WO2014062094A1 - Thermoelectric module - Google Patents

Thermoelectric module Download PDF

Info

Publication number
WO2014062094A1
WO2014062094A1 PCT/RU2013/000907 RU2013000907W WO2014062094A1 WO 2014062094 A1 WO2014062094 A1 WO 2014062094A1 RU 2013000907 W RU2013000907 W RU 2013000907W WO 2014062094 A1 WO2014062094 A1 WO 2014062094A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plates
thermoelectric
elements
conductive material
intermediate elements
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000907
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Юрий Максимович БЕЛОВ
Original Assignee
Belov Yury Maksimovich
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 Belov Yury Maksimovich filed Critical Belov Yury Maksimovich
Publication of WO2014062094A1 publication Critical patent/WO2014062094A1/en

Links

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
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/81Structural details of the junction
    • H10N10/817Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

Definitions

  • thermoelectric devices the operation of which is based on the use of the Peltier effect, namely, to thermoelectric generators, thermoelectric cooling and heating devices, and, more specifically, to thermoelectric modules included in such devices.
  • thermoelectric modules containing semiconductor thermoelectric elements of p-type and semiconductor thermoelectric elements of p-type, which are located next to each and made with two equidistant end surfaces and with a side surface, plates of heat and conductive material having each inner surface facing the ends of these thermoelectric elements and located at a distance from them, and the outer surface opposite to the first, and intermediate element of heat conductive material and disposed between said thermoelectric elements and said plates and is fixedly connected by their first ends to the ends of the respective thermoelectric elements, and their second ends to said plates (US 3279955A, 1966; US 5841064A, 1998).
  • thermoelectric modules of this type the ends of the intermediate elements are connected to the plates by means of a connecting heat and conductive material located between the ends of the intermediate elements and the inner surfaces of the plates.
  • An object of the present invention is to provide thermoelectric modules of the indicated type, the manufacture of which simplifies the process of connecting intermediate elements pre-connected to thermoelectric elements with plates of thermally and electrically conductive material.
  • thermoelectric module containing p-type semiconductor thermoelectric elements and ⁇ -type semiconductor thermoelectric elements that are adjacent and each are made with two equidistant end surfaces and a side surface, plates of heat and conductive material having each inner surface facing the ends of thermoelectric elements and located at a distance from them, and the outer surface opposite to the first, and intermediate elements of thermally and electrically conductive material located between thermoelectric elements and plates and permanently connected with their first ends with the ends of the corresponding thermoelements and their second ends with plates, according to the invention, openings are made in the plates against the semiconductor thermoelectric elements, and the second ends of the intermediate elements are connected with plates by means of heat and electrically conductive material through holes in said plates.
  • This embodiment of the module simplifies the manufacturing process of the modules in mass production as a result of the fact that it allows simultaneously and from the outside to connect all thermoelectric elements with pre-connected intermediate elements from the heat and electrically conductive material to the plates of the heat and conductive material.
  • This embodiment of the module allows the manufacture of modules in mass production using conventional materials.
  • Galvanically deposited metal can also be used as the specified connecting material introduced into the holes of the plates.
  • This design of the module also allows the manufacture of modules in mass production, makes it possible to produce thermoelectric modules operating at high temperatures, which is important for modules used in thermoelectric generators.
  • the cross-sectional area of the second intermediate elements at the junction with the plates may be less than the cross-sectional area of the first ends of the intermediate elements at the junction with the ends of the thermoelectric elements.
  • This embodiment of the module allows to provide some elasticity of the connection of intermediate thermoelements with plates of thermally and electrically conductive material and to reduce the distance between thermoelectric elements in the module, which is of particular importance for the modules used in thermoelectric generators.
  • Especially effective is the use of copper as a connecting material, which has high thermal and electrical conductivity and high ductility.
  • Intermediate elements may at least partially enter the holes of the plates.
  • This embodiment of the module allows the fixation of thermoelectric elements in the manufacturing process without the use of additional materials, and the increased sizes of the parts of the intermediate elements protruding beyond the plane of the outer surface of the plates allow increasing the outer surface of the module, which is important for improving heat transfer.
  • the inner surfaces of these plates can be connected to sheets of heat and electrical insulation material having through holes located opposite the holes of the plates.
  • This embodiment simplifies the manufacture of modules due to the fact that it allows you to form plates of heat and conductive material on sheets of heat and electrical insulation material and connect the plates with intermediate elements.
  • thermoelectric elements and, in part, intermediate elements can be coated with a layer of heat and electrical insulation material.
  • This embodiment protects the thermoelectric elements from solder or deposited metal in the manufacture of the module, and also improves the insulation of the thermoelectric elements during operation of the device in which the thermoelectric module is used.
  • figure 1 is a General view of a thermoelectric module according to the present invention.
  • figure 2 is a General view of the constituent elements of a thermoelectric module according to the present invention, somewhat spaced;
  • FIG. 3 is a sectional view of an embodiment of a thermoelectric module according to the present invention
