RU172616U1 - Устройство полупроводникового термоэлемента - Google Patents
Устройство полупроводникового термоэлемента Download PDFInfo
- Publication number
- RU172616U1 RU172616U1 RU2017107941U RU2017107941U RU172616U1 RU 172616 U1 RU172616 U1 RU 172616U1 RU 2017107941 U RU2017107941 U RU 2017107941U RU 2017107941 U RU2017107941 U RU 2017107941U RU 172616 U1 RU172616 U1 RU 172616U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- branches
- semiconductor
- jumper
- thermoelectric
- conductivity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
Abstract
Использование: для изготовления термоэлектрических охлаждающих устройств.Сущность полезной модели заключается в том, что устройство полупроводникового термоэлемента содержит две ветви из материалов p- и n-проводимости и соединяющую их металлическую перемычку, последняя выполнена с токопроводящими контактными площадками, имеющими в продольном сечении вид треугольников, к нижним основаниям которых припаяны холодные концы ветвей p- и n-проводимости.Технический результат: обеспечение возможности повышения термоэлектрической эффективности полупроводникового термоэлемента. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к полупроводниковым термоэлектрическим преобразователям энергии, функционирующим на эффекте Пельтье, имеет отношение к термоэлектрическому приборостроению и может быть использована при изготовлении термоэлектрических охлаждающих устройств в серийном и промышленном производствах.
Устройство полупроводникового термоэлемента включает коммутационную перемычку, которая соединяет р- и n-ветви таким образом, чтобы контактирующие с ветвями части перемычки приводили к равномерному перераспределению линий тока в полупроводниковых ветвях термоэлемента.
Принцип действия термоэлемента основан на термоэлектрическом эффекте Пельтье. Наибольший эффект (максимальный перепад температур, максимальная холодопроизводительность) достигается при плотности тока
где α - дифференциальная термоЭДС ветви; ρ - удельное сопротивление ветви; -длина ветви, - температура холодного конца ветви. Поэтому, неравномерное распределение плотности тока по поверхности контакта ветви и перемычки приведет к тому, что соотношение не будет выполняться во всех точках контакта, что приведет к снижению эффективности преобразования.
Известен полупроводниковый термоэлемент, который состоит из двух прямоугольных параллелепипедов из полупроводниковых материалов p- и n-типа проводимости, которые соединены металлической коммутационной перемычкой, образующей электрические и тепловые контактные поверхности на холодной стороне термоэлемента. При соответствующем направлении тока перемычка вследствие действия эффекта Пельтье охлаждается (Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник/ Л.И. Анатычук. - Киев: Наук. думка, 1979. 768 с).
Недостатками известного устройства являются
а) в структуре данного устройства формируется неравномерное распределение линий плотности тока, приводящее к повышенному тепловыделению за счет эффекта Джоуля в области вблизи коммутационной перемычки, поэтому изготовленный таким методом полупроводниковый термоэлемент будет обладать меньшим эффектом охлаждения;
б) в структуре устройства формируется неравномерное распределение линий тока на поверхности соединения коммутационной перемычки с полупроводниковыми ветвями, что приводит к неравномерному распределению теплопоглощения за счет эффекта Пельтье;
в) в структуре данного устройства формирующееся в поперечном направлении ветви неравномерное тепловыделение за счет эффекта Джоуля приводит к возникновению поперечного перепада температуры и, соответственно, термомеханических напряжений, снижающих механическую прочность ветвей и могущих привести к растрескиванию ветвей.
Техническая задача состоит в повышении термоэлектрической эффективности (максимальный перепад температур, максимальная холодопроизводительность) полупроводникового термоэлемента.
Техническая задача достигается тем, что в устройстве полупроводникового термоэлемента, содержащего две ветви из материалов p- и n-проводимости и соединяющую их металлическую перемычку, последняя выполнена с токопроводящими контактными площадками, имеющими в продольном сечении вид треугольников, к нижним основаниям которых припаяны холодные концы ветвей p- и n-проводимости.
Технический результат заключается в получении большей эффективности преобразования энергии.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлена функциональная схема прототипа, реализующего традиционную конструкцию термоэлектрических модулей, и картина распределения теплоты Джоуля, полученная компьютерным моделированием;
на фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства и картина распределения теплоты Джоуля, полученная методом компьютерного моделирования.
Известное устройство (фиг. 1) содержит две ветви 1, выполненные в виде параллелепипедов из полупроводниковых материалов p- и n-типа проводимости, соединенныхметаллической коммутационной перемычкой 2, которая образует электрические и тепловые контакты на холодной стороне 3 ветвей термоэлемента. Горячие концы 4 ветвей соединяются токоподводами 5 с внешним источником тока.
Предлагаемое устройство (фиг. 2) содержит две ветви 1, выполненные в виде параллелепипедов из полупроводниковых материалов p- и n-типа проводимости, соединенных металлической коммутационной перемычкой 2, которая образует электрические и тепловые контакты на холодной стороне ветвей термоэлемента. Перемычка 2 выполнена с токоподводящими контактными площадками 3, имеющими в продольном сечении вид треугольников, к нижним основаниям которых припаяны холодные концы ветвей (p- и n-типа проводимости). Треугольная форма токоподводящих контактов перемычки позволяет достичь более равномерного тепловыделения Джоуля в ветвях термоэлемента. Распределение тепловыделения за счет эффекта Джоуля в структурах устройств (фиг. 1 и 2) проиллюстрировано полями разной интенсивности окраски: от наиболее светлой (меньшее тепловыделение) до наиболее темной (большее тепловыделение). Горячие концы ветвей 4 также соединяются токоподводами 5 с внешними источниками тока.
