RU6470U1 - Термоэлектрический охлаждающий модуль - Google Patents

Abstract

1. Термоэлектрический охлаждающий модуль, содержащий 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.2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что коммутационные шины, расположенные на охлаждающей теплообменной пластине, присоединены к ней посредством теплоконтактных соединений, выполненных из упругого клеевого компаунда.3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя упругого клеевого компаунда 10 - 50 мкм.4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что компаунд выполнен из вещества на силоксановой основе.5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что компаунд выполнен из силиконовой резины.6. Модуль по п.1, отличающийся тем, что каждая коммутационная шина присоединена к соответствующей теплообменной пластине посредством теплоконтактного соединения, выполненного в виде слоя упругого клеевого компаунда.7. Модуль по п.6, отличающийся тем, что он выполнен каскадным и состоит из термоэлектрических батарей, разделенных теплообменными пластинами, присоединенными к коммутационным шинам батарей посредством упругого клеевого компаунда.

Description

щб HOI jL 35/28

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОХЛАЖДАЮЩИЙ МОДУЛЬ.

Полезная модель относится к области термоэлектрических устройств и может быть использована в термоэлектрических охлаждающих модулях которые преимущественно эксплуатируются в условиях многократного термоциклирования.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является термоэлектрический охлаждающий модуль «содержащий полуп роводниковые ветви д и р-типов проводимости ,соез1инённые коммутационными шинами которые присоединены соответственно к ох лаждающей и -к теплоотводящей теплообменной пластине (cwoneтент США № 5209786 л, В6-211,оп, 1993) .В известном модуле ветви расположены параллельно ,а ит противолежащие - opueByft поверхности расположены в параллельных плоскостях.При изготовлении модуля проводят предварительную металлизацию отдельных участков теплообменных пластин в соответствии со схемой расположения коммутационных щин в модуле которые затем припаиваются к торцевым поверхностям ветвей и -к нанесенным слоям металла,получая таким образом коистему неразьемных жёстких теплоконтактных соединений.

Недостйтком известного термоэлектрического охлаждающего мо. дуля является низкая эксплуатационная надёжность при работе его в условиях многократного термоциклирования.При резком изменении температуры в процессе термоэлектрического охлаждения возникают значительные термомеханические напряжения в неразьёмных,жёстких соединениях,обусловленные различием коэффициентов термического расширения материалов в сопрягаемых узлах модуля.При этом в теплоконтактных соединениях модуля / появляются микротрещины,что в свою очередь приводит к ухудшению параметров модуля и выходу его из строя.Кроме того известный модуль имеет высокую стоимость вследствие того ,что присоединение коммутационных шин к теплообменной пластине сопряжено с выполнением ряда дорогостоящих операций. Заявленная полезная модель направлена на повышение эксплуатяционной надёжности термоэлектрического модуля,работающего в условиях многократного термоцикжрования и одновременнона снижение стоимости модуля.

Для достижения указанного технического результата в термоэлектрическом охлаждающем модуле содержащем полупроводниковые ветви п и р-типов проводимости соединённых коммутационными шинами«которые присоединены соответственно к охлаждаюшей и -к теплоотводящей теплообменной пластине,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; при этом предпочтительно:посредетвом упругого клеевого компаунда присоединять кoмrvIyтaциoнныe шины ,расположенные на охлаждающей теплообменной пластине; толщину слоя упругого клеевого компаунда выбирать в пределах 10-50 мкм; компаунд выполнять из вещества на силоксановой основе; компаунд выполнять из силиконовой резины; посредством теплоконтактного соединения,выполненного в виде слоя упругого клеевого компаунда,присоединять каждую коммутационную шину модуля; модуль выполнять каскадным и состоящим из термоэлектрических батарей ,разделенных теплообменными пластинами ,которые присоединяются к коммутационным шинам батарей посредством упругого клеевого компаунда,

