DE1805425A1 - Thermoelektrische Anordnung - Google Patents
Thermoelektrische AnordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Anordnung, z.B. eine thermoelektrische Wärmepumpe, ein Thermoelement oder einen
Thermogenerator mit einer Scheibe aus wärmeisolierendem Material
mit durchgehenden löchern, in denen eine Anzahl P- und N-leitender thermoelektrische^ Halbleiterelemente angeordnet
sind und die Anordnung weiter elektrisch leitende Wärmeübertragungsorgane hat, die in elektrischem und thermischem Eontakt
mit den Elementen auf beiden Seiten der Scheibe derart angeordnet sind, daß die Elemente durch diese Organe elektrisch
in leihe geschaltet s±n.
Anordnungen, um eine Wärmeübertragung mit Hilfe eines elektrischen
Stromes unter Ausnutzen des Peltiereffekts zu erhalten, sind bekannt. Wenn ein Gleichstrom durch eine Reihe hinter·
einanderliegender, abwechselnd P- und H-leitender Halbleiterkörper
geleitet wird, erhält man abwechselnd eine Abkühlung und eine Erwärmung der Kontaktfläche zwischen zwei Körpern
(lötstelle). Indem man an jeder lötstelle zwisohen zwei Körpern
eintn Metallkörper (Ihermobrüekt) anordnet, die die beiden
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Halbleiterkörper elektrisch und wärmeleitend verbindet, kann
der z.B. mit Kühlflanschen versehene Metallkörper für die Wärmeübertragung zwischen den Lötstellen und einem umgebenden
Mittel, z.B. luft oder Flüssigkeit, verwendet werden.
Als geeignetes Halbleitermaterial hat sich Wismuttellurid erwiesen;
dieses und andere geeignete Materialien haben aber
^ den Nachteil einer geringen Festigkeit. Es ist vorgeschlagen
worden, eine Anzahl Halbleiterkörper und (teilweise) die an den
Körpern festgelöteten Thermobrüeken in eine Platte, z.B. aus
Kunstharz, einzugiessen, so daß sich die kalten Thermobrücken auf der einen Seite der Platte und die warmen Brücken auf der
anderen befinden. Hierdurch wird zwar ein gewisser Schutz gegen mechanische Beanspruchungen erreicht, aber einmal können Wärmespannungen
eine Unterbrechung der lötfugen verursachen, und zum
andern wird das Auswechseln eines beschädigten Halbleiterkörpers schwer oder unmöglich und es ist weiter schwierig, beim Ein-
ψ giessen gleichzeitig eine gute Festigkeit 12nd eine gute Wärmeisolierung
zu erhalten. Diese Nachteile beseitigt die Erfindung.
Eine thermoelektrische Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Halbleiterelement die Wärmeübertragungsorgane
durch Bolzen gegen die Stirnflächen des Elements gepreßt sind, so daß die Halbleiterelemente zusammen mit den
Wärmeübertragungsorganen eine im wesentlichen selbsttragende Einheit bilden.
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Fach einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Anordnung
mehrere Gruppen von Halbleiterelementen, wobei 3 ede Elementgruppe
in einer gesonderten Scheibe angebracht ist, so daß bei Beschädigung eines Elements die ganze Gruppe einfach gegen eine
gleiche unbeschädigte Gruppe ausgetauscht werden kann, was die
Wartung der Anordnung wesentlich vereinfacht. Vorzugsweise sind die Gruppen so angeordnet, daß sie die gleiche Anzahl Halbleiterelemente
umfassen und in gleich großen Scheiben angebracht sind, *
so daß ein Minimum an Reserve-Elementgruppentypen notwendig ist
und eine rationale Herstellung ermöglicht wird. Einen besonders einfachen und vorteilhaften Aufbau erhält man, wenn die Scheiben
rechteckig ausgeführt werden, wobei sie vorteilhaft nebeneinander in ein und derselben Ebene angeordnet und von miteinander und mit
der genannten Ebene parallelen Trägern, vorzugsweise T-Trägern, getragen werden. Die Anordnung hat hierdurch eine geringe Erstreckung
winkelrecht zu der Ebene der Scheiben und kann einfach angebracht werden, z.B. in der Decke oder in der Wand eines Fahrzeuges.
