UA25705U

UA25705U - Thermoelectrical unit

Info

Publication number: UA25705U
Application number: UAA200700194U
Authority: UA
Inventors: Volodymyr Oleksiiovych Nekhai; Radion Heorhiiovych Cherkez
Original assignee: Inst Thermal Electricity
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2007-08-27

Abstract

A thermo-electric unit on the base of p- and n- type conductivity branches with antidiffusion layers and electrothermalcommutating plates located as strips on hot and cold heat exchangers, hermetically sealed around side perimeter by means of protective shield. Inner surfaces of commutative plates and side surfaces of branches are covered with high-thermal conductive dielectric.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до термоелектричних приладів, призначених для охолодження, і знайде 2 застосування у різних галузях науки та техніки. Він може, наприклад, використовуватися для кондиціювання приміщень, охолодження різних рідин та інше.The utility model refers to thermoelectric devices designed for cooling and will find 2 applications in various fields of science and technology. It can, for example, be used for air conditioning, cooling of various liquids, etc.

Відомі пристрої |1, 2), що містять вітки р- та п-типів провідності з відповідних термоелектричних матеріалів, які мають канали (пори) для прокачування теплоносія. Це дозволяє частково використовувати неконтрольовані втрати тепла гілок термоелектричних модулів шляхом передачі тепла потоку газу, що 70 проходить вздовж істотно розвинутих бічних поверхонь його гілок, що веде до деякого збільшення їх ККД.Known devices |1, 2) containing branches of p- and n-type conductivity from appropriate thermoelectric materials, which have channels (pores) for pumping the coolant. This allows you to partially use the uncontrolled heat loss of the branches of thermoelectric modules by transferring heat to the gas flow 70 passing along the significantly developed side surfaces of its branches, which leads to some increase in their efficiency.

З існуючих аналогів найбільш близьким до корисної моделі, яка заявляється є пристрій |З). Він використовує ефект Джоуля-Томпсона для охолодження потоків газу. Такий пристрій також характеризується недостатньою холодопродуктивністю.Of the existing analogues, the device |Z) is the closest to the useful model that is claimed. It uses the Joule-Thompson effect to cool gas streams. Such a device is also characterized by insufficient cooling capacity.

Тому досить актуальним є завдання створення термоелектричного модуля Пельтьє з підвищеною 19 холодопродуктивністю.Therefore, the task of creating a Peltier thermoelectric module with increased cooling efficiency is quite urgent.

Вказане завдання розв'язується тим, що термоелектричний модуль Пельтьє на основі гілок р- та п-типів провідності з антидифузійними шарами та електротеплокомутаційними пластинами у вигляді паралельних смужок, які містяться на гарячому та холодному, герметизованих по своїх бічних периметрах захисним екраном, теплообмінниках, при цьому внутрішні поверхні електротеплокомутаційних пластин та бічні поверхні гілок покриті тонким шаром високотеплопровідного діелектрика; гарячі та холодні теплообмінники містять наскрізні, розташовані паралельно їх бічним ребрам, спряжені з наскрізними під прямим кутом та паралельно ребрам гілок, канали для підводу і відводу рідкого або газоподібного охолоджуваних теплоносіїв; гарячий теплообмінник містить додаткові наскрізні канали для рідкого або газоподібного охолоджуючих теплоносіїв; протилежні грані холодного та гарячого теплообмінників містять колектори для розподілу і пропускання 29 охолоджуваних та охолоджуючих теплоносіїв. вThis task is solved by the fact that the Peltier thermoelectric module based on branches of p- and n-types of conductivity with anti-diffusion layers and electrothermal switching plates in the form of parallel strips, which are contained on hot and cold, sealed on their side perimeters with a protective screen, heat exchangers, at thus, the inner surfaces of the electrothermal switching plates and the side surfaces of the branches are covered with a thin layer of highly thermally conductive dielectric; hot and cold heat exchangers contain through-holes located parallel to their side edges, coupled with through-holes at a right angle and parallel to the edges of the branches, channels for the supply and removal of liquid or gaseous cooled coolants; the hot heat exchanger contains additional through channels for liquid or gaseous cooling coolants; the opposite sides of the cold and hot heat exchangers contain collectors for the distribution and passage of 29 cooled and cooling coolants. in

В корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для термоелектричних модулів Пельтьє на основі гілок р- та п-типів провідності з антидифузійними шарами та електротеплокомутаційними пластинами у вигляді паралельних смужок, які містяться на гарячому та холодному, герметизованих по своїх бічних периметрах захисним екраном, теплообмінниках, при цьому внутрішні поверхні електротеплокомутаційних о пластин та бічні поверхні гілок покриті тонким шаром високотеплопровідного діелектрика; гарячі та холодні ав теплообмінники містять наскрізні, розташовані паралельно їх бічним ребрам, спряжені з наскрізними під прямим кутом та паралельно ребрам гілок, канали для підводу і відводу рідкого або газоподібного охолоджуваних - теплоносіїв; гарячий теплообмінник містить додаткові наскрізні канали для рідкого або газоподібного ою охолоджуючих теплоносіїв; протилежні грані холодного та гарячого теплообмінників містять колектори для 3о розподілу і пропускання охолоджуваних та охолоджуючих теплоносіїв. счA useful model offers a fundamentally new solution for Peltier thermoelectric modules based on branches of p- and n-type conductivity with anti-diffusion layers and electrothermal switching plates in the form of parallel strips, which are contained on hot and cold, sealed on their side perimeters with a protective screen, heat exchangers, with thus, the inner surfaces of the electrothermal switching plates and the side surfaces of the branches are covered with a thin layer of highly thermally conductive dielectric; hot and cold av heat exchangers contain through-holes located parallel to their side edges, coupled with through-holes at a right angle and parallel to the edges of the branches, channels for the supply and removal of liquid or gaseous cooled coolants; the hot heat exchanger contains additional through channels for liquid or gaseous cooling coolants; the opposite sides of the cold and hot heat exchangers contain collectors for 3o distribution and passage of cooled and cooling coolants. high school

На Фіг.1, Фіг.2 представлено схематичні конструкції запропонованого термоелектричного модуля.Fig. 1, Fig. 2 show schematic designs of the proposed thermoelectric module.

Термоелектричний модуль складається (Фіг.1, Фіг.2) з гілок 7 р- та п-типів провідності на основі кристалів Ві-Те-Зе-56 з антидифузійними шарами 6 з нікелю, що розташовані на їх торцевих гранях; пластин 4 з « кераміки 22ХС з мідними електрокомутаційними смужками 5, які послідовно з'єднують вітки 7; холодного 1 та З 50 гарячого 12 теплообмінників з міді; герметичного корпусу 8, який теплоїзолює об'єм конструкції модуля по с периметру теплообмінників 1 і 12 від впливу зовнішнього середовища; двох мідних електровиводів модуля 9;The thermoelectric module consists (Fig. 1, Fig. 2) of branches of 7 p- and n-types of conductivity based on Vi-Te-Ze-56 crystals with anti-diffusion layers 6 of nickel located on their end faces; plates 4 made of 22Khs ceramics with copper electro-switching strips 5, which serially connect branches 7; cold 1 and Z 50 hot 12 copper heat exchangers; hermetic housing 8, which thermally insulates the volume of the module structure along the perimeter of heat exchangers 1 and 12 from the influence of the external environment; two copper terminals of module 9;

Із» шару діелектрика 10 з АІ2Оз товщиною 0,бмм, нанесеного на зовнішні поверхні електрокомутаційних смужок 5 та бічні поверхні гілок 7; наскрізних каналів 2 і 14 в теплообмінниках 1 і 12 та спряжених з ними, відповідно, каналів З і 13, через які входить і виходить охолоджуваний теплоносій. Крім того, гарячий теплообмінник 12 містить додаткові наскрізні канали 11 для пропускання тепловідвідного теплоносія. На бічних поверхнях о теплообмінників 1 і 12 з отворами для теплоносіїв розміщено вхідний колектор 15 з каналами 16 і 18 для подачі 4! охолоджуючого та охолоджуваного теплоносіїв, відповідно, і вихідний колектор 20 з каналом 21 для відбору охолоджуваного теплоносія. Для спряження колекторів 15 і 20 з відповідними отворами внутрішні сторони це. каналів 16, 18 і 21 мають технологічне розширення 17, 19 і 22. ав! 20 Запропонований пристрій працює наступним чином. Електричний струм відповідної полярності за допомогою електровиводів 9 проходить через вітки 7 та внаслідок сумісної дії ефектів Пельтьє і Джоуля викликає розігрів сл нижнього 15 та остигання верхнього 1 теплообмінників. Наступне пропускання рідкого охолоджуючого теплоносія, наприклад води, через колектор 18 веде до деякого зниження температур теплообмінників 1 і 15.From" a layer of dielectric 10 with AI2Oz 0.bmm thick, applied to the outer surfaces of the electrical switching strips 5 and the side surfaces of the branches 7; through channels 2 and 14 in heat exchangers 1 and 12 and connected to them, respectively, channels C and 13, through which the cooled coolant enters and leaves. In addition, the hot heat exchanger 12 contains additional through channels 11 for passing the heat-dissipating coolant. On the side surfaces of heat exchangers 1 and 12 with openings for coolants, an inlet manifold 15 with channels 16 and 18 for supplying 4! cooling and cooled coolant, respectively, and the outlet collector 20 with a channel 21 for the selection of the cooled coolant. For the coupling of collectors 15 and 20 with the corresponding holes of the inner side, it is. channels 16, 18 and 21 have technological expansion 17, 19 and 22. av! 20 The proposed device works as follows. An electric current of the appropriate polarity with the help of electrical terminals 9 passes through the branches 7 and due to the combined action of the Peltier and Joule effects causes the heating of the lower 15 and cooling of the upper 1 heat exchangers. The subsequent passage of a liquid cooling coolant, such as water, through the collector 18 leads to a slight decrease in the temperatures of the heat exchangers 1 and 15.

