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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2243617

SOLID thermoelektrische Vorrichtungen

SOLID thermoelektrische Vorrichtungen

Name des Erfinders: Picone Vincenzo (IT)
Der Name des Patentinhabers: Peltek Srl (IT)
Korrespondenzanschrift: 103062, Moskau, ul.Pokrovka, 27, S. 1AG Agency "INTELS".
Startdatum des Patents: 2000.02.18

Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Energieumwandlung. Die erfindungsgemäße Festkörperthermoelektrische Vorrichtung eine Anordnung von metallischen Leiter und / oder Halbleiter thermoelektrischen Elemente vom n-Typ und p-Typ, montiert auf einer gedruckten Schaltung und ein Thermoelement bildet, ist elektrisch in Reihe geschaltet sind. Struktur, umfassend wenigstens ein Paar von Verbundelementen, die jeweils aus einer Trägerschicht aus einem Polymermaterial hergestellt, geformt und zumindest eine Schicht aus der leitfähigen Materialschicht Verbindungsmaterial zwischen den zwei laminierte Elemente aus Polymermaterial angeordnet ist dauerten sie miteinander zu verbinden. Leiter aus einer Schicht aus leitfähigem Material der laminierten Elemente erhalten und verbindet elektrisch in Reihe die thermoelektrischen Elemente ein Thermoelement zu bilden, die heißen und kalten Seiten aufweist, die jeweils nur auf einer Seite der Struktur. Der Aufbau der thermoelektrischen Vorrichtung ist in eine spiralförmige oder kreisförmige Konfiguration gerollt. EFFEKT: Steigerung der Effizienz.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf thermoelektrische Vorrichtungen und insbesondere auf eine thermoelektrische Vorrichtung zur Verwendung in Festkörperthermoelektrische Wärmepumpe.

Der thermoelektrische Effekt ist ein Phänomen, das in Gegenwart von Temperaturunterschieden in der elektrischen Schaltung erfolgt. Ein Beispiel für thermoelektrische Effekt ist der Peltier-Effekt. Einfach gesagt, wenn ein elektrischer Strom durch einen Metall-Metall oder Metall-Halbleiter, abhängig von der Richtung des elektrischen Stromflusses Wärme entwickelt oder absorbiert geleitet wird. Peltier-Effekt ist reversibel, das heißt, wenn die Richtung des elektrischen Stromes umgekehrt wird, der kalten Lötstelle wird heiß, und die heiße Lötstelle wird kalt. Es wurde gefunden, dass je höher die Temperaturdifferenz durch Verwendung von Metall-Halbleiter-Übergängen als mit Metall-Metall-Übergängen erzielt wird. Peltier-Effekt ist das Prinzip der Solid-State-thermo Pumpen.

Wie hier verwendet, "thermoelektrische Vorrichtung" genannt Festkörpervorrichtung, wobei zum Heizen oder Kühlen Material verwendet Peltier-Effekt. "Thermoelemente" bezeichnet einen metallischen Leiter oder einem Halbleiter-Wafer. Der Begriff "Thermoelement" bedeutet eine Kombination von zwei thermoelektrischen Elementen, die an einem Ende davon sind elektrisch in Reihe geschaltet sind durch die Elektrode.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Solid-State-thermo Wärmepumpen seit 1960 im industriellen Maßstab hergestellt werden. Anfänglich enthalten thermo Wärmepumpen Metallelemente auf der Basis Leiter. Derzeit bietet moderne Halbleitertechnologie die Möglichkeit , Solid-State - thermo Wärmepumpen mit thermoelektrischen Elementen gebildet aus Bi 2 Te 3 - Legierung, PbTe, SiGe, BiSb n-Typ und p-Typ. Die thermoelektrischen Vorrichtungen, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind, haben eine planare Konfiguration mit variabler Geometrie. In dieser Art von thermoelektrischen Vorrichtungen Thermoelement durch einen Sandwich - Strukturelemente unterstützt aus einem keramischen Material , abgeleitet basierend auf Al 2 O 3, einer Kupferlaminat.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine thermoelektrische Vorrichtung mit einer neuen Anordnung der Thermoelemente aus metallischen Leiter gebildet und / oder Halbleiterthermoelektrischen Elemente tapa n-und p-Typ. Die vorliegende Erfindung stellt eine Empfangs- und Wärmepumpe der thermoelektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst.

In Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Festkörperthermoelektrische Vorrichtung wenigstens eine Matrix aus metallischen Leiter und / oder Halbleiterthermoelektrischen Elemente vom n-Typ und p-Typ enthält, montiert auf einer gedruckten Schaltung, wobei die thermoelektrischen Elemente Thermoelemente bilden, elektrisch in Reihe geschaltet und dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Struktur hat, von mindestens einem Paar laminierter Elemente gebildet, die jeweils aus einer Stützschicht gebildet, die aus einem polymeren Material und mindestens eine Schicht aus leitfähigem Material,

Schichtverbindungsmaterial zwischen den beiden für die feste Verbindung laminierter Elemente aus Polymermaterial mit zueinander angeordnet sind, und dass

Leiter aus einer Schicht aus leitfähigem Material der laminierten Elemente erhalten und verbindet elektrisch in Reihe die thermoelektrischen Elemente ein Thermoelement zu bilden, die heißen und kalten Seiten aufweist, die jeweils nur auf einer Seite der Struktur ist, und daß

wobei die Struktur der thermoelektrischen Vorrichtung in eine spiralförmige oder kreisförmige Konfiguration gefaltet wird.

In Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Festkörperthermoelektrische Vorrichtung wenigstens eine Matrix aus metallischen Leiter und / oder Halbleiterthermoelektrischen Elemente vom n-Typ und p-Typ enthält, montiert auf einer gedruckten Schaltung, wobei die thermoelektrischen Elemente in Reihe Thermoelement ein elektrisch verbunden bilden, und dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Struktur hat, gebildet aus

Verbundelement aus einer Trägerschicht aus einem Polymermaterial und einer Schicht aus leitendem Material auf jeder Oberfläche davon gebildet ist,

Verbinden der Materialschicht zwischen den Endabschnitten der laminierten Elemente zur festen Verbindung zwischen ihnen, und daß sich

Leiter durch wenigstens eine der Schichten aus leitfähigem Material des laminierten Elements erhalten und verbindet elektrisch in Reihe die thermoelektrischen Elemente ein Thermoelement zu bilden, die heißen und kalten Seiten aufweist, die jeweils nur auf einer Seite der Struktur ist, und daß

wobei das Konstrukt in einer spiralförmigen oder kreisförmigen Konfiguration gefaltet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

Figur 1 - eine teilweise Querschnittsansicht der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 - eine teilweise Querschnittsansicht der thermoelektrischen Vorrichtung gemß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

3 und 4 - einen Querschnitt der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der für einen Festkörper-Wärmepumpe vorliegenden Erfindung, angewandt.

5 - im Längsschnitt der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, um die Festkörper-Wärmepumpe herzustellen.

6 - gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Draufsicht auf das erste Muster der gedruckten Schaltung verwendet, um die Thermoelemente der thermoelektrischen Vorrichtung zu bilden.

Figur 7 - Draufsicht auf das zweite Muster der gedruckten Schaltung verwendet, um die Thermoelemente der thermoelektrischen Vorrichtung zu bilden, nach dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

8 - ein Querschnitt der Befestigungsmittel der thermoelektrischen Vorrichtung zum Verbinden der ersten oder zweiten Ausführungsform gemäß, dem Innenrohr der Wärmepumpe Wärmetauscher.

9 - eine teilweise Querschnittsansicht der thermoelektrischen Vorrichtung gemß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

10 - nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von oben gesehene Zeichnung des gedruckten Schaltung verwendet, um die Thermoelemente der thermoelektrischen Vorrichtung zu bilden.

11 - nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung untere Draufsicht auf das Muster der gedruckten Schaltung verwendet, um die Thermoelemente der thermoelektrischen Vorrichtung zu bilden.

12 - Querschnitt der Befestigungsmittel für die thermoelektrische Vorrichtung verbindet gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Innenrohr des Wärmetauschers Festkörper-Wärmepumpe.

13 und 14 - Wärmepumpe isometrischen Bild mit einem Ausführungsbeispiel der thermoelektrischen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 veranschaulicht eine erste Ausführungsform eines thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der thermoelektrischen Vorrichtung umfasst ein Paar von geschichteten Elementen, die jeweils aus einer Schicht aus Polymermaterial gebildet ist und eine Schicht aus metallischem Material, gewöhnlich Kupfer. Die beiden Laminatelemente sind gegenseitig und direkt miteinander verbunden sind durch ihre Schichten aus polymerem Material durch einen Klebstoff zwischen dem Polymer einzuführen hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Epoxidharz mit Silber Füllstoff oder Metalloxid. Vereinigt somit in einer spiralförmigen oder kreisförmigen Konfiguration überlagert Wälzkörpern den Rahmen der thermoelektrischen Vorrichtung für die Festkörperthermoelektrische Wärmepumpe verwendet, zu bilden. Zeichnen der gedruckten Schaltung, an die die thermoelektrischen Elemente verbunden sind, erhalten geätzte Metallschicht. Folglich trat jeder Windung der Spirale oder kreisförmig gewickelten Kerns aus einem Paar von laminierten Elementen gebildet zusammen mit Klebstoff. Bezugszeichen 10 bezeichnet den Querschnitt des Metallverdrahtungen auf die eutektische Zinn-Basis thermoelektrischen Elemente gelötet sind, jeweils 11 und 12 der n-Typ- und p-Typ. Bezugszeichen 13 bezeichnet den Querschnitt der Schicht aus Polymermaterial und das Bezugszeichen 14 eine Schicht aus Klebstoff angedeutet, welche die zwei laminierte Elemente der spiralförmig oder kreisförmig gewickelten Kerns es Kompaktheit und Dimensionsstabilität zu geben, miteinander verbindet. Die Dicke der Metallverdrahtungen 10 variiert in Abhängigkeit von der Leistung und damit den Maximalwert des elektrischen Stroms in der thermoelektrischen Vorrichtung fließt, gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Dicke der Leiterbahnen, sollte natürlich nicht aus, um eine Überhitzung der Verdrahtung durch den Joule-Effekt zu verhindern. Vorzugsweise ist die Dicke der Leiterbahnen im Bereich von 70-300 Mikron. Die Dicke der Schicht aus Polymermaterial 13 hängt von der mechanischen Kraft, die in Wicklung und den Kern der thermoelektrischen Vorrichtung zu packen. In der Praxis ist die Dicke des leitenden Pfad ausgewählt werden einerseits eine gute mechanische Festigkeit und auf der anderen Seite zu gewährleisten - die effektive Wärmeübertragung. Vorzugsweise betrug die Dicke der Leiterbahn im Bereich von 50 bis 150 Mikrometer. die Klebstoffschicht 14 sollte kondensieren und glatte Kontaktflächen von zwei laminierte Elemente, die die Bildung von Luftblasen zu verhindern und mögliche Oberflächenunregelmßigkeiten zu auszurichten. Die Klebeschicht 14 und soll eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wird ein wärmehärtbares Harz verwendet werden, beispielsweise Epoxidharz fein metallischen Füllstoff gemahlener enthält. Um die Menge des Beschichtungsmaterials begrenzen, und eine dünne Schicht zu bilden, deren Dicke vorzugsweise nicht mehr als 10-15 Mikrometer, das Harz wird mit einem Messer aufgetragen. Die Harzzusammensetzung muss so sein, dass es sowohl während soldering die thermoelektrischen Elemente vollständig ausgehärtet ist, die bei einer Temperatur von 140 ° C im Fall der thermoelektrischen Halbleiterelemente und n-Typ der p-Typ durchgeführt wird.