Устройство работает следующим образом.
Токоподводы 5 на горячих концах 4 ветвей подключаются к внешнему низковольтному источнику постоянного тока. Направление тока выбирается таким образом, чтобы теплота Пельтье поглощалась на холодном спае (коммутационная перемычка 2) и выделялась на горячем спае.
Технические преимущества полупроводникового термоэлемента предлагаемой конструкции в сравнении с прототипом:
1) возрастает равномерность распределения тепловыделения Джоуля в ветвях термоэлемента, что приводит к уменьшению перегрева ветви вблизи коммутационной перемычки;
2) возрастает равномерность поглощения теплоты Пельтье, что определяется температурой холодного конца ветви, согласно приведенной выше формулы;
3) уменьшаются термомеханические напряжения в поперечном направлении ветви, снижающие возможность образования трещин и сколов ветвей.
Claims (1)
- Устройство полупроводникового термоэлемента, содержащего две ветви из материалов p- и n-проводимости и соединяющую их металлическую коммутационную перемычку, отличающееся тем, что перемычка выполнена с токопроводящими контактными площадками, имеющими в продольном сечении вид треугольников, к нижним основаниям которых припаяны холодные концы ветвей p- и n-проводимости.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107941U RU172616U1 (ru) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Устройство полупроводникового термоэлемента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107941U RU172616U1 (ru) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Устройство полупроводникового термоэлемента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU172616U1 true RU172616U1 (ru) | 2017-07-14 |
Family
ID=59498754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017107941U RU172616U1 (ru) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Устройство полупроводникового термоэлемента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU172616U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005101537A2 (en) * | 2003-04-03 | 2005-10-27 | The University Of Vermont And State Agricultural College | Thermoelectric device having an energy storage device located between its hot and cold sides |
KR101207300B1 (ko) * | 2012-07-27 | 2012-12-03 | 한국기계연구원 | 열전 소자 제조방법 |
US20120305044A1 (en) * | 2010-12-07 | 2012-12-06 | Zykin Andrey A | Thermal transfer and power generation systems, devices and methods of making the same |
RU2521146C1 (ru) * | 2013-02-13 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Способ изготовления термоэлектрического охлаждающего элемента |
-
2017
- 2017-03-10 RU RU2017107941U patent/RU172616U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005101537A2 (en) * | 2003-04-03 | 2005-10-27 | The University Of Vermont And State Agricultural College | Thermoelectric device having an energy storage device located between its hot and cold sides |
US20120305044A1 (en) * | 2010-12-07 | 2012-12-06 | Zykin Andrey A | Thermal transfer and power generation systems, devices and methods of making the same |
KR101207300B1 (ko) * | 2012-07-27 | 2012-12-03 | 한국기계연구원 | 열전 소자 제조방법 |
RU2521146C1 (ru) * | 2013-02-13 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Способ изготовления термоэлектрического охлаждающего элемента |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SU 1836755 A3, 19930823. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4881919B2 (ja) | 熱電素子を有する熱電発電機 | |
Ikechukwu et al. | Transient analysis of segmented Di-trapezoidal variable geometry thermoelement | |
JP2006507690A5 (ru) | ||
JP2005317648A (ja) | 熱電変換モジュール | |
RU2011123784A (ru) | Способ преобразования тепловой энергии в электрическую энергию | |
KR20120080820A (ko) | 열전모듈 | |
RU172616U1 (ru) | Устройство полупроводникового термоэлемента | |
US9755130B2 (en) | On-chip thermoelectric generator | |
US5824947A (en) | Thermoelectric device | |
CN103794581A (zh) | 一种热电散热装置 | |
JP5936242B2 (ja) | 熱源からヒート・シンクに熱を移動させるための熱電デバイスおよびモジュール | |
US20210296553A1 (en) | High-power thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion system | |
CN105633264A (zh) | 一种串联电腿结构的温差电池 | |
JP2008539600A (ja) | 成形可能なペルチェ伝熱素子および同素子製造方法 | |
CN207664066U (zh) | 一种热电构件 | |
Ju et al. | Performance analysis of a functionally graded thermoelectric element with temperature-dependent material properties | |
CN106876569B (zh) | 热电模块 | |
CN104576913A (zh) | 一种半导体温差发电片 | |
RU2449417C2 (ru) | Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды | |
RU2575614C2 (ru) | Термоэлектрический генератор с высоким градиентом температур между спаями | |
Hakim et al. | The effect of temperature mismatch on interconnected thermoelectric module for power generation | |
CN101533808B (zh) | 耗能器件 | |
JPH05299704A (ja) | サーモモジュール | |
RU2595911C2 (ru) | Термоэлектрический тепловой насос с нанопленочными полупроводниковыми ветвями | |
RU2018117711A (ru) | Способ работы обратного обратимого термоэлектрического цикла и холодильное устройство на его основе |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171002 |