Подальше протікання рідкого охолоджуваного теплоносія Через колектор 16 і отвори 14, 13 веде до його 22 взаємодії з бічною поверхнею гілок 7 та внутрішньою поверхнею теплообмінника 1, що, в кінцевому результаті, с приводить до його деякого охолодження.Further flow of the cooled liquid coolant through the collector 16 and holes 14, 13 leads to its 22 interaction with the side surface of the branches 7 and the inner surface of the heat exchanger 1, which, as a final result, leads to some cooling of it.

Діелектричний шар 10 виконує функцію електричної ізоляції для запобігання закорочування струму електрокомутаційних смужок 5, гілок 7 та мідних теплообмінників 1 і 12. Герметизація корпусу 8 по периметру теплообмінників зменшує як втрати охолоджуваного теплоносія, так і втрати з бічної частини модуля. 60 Комп'ютерне моделювання та попередні оціночні розрахунки конструкції запропонованого пристрою показали, що за рахунок охолодження теплоносія не тільки холодними спаями гілок р- та п-типів провідності, але і їх бічними поверхнями, його загальна холодопродуктивність збільшується на 2095 у порівнянні з прототипом.The dielectric layer 10 performs the function of electrical insulation to prevent the shorting of the current of the electrical switching strips 5, branches 7 and copper heat exchangers 1 and 12. The sealing of the housing 8 around the perimeter of the heat exchangers reduces both the loss of the cooled coolant and the loss from the side of the module. 60 Computer modeling and preliminary estimation calculations of the design of the proposed device showed that due to the cooling of the coolant not only by the cold junctions of the p- and n-type conductivity branches, but also by their side surfaces, its total cooling capacity increases by 2095 compared to the prototype.

Таким чином, запропонований пристрій характеризується підвищеною холодопродуктивністю та знайде бо широке використання у різних галузях термоелектричного приладобудування.Thus, the proposed device is characterized by increased cooling capacity and will be widely used in various fields of thermoelectric instrumentation.

Література 1. АС СССР Мо162578. Способ повьішения к.п.д. термозлектрического генератора (холодильника). Зорин И.В.References 1. AS USSR Mo162578. The method of increasing efficiency thermoelectric generator (refrigerator). Zorin I.V.

Заявлено 24.06.1961. 2. АС СССР Мо162578. Способ повьішения к.п.д. термозлектрического генератора. Зорин И.В. Заявлено 02.05Л965. 3. Устройство для охлаждения приемников излучения / Под ред. Епифановой В.Й. 1969. - 248б.Announced on 06/24/1961. 2. AS USSR Mo162578. The method of increasing efficiency thermoelectric generator. Zorin I.V. Announced 02.05L965. 3. Device for cooling radiation receivers / Ed. Epifanova V.Y. 1969. - 248b.

Claims

The formula of the invention

1. A thermoelectric module based on branches of p- and n-types of conductivity with anti-diffusion layers and electrothermal switching plates, which differs in that the electrothermal switching plates in the form of parallel strips are placed on hot and cold heat exchangers, sealed on their side perimeters /5 by a protective screen, at the same time, the inner surfaces of the switching plates and the side surfaces of the branches are covered with a thin layer of highly thermally conductive dielectric.

2. The thermoelectric module according to claim 1, which is characterized by the fact that the hot and cold heat exchangers contain through channels located parallel to their side edges and connected to the through channels at right angles and parallel to the edges of the branches for the supply and removal of liquid or gaseous cooled coolant.

3. Thermoelectric module according to claim 1, which is characterized by the fact that the hot heat exchanger contains additional through channels for liquid or gaseous cooling coolant.

4. The thermoelectric module according to claim 1, which is characterized by the fact that the opposite side faces with through channels of heat exchangers contain collectors for the input and output of the cooling and cooled coolant. that 2 IF) "c) in IF) p

- and? ime) 1 -i («c) sl 60 b5