початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2282274

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ БАТАРЕЯ

Ім'я винахідника: Ісмаїлов Тагір Абдурашідовіч (RU); Вердієв Микаил Гаджімагомедовіч (RU); Евдулов Олег Вікторович (RU)
Ім'я патентовласника: Дагестанський державний технічний університет (ДДТУ) (RU)
Адреса для листування: 367015, г.Махачкала, пр. Імама Шаміля, 70, ДДТУ, відділ інтелектуальної власності
Дата початку дії патенту: 2004.06.18

Винахід відноситься до конструкцій термоелектричних батарей (ПЕБ). Технічний результат: збільшення перепаду температур. Сутність: ТЕБ складається з послідовно з'єднаних в електричний ланцюг за допомогою комутаційних пластин чергуються гілок, виготовлених відповідно з напівпровідника р-типу і n-типу. Електричне з'єднання гілок здійснюється за допомогою контакту гілку р-типу - комутаційна пластина - гілка n-типу, де гілка р-типу контактує торцевою поверхнею з одного з поверхонь комутаційної пластини, а гілка n-типу - з іншого. Кожна гілка в ТЕБ контактує протилежними торцевими поверхнями з двома комутаційними пластинами. Комутаційні пластини мають площу, трохи більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу, внаслідок чого їх кінці виступають за поверхню структури, утвореної гілками ТЕБ. Кінці непарних комутаційних пластин виступають за одну поверхню структури, а кінці парних комутаційних пластин - за іншу. Комутаційні пластини в тій частині, яка виступає за поверхню структури, утвореної гілками ТЕБ, мають наскрізні отвори. Отвори всіх парних комутаційних пластин за допомогою трубопроводів, виконаних з електроізоляційного матеріалу, з'єднані в єдиний канал, по якому в процесі функціонування ТЕБ протікає теплоносій. Аналогічним чином об'єднані в єдиний канал за допомогою трубопроводів, виконаних з електроізоляційного матеріалу, отвори всіх непарних комутаційних пластин. ТЕБ та трубопроводи ізольовані від навколишнього середовища за рахунок теплоізоляції.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до термоелектричному приладобудування, зокрема до конструкцій термоелектричних батарей (ПЕБ).

Відома ТЕБ, описана в [1]. ТЕБ складається з послідовно з'єднаних в електричний ланцюг напівпровідникових термоелементів, кожен з яких утворений двома гілками (стовпчиками, виконаними або циліндричними, або у вигляді прямокутного паралелепіпеда), виготовленими з напівпровідника відповідно р-і n-типу. Гілки термоелементів з'єднуються між собою за допомогою комутаційних пластин, причому комутація обох гілок (р- і n-типу) до комутаційної пластині виробляється до однієї і тієї ж плоскої поверхні по краях останньої. При цьому термоелемент має П-подібну форму, де вертикальні елементи - р- і n-гілки, а горизонтальні - комутаційні пластини. Електрично послідовно з'єднані комутаційними пластинами термоелементи, що утворюють ТЕБ, укладені між двома високо теплопровідні електроізоляційними пластинами - теплопереходамі (зазвичай керамічними).

Недоліками відомої конструкції є: наявність механічних напружень, обумовлених біметалічним ефектом, значних контактних електричних і теплових опорів (комутаційних пластин і теплопереходов), теплопритоков від гарячих комутаційних пластин до холодних по межтермоелементним проміжків, що знижують ефективність функціонування ТЕБ, а й складність ефективного знімання тепла з спаїв термоелементів.

Найбільш близькою до заявленої є ТЕБ, описана в [2], що складається з послідовно з'єднаних в електричний ланцюг за допомогою комутаційних пластин напівпровідникових термоелементів, кожен з яких утворений двома гілками, виготовленими з напівпровідника відповідно р-і n-типу, електричне з'єднання гілок здійснюється за допомогою контакту гілка р-типу - комутаційна пластина - гілка n-типу, де гілка р-типу контактує торцевою поверхнею з одного з поверхонь комутаційної пластини, а гілка n-типу - з іншого, причому кожна гілка контактує протилежними торцевими поверхнями з двома комутаційними пластинами.

Відома ТЕБ не дозволяє досягти значного перепаду температур при використанні рідких теплоносіїв.

Завданням, на вирішення якої спрямовано винахід, є створення термоелектричної батареї, позбавленої зазначених недоліків.