2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform eines thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform umfasst die thermoelektrische Vorrichtung ein Paar von laminierten Elementen, die jeweils aus einer Schicht aus Polymermaterial gebildet ist und zwei Schichten aus Metall, gewöhnlich Kupfer Schichten auf gegenüberliegenden Oberflächen der zwei Schichten aus polymerem Material angeordnet ist. Die beiden Laminatelemente sind gegenseitig und direkt miteinander verbunden sind durch ihre dünneren Schichten aus Metall durch Löten. Je nachdem, ob der Kern bildet einen spiralförmigen oder kreisförmigen Spulen sollte eutektischen Legierungsschicht aus Sn-In verwendet werden, die eine Schmelztemperatur von 118 ° C hat, eutektischen Legierungsschicht oder Sn-Bi, die eine Schmelztemperatur von 135 ° C hat Abbildung gedruckte Schaltung, die die thermoelektrischen Elemente unterstützen, werden auf der dickeren Metallschicht jeder laminierten Elemente erhalten. Die beiden Laminatelemente sind gleichzeitig mit Halbleitern durch Löten im Falle einer aufgewickelten Spirale Kernform gelötet und anschließend im Falle der Kreisform des Kerns aufgewickelt. In beiden Fällen ist das Endergebnis ein gewickelter Kern, soll die Festkörper-Wärmepumpe zu empfangen. Bezugszeichen 10 bezeichnet den Querschnitt des Metallverdrahtungen, die jeweils auf der Basis der eutektischen Zinn gelötet thermoelektrischen Elemente 11 und 12 der n-Typ- und p-Typ verlötet sind. Bezugszeichen 13 bezeichnet den Querschnitt der Schicht aus Polymermaterial und das Bezugszeichen 15 eine dünne Metallschicht angegeben. Bezugszeichen 16 bezeichnet den Querschnitt der Schicht des eutektischen Sn-In-Legierung oder Sn-Bi, die zusammen die zwei laminierte Elemente der spiralförmig oder kreisförmig gewickelten Kerns es Kompaktheit und Dimensionsstabilität zu geben, verbindet. Die Dicke der Metallverdrahtungen 10 variiert in Abhängigkeit von der Leistung und damit den Maximalwert des elektrischen Stroms in der thermoelektrischen Vorrichtung fließt, gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Dicke der Leiterbahnen, sollte natürlich nicht aus, um eine Überhitzung der Verdrahtung durch den Joule-Effekt zu verhindern. Vorzugsweise ist die Dicke der Leiterbahnen im Bereich von 70-300 Mikron. Die Dicke der Schicht aus Polymermaterial 13 hängt von der mechanischen Kraft, die in Wicklung und den Kern der thermoelektrischen Vorrichtung zu packen. In der Praxis ist die Dicke des leitenden Pfad ausgewählt werden einerseits eine gute mechanische Festigkeit und auf der anderen Seite zu gewährleisten - die effektive Wärmeübertragung. In der zweiten Ausführungsform wird eine dünne Metallschicht 15 nicht geätzt, da das Ziel ist, die mechanische Festigkeit zu liefern. Folglich vorzugsweise dessen Dicke im Bereich von 35-100 Mikron liegen. Die dünne Metallschicht 15 ist entworfen, um die eutektische Legierung für die abschließende Löten der beiden laminierten Elemente der spiralförmigen oder kreisförmigen Wickelkern verwendet, aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise ist die Dicke der dünnen Metallschicht 15 von 15 bis 30 Mikrometer. Die Schicht der eutektischen Legierung 16 wird im voraus abgeschieden wird, zumindest eine der beiden Verbundelemente, beispielsweise durch Siebdruck oder eine Dienstleistung durch eine Maske, die Zusammensetzung thixotrope Dispersion der eutektischen Zinn-Legierung mit einem geeigneten Flussmittel gebildet zu verteilen. Die Wahl einer thermoelektrischen Vorrichtung gemß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hängt von den Konstruktionsspezifikationen und die Herstellungskosten.