  • FIG. 4 is a sectional view of the constituent elements of a variant of a thermoelectric module according to the present invention, somewhat spaced.
  • FIG. 5-12 embodiments of location A of FIG. 3;
  • thermoelectric module comprises p-type semiconductor thermoelectric elements 1, ⁇ -type semiconductor thermoelectric elements 2, which are " adjacent, and plates 3 of heat and electrically conductive material.
  • thermoelectric element 1, 2 (Fig. 4) is made with two equidistant surfaces 1 ', 1 "and 2', 2" and with a side surface V "or 2".
  • Each plate 3 (Fig. 4) has an inner surface 3 'facing the ends of the thermoelectric elements and located at a distance from them (Fig. 3), and an outer surface 3 "opposite to the surface 3' (Fig. 4).
  • intermediate elements 4 are made of thermally and electrically conductive material, for example, copper, which is inseparably connected with its first ends 4 '(Fig. 4) with the ends of the corresponding thermoelectric elements 1 and 2.
  • a layer of nickel and other metals (not shown in the drawings) is made, which prevents the diffusion of copper into the material of the thermoelectric elements.
  • the second ends 4 "of the intermediate elements are directed to the plates 3 (Fig. 4) and connected with them (Fig. 3).
  • the cross-sectional area of the second ends 4" (Fig. 4) of the intermediate elements at the junctions with the plates 3 is less than the cross-sectional area cross-sections of the first ends 4 'of the intermediate elements at the junctions with the ends of the thermoelectric elements.
  • the inner surfaces 3 '(Fig. 4) of the plates 3 are connected to sheets 5 of heat and electrical insulation material (Figs. 3 and 4).
  • thermoelectric elements 1 and 2 Fig. 4
  • through holes are made that are located opposite the holes of the plates.
  • the second ends 4 "of the intermediate elements 4 are connected to the plates 3 by means of heat and conductive material 7 introduced into the holes 6 of the plates 3 (Fig. 3).
  • Solder is used as the material 7 introduced into the holes 6 of the plates 3 (in one embodiment modulus) and a galvanically deposited metal, for example copper (in another embodiment) or electrically and thermally conductive materials deposited by deposition paths in vacuum or electrochemically.
  • a galvanically deposited metal for example copper (in another embodiment) or electrically and thermally conductive materials deposited by deposition paths in vacuum or electrochemically.
  • thermoelectric elements 1, 2 and partially intermediate elements 4 are covered with a layer 8 of heat and electrical insulation material (Figs. 3, 4).
  • FIGs. 5-12 embodiments of location A (Fig. 3) of intermediate elements 4 with plates 3 are shown.
  • the second ends 4 "of the intermediate elements 4 can be located at some distance from the outer surface 3" of the plates 3 (Fig. 7).
  • the heat and conductive material 7 can connect the side surface 4 ′′ (FIG. 4) of the intermediate elements with the plates 3 (FIGS. 5, 6, 8-11).
  • the holes 6 in the plates 3 can be made with chamfers (not indicated) on the inner (Fig. 5) and the outer side of the plates (Fig. 6).
  • the edges of the holes 6 in the plates 3 can be bent towards the outer (Fig. 10, 11, 12) and inner (Fig. 8, 9) surface of the plates.
  • the surface or part of the surface of the second ends 4 "of the intermediate elements 4 may have a spherical shape (Fig. 10, 12).
  • the connecting material 7 can connect the inner surface of the hole 6 and the side surface 4 "of the intermediate elements 4 (Fig. 5, 6).
  • the connecting material 7 may cover the outer surface
  • the connecting material 7 can cover the entire outer surface of the surface 3 "of the plates 3 (Fig. 9, 11, 12).
  • thermoelectric module can be manufactured as follows.
  • thermoelectric materials On both sides of the plate (flat washer) of p-type and p-type thermoelectric materials, a coating is applied to prevent the diffusion of copper into the plate material, and both sides of the plates are coated with connecting flat elements made of heat and conductive material such as copper. Then, along planes perpendicular to the flat sides of the obtained semi-finished products, they are cut into pieces so that the corresponding semiconductor elements are obtained, to which the intermediate elements are connected. At the same time, parts of the intermediate elements are cut or sequentially cut so that the cross-sectional area of the ends of the intermediate elements remote from the ends of the thermoelectric elements is smaller than the cross-sectional area of the ends of the intermediate elements at their junctions with the ends of the thermoelectric elements.
  • thermocouples cover the side surfaces of the thermocouples and partially the surfaces of the intermediate elements with a layer of heat and electrical insulation material.
  • plates of heat and conductive material with holes are formed on sheets of heat and electrical insulation material with holes corresponding to the location of semiconductor thermoelectric elements in the module.
  • Sheets with plates are mounted on a package of semiconductor elements with intermediate elements attached to them. From the outer surfaces of the plates, a heat and conductive material is applied in the form of galvanically deposited copper, or a connecting material is introduced in the form of solder, which is heated.
  • the outer surfaces of the plates can be cleaned of excess solder or galvanically deposited metal. If necessary, they process the surface of the set of plates until the flatness of the module is restored. Moreover, the necessary distance between the outer planes of the plates can be additionally provided.
  • the plates may be made of bimetallic conductors, for example, clad aluminum.
  • the plates and the connecting heat and electrically conductive material may be coated with a thermally conductive insulating material, for example aluminum oxide.
  • the formation of plates of thermally conductive material can be carried out after joining sheets of thermally conductive material with holes made in them and semiconductor thermoelectric elements connected to intermediate elements.
  • thermoelectric devices thermoelectric cooling and heating devices
  • the outer surfaces of the plates are connected to the heat transfer elements of the devices or are part of the channel for the passage of coolant (not shown in the drawings).
  • Electric circuits formed by plates 3, intermediate elements 4 and thermoelectric elements 1, 2 are connected in generators to the consumer of electricity, and in cooling and heating devices to a source of electricity (not shown in the drawings).
  • the invention can be applied in thermoelectric generators, thermoelectric cooling and heating devices.