коммутационная шина присоединяется к теплообменной пластине, в виде слоя клеевого кошаунда позволяет свести к минимуму тепловые сопротивления в зонах соединения слоя с коммутационной шиной и -с теплообменной пластиной,поскольку npw этом исключается образование -воздушных прослоек обладающих исключительно высокими тепловыми сопротивлениями.Выполнение теплоконтактного соединения в виде слоя клеевого компаунда, обладающего упругими свойствами ,позволяет полностью скомпенсировать термомеханические напряжения вследствие того,что при охлаждении или нагреве обеспечивается свободная деформация коммутвцконной шины в слое компаунда.Использование уругого компаунда позволяет при многократном термоциклировании по яявершеним каждого термоцикла восстанавливать первоначальную форму теплоконтактного соединения,что также спопобствует повышению эксплуатационной надёжности.В заявленном модуле каждая коммутационная шина присоединяется к соответствующей теплообменной пластине при помощи ynpjToro клеевого компаунда , при этом слой компаунда может быть сплошным и нанесенным на всю поверхность теплообменной пластины ,к которой примыкают коммутационные шиньиили каждая коммутационная шина может быть присоединена при помощи отдельной клеевой прослойки.В последнем случае соединение осуществляют с использованием трафарета и при этом возможно получение минимальной толщины слоев компаунда.Предпочтительно толщину слоя компаунда выбирать в пределах 10-50 мкм,поскольку при толщине слоя менее 10 мкм не удаётся обеспечить надёжное присоединение теплоконтактных соединений ,а увежчение толщины слоя свыше 50 мкм приводит к неоправданно высоким паразитным перепадам температуры на слое практически без улучшения его прочностных характеристик.Предпочтительно при помощи

упругого клеевого компаунда присоединять коммутационные шины расположенные на охлаждающей теплообменной пластине,Т9К как при термоциклировании наибольшее изменение температур и соответственно термомеханические напряжения,возникают именно в теплоконтактных соединениях,размещённых на этой пластине,в то время как на теплоотводящей пластине изменение температур незначительно вследствие использования дополнительных теплообменников.При помощи теплоконтактных соединений,выполненных из клеевого упругого компаунда предпочтительно присоединять каждую коммута1гионную шину модул я, по скольку при этом обеспечивается компенсация термомеханических напряжений даже без применения вспомогательных теплоотводящих устройств.При этом модуль может быть выполнен каскадным.

Приложенные чертежи изображают: фиг,1-термоэлектрический охлаждающий модуль (вид сбоку) ,фиг.2-теплоконтактное соединение, при помощи которого коммутационная шина присоединена к теплообменной пластине ,фиг.3-5 ермоэлектрический oxлaждa oш Iй модуль (вид сбоку) ,в котором каждая коммутационная шина присоединена к теплообменной пластине при помощи компаунда ,фиг.4-каскадный термоэлектрический охлаждающий модуль (вид сбоку). Термоэлектрический охлаждающий модуль содержит:полупроводниковые ветви а-типа проводимости-1,полупроводниковые ветви р-типа проводимости-;,коммутациокннб шины-3 .паяные соединения коммттапионных шин-4,слои металлизации,присоединённые к теплообменной пластине-5,теплоотводящая теплообменная пластина б, охлаждающая теплообменная пластина-7,теплоконтактные соединения-8,выполненные из упругого клеевого компаунда,размещённые на охлаждающей теплообменной пластине ,теплоконтактные соединения-9 ,выполненные из упругого клеевого компаунда ,размещённые на теплоотводящей теплообменной пластине ,теплоконтактные соединения-Ю,расположенные на нижней поверхности разделительной теплообменной пластины ,т9плоконт8ктные соединвния-11,размещённые на верхней поверхности разделительной теплообменной пластины,раздедительная теплообмённая пластина-1,термоэлектрическая батарея вехнего каскада-13«термоэлектрическая батарея нижнего каскада-14.Ветви-1,2 выполняют ,как правило из высокоэффективных полупроводниковьос материалов,например 3 халькогенидов сурьмы или олова.Коммутационные шины 3 изготавливают из металлов умеющих низкое электрическое сопротивление, обычно из меди,и присоединяют к торцевым поверхностям ветвей при помоиш пайки.Теплообменнь1е пластины 6,7,12 (см.фиг,I, 4) выполняют из высокотеплопроводных изоляционных материалов, таких как окись бериллия или окись алюминия или из металла с оксидированным покрытием ,например ,из алюминия.Теплоконтактные соединения 8,9 ,10 ,11 (см.фиг. 144) выполняют из упругого клеевого компаунда например ,из герметика на кремнийорганической основе типа эластооил 1з7-182 ,или из высокотеплопроводной силиконовой реЗИНЫ,например ,марки ЕЕУ,вулканизация которой происходит при комнатной температуре.Для повышения теплопроводности компаунда в его соотвв могут вводиться мелкодисперсные порошки высокотеплопроводных материалов,таких как серебро ,никель,кремний и т.п.Толшину слоя компаунда 8 (см.фиг«2) при присоединении коммутапионкой шины 3 к теплообменной пластине 7 выбирают в пределах ЛгЮ-ЗОмкм

