Термоелектричний модуль

Реферат: UA 98744 U UA 98744 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі прямого перетворення теплової енергії в електричну, а саме - термоелектричних генераторів та теплових насосів теплообмінного типу. Відомі термоелектричні генератори [патент України № 83157 від 28.08.2013, патент WIPO/PCT №WO2013/126424A1 від 29.08.2013], що містять термобатареї, які відрізняються тим, що їх утворено шляхом розміщення стандартних термоелектричних модулів між тонкими металевими пластинами, що мають по чотири отвори для проходу теплоносіїв, які герметизовано за допомогою ущільнюючих еластичних прокладок. Ця конструкція найбільш близька по технічній суті до пропонованої корисної моделі, і тому прийнята за прототип. Недоліком прототипу є наявність в термобатареях великої кількості окремих модулів, що ускладнює конструкцію та зменшує щільність заповнення термобатареї термоелектричним матеріалом, через що ефективність пристрою знижується. В основу корисної моделі є створення спеціального термоелектричного модуля для термоелектричних генераторів та теплових насосів теплообмінного типу, що дозволить підвищити ефективність й надійність пристроїв та знизити їх вартість. Поставлена задача вирішується тим, що термоелектричний модуль, який містить термобатарею, яка складається з термоелементів "р" та "n" типу та комутаційних елементів, відповідно до запропонованої корисної моделі відрізняється тим, що термоелектрична батарея розташована в касеті, яка має чотири отвори для проходу теплоносіїв, що утворюють колектори й канали для проходу гарячого та холодного теплоносіїв, а герметизація та електрична ізоляція термоелементів (теплопереходи) здійснюється за допомогою полімерної плівки, яку нанесено на поверхню термобатареї й касети. Схему термоелектричного модуля для генераторів та теплових насосів теплообмінного типу, що пропонується, показано на Фіг. 1, де: 1 - термоелементи; 2 - комутаційні елементи; 3 - полімерна плівка - теплоперехід; 4 - касета термобатареї; 5 - отвори для проходу теплоносія; 6 - отвори для фіксації модуля. Касета 4 з ізоляційного матеріалу (наприклад, з полістиролу, тефлону або силікону), товщина якого дорівнює товщині термобатареї, має виріз для розміщення термобатареї, чотири отвори 5, які утворюють колектори для подачі та відведення теплоносіїв та два отвори 6 для фіксації модуля в пристрої. Для герметизації термобатареї та електричної ізоляції термоелементів на поверхню термобатареї та касети нанесено полімерну плівку 3 (наприклад, тонку поліімідну або тефлонову плівку з клеєвим шаром). Плівка товщиною 5…10 мікрон має термічний опір приблизно такий же, як і термічний опір керамічних теплопереходів (близько 0,3 2 см К/Вт), високі діелектричні властивості (напруга пробою не менше 400 В/мкм), забезпечує термостійкість до 400 °C, має високу хімічну стійкість. Еластичність з'єднання убезпечує конструкцію від термічних ударів. Низька вартість плівки та простота технології її використання суттєво зменшують вартість модуля (в стандартних модулях вартість керамічних теплопереходів складає до 30 % вартості виробу). В разі, якщо використання полімерної плівки не відповідає умовам експлуатації пристрою, теплоперехід може бути виконано з металевої пластини з габаритними розмірами касети, внутрішня поверхня якої має тонке електроізоляційне покриття (наприклад, напилений шар кераміки або полімерну плівку) з нанесеною через відповідну маску металізацією, що дозволяє з'єднати металеві теплопереходи з комутаційними пластинами та касетою методом пайки, Фіг. 2: 1 - металева пластина; 2 - електроізоляційне покриття; 3 - металізація; 4 - отвори для проходу теплоносія; 5 - отвори для фіксації модуля. Пропонована конструкція дозволяє надати термоелектричним модулям форму й розміри пластини стандартного пластинчатого теплообмінника, що забезпечує можливість їх сумісності з існуючим обладнанням й використання в пристроях різноманітного призначення. Таке рішення дає можливість майже вдвічі підвищити щільність заповнення термобатареї термоелектричним матеріалом (з відповідним підвищенням її потужності), знизити її вартість та створити передумови серійного виробництва й масового використання подібних пристроїв. 60 1 UA 98744 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Термоелектричний модуль, що містить термобатарею, яка містить термоелементи "р" та "n" типу та комутаційних елементів, який відрізняється тим, що термоелектрична батарея розташована в касеті, яка має чотири отвори для проходу теплоносіїв, що утворюють колектори й канали для проходу гарячого та холодного теплоносіїв та два отвори для фіксації модуля в пристрої, а на обидві поверхні термобатареї й касети нанесено тонку полімерну плівку. 2. Термоелектричний модуль за п. 1, в якому теплопереходи виконано з металевих пластин, які мають по чотири отвори для проходу теплоносіїв, що утворюють колектори й канали для проходу гарячого та холодного теплоносіїв та два отвори для фіксації модуля в пристрої, внутрішня поверхня яких має тонке полімерне або керамічне покриття з нанесеною через відповідну маску металізацією. 2 UA 98744 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3