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to thermoelectric devices, the operation of which is based on the use of the Peltier effect, and specifically to thermoelectric generators, thermoelectric cooling and heating devices and, more specifically, to thermoelectric modules included in such devices. The problem addressed by the present invention is that of producing thermoelectric modules of the type mentioned, in the manufacturing of which the process for connection to plates consisting of thermally and electrically conductive material of intermediate elements preconnected to thermoelectric elements is simplified. This problem is solved in that, in the thermoelectric module comprising semiconductive p-type thermoelectric elements and semiconductive n-type thermoelectric elements, which are arranged next to one another and each of which has two equidistant end surfaces and a lateral surface, plates consisting of thermally conductive and electrically conductive material, each plate having an internal surface facing the ends of the thermoelectric elements and arranged at a distance therefrom, and an external surface opposite the first surface, and intermediate elements consisting of thermally conductive and electrically conductive material, which are arranged between the thermoelectric elements and plates, and are nondetachably connected by the first ends thereof to the ends of the corresponding thermoelements, and by the second ends thereof to the plates, according to the invention through -openings are formed in the plates opposite the semiconductive thermoelectric elements, and the second ends of the intermediate elements are connected to the plates by means of thermally conductive and electrically conductive material via openings in said plates.

Description

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ  THERMOELECTRIC MODULE
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ FIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам, работа которых основана на использовании эффекта Пельтье, а именно - к термоэлектрическим генераторам, термоэлектрическим охлаждающим и нагревательным устройствам, и, более конкретно - к термоэлектрическим модулям, входящим в состав таких устройств. The invention relates to thermoelectric devices, the operation of which is based on the use of the Peltier effect, namely, to thermoelectric generators, thermoelectric cooling and heating devices, and, more specifically, to thermoelectric modules included in such devices.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND OF THE INVENTION
Известны термоэлектрические модули, содержащие полупроводниковые термоэлектрические элементы р-типа и полупровоодниковые термоэлектрические элементы п- типа, которые расположены рядом и выполнены каждый с двумя эквидистантными торцевыми поверхностями и с боковой поверхностью, пластины из тепло- и электропроводного материала, имеющие каждая внутреннюю поверхность, обращенную к торцам указанных термоэлектрических элементов и расположенную на расстоянии от них, и наружную поверхность, противоположную первой, и промежуточные элементы из тепло- и электропроводного материала, расположенные между указанными термоэлектрическими элементами и указанными пластинами и неразъемно соединенные своими первыми концами с торцами соответствующих термоэлектрических элементов, и своими вторыми концами с указанными пластинами (US 3279955А, 1966; US 5841064А, 1998). Known thermoelectric modules containing semiconductor thermoelectric elements of p-type and semiconductor thermoelectric elements of p-type, which are located next to each and made with two equidistant end surfaces and with a side surface, plates of heat and conductive material having each inner surface facing the ends of these thermoelectric elements and located at a distance from them, and the outer surface opposite to the first, and intermediate element of heat conductive material and disposed between said thermoelectric elements and said plates and is fixedly connected by their first ends to the ends of the respective thermoelectric elements, and their second ends to said plates (US 3279955A, 1966; US 5841064A, 1998).
В известных термоэлектрических модулях указанного типа концы промежуточных элементов соединены с пластинами посредством соединительного тепло- и электропроводного материала, расположенного между концами промежуточных элементов и внутренними поверхностями пластин.  In known thermoelectric modules of this type, the ends of the intermediate elements are connected to the plates by means of a connecting heat and conductive material located between the ends of the intermediate elements and the inner surfaces of the plates.
При изготовлении таких модулей возникают проблемы с введением соединительного материала между концами промежуточных элементов и внутренними поверхностями пластин, особенно при использовании припоев в качестве соединительного материала. Кроме того, при использовании в качестве соединительного материала припоев, возникают проблемы с обеспечением температурных режимов пайки, необходимых для сохранения прочности соединения предварительно соединенных термоэлектрических и промежуточных элементов с полупроводниковыми термолектрическими элементами. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Задачей настоящего изобретения является создание термоэлектрических модулей указанного типа, при изготовлении которых упрощен процесс соединения с пластинами из тепло- и электропроводного материала промежуточных элементов, предварительно соединенных с термоэлектрическми элементами. In the manufacture of such modules, problems arise with the introduction of the connecting material between the ends of the intermediate elements and the inner surfaces of the plates, especially when using solders as the connecting material. In addition, when using solders as a connecting material, problems arise with providing temperature soldering conditions necessary to maintain the strength of the connection of pre-connected thermoelectric and intermediate elements with semiconductor thermoelectric elements. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide thermoelectric modules of the indicated type, the manufacture of which simplifies the process of connecting intermediate elements pre-connected to thermoelectric elements with plates of thermally and electrically conductive material.