3 und 4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese thermoelektrische Vorrichtung ist für die Festkörper-Wärmepumpe verwendet. Die Größe der Wärmepumpe kann in Abhängigkeit von der Nennleistung variieren. Bezugszeichen 17 und 18, wobei die inneren und äußeren Rohre bzw. der Wärmetauscher thermoelektrische Wärmepumpe im festen Zustand verwendet. Die Ziffer 19 gezeigten Kühlrippen externen Wärmetauscher Rohr. Der externe Wärmetauscherrohr 17 ist um die spiralförmige oder kreisförmig gewickelte Kern 20 in den Figuren 3 und 4. Die Temperatur der Kühlrippen auf der Menge hängt von Wärme gezeigt angeordnet, die abgeführt werden soll, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Temperatur der Wärmetauscherrohre 50 nicht überschreiten 55 ° C, um einen guten Betrieb der Wärmepumpe zu gewährleisten. In einer alternativen Ausführungsform kann das Wärmetauscherrohr 17 mit kleineren Kühlrippen versehen und innen mit einem Hohlraum versehen, durch die Kühlmittel zirkuliert wird. Der gesamte Wärmetauscherrohr 17 kann aus Aluminium und ihre Dicke sollte eine gewisse Flexibilität der Konstruktion, um die Dichtungsflächen in direkter Apposition zu garantieren zu können gemacht werden, geben. Weiterhin, 17 in dem Fall der spiralförmig gewickelte Kern in 3 dargestellt ist, die Außenkontur des Wärmetauscherrohres sollte die Exzentrizität Struktur berücksichtigen, die in ein Spiralkern gewickelte bildet. Wie ersichtlich ist, in der thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsformen weist der Kern eine Struktur aller Thermoelemente trägergestützte Schicht aus Polymermaterial laminiert Elementen gebildet. Die Spulen der gewickelte Kern dicht gepackt und miteinander durch ein wärmeleitendes Klebemittel in dem Fall der laminierten Elemente in Figur 1 dargestellt, oder mittels Sn-In oder Sn-Bi eutektischen Legierung in dem Fall der laminierten Elemente in 2 dargestellt zu bilden. Die Anzahl der Windungen der gewickelte Kern bildet, hängt von der Nennleistung der thermoelektrische Wärmepumpe. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass eine optimale Leistung erzielt wird, wenn die Anzahl der Windungen im Bereich von 1 bis 15 ohne übermäßige Herstellungskosten. 21 Das Bezugszeichen veranschaulicht die Lage von zwei metallischen Leiter oder Halbleiter thermoelektrischen Elemente vom n-Typ und p-Typ auf Verlöten Struktur der spiralförmig oder kreisförmig gewickelte Kern verlötet. Wärmetauscherrohr 18 kann vollständig aus Kupfer hergestellt sein, und im Falle der spiralförmig gewickelte Kern in 3 dargestellt ist, ist es konturiert ist, zu schaffen, in dem Abschnitt, wo die laminierten Elemente direkt unterstützt wird, eine Nut, die für die Exzentrizität durch die Konstruktion verursacht kompensiert, ein Coiled Kern bilden. Wenn dies der Fall ist, verhindert sie das Auftreten von jeder Feld fehlende Kontakt Interaktion, die zwischen den Laminatelementen und der Metalloberfläche des Innenrohrs 18 des Wärmeaustauschers eintritt. Schließlich Bezugszeichen 22 enthält einen inneren hohlen Abschnitt des inneren Wärmetauscherrohr 18, durch den die Strömung des Arbeitsfluids.

