DE1150694B - Heiz- oder Kuehlvorrichtung mit Peltierelementen und Verfahren zum Herstellen solcher Vorrichtungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S66431Ia/17a

ANMELDETAG: 24. DEZEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
L¹NDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 27. JUNI 1963

Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Kühlvorrichtung aus einer Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Thermoelementen, deren Stromzuführungen und/oder Verbindungsleitungen für die elektrische Schaltung der Elemente untereinander als Kühlfahnen ausgebildet sind, wobei die Thermoelemente zusammen mit Teilen der Kühlfahnen in einem schlecht wärmeleitenden Kunststoffblock eingegossen sind.

Durch die Erfindung ist die Aufgabe gelöst worden, eine derartige Heiz- und Kühlvorrichtung in möglichst einfacher und billiger Weise so auszubilden, daß sie mit einem flüssigen Kühlmittel betrieben werden kann.

Beim Aufbau von Peltierkühl- oder -heizaggregaten mit einem flüssigen Kühlmittel wurde nämlich bisher häufig so vorgegangen, daß auf die Halbleiterschenkel Kühlrohrstücke aufgelötet wurden, die dann mit den Kühlrohren weiterer Schenkel durch Isolierschläuche verbunden wurden. Die Rohrstücke und die Schläuche führten das Kühlmittel. Ein solcher Aufbau von Peltieraggregaten ist außerordentlich aufwendig und teuer.

Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, bei einer elektrischen Kühlvorrichtung die auf der warmen Seite befindlichen Kühlfahnen in von Kühlflüssigkeit durchströmte Hohlräume eintauchen zu lassen. Dies geschieht auch bei der der Erfindung zugrunde liegenden elektrothermischen Heiz- und Kühlvorrichtung, denn gemäß der Erfindung tauchen die aus dem Kunststoffblock herausragenden Teile der Kühlfahnen in von Kühlflüssigkeit durchströmte Hohlräume ein, die im gleichen Kunststoffblock vorhanden sind.

Ein bereits bekanntes Verfahren zum Herstellen von Heiz- und Kühlvorrichtungen mit Peltierelementen besteht darin, daß bei einer Vielzahl von z. B. auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten, durch Sinterung formgepreßten und mit Lötschichten belegten Thermoelementschenkeln, vorzugsweise aus Wismuttelluriden bzw. deren Mischkristallen, die mit Abstand voneinander, vorzugsweise fluchtend, neben- bzw. hintereinander angeordnet und durch aufgelötete, als Kühlfahnen ausgebildete Stromleiterbrücken, z. B. mäanderförmig, elektrisch in Reihe geschaltet werden.

Gemäß der weiteren Erfindung ist nun dieses Verfahren dem Zweck der Herstellung von gemäß der Erfindung ausgebildeten, mit Kühlflüssigkeit betriebenen elektrothermischen Heiz- und Kühlvorrichtungen in der Weise weiterentwickelt worden, daß zwei um etwa 180° gegeneinander versetzte Kühl-Heiz- oder Kühlvorrichtung

mit Peltierelementen und Verfahren

zum Herstellen solcher Vorrichtungen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. se. nat. Walter Hänlein, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

fahnenreihen gebildet werden, bei denen die Fahnen jeder Reihe im wesentlichen in gleichen Ebenen und in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, wie es an sich bekannt ist.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal wird bei diesem Herstellungsverfahren der aus Thermoelementschenkeln und den fahnenartigen Strombrücken gebildete Aufbau für die Einbettung in eine Kunststoff-, vorzugsweise Gießharzmasse in der Weise vorbereitet, daß die Fahnenteile jeder Fahnenreihe, so weit sie in von Kühlmittel durchströmte Räume hineinragen sollen, je zwischen zwei Leisten gehalten werden, deren Querschnittsform dem Querschnitt des zu bildenden Kühlmittelkanals angepaßt ist, und daß eine weitere, hinsichtlich ihrer Materialstärke der Stärke des Fahnenmaterials angepaßte Leiste mit angesetzten Zungen derart gegen die freien Stirnränder der Fahnen angelegt wird, daß die Zungen den Zwischenraum zwischen den einzelnen Fahnen ausfüllen.