Эта задача решена тем, что в термоэлектрическом модуле, содержащем полупроводниковые термоэлектрические элементы р-типа и полупроводниковые термоэлектрические элементы η-типа, которые расположены рядом и выполнены каждый с двумя эквидистантными торцевыми поверхностями и с боковой поверхностью, пластины из тепло- и электропроводного материала, имеющие каждая внутреннюю поверхность, обращенную к торцам термоэлектрических элементов и расположенную на расстоянии от них, и наружную поверхность, противоположную первой, и промежуточные элементы из тепло- и электропроводного материала, расположенные между термоэлектрическими элементами и пластинами и неразъемно соединенные своими первыми концами с торцами соответствующих термоэлементов, и своими вторыми концами с пластинами, согласно изобретению в пластинах против полупроводниковых термоэлектрических элементов выполнены свозные отверстия, и вторые концы промежуточных элементов соединены с пластинами посредством тепло- и электропроводного материала через отверстия в указанных пластинах.  This problem is solved in that in a thermoelectric module containing p-type semiconductor thermoelectric elements and η-type semiconductor thermoelectric elements that are adjacent and each are made with two equidistant end surfaces and a side surface, plates of heat and conductive material having each inner surface facing the ends of thermoelectric elements and located at a distance from them, and the outer surface opposite to the first, and intermediate elements of thermally and electrically conductive material located between thermoelectric elements and plates and permanently connected with their first ends with the ends of the corresponding thermoelements and their second ends with plates, according to the invention, openings are made in the plates against the semiconductor thermoelectric elements, and the second ends of the intermediate elements are connected with plates by means of heat and electrically conductive material through holes in said plates.
Такое выполнение модуля упрощает процесс изготовления модулей при массовом производстве в результате того, что позволяет одновременно, и с внешней стороны, соединять с пластинами из тепло- и электропроводного материала все термоэлектрические элементы с предварительно соединенными промежуточными элементами из тепло- и электропроводного материала.  This embodiment of the module simplifies the manufacturing process of the modules in mass production as a result of the fact that it allows simultaneously and from the outside to connect all thermoelectric elements with pre-connected intermediate elements from the heat and electrically conductive material to the plates of the heat and conductive material.
В качестве указанного соединительного материала введенного в отверстие может быть использован припой. Такое выполнение модуля позволяет изготавливать модули в условиях массового производства с применением обычных материалов.  As the specified connecting material introduced into the hole can be used solder. This embodiment of the module allows the manufacture of modules in mass production using conventional materials.
В качестве указанного соединительного материала, введенного в отверстия пластин, может быть использован также гальванически осажденный металл. Такое исполнение модуля также позволяеющее изготавливать модули в условиях массового производства, дает возможность изготавливать термоэлектрические модули, работающие при высоких температурах, что имеет значение для модулей, используемых в термоэлектрических генераторах. Площадь поперечного сечения вторых промежуточных элементов в местах соединения с пластинами может быть меньше, чем площадь поперечного сечения первых концов промежуточных элементов в местах соединения с торцами термоэлектрических элементов. Такое выполнение модуля позволяет обеспечить некоторую эластичность соединения промежуточных термоэлементов с пластинами из тепло- и электропроводного материала и уменьшить расстояния между термоэлектрическими элементами в модуле, что имеет особое значение для модулей, используемых в термоэлектрических генераторах. Особенно эффективно применение в качестве соединительного материала меди, обладающей высокой тепло- и электропроводностью и высокой пластичностью. Galvanically deposited metal can also be used as the specified connecting material introduced into the holes of the plates. This design of the module also allows the manufacture of modules in mass production, makes it possible to produce thermoelectric modules operating at high temperatures, which is important for modules used in thermoelectric generators. The cross-sectional area of the second intermediate elements at the junction with the plates may be less than the cross-sectional area of the first ends of the intermediate elements at the junction with the ends of the thermoelectric elements. This embodiment of the module allows to provide some elasticity of the connection of intermediate thermoelements with plates of thermally and electrically conductive material and to reduce the distance between thermoelectric elements in the module, which is of particular importance for the modules used in thermoelectric generators. Especially effective is the use of copper as a connecting material, which has high thermal and electrical conductivity and high ductility.
Промежуточные элементы могут по меньшей мере частично входить в отверстия пластин. Такое выполнение модуля позволяет обеспечить фиксацию термоэлектрических элементов в процессе изготовления без применения дополнительных материалов, а увеличенные размеры частей промежуточных элементов, выступающих за плоскость наружной поверхности пластин, позволяют увеличить площадь наружной поверхности модуля, что важно для улучшения теплопередачи.  Intermediate elements may at least partially enter the holes of the plates. This embodiment of the module allows the fixation of thermoelectric elements in the manufacturing process without the use of additional materials, and the increased sizes of the parts of the intermediate elements protruding beyond the plane of the outer surface of the plates allow increasing the outer surface of the module, which is important for improving heat transfer.
Внутренние поверхности указанных пластин могут быть соединены с листами из тепло- и электроизоляционного материала, имеющими сквозные отверстия, расположенные против отверстий пластин. Такое выполнение упрощает изготовление модулей за счет того, что позволяет формировать пластины из тепло- и электропроводного материала на листах из тепло- и электроизоляционного материала и соединять пластины с промежуточными элементами.  The inner surfaces of these plates can be connected to sheets of heat and electrical insulation material having through holes located opposite the holes of the plates. This embodiment simplifies the manufacture of modules due to the fact that it allows you to form plates of heat and conductive material on sheets of heat and electrical insulation material and connect the plates with intermediate elements.
Боковые поверхности термоэлектрических элементов и, частично, промежуточные элементы, могут быть покрыты слоем тепло- и электроизоляционного материала. Такое выполнение обеспечивает защиту термоэлектрических элементов от попадания припоя или осажденного металла при изготовлении модуля, а также улучшает изоляцию термоэлектрических элементов при работе устройства, в котором использован термоэлектрический модуль.  The lateral surfaces of thermoelectric elements and, in part, intermediate elements, can be coated with a layer of heat and electrical insulation material. This embodiment protects the thermoelectric elements from solder or deposited metal in the manufacture of the module, and also improves the insulation of the thermoelectric elements during operation of the device in which the thermoelectric module is used.