5 zeigt einen Längsschnitt der Wärmepumpe in Abbildung 3 dargestellt. Bezugszeichen 20 zeigt die Position der spiralförmigen oder kreisförmigen gewickelten Kern innerhalb der Wärmepumpe. Die Spulen sind dicht gepackt und die äußeren und inneren Rohre 17 bzw. 18 des Wärmetauschers angebracht sind, um die Bildung von Luftblasen zwischen den Oberflächen zu verhindern, die in Kontakt sind. Der innere Wärmetauscher-Rohr 18 ist konturiert Berücksichtigung der Exzentrizität der resultierenden Design Spiralwickelkern zu nehmen. Im Gegensatz dazu weisen die inneren Endabschnitte der Wärmetauscherröhre 18 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Abmessungen interne Wärmetauscherrohr 18, hängen natürlich von der beabsichtigten Wärmeaustausch. Die Wärmepumpe ist mit zwei Endkappen 23 und 25 vorgesehen, welche die Wärmepumpenanlage schließen. Die vordere Abdeckung 23 ist aus einem wärmeisolierenden Polymermaterial, wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyamid-6,6, Polyethylen hoher Dichte hergestellt, um thermisch die entsprechende Seite der Wärmepumpe zu isolieren und die Bildung von Kondensat zu vermeiden. Die Wahl des Materials hängt von den Konstruktionsspezifikationen. Der externe Wärmetauscherrohr 17, die sie umgibt und bedeckt den Wickelkern 20 ist kreisförmig im Querschnitt im Falle eines kreisförmigen Wickelkern, während seine Außenkontur wie Berücksichtigung der Exzentrizität Design gebildet coiled Kern, wenn die spiralförmig gewickelten Kerns zu nehmen. Externer Wärmetauscher Rohr 17 sollte eine Dicke haben, die in seiner Dichtung und gefrier um den kollabierten Kern eine angemessene Flexibilität gewährleistet. Bezugszeichen 19 Kühlrippen 17 gezeigt, die von dem Wärmetauscher mit dem Außenrohr fest verbunden sind. Die gesamte Oberfläche der Strahlungsrippen hängt von der Nennkapazität und ob oder nicht das System der Zwangsluftkühlung anzuwenden. In einer alternativen Ausführungsform kann das Außenrohr 17 des Wärmeaustauschers kann mit kleineren Kühlrippen verwendet werden und innen mit einem Hohlraum versehen, durch die Kühlmittel zirkuliert wird. Die Ziffer 24 Set Stator Kreiselpumpe Umwälzpumpe in der hinteren Abdeckung 25 der Wärmepumpe vorgesehen. Die Strömungsrate der Umwälzpumpe abhängig von dem Gesamtausmaß der Wärmetauscherkreislauf und die Wärmeaustauschrate vorgesehen. Das Beispiel veranschaulicht in Figur 5 bezieht sich auf Heiz- oder Kühlsystemen, wobei eine Wärmepumpe in dem Wärmetauscherkreislauf vorgesehen ist. Es kann jedoch erhalten, und die modulare Heiz- und Kühlsystem mit zwei oder mehreren Wärmepumpen in Reihe geschaltet werden, und eine Zirkulationspumpe für die Wärmepumpe außen vorgesehen. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet das Laufrad der Umwälzpumpe. Das Flügelrad 27 auf dem Wellenmotor befestigt ist (nicht gezeigt). Ein Kühlgebläse für einen Gebläseluftstrom zu erzeugen, durch die Kühlrippen 19 des äußeren Rohrs 17 des Wärmetauscher geleitet werden, und kann 25 an der Welle 27. Die hintere Abdeckung montiert werden ist aus einem wärmeisolierenden Polymermaterial, wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyamid-6,6, Polyethylen mit hoher Dichte, zu isolieren, um thermisch das entsprechende Endteil der Wärmepumpe und die Bildung von Kondensat zu vermeiden. Die Wahl des Materials hängt von den Konstruktionsspezifikationen. Im Falle der modularen Heiz- oder Kühlsystemen, bei der zwei oder mehrere Wärmepumpen in Reihe geschaltet sind, können die zwei Abdeckungen miteinander vollständig identisch und symmetrisch sein. In diesem Fall wird die Zirkulationsflüssigkeit durch die Wärmepumpe arbeiten durch eine externe Zirkulationspumpe gewährleistet werden. Schließlich, 28 das Bezugszeichen enthält die metallische Spirale im inneren Wärmetauscher Rohr 18 eingeführt. Die Metallspirale 28 ist entworfen, um die Verweilzeit des Arbeitsfluids innerhalb der Wärmepumpe zu erhöhen und eine turbulente Strömung zu erzeugen, die den Wärmeübergang verbessert. Die Metallspirale 28 kann aus rostfreiem Stahl hergestellt und montiert mit Preßsitz innerhalb des inneren Wärmetauscherröhre 18 während der Ausführung der Endmontage Betrieb der Wärmepumpe.

6 veranschaulicht ein erstes Muster der gedruckten Schaltung der Laminatelemente der thermoelektrischen Pumpe gemß der vorliegenden Erfindung, bei der die thermoelektrischen Elemente unterstützt werden. Die Länge und Breite des laminierten Elements mit der gedruckten Schaltung und die Längen L1, L2 der Endabschnitte seiner Nennleistung abhängig von der Wärmepumpe und damit sie durch Designspezifikationen begrenzt sind. Für eine Nennleistung kleiner als 500 W kann eine Konfiguration vorgesehen sein, in denen eine Matrix aus thermoelektrischen Elemente in Reihe geschaltet verwendet. Für höhere Nennleistung Verdrahtungen der gedruckten Schaltung sollte eine größere Dicke aufweisen. Bezugszeichen 29 enthält den Endabschnitt des laminierten Elements, vorgesehen für das mit dem Innenrohr 18 der Wärmepumpe Wärmetauscher zu befestigen. Bezugszeichen 30 Klemmen der gedruckten Schaltung dargestellt verbinden, die mit einer externen Stromquelle verbunden ist. Die Ziffer 31 enthält die gedruckte Schaltung auf der die thermoelektrischen Elemente gelötet Löten. Im Falle des spiralförmig gewickelten Kerns in Figur 3 dargestellt, ist der Abstand zwischen den Strompfaden ((ca.. Per.) Zwischen jedem aktuellen Spur) der gedruckten Schaltung ist zu berücksichtigen, um den Abstand zwischen den thermoelektrischen Elementen innerhalb der Struktur, wenn es zu einer Gerinnungsprozess variabler Krümmung befestigt ist.