Weiter wird das Austauschen einer Elementgruppe besonders ( einfach, daf wenigstens bei Wärmeübertragung von luft zu luft,
nur die beiden elektrischen Anschlüsse der Gruppe gelöst zu werden brauchen, wonach die Scheibe aus dem von den Trägern gebildeten
Eahmenwerk herausgenommen werden kann.
Die Elemente einer Gruppe werden zweckmäßig in mit den Kanten der (rechtwinkligen) Scheibe parallelen Reihen angebracht, und man
läßt bei der Wärmeübertragung zur Luft einen Luftstrom parallel
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BAD ORIGINAL
zu zwei Kanten der Scheibe strömen. Wie später gezeigt ist, ist es hierbei vorteilhaft, daß die Anzahl der Elemente in einer mit
dem Luftstrom parallelen Reihe eine ungerade Zahl ist und in einer zu dem Luftstrom winkelrechten Reihe eine gerade Zahl.
Die elektrische Spannung über jedem Element ist niedrig und von der Größenordnung von nur einigen Millivolt, es ist also vorteilhaft,
eine Anzahl Elementgruppen elektrisch in Reihe zu schalten, damit die Spannung der speisenden Stromquelle nicht unwirtschaftlich
niedrig wird. Die elektrischen Verbindungen werden dabei, wenigstens bei Wärmeübertragung an strömende Luft, vorteilhaft
je aus einer Anzahl parallelgeschalteter, im wesentlichen miteinander
paralleler, biegsamer Metallbänder ausgeführt, die so angeordnet sind, daß sich vom Luftstrom durchströmte Spalte zwischen
den Bändern bilden.
Wenn wenigstens eines der Mittellauf die Wärme übertragen werden
soll, eine Flüssigkeit ist, werden nach einer Ausführungsform der Erfindung wenigstens die auf der einen Seite der Scheibe liegenden
Wärmeübertragungsorgane mit Kanälen versehen. Durch diese Kanäle läßt man eine Flüssigkeit strömen. Die Kanäle sind durch
Rohre aus elektrisch isolierendem Material miteinander verbunden, wodurch die erforderliche elektrische Isolation zwischen den
Übertragungsorganen erhalten wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die Flüssigkeitsverbindungen so ausgeführt, daß der Flüssigkeiteetrom die UbertragungBOjrgane
in der gleichen (oder umgekehrten) Reihenfolge paeeter-fc» wie sie
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BAD OBlQiNAL
vom elektrischen Strom passiert werden. Hierdurch erhält man den kleinstmöglichen Potentialunterschied zwischen den in Richtung
des Flüssigkeitsstromes angreaßenden Übertragungsorganen,
so daß die Gefahr von Überleitung durch die !Flüssigkeit und dadurch bedingter Korrosion gering wird. Die Wärmeübertragungsorgane
in einer Gruppe oder die llementgruppen untereinander oder beide können in dieser Weise verbunden werden.
Die Halbleiterelemente können in bekannter Weise je einen Halbleiterkörper
oder mehrere parallelgeschaltete Halbleiterkörper enthalten, die eventuell ringförmig angeordnet sind. Der oder
die Körper können zwischen metallischen Anschlußorganen, z.B. Kupferronden, festgelötet oder festgeklemmt sein. Mit "Halbleiterelement
w meint man also in diesem Zusammenhang einen oder mehrere, eventuell zwischen Anschlußorganen angebrachte, parallelgeschaltete
Halbleiterkörper, die zumindestens nach der Montage der thermoelektrischen Anordnung eine mechanische Einheit bilden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die Elemente so ausgeführt, daß ihre Anlageflächen an den Wärmeübertragungsorganen
sphäriach sind. Hierdurch erhält man eine gewisse mechanische Bewegungsfreiheit, so daß die Gefahr von schädlichen,
ungleichmäßig verteilten Belastungen der Elemente geringer wird.
