Dispositivo termoeléctrico.

1. Dispositivo termoeléctrico con material semiconductor alojado en celdas de elemento portador caracterizado por utilizar tres láminas,

actuando dos de ellas como cierres y una central -cuerpo intermedio- perforada como alojamiento del material termoeléctrico. La lámina de cierre que actúa como sustrato base tiene imprimados, a modo de circuito electrónico, una serie de contactos de material conductor, de forma que al colocar encima el cuerpo intermedio queden unidos los pares de pastillas de material semiconductor "p" -positivo- y "n" -negativo- que éste contiene por su cara inferior. En la cara superior del cuerpo intermedio se sitúan los contactos eléctricos para conectar las pastillas de material semiconductor "p" y "n" en este lado. Encima se sitúa la lámina de cierre con los contactos de salida, los cuales cierran eléctricamente el circuito. El conjunto va sellado perimetralmente.

Dispositivo termoeléctrico con material semiconductor alojado en celdas de elemento portador.

Sector de la técnica El dispositivo estaría encuadrado en el sector de la generación de energía, al producir electricidad cuando es sometido a diferencia de temperatura el material semiconductor que contiene, dándose por tanto lo que se denomina efecto termoeléctrico, propiedad que poseen este tipo de materiales.

Estado de la técnica Los dispositivos termoeléctricos convencionales, también denominados células o módulos Peltier -por ser utilizados habitualmente para aprovechar este efecto, consistente en enfriarse uno de sus lados y calentarse el otro al ser sometido el dispositivo a una corriente eléctrica-, constan de dos sustratos o cierres, habitualmente de material cerámico, en los que el material termoeléctrico, en forma de pequeñas piezas -pastillas-cúbicas obtenidas a partir de corte de lingote, se suelda, para formar posteriormente un sándwich. Por ello, debido a sus sistemas de construcción y de obtención de los materiales termoeléctricos utilizados, se dan dos limitaciones principales cuando se pretende utilizarlos para obtener energía por medio del efecto contrario, ya descrito -generación de energía eléctrica al aplicar diferencia de temperatura-; por un lado, no pueden ser sometidos, por contener soldaduras, a temperaturas elevadas y, por otro, debido a estar compuestos por pastillas de forma cúbica obtenidas a partir de lingote sinterizado, su deposición en los sustratos aislantes debe hacerse de forma manual con la ayuda de moldes, lo que hace difícil tanto fabricar módulos de diferentes tamaños como sobrepasar uno determinado. Esto hace prácticamente imposible, por otro lado, automatizar el sistema de fabricación.

No se conoce ningún dispositivo que reúna las características del que aquí se expone, desarrollado con el fin de solucionar los inconvenientes señalados.

Objeto de la invención.

La presente invención tiene como objeto el presentar un dispositivo con el que solucionar el problema de la disfunción de un módulo termoeléctrico -en el que se busca la generación de energía eléctrica al ser sometido a diferencia de temperatura-, cuando se precisa, en su lado caliente, una temperatura elevada de funcionamiento, al eliminar las soldaduras en su ensamblaje. A la vez el sistema permite la fabricación de formatos de gran tamaño y la automatización del proceso de producción.

Descripción de la invención.

El dispositivo al que se refiere esta invención viene a resolver el problema de la limitación en la temperatura de trabajo de los módulos termoeléctricos convencionales, pues por su constitución no pueden ser sometidos a temperaturas elevadas debido a que los semiconductores-en forma de pequeñas piezas habitualmente cúbicas-que los conforman van soldados, siendo la temperatura de fusión de las soldaduras la que limita el uso de las mismas.

Para solucionar esto se propone la construcción de un tipo de célula sin soldaduras, de forma que la temperatura de trabajo se pueda aumentar a más del doble que la actual, aumentando así el rendimiento de la misma de forma proporcional al diferencial de temperatura obtenido con su lado frío.

Por otro lado, al no necesitar soldaduras la producción de la célula es mas rentable, pues se elimina el elemento soldante y se abarata en consecuencia el precio final del producto. Asimismo, las tapas -cierres-de las células comerciales, en su gran mayoría de material cerámico, pueden ser sustituidas por elementos más livianos y mejores conductores térmicos como, por ejemplo, la lámina térmica de silicona, la mica, Kapton u otro material, con lo cual se aumenta la conductividad térmica y por ende el rendimiento, además de aliviar el volumen y el peso intrínseco de la misma de manera significativa, lo que a su vez revierte en el ahorro de costes en materia de transporte y almacenaje.

De igual forma, al utilizar masillas de material termoeléctrico y formar las pastillas dentro del mismo proceso de fabricación de la célula -en lugar de obtenerlas a partir de corte de lingote-se pueden utilizar métodos de producción como la serigrafía, inyección o el tape casting, mas rápidos y precisos que el sistema manual utilizado en la producción de células convencionales, con el consiguiente ahorro tanto en mano de obra como en la reposición de piezas defectuosas.