Nach dem Einbetten des Aufbaus in einen Kunststoffblock können nach dem Erstarren bzw. Aushärten des Blockes sämtliche Leisten aus diesem herausgezogen werden, und die Leisten können dabei zweckmäßig ganz oder lediglich an ihrer Oberfläche aus einem Material bestehen, an dem die Einbettungsmasse nach dem Erstarren bzw. Aushärten nicht haftet.

Mehrere auf diese Weise hergestellte Blöcke können zu einem Kühl- oder Heizaggregat zusammengestellt werden.

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Die Enden der Kühlmittelrohrleitungen jedes Blockes sollten dann zweckmäßig Rohrstutzen oder Rohrdüsen aufweisen, die mit den entsprechenden Rohrdüsen anderer Blöcke durch Schlauchleitungen verbunden sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist nachstehend an Hand von vier Figuren näher erläutert, von denen

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Heiz- oder Kühlblock zeigt, während

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Block nach Fig. 1 entsprechend der Linie A-B zeigt;

Fig. 3 bzw. 4 veranschaulichen ein Querschnittsbzw. Aufsichtsbild von Aufbauhilfsmitteln.

In den Fig. 1 und 2 sind mit 1 Thermoelementschenkel bezeichnet, die z. B. auf pulvermetallurgischemWege, z.B. durch Schmelzen,Zerkleinern, Mahlen und Sintern von thermoelektrisch wirksamen Substanzen, wie z. B. Wismuttelluriden, hergestellt sein können. Die Thermoelementschenkel 1 sind mit Lötschichten la und Ib belegt. An die Belegungen la und Ib jedes Thermoelementschenkels 1 sind Kühlfahnen 2 und 3 angelötet. Sämtliche Thermoschenkel 1 sind elektrisch hintereinandergeschaltet, wobei der Erregergleichstrom an die Kühlfahnen 3 α und 2 c angeschlossen ist. Die Kühlfahnen 2 a und 2 b sowie 3 b und 3 c bilden die Brückenverbindung zwischen je zwei Elementschenkeln. Die als Stromzuführungen bzw. Strombrücken ausgebildeten Kühlfahnen

2 a, 2 b, 2 c sind in der zeichnerischen Darstellung links an die Schenkel 1 und die Fahnen 3 α, 3 b und

3 c rechts von diesen Elementen angelötet. Der Erregergleichstrom verläuft mäanderförmig über die Kühlfahnen und Thermoelementschenkel. Die Kühlfahnenreihen 2a, 2 b, 2 c einerseits und 3 a, 3 b, 3 c -35 andererseits sind um 180° gegeneinander versetzt. Die Fahnen jeder Reihe, also die Fahnen 2 a, 2 b, 2 c bzw. 3 a, 3 b, 3 c sind in der gleichen Ebene und in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Da die elektrischen Verbindungen der Thermoelementschenkel 1 untereinander über die erwähnten Kühlfahnen einen wenig stabilen Aufbau ergeben würden, werden diese Elemente mit Ausnahme der Kühlflächenteile links der Linie 10 bzw. rechts der Linie 11 in eine Kunststoffmasse bzw. ein Gießharz eingebettet. Die aus dem Kunststoffblock herausragenden Flächenenden der Kühlfahnen 2 und 3 können dann in einen gesonderten, das Kühlmittel führenden Kanal eingreifen.

Vorteilhaft ist es aber, den Kühlkanal bereits innerhalb des auch die Bauelemente halternden Kunststoffblockes vorzusehen, wie dies die Fig. 1 und 2 bereits veranschaulichen. Hierzu wird der aus den Teilen 1, 2 und 3 bestehende instabile, noch unvergossene Aufbau an den Kühlfahnenflächenteilen links der Linie 10 bzw. rechts der Linie 11 zwischen in der Fig. 3 veranschaulichten Leisten 8 und 9 gehalten. Gegen die Stirnseiten der Fahnenenden 2 bzw. 3 wird die in der Fig. 4 in einer Aufsicht dargestellte Leiste 7 angelegt. Diese Leiste weist Zungen la, Ib, Ic und Id auf, die in die Zwischenräume 12 zwischen den Fahnen eingreifen. Die Leiste 7 nimmt dann die in der Fig. 3 veranschaulichte Lage zu den Blöcken 8, 9 bzw. den Fahnen 2 bzw. 3 ein. Nach dem Einbetten des auf diese Weise Zusammengesetzten gesamten Aufbaus in eine Kunststoffmasse bzw. nach dem Vergießen des Aufbaus mit einem Gießharz können die Leisten 7, 8 und 9 (Fig. 3 und 4) aus dem Gießblock 6 (Fig. 1 und 2) herausgezogen werden, wonach im Block 6 die Hohlräume 4 und 5 für die Durchleitung von Kühlflüssigkeit verbleiben. In die Hohlräume 4 und 5 des Blocks 6 ragen dann die Enden der Kühlfahnen 2 und 3, wie in der Fig. 2 verdeutlicht, mittig hinein.