7 veranschaulicht ein zweites Muster der gedruckten Schaltung der Laminatelemente der thermoelektrischen Pumpe gemß der vorliegenden Erfindung, bei der die thermoelektrischen Elemente unterstützt werden. In diesem Fall ist die Länge und Breite des laminierten Elements mit der gedruckten Schaltung und die Längen L1, L2 und die Endabschnitte abhängig davon auf die Nennleistung der Wärmepumpe und damit sie durch Designspezifikationen begrenzt sind. Für eine Nennleistung von mehr als 500 W praktisch eine Konfiguration von zwei oder mehreren elektrisch getrennten Anordnungen von thermoelektrischen Elemente in Reihe geschaltet gebildet bereitzustellen. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Dicke des laminierten Elements zu optimieren. In diesem Fall wird eine höhere Leistung sollten die Verdrahtungen der gedruckten Schaltung eine größere Dicke aufweisen. Bezugszeichen 32 enthält den Endabschnitt des laminierten Elements, vorgesehen für das mit dem Innenrohr 18 der Wärmepumpe Wärmetauscher zu befestigen. Zeichen 33 Klemmen der gedruckten Schaltung dargestellt verbinden, die mit einer externen Stromquelle verbunden ist. Die Ziffer 34 enthält die gedruckte Schaltung auf der die thermoelektrischen Elemente gelötet Löten. Im Falle des spiralförmig gewickelten Kerns in Figur 3 dargestellt, muss der Abstand zwischen den Strombahnen der Leiter berücksichtigen den Abstand zwischen den thermoelektrischen Elemente in der Struktur, wenn es zu einer Gerinnungsprozess variabler Krümmung befestigt ist. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet eine Gruppe von elektrisch getrennten Anordnungen von thermoelektrischen Elementen. Diese Konfiguration ermöglicht, die gesamte elektrische Leistung der Wärmepumpe und Vermeidung einer Verschlechterung der Wärmepumpe durch den Joule-Effekt hervorgerufen, zu modulieren.

8 zeigt einen zentralen Querschnitt des internen Wärmetauscherrohr 18. Insbesondere wird das Befestigungssystem, wobei die gefaltete spiralförmige Struktur in den Kern der thermoelektrischen Vorrichtung veranschaulicht gemß der vorliegenden Erfindung die internen Wärmetauscherrohr verbunden der Wärmepumpe. Das Befestigungssystem verhindert, dass die Oberflächen der geschichteten Elemente, die die Metallleitungen unterstützen, die die thermoelektrischen Elemente bei der Umsetzung der Koagulation Betrieb gelötet Löten werden. Offset geschichteten Elemente können schlechte elektrische Verbindungen verursachen. Die Ziffer 36 enthält Platte einheitliche Befestigungs Endbereich Design bietet. Platte 36 ist mit Schrauben an dem Körper des Innenrohrs 18 des Wärmeaustauschers befestigt, die in Figur 8 nicht dargestellt sind. Die Ziffer 37 enthält Schlitz vorgesehen radiale Kompensationsschritt auf dem inneren Wärmetauscher-Rohr 18. Dieser Schlitz soll Kraft zur Befestigung der Anwendung Gleichmäßigkeit des Designs Montage Endteil bereitzustellen, wenn diese Schrauben zu schrauben. 38 Das Bezugszeichen veranschaulicht die Lage von thermoelektrischen Elemente vom n-Typ und p-Typ in der Struktur und das Bezugszeichen 39 bezeichnet den Querschnitt Stützelemente laminiert. Und einen Querschnitt des Innenrohrs 18 des Wärmetauschers gezeigt. Der Pfeil F auf der linken Seite des Querschnitts zeigt die Richtung der Drehung des inneren Wärmetauscherröhre 18 während des Verfahrensschritt der Koagulationsstruktur.

9 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform eines thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Übereinstimmung mit einem dritten Ausführungsbeispiel der dritten Ausführungsform umfasst ein laminiertes Element aus einer Schicht aus Polymermaterial gebildet, und ein Paar Metallschichten sind in der Regel zwei Kupferschichten, wobei jede Schicht eine der gegenüberliegenden Oberflächen der Schicht aus Polymermaterial bedeckt. Endteile des laminierten Elements in der Wunde Konfiguration miteinander verbunden sind mittels eines Klebstoffpolymers hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Epoxidharz mit Silber Füllstoff oder Metalloxid aufweist. Das laminierte Element gerollt wird in eine spiralförmige oder kreisförmige Konfiguration um den Kern der thermoelektrischen Vorrichtung in den festen Zustand thermoelektrische Wärmepumpe verwendet, zu bilden. Figur gedruckte Schaltung, an die die thermoelektrischen Elemente verbunden sind, gebildet sowohl durch die Schichten Metall geätzt wird. Folglich wird jede Windung der spiralförmigen oder kreisförmigen Wickelkern aus einem einzigen laminierten Element gebildet, deren Enden miteinander durch Klebstoff verbunden sind. Bezugszeichen 10 bezeichnet den Querschnitt des Metallverdrahtungen, die auf Verlöten der thermoelektrischen Elemente 11 und 12 der n-Typ- und p-Typ, die jeweils bei der Verwendung einer eutektischen Zinnlegierung verlötet sind. Bezugszeichen 13 bezeichnet den Querschnitt der Schicht aus Polymermaterial. Die Dicke der Metallverdrahtungen 10 variiert in Abhängigkeit von der Leistung und damit den Maximalwert des elektrischen Stroms, der durch den thermoelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Dicke der Leiterbahnen, sollte natürlich nicht aus, um eine Überhitzung der Verdrahtung durch den Joule-Effekt zu verhindern. Vorzugsweise ist die Dicke der Leiterbahnen im Bereich von 70-300 Mikron. Die Dicke der Schicht aus Polymermaterial 13 hängt von der mechanischen Kraft, die in Wicklung und den Kern der thermoelektrischen Vorrichtung zu packen. In der Praxis ist die Dicke des leitenden Pfad ausgewählt werden einerseits eine gute mechanische Festigkeit und auf der anderen Seite zu gewährleisten - die effektive Wärmeübertragung. Vorzugsweise betrug die Dicke der Leiterbahn im Bereich von 35 bis 150 Mikrometer.