Die genannten, zu beiden Seiten des oder der Halbleiterkörper
angeordneten Anschlußorgane können als abgestumpfte konische
Mttallblöoke mit von den Halbleiterkörpern auf den Kühlkörper zu
zunehmendem Durchmesser und zweckmäßig ebener Anlageflächt am
BAD ORIGINAL
Kühlkörper ausgeführt sein, was eine große Kontaktfläche zwi«-
schen Anschlußorgan und Kühlkörper ergibt. Nach einer anderen Ausführungsform können die Anschlußorgane auf beiden oder einer
Seite des Elements als sich auf die Kühlkörper zu verjüngende abgestumpfte Kegel ausgeführt werden, die dann zweckmäßig mit
entsprechenden konischen Ausnehmungen versehen werden. Diese Ausführungsform ergibt eine große Kontaktkraft und somit einen
niedrigen Übergangswiderstand zwischen Anschlußorgan und Kühlkörper.
Die wärmeisolierenden Scheiben können nach einer bevorzugten
Ausführungsform aus zwei Schichten eines Materials mit großer Festigkeit ausgeführt werden, z.B. glasfaserarmiertem Kunstharz,
und einer zwischen diesen Schichten angeordneten Schicht aus einem Material mit guter Wärmeisolierfähigkeit, z.B. Zellplastik.
Hierdurch erhält man eine starke, leichte und steife Scheibe mit guter Wärmeisolation (sogenannte Sandwichkonstruktion).
Bei Wärmeaustausch mit Luft werden in bekannter Weise die Wärmeübertragungsorgane
mit in Richtung des Luftstromes im wesentlichen parallelen Kühlflanschen versehen. Es hat sich gezeigt, daß
eine größere Anzahl in Bichtung des Luftstroms kurzer Kühlflanschen
einen wirksameren Wärmeaustausch ergeben als eine geringere Anzahl längerer Flanschen mit derselben Gesamtfläche* Nach einer
bevorzugten Ausführungsform werden deshalb die Wärmeübertragungsorgane
hauptsächlich laid soweit wie möglich mit ihren Längsachsen winkalrecht zur Hichtung des Luftetroms angeordnet. Um
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den Wärmeaustausch noch zu erhöhen, können zwei in Richtung des
Luftstroms aufeinander folgende Wärmeübertragungsorgane so weit
im Verhältnis zueinander winkelrecht zur Richtung des Luftstroms verschoben angeordnet werden, daß die Kühlflanschen des einen
Organs gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Kühlflanschen des anderen Organs liegen. Die Wärmeübertragungsorgane innerhalb
einer Gruppe können in dieser Weise im Verhältnis zueinander und/oder zu einer anderen Gruppe verschoben angeordnet werden.
Die Kühlflanschen können auch so angeordnet werden, daß sie einen gewissen Winkel mit der Richtung des Luftstromes bilden,
wobei zweckmäßig in Richtung des Luftstromes aufeinander folgende Kühlflanschen so angeordnet werden, daß sie in entgegengesetzter
Richtung von dieser Richtung abweichen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigen
Pig. 1 einen Schnitt durch eine bekannte thermoelektrische Wärmepumpe,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Halbleiterelement, das Bolzenorgan und zwei Wärmeübertragungsorgane
,
Pig. 3 einen Schnitt durch eine Elementgruppe, winkelrecht zur Ebene der Scheibe,
Pig. 4 und 5 dieselbe Elementgruppe, von der kalten bzw. warmen Seite der Scheibe aus gesehen,
Pig. 6 die prinzipielle Anordnung zum Zusammenfügen
mehrerer Elemeß-fcgruppen zu einer größeren
Einheit aal _ .
