии в электрическую.

Claims (4)

1. Термоэлектрическая батарея, содержащая по меньшей мере один ряд чередующихся полупроводниковых стержней n-типа и p-типа, расположенных продольно на расстоянии между собой, и поперечно расположенные между ними теплообменные элементы из электро- и теплопроводного материала, каждый из которых соединен с двумя соседними полупроводниковыми стержнями, причем по меньшей мере один теплообменный элемент выполнен петлеобразным с первым концом, электрически и жестко механически соединенным с одним из соседних полупроводниковых стержней, и вторым концом, электрически и жестко механически соединенным с другим из соседних полупроводниковых стержней, отличающаяся тем, что петлеобразный теплообменный элемент выполнен незамкнутым с зазором между его концами, соединенными с соседними полупроводниковыми стержнями.

2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что незамкнутый петлеобразный теплообменный элемент выполнен из двух частей, жестко соединенных между собой со стороны, противоположной его концам.

3. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним кожухом, охватывающим полупроводниковые стержни и концы теплообменных элементов, соединенные с полупроводниковыми стержнями.

4. Батарея по п. 3, отличающаяся тем, что кожух выполнен с пазами для прохода концов теплообменных элементов, соединенных с полупроводниковыми стержнями, и снабжен установленными в пазах уплотнителями.