Далее изобретение раскрыто на примере осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.  The invention is further disclosed by way of example with reference to the attached drawings.
КРАТКОЕ ОПИСПНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ На приложенных чертежах изображено: BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS OF THE DRAWINGS The accompanying drawings show:
на фиг.1 - общий вид термоэлектрического модуля согласно настоящему изобретению;  figure 1 is a General view of a thermoelectric module according to the present invention;
на фиг.2 - общий вид составляющих элементов термоэлектрического модуля согласно настоящему изобретению, несколько разнесенных;  figure 2 is a General view of the constituent elements of a thermoelectric module according to the present invention, somewhat spaced;
на фиг.З - разрез варианта термоэлектрического модуля согласно настоящему изобретению; на фиг. 4 - разрез составляющих элементов варианта термоэлектрического модуля согласно настоящему изобретению, несколько разнесенных. Fig. 3 is a sectional view of an embodiment of a thermoelectric module according to the present invention; in FIG. 4 is a sectional view of the constituent elements of a variant of a thermoelectric module according to the present invention, somewhat spaced.
на фиг. 5-12 - варианты исполнения места А фиг.З;  in FIG. 5-12 - embodiments of location A of FIG. 3;
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Как показанно на фиг. 1-3 термоэлектрический модуль содержит полупроводниковые термоэлектрические элементы 1 р-типа, полупроводниковые термоэлектрические элементы 2 η-типа, которые " расположенны рядом, и пластины 3 из тепло- и электропроводного материала. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As shown in FIG. 1-3, the thermoelectric module comprises p-type semiconductor thermoelectric elements 1, η-type semiconductor thermoelectric elements 2, which are " adjacent, and plates 3 of heat and electrically conductive material.
Каждый термоэлектрический элемент 1, 2 (фиг. 4) выполнен с двумя эквидистантными поверхностями 1', 1" и 2', 2" и с боковой поверхностью V" или 2"'.  Each thermoelectric element 1, 2 (Fig. 4) is made with two equidistant surfaces 1 ', 1 "and 2', 2" and with a side surface V "or 2".
Каждая пластина 3 (фиг. 4) имеет внутреннюю поверхность 3', обращенную к торцам термоэлектрических элементов и расположенную на расстоянии от них (фиг. 3), и наружную поверхность 3", противоположную поверхности 3' (фиг. 4).  Each plate 3 (Fig. 4) has an inner surface 3 'facing the ends of the thermoelectric elements and located at a distance from them (Fig. 3), and an outer surface 3 "opposite to the surface 3' (Fig. 4).
Между термоэлектрическими элементами 1 и 2 и пластинами 3 (фиг. 3) расположены промежуточные элементы 4 из тепло- и электропроводного материала, например из меди, неразъемно соединенного своими первыми концами 4' (фиг. 4) с торцами соответствующих термоэлектрических элементов 1 и 2. Между каждым промежуточным элементом 4 из меди и полупроводниковым термоэлектрическим элементом 1 и 2 выполнен слой никеля и других металлов (не показан на чертежах), препятствующий диффузии меди в материал термоэлектрических элементов. Вторые концы 4" промежуточных элементов направлены к пластинам 3 (фиг. 4) и соединены с ними (фиг. 3). Площадь поперечного сечения вторых концов 4" (фиг. 4) промежуточных элементов в местах соединения с пластинами 3 меньше, чем площадь поперечного сечения первых концов 4' промежуточных элементов в местах соединения с торцами термоэлектрических элементов.  Between the thermoelectric elements 1 and 2 and the plates 3 (Fig. 3), intermediate elements 4 are made of thermally and electrically conductive material, for example, copper, which is inseparably connected with its first ends 4 '(Fig. 4) with the ends of the corresponding thermoelectric elements 1 and 2. Between each intermediate element 4 of copper and the semiconductor thermoelectric element 1 and 2, a layer of nickel and other metals (not shown in the drawings) is made, which prevents the diffusion of copper into the material of the thermoelectric elements. The second ends 4 "of the intermediate elements are directed to the plates 3 (Fig. 4) and connected with them (Fig. 3). The cross-sectional area of the second ends 4" (Fig. 4) of the intermediate elements at the junctions with the plates 3 is less than the cross-sectional area cross-sections of the first ends 4 'of the intermediate elements at the junctions with the ends of the thermoelectric elements.
Внутренние поверхности 3' (фиг. 4) пластин 3 соединены с листами 5 из тепло- и электроизоляционного материала (фиг. 3 и 4).  The inner surfaces 3 '(Fig. 4) of the plates 3 are connected to sheets 5 of heat and electrical insulation material (Figs. 3 and 4).
В пластинах 3 против термоэлектрических элементов 1 и 2 выполнены сквозные отверстия 6 (фиг. 4). В листах 5 выполнены сквозные отверстия (не обозначены) расположенные против отверстий пластин.  In the plates 3, through holes 6 are made against thermoelectric elements 1 and 2 (Fig. 4). In sheets 5, through holes (not indicated) are made that are located opposite the holes of the plates.
Вторые концы 4" промежуточных элементов 4 соединены с пластинами 3 посредством тепло- и электропроводного материала 7, введенного в отверстия 6 пластин 3 (фиг. 3). В качестве материала 7, введенного в отверстия 6 пластин 3, использован припой (в одном варианте исполнения модуля) и гальванически осажденный металл, например медь (в другом варианте исполнения) или электро- и теплопроводные материалы, нанесенные путей осаждения в вакууме или электрохимически. 201 The second ends 4 "of the intermediate elements 4 are connected to the plates 3 by means of heat and conductive material 7 introduced into the holes 6 of the plates 3 (Fig. 3). Solder is used as the material 7 introduced into the holes 6 of the plates 3 (in one embodiment modulus) and a galvanically deposited metal, for example copper (in another embodiment) or electrically and thermally conductive materials deposited by deposition paths in vacuum or electrochemically. 201
Боковые поверхности V", 2"' термоэлектрических элементов 1, 2 и частично промежуточные элементы 4, покрыты слоем 8 тепло- и электроизоляционного материала (фиг 3, 4). The lateral surfaces V ", 2" 'of thermoelectric elements 1, 2 and partially intermediate elements 4 are covered with a layer 8 of heat and electrical insulation material (Figs. 3, 4).
На фиг 5-12 показаны варианты исполнения места А (фиг. 3) промежуточных элементов 4 с пластинами 3.  In Figs. 5-12, embodiments of location A (Fig. 3) of intermediate elements 4 with plates 3 are shown.
Промежуточные элементы 4 могут входить в отверстия в пластинах (фиг. 5, 6, 8-12).  Intermediate elements 4 can enter the holes in the plates (Fig. 5, 6, 8-12).
Вторые концы 4" промежуточных элементов 4 могут располагаться на некотором расстоянии от наружной поверхности 3" пластин 3 (фиг. 7).  The second ends 4 "of the intermediate elements 4 can be located at some distance from the outer surface 3" of the plates 3 (Fig. 7).
Тепло- и электропроводный материал 7 может соединять боковую поверхность 4"' (фиг. 4) промежуточных элементов с пластинами 3 (фиг. 5, 6, 8-11).  The heat and conductive material 7 can connect the side surface 4 ″ (FIG. 4) of the intermediate elements with the plates 3 (FIGS. 5, 6, 8-11).
Отверстия 6 в пластинах 3 (фиг. 4) могут быть выполнены с фасками (не обозначены) на внутренней (фиг. 5) и наружной стороне пластин (фиг. 6).  The holes 6 in the plates 3 (Fig. 4) can be made with chamfers (not indicated) on the inner (Fig. 5) and the outer side of the plates (Fig. 6).
Края отверстий 6 в пластинах 3 могут быть изогнуты в сторону наружной (фиг. 10, 11, 12) и внутренней (фиг. 8, 9) поверхности пластин.  The edges of the holes 6 in the plates 3 can be bent towards the outer (Fig. 10, 11, 12) and inner (Fig. 8, 9) surface of the plates.
Поверхность или часть поверхности вторых концов 4" промежуточных элементов 4 может иметь сферическую форму (фиг. 10, 12).  The surface or part of the surface of the second ends 4 "of the intermediate elements 4 may have a spherical shape (Fig. 10, 12).
Соединительный материал 7 может соединять внутреннюю поверхность отверстия 6 и боковую поверхностью 4"' промежуточных элементов 4 (фиг. 5, 6).  The connecting material 7 can connect the inner surface of the hole 6 and the side surface 4 "of the intermediate elements 4 (Fig. 5, 6).
Соединительный материал 7 может покрывать наружную поверхность The connecting material 7 may cover the outer surface
3" пластин 3 (фиг 8-12). 3 "plates 3 (FIGS. 8-12).
Соединительный материал 7 может покрывать всю наружную поверхность поверхность 3" пластин 3 (фиг. 9, 11, 12).  The connecting material 7 can cover the entire outer surface of the surface 3 "of the plates 3 (Fig. 9, 11, 12).
Описанный термоэлектрический модуль может быть изготовлен следующим оборазом.  The described thermoelectric module can be manufactured as follows.
На обе стороны пластины (плоской шайбы) из термоэлектрических материалов р-типа и п- типа наносят покрытие, препятствующее дифузии меди в материал пластин, и обе стороны пластин покрывают соединяемыми с ними плоскими элементами, изготовленными из тепло- и электропроводного материала, например меди. Затем по плоскостям, перпендикулярным плоским сторонам полученных изделий-полуфабрикатов, разрезают их на части так, что получаются соответствующие полупроводниковые элементы, с которыми соединены промежуточные элементы. Одновременно с этим или последовательно срезают части промежуточных элементов для того, чтобы площадь поперечного сечения концов промежуточных элементов, удаленных от торцев термоэлектрических элементов, была меньше, чем площадь поперечного сечения концов промежуточных элементов в местах их соединения с торцами термоэлектрических элементов. Затем покрывают боковые поверхности термоэлементов и частично поверхности промежуточных элементов слоем тепло- и электроизоляционного материала. Параллельно, на листах из тепло- и электроизоляционного материала формируют пластины из тепло- и электропроводного материала с отверстиями, расположение которых соответствует расположению полупроводниковых термоэлектрических элементов в модуле. On both sides of the plate (flat washer) of p-type and p-type thermoelectric materials, a coating is applied to prevent the diffusion of copper into the plate material, and both sides of the plates are coated with connecting flat elements made of heat and conductive material such as copper. Then, along planes perpendicular to the flat sides of the obtained semi-finished products, they are cut into pieces so that the corresponding semiconductor elements are obtained, to which the intermediate elements are connected. At the same time, parts of the intermediate elements are cut or sequentially cut so that the cross-sectional area of the ends of the intermediate elements remote from the ends of the thermoelectric elements is smaller than the cross-sectional area of the ends of the intermediate elements at their junctions with the ends of the thermoelectric elements. Then cover the side surfaces of the thermocouples and partially the surfaces of the intermediate elements with a layer of heat and electrical insulation material. At the same time, plates of heat and conductive material with holes are formed on sheets of heat and electrical insulation material with holes corresponding to the location of semiconductor thermoelectric elements in the module.
Собирают чередующиеся полупроводниковые элементы р-типа и п-типа с прикрепленными к ним промежуточными элементами в пакет, в котором эти элементы расположены рядом друг с другом. Листы с пластинами устанавливают на пакет из полупроводниковых элементов с прикрепленными к ним промежуточными элементами. Со стороны наружных поверхностей пластин наносят тепло- и электропроводный материал в виде гальванически осажденной меди, или вводят соединительный материал в виде припоя, который подвергают нагреву.  Collect alternating p-type and p-type semiconductor elements with intermediate elements attached to them in a bag in which these elements are located next to each other. Sheets with plates are mounted on a package of semiconductor elements with intermediate elements attached to them. From the outer surfaces of the plates, a heat and conductive material is applied in the form of galvanically deposited copper, or a connecting material is introduced in the form of solder, which is heated.
При необходимости, наружные поверхности пластин могут быть зачищены от излишков припоя или гальванически осажденного металла. При необходимости обрабатывают поверхность совокупности пластин до восстановления плоскостности модуля. При этом дополнительно может быть обеспечено и необходимое расстояние между внешними плоскостями пластин.  If necessary, the outer surfaces of the plates can be cleaned of excess solder or galvanically deposited metal. If necessary, they process the surface of the set of plates until the flatness of the module is restored. Moreover, the necessary distance between the outer planes of the plates can be additionally provided.
Пластины могут быть выполнены из биметаллических проводников, например из плакированного алюминия.  The plates may be made of bimetallic conductors, for example, clad aluminum.
Пластины и соединительный тепло- и электропроводный материал могут быть покрыты теплопроводным электроизоляционным материалом, например оксидом аллюминия.  The plates and the connecting heat and electrically conductive material may be coated with a thermally conductive insulating material, for example aluminum oxide.