Por todo ello, se propone la construcción de la célula utilizando tres láminas o placas. Dos de ellas, las que van a conformar el sustrato base y la tapa o cierre del conjunto (figuras 2 y 3 objetos f , i) , son de mica, Kapton, resina de silicona u otro material que reúna las características necesarias, del grosor apropiado. En el sustrato base se ha imprimado, mediante serigrafía u otro método de fijación, pasta conductora de grafito, u otro tipo de pasta o tinta conductora, (ver figura 2 objeto e) del grosor apropiado para los puentes de conexión eléctrica que son necesarios a la hora de interconectar las pastillas de material termoeléctrico entre sí. Cada par de pastillas (tipo "p" -positivo-y "n" -negativo-) va conectado eléctricamente en serie entre sí y en serie o paralelo con el resto de pares, según se quiera obtener de la célula más tensión eléctrica o más intensidad. Las pastillas (figura 5) van intercaladas una "p" y una "n" y así sucesivamente por toda la superficie del sustrato, siguiendo el proceso que se describe a continuación.

Una vez se ha imprimado se coloca encima del sustrato base (f) la lámina perforada, que llamaremos cuerpo intermedio, (d) de un material adecuado teflón, silicona, mica u otro-con el grosor oportuno, haciéndola coincidir con el anterior (ver figura 4) . Utilizando técnicas de serigrafía, inyección u otras se produce una deposición de masilla tipo "p" y "n" de forma que dicha masilla termoeléctrica es introducida (ver figura 5 objetos a, b, c) a través de los orificios del cuerpo intermedio (d) quedando alojada en ellos y formando, al igual que en las células convencionales, pares alternativos de tipo "p" y "n" (ver figura 5) .

La masilla penetra a través de los orificios de forma que al llegar a su base entra en contacto con la imprimación conductora, (figura 2 objeto e) de la lámina o sustrato base (figura 2 objeto f) .

El conjunto se introduce en un horno para eliminar los aditivos organlcos utilizados para formar la masilla. Una vez endurecido el material termoeléctrico,

con las pastillas ya formadas en sus alojamientos, se coge la pieza y por serigrafía u otra técnica se sitúan en la parte superior del cuerpo intermedio los contactos que cierran eléctricamente los puentes (Figura 6 objeto h) . Conectadas todas las pastillas con sus correspondientes puentes eléctricos se cierra el conjunto con la lámina de cierre de mica, silicona u otro material (figura 3 objeto i) en la cual se han imprimado con antelación los polos positivo y negativo para la salida eléctrica de la célula. Por último, se procede al sellado perimetral del conjunto con un adhesivo adecuado (figura 7 objeto k) , actuando ambas caras como cierre mecánico de la célula termoeléctrica.

Para la conexión de salida de energía eléctrica la célula lleva dos contactos del grosor adecuado (ver figura 3 objetos g , j) similares a los de algunos circuitos impresos.

El diseño propuesto permite fabricar células del tamaño, forma y potencia necesarias según los requerimientos de cada aplicación, pudiendo hacerse modulares, por lo que se trata de un producto muy versátil tanto en aplicaciones generales como específicas, evitando tener que recurrir a un estándar; de esta forma, el sistema asegura la obtención de la máxima potencia en el espacio disponible.

Explicación dibujos.

Con la intención única de explicar gráficamente la invención y a modo de ejemplo no limitativo se proponen estas figuras de un modo de realización ideado para tal fin.

La figura 1 representa el cuerpo intermedio mecanizado con los huecos donde se alojará la masilla de material termoeléctrico, sirviendo aquel a la vez de estructura soporte y de aislante térmico entre el lado a calentar y el lado a disipar.

La figura 2 presenta la lámina térmica -sustrato base-del lado caliente en la que van los contactos eléctricos para unir los pares de pastillas.

La figura 3 muestra la lámina térmica -tapa-del lado frío en la que van los cierres de los contactos de los pares de pastillas y los contactos de salida La figura 4 presenta la colocación del cuerpo intermedio sobre el sustrato base para efectuar la deposición.

La figura 5 muestra el conjunto con las masillas termoeléctricas ya depuestas.

La figura 6 muestra la imprimación...

1. Dispositivo termoeléctrico con material semiconductor alojado en celdas de elemento portador caracterizado por utilizar tres láminas, actuando dos de ellas como cierres y una central -cuerpo intermedio-perforada como alojamiento del 5 material termoeléctrico. La lámina de cierre que actúa como sustrato base tiene imprimados, a modo de circuito electrónico, una serie de contactos de material conductor, de forma que al colocar encima el cuerpo intermedio queden unidos los pares de pastillas de material semiconductor "p" -positivo-y "n" -negativoque éste contiene por su cara inferior. En la cara superior del cuerpo intermedio lOse sitúan los contactos eléctricos para conectar las pastillas de material semiconductor "p" y "n" en este lado. Encima se sitúa la lámina de cierre con los contactos de salida, los cuales cierran eléctricamente el circuito. El conjunto va sellado perimetralmente.