КАСКАДНЫЙ МОДУЛЬ ИЗ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ

Полезная модель относится к термоэлектрическим устройствам и может быть использована как в стационарных, так и в передвижных (автомобильном, железнодорожном и др. транспорте) установках для охлаждения и нагревания.
Известен термоэлектрический модуль, содержащий полупроводниковые ветви р- и n-типа проводимости, объединенные попарно попеременно металлическими шинами в единую электрическую цепь, размещенные между подложками так, что все горячие спаи соединены через контактные площадки с одной подложкой, а все холодные - с противоположной. Подложки выполнены в виде металлического основания, например, из алюминия, титана, стали, тантала, и нанесенного на него полиамидного слоя (патент РФ №2075138, опубликован в БИ №15, 1997 год).
Недостатками известного технического решения являются:
небольшая холодопроизводительность, невозможность изготовления крупногабаритных термоэлектрических модулей, низкий коэффициент полезного действия.
Наиболее близким к заявляемому является термоэлектрический охлаждающий модуль, содержащий также полупроводниковые ветви n- и р- типов проводимости, соединенные коммутационными шинами, которые присоединены соответственно к охлаждающей и теплоотводящей теплообменным пластинам. Каждая из коммутационных шин расположена по крайней мере на одной из теплообменных пластин и присоединена к ней посредством
теплоконтактного соединения, выполненного в виде слоя упругого клеевого компаунд атолщиной 5-30 мкм из высокотеплопроводного вещества на силоксановой основе. В известном термоэлектрическом охлаждающем модуле коммутационные шины, расположенные на охлаждающей теплообменной пластине, присоединены к ней при помощи теплоконтактных соединений. Кроме того модуль выполнен каскадным и состоит из термоэлектрических батарей, разделенных теплообменными пластинами.
Недостатками прототипа являются: так же небольшая холодопроизводительность, невозможность изготовления крупногабаритных термоэлектрических модулей, низкий КПД.
Задачей технического решения является создание каскадного модуля термоэлектрического, который позволял бы устранить вышеперечисленные недостатки Поставленная задача решается предлагаемым каскадным модулем из термоэлектрических батарей, содержащим полупроводниковые ветви n- и р- типов проводимости, соединенные коммутационными шинами, которые присоединены соответственно к охлаждающей и теплоотводящей теплообменным пластинам, при этом каждая из коммутационных шин присоединена к теплообменной пластине посредством теплоконтактного соединения, выполненного в виде слоя из высокотеплопроводного вещества толщиной не более 30 мкм, модуль содержит нечетное количество теплообменных пластин, при этом теплообменные пластины представляют собой плоскоовальные трубы, каждая коммутационная шина бескорпусного блока термоэлектрического преобразователя расположена на поверхности плоскоовальной трубы и присоединена к ней посредством теплоконтактного соединения, выполненного в виде слоя нетвердеющей теплопроводящей пасты.
Между плоскоовальными трубами расположены через нетвердеющую теплопроводную смазку бескорпусные блоки термоэлектрических преобразователей.
На фиг.1 изображен заявляемый каскадный модуль из термоэлектрических батарей, разделенных теплообменными плоскоовальными трубами, содержащий теплообменные плоскоовальные трубы с горячим теплоносителем 1, теплообменную плоскоовальную трубу с холодным теплоносителем 2, теплопроводную пасту 3, коммутационные шины 4, полупроводниковые ветви р- и n-типов проводимости 5.
Каскадный модуль из термоэлектрических батарей, разделенных теплообменными плоскоовальными трубами работает следующим образом.
При подаче постоянного тока на полупроводниковые ветви на их спаях возникает разность температур, причем средняя плоскоовальная труба охлаждается и, в свою очередь, охлаждает теплоноситель, протекающий через нее, а крайние плоскоовальные трубы нагреваются и, в свою очередь, нагревают теплоноситель, протекающий через них. Далее холодный и горячий теплоносители используются по назначению.
Заявляемый каскадный модуль из термоэлектрических батарей имеет отличия: соединение с плоскоовальными трубами в отличие о керамических или металлических пластин не клеем, а нетвердеющей теплопроводящей пастой. Таким образом при температурном расширении (сжатии) набор полупроводниковых ветвей скользит между плоскоовальными трубами, не разрушаясь горизонтальными силами расширения (сжатия), что позволяет делать блоки термоэлектрических модулей значительно больших размеров в отличие отныне существующих (48×60 мм). Для
ликвидации изгибающего момента каскадный модуль сверху и снизу ограничен металлическими пластинами, стянутыми между собой резьбовым соединением. При переключении полярности - наружные теплообменные трубы охлаждаются, а внутренние нагреваются, что позволяет использовать каскадный модуль в климатических установках для поддержания заданной температуры в данном объеме как при положительных температурах, так и при отрицательных. Кроме того, упрощается сборка агрегатов из блоков модулей. Ликвидация несущих керамических (металлических) пластин приводит к резкому повышению КПД системы, не менее, чем на 30%, а значит повышается холодопроизводительность.