Методами планарной технологии формирование пластин из тепло- электропроводного материала может быть осуществлено после соединения листов из тепло- электропроводного материала с выполненными в них отверстиями и полупроводниковых термоэлектрических элементов, соединенных с промежуточными элементами.  By the methods of planar technology, the formation of plates of thermally conductive material can be carried out after joining sheets of thermally conductive material with holes made in them and semiconductor thermoelectric elements connected to intermediate elements.
В термоэлектрических устройствах - термоэлектрических генераторах, термоэлектрических охлаждающих и нагревательных устройствах наружние поверхности пластин соединены с теплопередающими элементами устройств или являются частью канала для прохода теплоносителя (не показаны на чертежах). Электрически цепи, образованные пластинами 3, промежуточными элементами 4 и термоэлектрическими элементами 1, 2, подключены в генераторах к потребителю электроэнергии, а в охлаждающих и нагревательных устройствах к источнику электроэнергии (не показаны на чертежах). ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ  In thermoelectric devices - thermoelectric generators, thermoelectric cooling and heating devices, the outer surfaces of the plates are connected to the heat transfer elements of the devices or are part of the channel for the passage of coolant (not shown in the drawings). Electric circuits formed by plates 3, intermediate elements 4 and thermoelectric elements 1, 2 are connected in generators to the consumer of electricity, and in cooling and heating devices to a source of electricity (not shown in the drawings). INDUSTRIAL APPLICABILITY
Изобретение может быть применено в термоэлектрических генераторах, термоэлектрических охлаждающих и нагревательных устройствах. The invention can be applied in thermoelectric generators, thermoelectric cooling and heating devices.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Термоэлектрический модуль, содержащий полупроводниковые термоэлектрические элементы р-типа и полупроводниковые термоэлектрические элементы η-типа, которые расположены рядом и выполнены каждый с двумя, по существу, эквидистантными торцевыми поверхностями и с боковой поверхностью, пластины из тепло- и электропроводного материала, имеющие каждая внутреннюю поверхность, обращенную к торцам указанных термоэлектрических элементов и расположенную на расстоянии от них, и наружную поверхность, противоположную первой, и промежуточные элементы из тепло- и электропроводного материала, расположенные между указанными термоэлектрическими элементами и указанными пластинами и неразъемно соединенные своими первыми концами с торцами соответствующих термоэлектрических элементов, и неразрывно соединенные своими вторыми концами с указанными пластинами посредством соединительного тепло- и электропроводного материала, отличающийся тем, что, в указанных пластинах против указанных полупроводниковых термоэлектрических элементов вьгаолнены сквозные отверстия, и указанный соединительный тепло- и электропроводноый материал и вторые концы указанных промежуточных элементов соединены через отверстия в указанных пластинах. 1. A thermoelectric module comprising p-type semiconductor thermoelectric elements and η-type semiconductor thermoelectric elements that are adjacent to each other and have two substantially equidistant end surfaces and a side surface, plates of thermally and electrically conductive material having each the inner surface facing the ends of these thermoelectric elements and located at a distance from them, and the outer surface opposite to the first, and intermediate elements enti of heat and electrically conductive material located between the indicated thermoelectric elements and said plates and permanently connected by their first ends to the ends of the corresponding thermoelectric elements and indissolubly connected by their second ends to these plates by means of a connecting thermally and electrically conductive material, characterized in that, in said plates against said semiconductor thermoelectric elements, through holes are filled, and said connection The solid heat and conductive material and the second ends of these intermediate elements are connected through openings in these plates.
2. Термоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что, площадь поперечного сечения вторых концов указанных промежуточных элементов в местах соединения с пластинами меньше, чем площадь поперечного сечения первых концов указанных промежуточных элементов.  2. The thermoelectric module according to claim 1, characterized in that, the cross-sectional area of the second ends of these intermediate elements at the junction with the plates is less than the cross-sectional area of the first ends of these intermediate elements.
3. Термоэлектрический модуль по п.2, , отличающийся тем, что, указанные промежуточные элементы, по меньшей мере частично, расположены в отверстиях указанных пластин.  3. The thermoelectric module according to claim 2, characterized in that said intermediate elements are at least partially located in the holes of said plates.
4. Термоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что, в качестве указанного соединительного материала использован припой.  4. The thermoelectric module according to claim 2, characterized in that, as the specified connecting material used solder.
5. Термоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что, в качестве указанного соединительного материала использован осажденный металл.  5. The thermoelectric module according to claim 2, characterized in that, as the specified connecting material used precipitated metal.
6. Термоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что, внутренние поверхности указанных пластин соединены с листами из тепло- и электроизоляционного материала, имеющими сквозные отверстия, расположенные против отверстий пластин.  6. The thermoelectric module according to claim 2, characterized in that, the inner surfaces of these plates are connected to sheets of heat and electrical insulation material having through holes located opposite the holes of the plates.
7. Термоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что, боковые поверхности указанных термоэлектрических элементов и, частично, промежуточные элементы, покрыты слоем тепло- и электроизоляционного материала. 7. The thermoelectric module according to claim 2, characterized in that, the side surfaces of these thermoelectric elements and, in part, intermediate elements, are coated with a layer of heat and electrical insulation material.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2013/000907 2012-10-15 2013-10-14 Thermoelectric module WO2014062094A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012143818 2012-10-15
RU2012143818/28A RU2511274C1 (en) 2012-10-15 2012-10-15 Thermoelectric module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014062094A1 true WO2014062094A1 (en) 2014-04-24

Family

ID=49918797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000907 WO2014062094A1 (en) 2012-10-15 2013-10-14 Thermoelectric module

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2511274C1 (en)
WO (1) WO2014062094A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110249439A (en) * 2017-02-08 2019-09-17 麦格纳座椅公司 Electrothermal module and flexible thermoelectricity circuit unit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3279955A (en) 1963-01-08 1966-10-18 Gen Motors Corp Method of forming electroplated thermoelectric junction and resultant article
US5841064A (en) 1995-05-26 1998-11-24 Matsushita Electric Works, Ltd. Peltier module
US20060289050A1 (en) * 2005-06-22 2006-12-28 Alley Randall G Methods of forming thermoelectric devices including electrically insulating matrixes between conductive traces and related structures

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4412209B2 (en) * 2004-05-21 2010-02-10 パナソニック電工株式会社 Method for manufacturing thermoelectric conversion element module
RU111354U1 (en) * 2009-12-21 2011-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕ-Групп" THERMOELECTRIC MODULE, THERMOELECTRIC ELEMENT AND PREPARATION FOR THE PRODUCTION OF THERMOELECTRIC ELEMENTS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3279955A (en) 1963-01-08 1966-10-18 Gen Motors Corp Method of forming electroplated thermoelectric junction and resultant article
US5841064A (en) 1995-05-26 1998-11-24 Matsushita Electric Works, Ltd. Peltier module
US20060289050A1 (en) * 2005-06-22 2006-12-28 Alley Randall G Methods of forming thermoelectric devices including electrically insulating matrixes between conductive traces and related structures

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110249439A (en) * 2017-02-08 2019-09-17 麦格纳座椅公司 Electrothermal module and flexible thermoelectricity circuit unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2511274C1 (en) 2014-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6114398B2 (en) Thermoelectric module
KR102281065B1 (en) Cooling thermoelectric moudule and device using the same
WO2014084363A1 (en) Thermoelectric module
US8895833B2 (en) Thermoelectric device and thermoelectric module
EP2975660B1 (en) Thermoelectric conversion module
JP5671569B2 (en) Thermoelectric conversion module
RU2586260C2 (en) Thermocouple and method for production thereof
TWI443882B (en) Thermoelectric apparatus and method of fabricating the same
EP3654393B1 (en) Thermoelectric module
RU2511274C1 (en) Thermoelectric module
US10003003B2 (en) Thermoelectric conversion module
JP2018137374A (en) Thermoelectric conversion module and method of manufacturing thermoelectric conversion module
US10236430B2 (en) Thermoelectric module
US10038133B2 (en) Differential temperature sensor
JP2012532468A (en) Module having a plurality of thermoelectric elements
CN109937487A (en) Electrothermal module
KR101396534B1 (en) Thermoelectric control element and manufacturing method thereof
KR102571150B1 (en) Thermoelectric module
US20060219286A1 (en) Thermoelectric transducer and manufacturing method for the same
KR102019885B1 (en) Thermoelectric module and method for manufacturing the same
KR102456680B1 (en) Thermoelectric element
KR20210135447A (en) Thermoelectric module having single crystal thermoelectric material and fabrication method for thereof
WO2018061460A1 (en) Thermoelectric conversion device
JP2006032848A (en) Thermoelectric conversion module
JP2006120670A (en) Thermoelectric transformation module

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13818030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13818030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1