Термоэлектрический охлаждающий модуль работает следующим образом.На внешней поверхности охлаждающей теплообменной пластины 7 размещают охлаждаемый обьект (на чертеже не показан) ,и к внешней поверхности теплоотводящей пластины 6 пристыковывают теплосьёмное устройство (на чертеже не показано) Источник постоянного тока (на чертеже не показан) присоединяют к концевым коммутационным шинам 3 модуля и пропускают постоянный ток через полупроводниковые ветви 1,2.Вследствие эффекта Пельтье на спаях ветвей 1,2 и коммутационных шргн 3 ,Р8С по ложечных на охлаждающей теплообменной пластине 7 происходит поглощение тепловой энергии и соответственно постепенно охлаждается до требуемой температуры объект ,размещённый на внешней поверхности пластины 7.На спаях ветвей 1,2 и коммутационных шин 3 ,расположенных на теплоотводящей теплообменной пластине 6,происходит выделение тепловой энергии, которая отводится теплосьёмныи устройством.В процессе охлаждения возникают термомеханические напряжения в контактных теплопереходэх модуля,которые компенсируются упругими слоями компаунда ,из которого изготовлены теплоконтактные соединения 8, После выхода на заданный температурный режим охлаждаемый объект выдерживают в течение заданного времени и затем отключают источник постоянного тока ,как правило при помощи блока управления (на чертеже не показан).После отключения ток8 происходит нагрев охлаждающей теплообменной пластины 7 и расположенных на ней теплоконтактных соединений ,и возникающие при этом термомеханические напряжения вновь компенсируются упругими слоями теплоконтактных соединений 8.

В сравнении с известными термоэлектрическими охлаждающими модулями заявленный обладает повышенной надежностью при эксплуатации в условиях многократного термоциклирования (не 600 термоциклов нагрев-охлаждение-в известных модулях несколько тысяч-в за явленном).Кроме того стоимость заявленного модуля на 5 % ниже стоимости известных вследствие того, что упростилось присоединение коммутационных шин к теплобменной пластине.

Claims (7)

1. Термоэлектрический охлаждающий модуль, содержащий 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.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что коммутационные шины, расположенные на охлаждающей теплообменной пластине, присоединены к ней посредством теплоконтактных соединений, выполненных из упругого клеевого компаунда.

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя упругого клеевого компаунда 10 - 50 мкм.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что компаунд выполнен из вещества на силоксановой основе.

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что компаунд выполнен из силиконовой резины.

6. Модуль по п.1, отличающийся тем, что каждая коммутационная шина присоединена к соответствующей теплообменной пластине посредством теплоконтактного соединения, выполненного в виде слоя упругого клеевого компаунда.

7. Модуль по п.6, отличающийся тем, что он выполнен каскадным и состоит из термоэлектрических батарей, разделенных теплообменными пластинами, присоединенными к коммутационным шинам батарей посредством упругого клеевого компаунда.