-8-
BAD ORlGHNAL
Pig. 7 eine Ausbildung der Wärmeübertragungsorgane bei Wärmeaustausch mit einer Flüssigkeit.
In der in Pig. T gezeigten Anordnung sind die Halbleiterelemente
1 bis 6 abwechselnd P- und H-leitend. Sie sind durch die mit
Kühlflanschen versehenen Wärmeübertragungsorgane 7 bis 13 elektrisch
verbunden. Wenn ein Gleichstrom durch die Elemente geleitet wird, entsteht ein Temperaturunterschied zwischen den
warmen "Lötstellen", den Organen 11 bis 13» und den kalten "Lötstellen",
den Organen 7 bis 10. Die warme und kalte Seite der Anordnung ist durch eine.wärmeisolierende Wand 14 getrennt. Die
Gleichstromquelle 15 ist an den Wärmeübertragungsorganen 7 und 10 angeschlossen.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Halbleiterelement in
einer erfindungsgemäßen Anordnung. Das Element enthält mehrere, z.B. drei, parallelepipedische Halbleiterkörper z.B. aus" Wismut
tellurid, die P- oder F-leitend sind, von welchen die Körper
20 und 21 gezeigt sind. Das Element enthält auch Kupferronden und 23, zwischen denen die Halbleiterkörper festgelötet oder nur
festgeklemmt sind. Das Halbleiterelement ist zwischen mit Kühlflanschen versehenen und aus Aluminium bestehenden Wärmeübertragungsorganen
24 und 25 mit Hilfe eines Bolzens 26 und einer Mutter 30 festgeklemmt. Hierbei kann zweckmäßig eine federnde
Scheibe, eine starke Schraubenfeder, mehrere !Pellerfedern oder entsprechende Mittel so angeordnet werden, daß öl© eise von der
thermischen Ausdehnung unabhängige Druckkraft geben. Di« iso-
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BADORIGiNAL
lierenden Scheiben 27 und 29 und das Rohr 28 isolieren den Bolzen elektrisch von den beiden Wärmeübertragungsorganen. Eine
aus einer Zwischenschicht 31 aus Zellplastik und zwei aufgeleimten Außenschichten 32 und 33 aus glasfaserarmiertem Kunstharz
bestehende Scheibe ergibt eine gute WärmeisciELerung zwischen
den warmen und kalten Seiten der Anordnung und eine seitliche Stabilität der Anordnung.
Das Halbleiterelement kann auch einen einzigen Halbleiterkörper |
enthalten. Dieser kann z.B. ringförmig sein, wobei Element und Kühlkörper von einem durch den Mittelpunkt des Elements gehenden
Bolzen oder Schraube zusammengehalten werden können. Der Körper kann auch parallelepipedisch sein, wobei zwei Bolzen auf entgegengesetzten
Seiten des Körpers angeordnet sein können. Hierbei werden die Bolzen zweckmäßig so angeordnet, daß ihre Verbindungslinie
parallel zu den Kühlflanschen ist, wobei die Bolzen oder Schrauben in denselben Zwischenräumen zwischen zwei Kühlflanschen
angebracht werden können.
Wie aus der Figur 2 hervorgeht, ist die wärmeisolierende Scheibe 31 bis 33 etwas dünner als das Halbleiterelement, damit der Prefidruck
vom Bolzen 26 mit Sicherheit völlig vom Element aufgenommen wird. Es kann nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung
vorteilhaft sein, einen verhältnismäßig großen Zwischenraum, z.B. 2 bis 5 mm, auf beiden Seiten der Scheibe zwischen dieser
und den Kühlkörpern anzuordnen, was «sine Kontrollt der Stirnseiten
der Halbltiterelemesrfce längs der Soheibenflache gestattet.