10 und 11 veranschaulicht eine Anordnung von leitfähigen Metallbahnen auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Schicht aus Polymermaterial bereitgestellt. Diese Leiterbahnen bilden eine gedruckte Schaltung, auf dem Verlöten der thermoelektrischen Elemente verlötet sind. Figur gedruckte Schaltung, an die die thermoelektrischen Elemente verbunden sind, durch Ätzen der Metallschicht erhalten. Die Länge und Breite des laminierten Elements mit der gedruckten Schaltung und der L1, L2 Länge an einer Seite und L3, L4 auf der anderen Seite der Endabschnitte davon hängen die Nennleistung der Wärmepumpe und damit sie durch Designspezifikationen begrenzt sind. Die freien Enden des laminierten Elements miteinander verbunden sind durch eine Klebstoffschicht aus einem wärmeleitenden Epoxidharzes gebildet fein gemahlene metallische Elemente enthält. Um die Menge des Beschichtungsmaterials begrenzen, und eine dünne Schicht zu bilden, vorzugsweise eine Dicke von nicht mehr als 10-15 Mikrometer, wird das Harz aufgebracht Schaber.

Figur 12 zeigt einen zentralen Querschnitt des internen Wärmetauscherrohr 18. Insbesondere wird das Befestigungssystem, wobei die Struktur der thermoelektrischen Vorrichtung veranschaulicht gemß der vorliegenden Erfindung die internen Wärmetauscherrohr verbunden der Wärmepumpe. Das Befestigungssystem verhindert, dass die Oberflächen der geschichteten Elemente, die die Metallleitungen unterstützen, die die thermoelektrischen Elemente bei der Umsetzung der Koagulation Betrieb gelötet Löten werden. Offset geschichteten Elemente können schlechte elektrische Verbindungen verursachen. Die Ziffer 37 enthält Schlitz vorgesehen radiale Kompensationsschritt auf dem inneren Wärmetauscher-Rohr 18. Dieser Schlitz soll Kraft zur Befestigung der Anwendung Gleichmäßigkeit des Designs Montage Endteil bereitzustellen, wenn diese Schrauben zu schrauben. 38 Das Bezugszeichen veranschaulicht die Lage von thermoelektrischen Elemente vom n-Typ und p-Typ in der Struktur und das Bezugszeichen 39 bezeichnet den Querschnitt Stützelemente laminiert. Und einen Querschnitt des Innenrohrs 18 des Wärmetauschers gezeigt. Der Pfeil F auf der linken Seite des Querschnitts zeigt die Richtung der Drehung des inneren Wärmetauscherröhre 18 während des Verfahrensschritt der Koagulationsstruktur. Vorzugsweise wurde das Polymermaterial der Stützschicht-Folie aus einem Polyamid hergestellt, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polycarbonat, Polyamid 6, Copolyamid 6-X, worin X = 6, ... 12, Polyarylamid MXD6, Polyphenylen, Polyphenylensulfid, Polykarbonat-Polybutylenterephthalat-Copolymer Terephthalat-Copolymer, Polycarbonat, Polyethylennaphthalat und Copolymeren, Polycarbonat und Polyaryl-amid-Copolymer und Polybutylenterephthalat, Polyamid oder Copolyamid, Polyketon.

13 ist eine perspektivische Ansicht der Wärmepumpe von Fig. 3, 4 und 5 und mit Zwangsluftkühlung des Außenrohrs des Wärmeaustauschers versehen. 14 ist eine perspektivische Ansicht der Wärmepumpe von Fig. 3, 4 und 5 und mit Flüssigkeitskühlung des äußeren Wärmetauscherrohr vorgesehen ist.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die spiralförmig oder gewunden um den Kern Abmessungen in Durchmesser zunehmenden Spulen zu erhalten erlaubt, wobei die heiße / kalte Oberfläche (auf der Richtung des elektrischen Stroms in Abhängigkeit) jeder Spule Austausch mit dem kalten / heißen Oberfläche der unmittelbar benachbarten Spule erwärmen. In diesem Fall wird in Bezug auf eine geometrisch ebene Konfiguration in der Technik bekannt ist, wird die sich ergebende Wirkungsgrad des Systems erhöht, indem die Gesamtwiderstand des spiralförmig gewickelten Kerns zu reduzieren.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht thermo Wärmepumpen mittlerer Leistung und hohem Wirkungsgrad festen Zustand zu erhalten. Diese Wärmepumpen sind verwendbar auf dem Gebiet der Kälte Kälte zu erzeugen, erzeugen keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt, die ohne Verwendung von schädlichen Gasen. Weitere mögliche Anwendungen der Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung sind Industrie, Schifffahrt, Luftfahrt, Instrument, Automobil- und Gebäudekühlung und Heizsysteme.