Технічним результатом, що досягається при використанні винаходу, є підвищення перепаду температур за рахунок використання рідких теплоносіїв.

Рішення поставленого завдання забезпечується тим, що в термоелектричної батареї, що складається з послідовно з'єднаних в електричний ланцюг за допомогою комутаційних пластин напівпровідникових термоелементів, кожен з яких утворений двома гілками, виготовленими з напівпровідника відповідно р-і n-типу, електричне з'єднання гілок здійснюється за допомогою контакту гілку р -типу - комутаційна пластина - гілка n-типу, де гілка р-типу контактує торцевою поверхнею з одного з поверхонь комутаційної пластини, а гілка n-типу - з іншого, причому кожна гілка в термоелектричної батареї контактує протилежними торцевими поверхнями з двома комутаційними пластинами, при цьому комутаційні пластини мають площу, трохи більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу, внаслідок чого їх кінці виступають за поверхню структури, утвореної гілками термоелектричної батареї, кінці непарних комутаційних пластин виступають за одну поверхню структури, а кінці парних комутаційних пластин - за іншу, при цьому комутаційні пластини в тій частині, яка виступає за поверхню структури, утвореної гілками термоелектричної батареї, мають наскрізні отвори, отвори всіх непарних комутаційних пластин за допомогою електроізоляційних трубопроводів з'єднані в один канал, по якому в процесі функціонування термоелектричної батареї протікає теплоносій , а отвори всіх парних комутаційних пластин з'єднані таким же чином в другій канал, причому термоелектрична батарея і трубопроводи ізольовані від навколишнього середовища теплоізоляцією.

Винахід пояснюється кресленням, де зображена конструкція ТЕБ. ТЕБ складається з послідовно з'єднаних в електричний ланцюг за допомогою комутаційних пластин 1 і 2 чергуються гілок, виготовлених відповідно з напівпровідника р-типу 3 і n-типу 4. Електричне з'єднання гілок здійснюється за допомогою контакту гілку р-типу 3 - комутаційна пластина 1 або 2 - гілка n-типу 4, де гілка р-типу 3 контактує торцевою поверхнею з одного з поверхонь комутаційної пластини, а гілка n-типу 4 - з іншого. Кожна гілка в ТЕБ контактує протилежними торцевими поверхнями з двома комутаційними пластинами 1 і 2. Комутаційні пластини 1 і 2 мають площу, трохи більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу 3 і 4, внаслідок чого їх кінці виступають за поверхню структури , утвореної гілками ТЕБ. Кінці непарних комутаційних пластин 1 виступають за одну поверхню структури, а кінці парних комутаційних пластин 2 - за іншу.

Комутаційні пластини 1 і 2 в тій частині, яка виступає за поверхню структури, утвореної гілками ТЕБ, мають наскрізні отвори відповідно 5 і 6. Отвори 5 всіх комутаційних пластин 1 за допомогою трубопроводів 7, виконаних з електроізоляційного матеріалу, з'єднуються в єдиний канал, по якому в процесі функціонування ТЕБ протікає теплоносій. Аналогічним чином об'єднуються в єдиний канал за допомогою трубопроводів 8, і виконаних з електроізоляційного матеріалу, отвори 6 всіх комутаційних пластин 2.

На крайній торцевої поверхні гілок, які перебувають відповідно на початку і кінці ТЕБ, є контактні площадки 9, за допомогою яких здійснюється підведення до ТЕБ електричної енергії. ТЕБ та трубопроводи 7 та 8 ізольовані від навколишнього середовища за рахунок теплоізоляції 10.

ТЕБ в режимі термоелектричного холодильника функціонує наступним чином.

При проходженні по ТЕБ постійного електричного струму, що подається від джерела електричної енергії (не показаний) через контактні площадки 9, між комутаційними пластинами 1 і 2, що представляють собою контакти гілок р-і n-типу 3 і 4, виникає різниця температур, обумовлена ​​виділенням і поглинанням теплоти Пельтьє. При зазначеної на кресленні полярності електричного струму відбувається нагрів комутаційних пластин 2 і охолодження комутаційних пластин 1. Відповідно має місце нагрів теплоносія, що протікає по каналу, освіченій наскрізними отворами 6 в комутаційних пластинах 2 і трубопроводами 8, і охолодження теплоносія, що протікає по каналу, освіченій наскрізними отворами 5 в комутаційних пластинах 1 і трубопроводами 7.