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BAD ORlQtNAL
Bei luftkühlung wird außerdem erreicht, daß die der Scheibe zugekehrten Flächen der Kühlkörper als Wärmeübertragungsflachen
sum luftstrom dienen. Die genannten Flächen können dabei mit flachen, im wesentlichen mit dem luftstrom parallelen Kühlflanschen
versehen werden, die dann auch die Aufgabe erfüllen können, die Scheibe zentriert zwischen den Kühlkörpern zu
halten.
P Diese letzte Funktion kann alternativ mit elastischen Leisten,
z.B. aus Gummi, erreicht werden, die zwischen der Scheibe und den Kühlkörpern und im wesentlichen parallel zum Luftstrom angeordnet
werden.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Eletaentgruppe nach der Erfindung.
In Löchern einer rechteckigen Seheibe 40, die nach Fig. 2 ausgeführt
ist, sind zwölf Halbleiterelemente 41 bis 52 angebracht und mit Bolzen zwischen den Wärmeübertragungsorganen festgeklemmt.
Von diesen liegen die mit 53 bis 59 bezeichneten auf der Unterseite der Scheibe, ihrer kalten Seit®, und die mit
60 bis 65 bezeichneten auf der Oberseite der Scheibe, ihrer warmen Seite. Die T-Eisen 66 und 67 tragen die gezeigte Elementgruppe
und mehrere andere nicht gezeigte Gruppen. Die gezeigte Gruppe ist mit naheliegenden Gruppen durch Kupplungsorgane
und 69 verbunden. Dies© bestehen aus einer Anzahl biegsamer Kupferbänder, deren Enden mit Löchern versehen und gegen die
Wärmeübertragung organe gedrückt sind, die (53 und 70) durch
ORIGINAL
die Schrauben 73 verbunden werden sollen. Die Längen der Bänder nehmen nacheinander zu und sind so abgepaßt, daß sich zwischen
ihnen Luftspalte bilden. Der parallel zu den Kühlflanschen strömende Luftstrom durchströmt diese Spalte und trägt dadurch gut
zum Wärmeaustausch zwischen der kalten Seite des Halbleiterelements 41 und der Luft bei.
Der Weg des elektrischen Stromes durch reihengeschaltete Halbleiterelemente
ist 68-53-41-64-42-54-43-65 usw. Die Brücken ä 60 bis 65 werden erwärmt und die Brücken 53 bis 59 gekühlt.
Wärme wird hierbei einem durch nicht gezeigte Kanäle längs der kalten Seite der Elementgruppe strömenden Luftstrom entnommen
und an der warmen Seite an einen dort strömenden Luftstrom abgegeben. Dieser Luftstrom muß auch die in den Elementen entwickelte
elektrische Verlustleistung ableiten, wofür die gezeigte
Anordnung besonders vorteilhaft ist. Zwei kurze flanschen sind nämlich wirksamer als ein einziger doppelt so langer
Plansch. In der gezeigten Ausführung haben alle Brücken auf der
warmen Seite (60 bis 65) kurze Kühlflanschen, was bei den Brücken * 55 und 57 auf der kalten Seite nicht der Fall ist. Diese vorteilhafte
Gestaltung erhält man dadurch, daß die Zahl der Halbleiterelemente in der Richtung des Luftstromes eine ungerade
Zahl ist, nämlich drei, und die Zahl winkelrecht dazu eine gerade Zahl, nämlich vier. Eine proportional größere Zahl von
Brücken mit kurzen Flanschen erhält man auf der kalten Seite, wenn die Zahl der Elemente in der Gruppe erhöht wird, z.B. auf
5x6 Elemente«
Wie aus den Figuren hervorgeht, können die llementgruppen einfach
für den Austausch oder für eine Überprüfung herausgenommen werden, nämlich durch Lösen der beiden elektrischen Anschlüsse
68 und 69. Es ist auch ersichtlich, daß die Halbleiterelemente zusammen mit den Bolzenorganen und Thermobrücken eine wenigstens
im wesentlichen selbsttragende Einheit bilden. Die Scheibe 40 kann deshalb hauptsächlich für ihre wärmeisolierende Funktion
ausgeführt werden. Alle Kupplungen sind weiter auf der kalten Seite der Gruppe vorgenommen, weshalb die warme Seite nicht
zugänglich zu sein braucht.
Fig. 6 zeigt das Prinzip der Zusammenkupplung oder Zusammenschaltung
der Elementgruppen zu einer größeren Einheit, von der kalten Seite aus gesehen. Die Gruppen 80 bis 94 sind nebeneinander
angeordnet und mit den schematisch gezeigten Verbindungen reihengeschaltet. Die Gruppen 80, 82, 84 usw. sind identisch,
ebenso die Gruppen 81, 83, 85 usw. Die Gruppen 85 bis 89 sindnur um 180° um eine zur Ebene des Papiers winkelrechte Achse
im Verhältnis zu den Gruppen 80 bis 84 und. 90 bis 94 gedreht.
In den Punkten 95 und 96 kann die gezeigte Einheit an eine Stromquelle oder an weitere Elementgruppen angeschlossen werden.
Da die Spannung über jedem Element niedrig ist, in einem typischen
Fall ca 50 mV, werden zweckmäßig mehrere Elementgruppen in Reihe geschaltet, um den Anechluß an eine geeignete Speise-Quelle zu ermöglichen. Bei Anordnungen, die eine große Anzahl
von Elementgruppen umfassen, kann natürlich auch eine Seihen-Parallelschaltung der Elementgruppen vorteilhaft sein.
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Fig. 7a und b zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Wärmeübertragungsorgane 7, 8 auf der einen Seite der
Scheibe mit Kanälen 73 und 83 versehen sind, durch die eine Flüssigkeit fließt. Die Kanäle können beispielsweise aus in
die Übertragungsorgane eingegossenen Metallröhren bestehen,
wobei die Kanäle der angrenzenden Übertragungsorgane (7, 7')
durch auf die herausragenden Rohrstümpfe aufgezogene Rohre 74
aus isolierendem Material verbunden werden. Eine gewisse Leitfähigkeit ist immer bei einer strömenden Flüssigkeit vorhanden, I
und um die Gefahr von Korrosionen zu vermindern, können zweckmäßig
die Flüssigkeitsverbindungen zwischen den Übertragungsorganen in einer Elementgruppe so ausgeführt werden, daß die
Flüssigkeit die Organe in der gleichen oder umgekehrten Reihenfolge wie der elektrische Strom passiert. Alternativ oder gleichzeitig
können die Elementgruppen in entsprechender Weise zusammengeschaltet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur Beispiele, j
viele andere Ausführungsarten einer erfindungsgemäßen Anordnung sind denkbar.
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Claims (6)
1. Thermoelektrische Anordnung mit einer Scheibe aus wärmeisolierendem
Material mit durchgehenden Löchern, in denen eine Anzahl P- und N-leitender thermoelektrischer Halbleiterelemente
angeordnet sind, und mit elektrisch leitenden Wärmeübertragungsorganen, die in elektrischem und thermischem Kontakt
mit den Elementen auf beiden Seiten der Scheibe stehen
P und die Elemente in Heine schalen, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jedem Halbleiterelement (2O9 21) die Wärmeübertragungsorgane
(24, 25) durch Bolzen (26) gegen die Stirnflächen des Elemsnts gepreßt sind, so daß die Halbleiterelemente zusammen
mit den Wärmeübertragungsorganen eine im wesentlichen selbsttragende
Einheit bilden.