Die Energiequelle für die Wärmepumpe kann eine Gleichspannungsquelle sein, die auf den spezifischen Konstruktionsspezifikationen abhängt. Wenn die Wärmepumpe in einem Bereich installiert ist, wo die Konstantstromquelle nicht direkt verfügbar ist, aber nur Wechselstromquelle, die Wechselstromrichter im Gleichstrom vorgesehen rektifiziert pulsierender Strom nicht mehr als 10% beträgt.

FORDERUNGEN

1. Festkörperthermoelektrische Vorrichtung wenigstens eine leitende Metallmatrix und / oder thermoelektrischen Halbleiterelemente und n-Typ der p-Typ, montiert auf einer Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Struktur, gebildet aus wenigstens einem Paar von laminierten Elemente aufweist , причем каждый элемент образован из поддерживающего слоя, полученного из полимерного материала, и по меньшей мере на одну поверхность которого нанесен слой проводящего материала; слоя соединяющего материала, расположенного между двумя слоистыми элементами указанной по меньшей мере одной пары, предназначенного для прочного соединения их друг с другом так, чтобы по меньшей мере один из указанных слоев проводящего материала образовывал внешний слой указанной пары, и тем, что печатная плата состоит из слоя проводящего материала слоистых элементов и электрически последовательно соединяет термоэлектрические элементы для образования термопар, имеющих горячую и холодную стороны соответственно, только на одной стороне конструкции, и тем, чтоуказанная конструкция термоэлектрического устройства имеет свернутую в спираль или круглую конфигурацию.

2. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый элемент по меньшей мере одной пары слоистых элементов образован из слоя, полученного из полимерного материала, на каждой поверхности которого расположен слой проводящего материала.

3. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что поддерживающий слой полимерного материала образован из пленок без ориентации или с ориентацией в одном или двух направлениях.

4. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что материал соединяющего слоя образован из теплопроводной термореактивной смолы.

5. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что материал соединяющего слоя образован из эвтектического сплава.

6. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что печатная плата образована из одной схемы, которая проходит по всей длине обмотки.

7. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что печатная плата образована из матрицы электрически разделенных схем.

8. Термоэлектрическое устройство по п.3, отличающееся тем, что полимерный материал, который образует поддерживающий слой, является пленкой, полученной из полиамида, полибутилентерефталата, полиэтиленнафталата, поликарбоната, полиамида 6, сополиамида 6-Х, где Х=6...12, полиариламида MXD6, полифенилена, полифениленсульфида, сополимера поликарбонат-плибутилена и терефталата, сополимера поликарбонат-полиэтилена и нафталата, сополимера поликарбонат-полиарила и амида, сополимера полибутилена и терефталат-полиамида или сополиамида, поликетона.

9. Термоэлектрическое устройство по п.4, отличающееся тем, что термореактивная смола соединяющего слоя является теплопроводной эпоксидной смолой, акрилатом, силиконовой смолой или аналогичным веществом.

10. Твердотельный термоэлектрический тепловой насос, содержащий термоэлектрическое устройство по п.1, отличающийся тем, что содержит теплообменник, имеющий внутреннюю трубу, через которую проходит рабочая жидкость, внешнюю трубу, расположенную соосно с указанной внутренней трубой, твердотельное термоэлектрическое устройство, расположенное между указанными внутренней и внешней трубами и в тесном контактном взаимодействии с ними, торцевые крышки, предусмотренные с впускным и выпускным отверстиями для рабочей жидкости и имеющие жидкостное сообщение с указанной внутренней трубой, циркуляционное средство, предназначенное для обеспечения циркуляции рабочей жидкости внутри внутренней трубы, генератор турбулентного течения, расположенный внутри указанной внутренней трубы и выполненный с возможностью генерирования турбулентного течения рабочей жидкости, электрический соединитель, предназначенный для соединения термоэлектрического устройства с внешним источником электропитания, и датчик температуры, предназначенный для распознавания возможного перегрева на поверхностях указанных внутренней и внешней труб.

11. Тепловой насос по п.10, отличающийся тем, что на внешней поверхности трубы теплообменника предусмотрены охлаждающие ребра.

12. Тепловой насос по п.10, отличающийся тем, что внутри одной из торцевых крышек теплового насоса предусмотрены средства для циркуляции рабочей жидкости.

13. Тепловой насос по п.11, отличающийся тем, что он содержит вентилятор для генерирования принудительного воздушного потока через охлаждающие ребра внешней трубы.

14. Тепловой насос по п.10, отличающийся тем, что внутри внешней трубы предусмотрена полость, через которую циркулирует охлаждающая жидкость.

15. Тепловой насос по п.10, отличающийся тем, что термоэлектрическое устройство прикреплено к внутренней трубе теплообменника и непосредственно или косвенно поддерживается ей.

16. Тепловой насос по п.10, отличающийся тем, что термоэлектрическое устройство непосредственно или косвенно поддерживает внешнюю трубу теплообменника.

17. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит несколько спиралей - от 1 до 15.

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Дата публикации 24.01.2007гг