Термоелектричний модуль

Термоелектричний модуль, що складається з електротеплокомутуючих керамічних пластин, рта п-гілок, висотою / та поперечним перерізом (mxn), який відрізняється тим, що відповідна кристалографічна площина розташовується перпендикулярно до пари протилежних бічних граней Корисна модель відноситься до термоелектричних перетворювачів та може бути застосована для розробки і створення термоелектричних модулів (ТЕМ), що призначені для роботи як в охолоджуваних пристроях, так і термоелектричних генераторах. Відомі термоелектричні модулі типу ТЕМО-310 та ТЕМО-3-24, розраховані для роботи в різноманітних умовах: вібраційні навантаження в діапазоні частот 1-100Гц з прискоренням до 30м/с ; багатократні ударні навантаження з прискоренням до 400м/с2; одинокі ударні навантаження з прискоренням до 100м/с ; акустичні шуми в діапазоні 50100Гц з інтенсивністю до 13Д6 [1, 2]. Із існуючих аналогів найбільш близьким по технічній суті є ТЕМ, який складається з електротеплокомутуючих керамічних пластин, р- та п-гілок з кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb висотою І та розмірами поперечного перерізу (mxn) [3]. Кристалографічна площина (100) розташована в бічній грані (Іхт), а площина (001) - в торцевій грані (mxn) гілок. Механічна міцність таких модулів на 40-60% перевищує міцність ТЕМ, що наведено в гілки та орієнтована до її торцевих граней (mxn) ( під кутом фо Л ,о °' 5 Д е Рприп • коефіцієнт температурного розширення припою, 'прип • довжина шару припою, І? - довжина гілки, /3„, Д,у - коефіцієнти температурного розширення матеріалу гілки у вибраних кристалографічних напрямках, к= J3I/(3JJ - відношення коефіцієнтів сталих матеріалів гілки. попередньому випадку. Як відомо, технологічний розкид гілок по довжині АІ/І приводить до того, що при роботі в них виникають експлуатаційні термопружні статичні напруги І , величина яких для ТЕМ з двобічною та однобічною фіксацією робочих граней визначається виразами CM 2 -пр РгС Х І2 (2) -np -np Er де Е г , Enp та (3r, p n p - коефіцієнти пружності та температурного розширення матеріалів гілок та припою, відповідно; AT = Т2 -ТІ - різниця температур між робочими гранями ТЕМ; Гп І™ а х 'пр пр - мінімальні та О) 9207 максимальні довжини гілок і припою, відповідно. Проведені теоретичні оцінки, експериментальні дослідження та наступні випробування показують, що внаслідок технологічного розкиду геометричних розмірів гілок, разом із неоднорідним розподілом модуля Юнга вздовж довжини злитка у конструкціях ТЕМ виникають експлуатаційні термопружні напруги, величина яких, особливо при двобічному защемленні, перевищує критичну. Це, в деяких випадках, приводить до механічного руйнування гілок та наступного виходу пристрою з ладу. Тому актуальним є завдання створення ТЕМ підвищеної механічної міцності. Вказане завдання розв'язується тим, що запропонований ТЕМ складається з електротеплокомутуючих керамічних пластин, р- та n-гілок висотою І та поперечним перерізом (mxn), причому відповідна кристалографічна площина розташовується перпендикулярно до пари протилежних бічних граней гілки та орієнтована до її торцевих граней (mxn) під кутом Іг P j J J де Pi,, PJJ - вибрані сталі кристалу, з яких виготовлені гілки; к = р м /р„. ( і ° ^ ( \° f г ' PjJ J 5 ( Г\ - вибрані сталі кристалу, з яких виготовлені гілки; k = p ll /p JJ . Тому ознака, яка не міститься ні в одному з аналогів - "відповідна кристалографічна площина розташовується перпендикулярно до пари протилежних бічних граней гілки та орієнтована до її торцевої грані (mxn) під кутом де товлені гілки; необхідний "винахідницький рівень". Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його застосування можливе на існуючих підприємствах приладобудівного профілю. На Фіг. 1 і 2 представлені схематичні конструкції ТЕМ та гілки, відповідно. Запропонований ТЕМ містить гілки 1 р- та n-провідності, виконані у вигляді прямокутних паралелепіпедів, довжиною І та розмірами поперечного перерізу (mxn) з термоелектричних кристалів, наприклад, з твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb, які поряд з іншими параметрами, характеризуються анізотропією коефіцієнта температурного розширення р и . Ці гілки за допомогою верхньої та нижньої електротеплокомутуючих пластин 2 з'єднуються між собою послідовно електричне і паралельно у тепловому відношенні. Кристалографічна орієнтація р- та n-гілок (фіг. 2) здійснюється таким чином, що відповідно вибрана площина розташовується перпендикулярно до протилежних бічних граней (наприклад, (Іхт), та орієнтована до нижньої торцевої грані (mxn) під кутом ф0 . Значення коефіцієнта температурного розширення р|к в напрямку розташування висоти І гілки Pjk=Pn c o s ^ - l 8ІГ| ф (3) при куті фо приводить до того, що величини термопружних напруг однобічно (1) і двобічно (2) зафіксованих ТЕМ дорівнює нулю для всіх випадків ДТ, геометричних розмірів гілок, шарів припою та їх технологічних розкидів. Як показують розрахунки, у випадку застосування реальних кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb, величина оптимального кута фоі = 62°, а для кристалів 2 Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному із об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для ТЕМ, які складаються з електротеплокомутуючих керамічних пластин, р- та п-гілок висотою І та поперечним перерізом (mxn), причому відповідна кристалографічна площина розташовується перпендикулярно до пари протилежних бічних граней гілки та орієнтована до її торцевих (mxn) під кутом де 4 k = p ll /p J j., забезпечує заявленому пристрою 1 ?' 5 - вибрані сталі кристалу, з яких виго Застосування ТЕМ з такими гілками дозволить значно знизити статичні термопружні напруги гілок, що веде до зростання механічної міцності пристроїв, а отже і їх надійності та розширює галузі практичного застосування. Література 1. А.Л.Вайнер, В.Ю.Володин, Н.Н.Прошкин. Обеспечение надежности и долговременной стабильности термоэлектрических охладителей Пельтье. // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1995. -В. 1-2. -С.30. 2. Л.И.Анатычук. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. - К.: Наукова думка, 1979.767с. 3. А.с. СССР №971052. Н.Н.Глемба, Л.И.Простеби, А.А.Ащеулов, Р.И.Плашенков. Термоэлектрический модуль. Заявка №3255950 от 4.03.1981. 9207 Фіг. 1 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601