2. Thermoelektrische Anordnung nach Anspruch 1, bei der die
wärmeisolierende Scheibe rechteckig ist, ain Kühlluftstrom im
^ wesentlichen parallel zu zwei Kanten der Scheibe fließt, die
Wärmeübe rtragungs organe Et(IiIf !ansehen für die Übertragung von
Wärme zu Luft haben und di© Halbleiterelemente in zueinander
winkelrechten Reihen angeordnet sind, die parallel zu den Kanten der Scheibe eind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl
der Elemente (41t 48, 49) in einer Reihes die parallel zum
Kühlluftstrom ist, eine ungerade Zahl ist, und die Anzahl der
Elemente (41, 42, 43, 44) in einer Reiha, die winkelrecht zum
„Luftstrom ist, eine gerade Zahl ist*
BAO ORIGHNAL
3. Thermoelektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie mehrere gleich große Gruppen von Halbleiterelementen umfaßt, daß die Elemente jeder Gruppe in einer
gesonderten wärmeisolierenden Scheibe angeordnet sind, daß diese Scheiben gleich und rechtwinklig und in derselben Ebene
angebracht und von zueinander und zu der genannten Ebene parallelen Trägerbalken (66, 67) getragen sind.
4. Thermoelektrische Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
daß die Elementgruppen elektrisch in Reihe geschaltet
5· Thermoelektrische Anordnung nach Anspruch 1, bei der die
Wärmeübertragungsorgane auf wenigstens einer der beiden Seiten der Scheibe mit Kanälen für eine Flüssigkeit ausgebildet und
die Kanäle der verschiedenen Wärmeübertragungsorgane durch
Rohre aus elektrisch isolierendem Material miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (74) die Kanäle (73)
in einer solchen Weise verbinden, daß der Flüssigkeitsstrom die Wärmeübertragungsorgane in derselben Reihenfolge passiert wie
diese vom elektrischen Strom durchflossen werden.
6. Thermoelektrische Anordnung nach Anspruch 1, bei der ein
Luftstrom an den Wärmeubertragungsorganen vorbeiströmt, die zu
dem Luftstrom im wesentlichen parallele Kühlflanschen haben, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die meisten der Wärme-
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übertragungsorgane in der Hauptsache rechtwinklig sind und
ihre größte Erstreckung in einer Richtung haben, die im wesentlichen winkelrecht zum Luftstrom ist.
7· Thermoelektrische Anordnung nach Anspruch 6, bei der wenigstens
zwei Wärmeübertragungsorgane hintereinander in der Richtung des Luftstromes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlflanschen des einen Organs gegenüber dem Zwischenraum zwischen den Kühlflanschen des anderen Organs liegen.
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SE444977B (sv) * | 1980-07-14 | 1986-05-20 | Supercool Ab | Anordning for kylning resp vermning av ett anordningen omgivande medium (luft) samt anvendning vid kylskap, varmhallningsutrymmen eller avfuktning |
US4828627A (en) * | 1987-09-02 | 1989-05-09 | Living Water Corporation | Thermoelectric module optimized for low temperature difference |
GB8810333D0 (en) * | 1988-04-29 | 1988-06-02 | Apthorp M L | Thermal flow sensor |
JP3166228B2 (ja) * | 1990-10-30 | 2001-05-14 | 株式会社デンソー | 熱電変換装置 |
AU5683294A (en) * | 1992-11-27 | 1994-06-22 | Pneumo Abex Corporation | Thermoelectric device for heating and cooling air for human use |
US5383335A (en) * | 1993-10-19 | 1995-01-24 | Pneumo Abex Corporation | Method and apparatus for supplying preconditioned air to a parked aircraft |
CN2192846Y (zh) * | 1994-04-23 | 1995-03-22 | 林伟堂 | 热电冷却偶的结构 |
JPH09199765A (ja) | 1995-11-13 | 1997-07-31 | Ngk Insulators Ltd | 熱電気変換モジュールおよびその製造方法 |
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US6598403B1 (en) * | 2002-04-11 | 2003-07-29 | International Business Machines Corporation | Nanoscopic thermoelectric refrigerators |
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US20070084497A1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-04-19 | Richard Strnad | Solid state direct heat to cooling converter |
US7870745B2 (en) * | 2006-03-16 | 2011-01-18 | Bsst Llc | Thermoelectric device efficiency enhancement using dynamic feedback |
US7952015B2 (en) | 2006-03-30 | 2011-05-31 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Pb-Te-compounds doped with tin-antimony-tellurides for thermoelectric generators or peltier arrangements |
US7788933B2 (en) * | 2006-08-02 | 2010-09-07 | Bsst Llc | Heat exchanger tube having integrated thermoelectric devices |
EP2167887B1 (de) * | 2007-05-25 | 2021-01-13 | Gentherm Incorporated | System und verfahren für verteiltes thermoelektrisches heizen und kühlen |
US8701422B2 (en) | 2008-06-03 | 2014-04-22 | Bsst Llc | Thermoelectric heat pump |
US8613200B2 (en) * | 2008-10-23 | 2013-12-24 | Bsst Llc | Heater-cooler with bithermal thermoelectric device |
US20100132380A1 (en) * | 2008-12-02 | 2010-06-03 | Direct Equipment Solutions Gp, Llc | Thermoelectric heat transferring unit |
US9112109B2 (en) * | 2009-11-06 | 2015-08-18 | The Boeing Company | Thermoelectric generator assembly and system |
US20110139204A1 (en) * | 2010-10-04 | 2011-06-16 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Energy conversion efficient thermoelectric power generator |
US8795545B2 (en) | 2011-04-01 | 2014-08-05 | Zt Plus | Thermoelectric materials having porosity |
US9006557B2 (en) | 2011-06-06 | 2015-04-14 | Gentherm Incorporated | Systems and methods for reducing current and increasing voltage in thermoelectric systems |
JP5908975B2 (ja) | 2011-06-06 | 2016-04-26 | ジェンサーム インコーポレイテッドGentherm Incorporated | カートリッジベース熱電システム |
TWI442853B (zh) * | 2011-10-31 | 2014-06-21 | Ibm | 在一熱製程中保護一熱敏感元件的方法及保護裝置 |
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---|---|---|---|---|
US2289152A (en) * | 1939-06-13 | 1942-07-07 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Method of assembling thermoelectric generators |
US2844638A (en) * | 1954-01-04 | 1958-07-22 | Rca Corp | Heat pump |
US2951105A (en) * | 1957-09-12 | 1960-08-30 | Rca Corp | Thermoelectric compositions and elements and devices using them |
US2997514A (en) * | 1958-03-11 | 1961-08-22 | Whirlpool Co | Refrigerating apparatus |
US2964912A (en) * | 1958-04-07 | 1960-12-20 | Whirlpool Co | Refrigerating apparatus including supplemental refrigerating means |
US2970450A (en) * | 1958-04-28 | 1961-02-07 | Whirlpool Co | Refrigerating apparatus including warming means |
US3264714A (en) * | 1958-05-16 | 1966-08-09 | Whirlpool Co | Method of forming a thermoelectric panel |
DE1165050B (de) * | 1958-12-04 | 1964-03-12 | Siemens Elektrogeraete Gmbh | Kuehlgeraet mit zwei elektrothermischen Kuehleinrichtungen |
US2978875A (en) * | 1960-01-04 | 1961-04-11 | Westinghouse Electric Corp | Plural-stage thermoelectric heat pump |
US3052100A (en) * | 1960-08-22 | 1962-09-04 | Gen Electric | Refrigeration system |
US3137141A (en) * | 1962-04-19 | 1964-06-16 | Halsey W Taylor Company | Thermoelectric water coolers |
US3194023A (en) * | 1963-03-20 | 1965-07-13 | Gustav H Sudmeier | Thermo-electric refrigerator unit |
US3212274A (en) * | 1964-07-28 | 1965-10-19 | Eidus William | Thermoelectric condenser |
US3256703A (en) * | 1965-03-22 | 1966-06-21 | North American Aviation Inc | Compact liquid heat exchanger |
US3302414A (en) * | 1965-07-14 | 1967-02-07 | Gustav H Sudmeier | Thermo-electric air conditioner for automobiles |
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