Die Kühlfahnen 2 und 3 können entweder direkt oder unter Zwischenlötung von Abstandstücken an die Halbleiterschenkel 1 angelötet werden. Die Kühlfahnen können aus relativ dünnem, hoch wärmeleitendem Metallblech, z. B. Kupfer, gefertigt sein und, wie in der Fig. 2 veranschaulicht, L-förmig gebogen sein, wobei der kürzere Fahnenschenkel an das thermoelektrische Element angelötet und der längere Fahnenschenkel für das Eintauchen in den Kühlmittelraum 4 bzw. 5 bestimmt ist. Die Fahnenreihen können natürlich auch im Gegensatz zu der Darstellung in Fig. 2 so versetzt zueinander an die Schenkel angelötet sein, daß sämtliche Kühlfahnen beider Fahnenreihen und ebenso die Kühlmittelkanäle 4, 5 in einer und derselben Ebene angeordnet sind.

Die Einbettungsmasse soll aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Heiz- und Kühlvorrichtung mit einer Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Thermoelementen, deren Stromzuführungen und/ oder Verbindungsleitungen für die elektrische Schaltung der Elemente untereinander als Kühlfahnen ausgebildet sind, wobei die Thermoelemente zusammen mit Teilen der Kühlfahnen in einem schlecht wärmeleitenden Kunststoffblock eingegossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Teile der Kühlfahnen in von Kühlflüssigkeit durchströmte Hohlräume eintauchen, die vorzugsweise im gleichen Kunststoffblock vorhanden sind.

2. Verfahren zum Herstellen von Heiz- oder Kühlvorrichtungen mit Peltierelementen nach Anspruch 1, bei denen eine Vielzahl von z. B. auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten, durch Sinterung formgepreßten und mit Lötschichten belegten Thermoelementschenkeln, vorzugsweise aus Wismuttelluriden bzw. deren Mischkristallen, mit Abstand voneinander, vorzugsweise fluchtend, neben- bzw. hintereinander angeordnet und durch aufgelötete, als Kühlfahnen ausgebildete Stromleiterbrücken, z. B. mäanderförmig, elektrisch in Reihe geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um etwa 180° gegeneinander versetzte Kühlfahnenreihen gebildet werden, bei denen die Fahnen jeder Reihe im wesentlichen in gleichen Ebenen und in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Thermoelementschenkeln und den fahnenartigen Strombrücken gebildete Aufbau für die Einbettung in eine Kunststoff- vorzugsweise Gießharzmasse in der Weise vorbereitet wird, daß die Fahnenteile jeder Fahnenreihe, soweit sie in von Kühlmittel durchströmte Räume hineinragen sollen, je zwischen zwei Leisten gehalten werden, deren Querschnitts-

form dem Querschnitt des zu bildenden Kühlmittelkanals angepaßt ist, und daß je eine weitere, hinsichtlich ihrer Materialstärke der Stärke des Fahnenmaterials angepaßte Leiste mit angesetzten Zungen derart gegen die freien Stirnränder der Fahnen angelegt wird, daß die Zungen den Zwischenraum zwischen den einzelnen Fahnen ausfüllen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Leisten nach dem Einbetten des Aufbaus in einen Kunststoffblock nach dem Erstarren bzw. Aushärten des Blocks aus diesem herausgezogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten ganz oder lediglich an ihrer Oberfläche aus einem Material bestehen, an dem die Einbettungsmasse nicht haftet.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 823 299, 829 171; deutsche Auslegeschriften Nr. 1 034 669, 456, 1068 279;
deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1778 635, 785 656;

USA.-Patentschriften Nr. 413 136, 2749 716, 837 899, 2 881 894.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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