Охолоджений теплоносій використовується для відводу тепла від об'єкта охолодження, а нагрітий - охолоджується за рахунок природного або примусового теплообміну з навколишнім середовищем за допомогою системи теплосброс.

ТЕБ в режимі термоелектричного генератора функціонує наступним чином.

При протіканні, наприклад, по каналу, освіченій отворами 6 в комутаційних пластинах 2 і трубопроводами 8 теплоносія з підвищеною температурою, і по каналу, освіченій отворами 5 комутаційних пластинах 1 і трубопроводами 7 теплоносія зі зниженою температурою, між комутаційними пластинами 1 і 2 встановлюється деяка різниця температур. При наявності такої різниці температур між комутаційними пластинами 1 і 2, які здійснюють контакт гілок р-і n-типу 3 і 4 між контактними майданчиками 9, виникає різниця потенціалів - термо-ЕРС, обумовлена ​​ефектом Зеєбека. При замиканні контактних майданчиків 9 на певну електричне навантаження в утворилася ланцюга виникає постійний електричний струм. Величина протікає в ланцюзі електричного струму залежить від значення термо-ЕРС, яка в свою чергу залежить від коефіцієнта термо-ЕРС термоелектричного матеріалу, числа термоелементів в ПЕБ, різниці температур між комутаційними пластинами 1 і 2 і величини електричного навантаження.

Заявляється ТЕБ має наступні переваги в порівнянні з існуючим аналогом:

1. Виключення механічних напружень, викликаних біметалічним ефектом і, отже, підвищення надійності ТЕБ.

2. У заявляється конструкції в значній мірі зменшуються перетоки тепла з гарячих контактів на холодні контакти сусідніх гілок ТЕБ.

3. Комутуючі пластини внаслідок специфіки виконання контактів ТЕБ мають набагато меншу товщину у напрямку електричного струму, ніж в аналогу, наслідком чого є значне зменшення їх електричних і термічних опорів і теплоємність, що дає можливість досягти більш низьких температур, а й зменшує постійну часу виходу на робочий режим ТЕБ; крім того, зменшуються контактні електричні опори.

4. У заявляється конструкції можуть бути використані гілки різної довжини, що дає можливість для більш точного узгодження таких параметрів, як оптимальний струм і перепад температур для кожної пари гілок р-і n- типу, наслідком чого є підвищення енергетичної ефективності ТЕБ.

5. Поліпшені умови теплообміну між об'єктом охолодження і комутаційними пластинами, а й комутаційними пластинами і системою теплосброс.

ЛІТЕРАТУРА

1. Бурштейн А.І. Фізичні основи розрахунку напівпровідникових термоелектричних пристроїв. М .: Физматгиз, 1962.

2. Б.С.Поздняков, Е.А.Коптелов. Термоелектрична енергетика, М., Атомиздат, 1974 г., с.88, ріс.5.13.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Термоелектрична батарея, що складається з послідовно з'єднаних в електричний ланцюг за допомогою комутаційних пластин напівпровідникових термоелементів, кожен з яких утворений двома гілками, виготовленими з напівпровідника відповідно р-і n-типу, електричне з'єднання гілок здійснюється за допомогою контакту гілку р-типу - комутаційна пластина - гілка n -типу, де гілка р-типу контактує торцевою поверхнею з одного з поверхонь комутаційної пластини, а гілка n-типу - з іншого, причому кожна гілка в термоелектричної батареї контактує протилежними торцевими поверхнями з двома комутаційними пластинами, при цьому комутаційні пластини мають площу, кілька більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу, внаслідок чого їх кінці виступають за поверхню структури, утвореної гілками термоелектричної батареї, яка відрізняється тим, що кінці непарних комутаційних пластин виступають за одну поверхню структури, а кінці парних комутаційних пластин - за іншу , при цьому комутаційні пластини в тій частині, яка виступає за поверхню структури, утвореної гілками термоелектричної батареї, мають наскрізні отвори, при цьому отвори всіх непарних комутаційних пластин за допомогою електроізоляційних трубопроводів з'єднані в один канал, по якому в процесі функціонування термоелектричної батареї протікає теплоносій, а отвори всіх парних комутаційних пластин з'єднані таким же чином в другій канал, причому термоелектрична батарея і трубопроводи ізольовані від навколишнього середовища теплоізоляцією.

Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів