| 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) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2131156
ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ
Ім'я винахідника: Косарєв Олександр Володимирович
Ім'я патентовласника: Косарєв Олександр Володимирович
Адреса для листування: 460030, Оренбург, ул.Констітуціі, 24-90, Косареву А.В.
Дата початку дії патенту: 1998.04.20
Винахід відноситься до галузі приладобудування, а саме до прямого перетворення теплової енергії в електричну, і може бути використано як джерело постійного струму. Технічний результат - збільшення електричної потужності і підвищення ККД за рахунок зниження внутрішнього опору термопар. Термоелектричний перетворювач містить термобатареї, утворену послідовно з'єднаними термопарами. Кожна термопара виконана у вигляді тришарової панелі з накладеними один на одного шарами гарячого спаю, гілок і холодного спаю. Спаи розташовані по всій поверхні пари гілок. Гілки термопар виконані довжиною, рівній товщині шару, і відокремлені один від одного теплоелектроізоляціонной вставкою. Холодний спай кожної термопари розділений на дві частини теплоелектроізоляціонной вставкою з утворенням комутаційних шин. Термопара утворена у вигляді багатошарової структури, що містить накладені один на одного зі зміщенням паралельно з'єднані тришарові панелі з послідовно з'єднаних термопар. Крок зміщення обраний рівним половині поперечного перерізу однієї термопари. Тришарова панель сформована послідовним напиленням або електролізом шарів.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі приладобудування, а саме до прямого перетворення теплової енергії в електричну, і може бути використано як джерело постійного струму.
Відомий безконтактний термоелектричний перетворювач, що містить діелектричну підкладку, на поверхні якої розміщені плівкові нагрівач і батарея термочутливих елементів, що мають тепловий контакт з нагрівачем, а й ділянку, зашунтірованний розташованим на поверхні підкладки плівковим конденсатором (а.с. СРСР N 1376855, МПК 6 H 01 L 35/32, опубл. 23.08.90, бюл. N 31).
Недоліками відомого перетворювача є його мала електрична потужність і низький коефіцієнт корисної дії (ККД).
Відомий і багатоелементний термоелектричний перетворювач, що містить діелектричну підкладку, на поверхні якої розміщені розділені діелектричними прошарками плівкові резистивний нагрівач, термобатарея, утворена термопарами, і розташований між нагрівачем і гарячими спаями термобатареи провідний шар, з'єднаний з вихідними гілками кінцевих термопар термобатареи за допомогою виконаних на поверхні підкладки плівкових конденсаторів (а. с. СРСР N 1364168, МПК 6 H 01 L 35/32, опубл. 23.09.91, бюл. N 35).
Однак недоліками такого перетворювача є мала електрична потужність і низький ККД.
Найбільш близьким до описуваного є термоелектричний перетворювач, що містить корпус з розташованою в ньому діелектричної підкладкою, на поверхні якої розміщені плівковий резистивний нагрівач, основна батарея термопар, кожна з яких складається з двох гілок, гарячого і холодного спаїв, при цьому гарячі спаї знаходяться в тепловому контакті з нагрівачем, а холодні - з корпусом, і частотно-залежний коригувальний каскад, утворений конденсатором і ділянкою нагрівача, які не мають теплового контакту з термопарами основної батареї, а й додатковий термопарний елемент, з'єднаний з основною батареєю послідовно-зустрічно, різнойменні спаї термопар якого знаходяться в тепловому контакті відповідно з корпусом і входять до складу коригуючого каскаду ділянкою нагрівача (а.с. СРСР N 1475425, МПК 6 H 01 L 35/32, опубл. 23.09.90, бюл. N 35).
Однак, він і як і попередні аналоги, має малу електричну потужність і низький ККД, внаслідок малого теплового потоку і високого внутрішнього опору термопари.
Винахід направлено на вирішення завдання створення термоелектричного перетворювача, що володіє збільшеною електричною потужністю і підвищеним ККД за рахунок зниження внутрішнього опору термопар.
Для вирішення поставленого завдання в термоелектричному перетворювачі, що містить термобатареї, утворену послідовно з'єднаними термопарами, кожна з яких складається з двох гілок, гарячого і холодного спаїв, відповідно до винаходу, кожна термопара виконана у вигляді тришарової панелі з накладеними один на одного шарами гарячого спаю, гілок і холодного спаю, спаи розташовані по всій поверхні пари гілок, при цьому гілки термопар виконані довжиною, рівній товщині шару, і відокремлені один від одного додатково введеної теплоелектроізоляціонной вставкою, а холодний спай кожної термопари розділений на дві частини теплоелектроізоляціонной вставкою з утворенням комутаційних шин. Крім того гілки кожної термопари виконані у вигляді провідникових або напівпровідникових плівок. Спаи кожної термопари виконані у вигляді металевих плівок або фольги. Тришарова панель має плоску форму, при цьому в плані і / або в перетині виконана прямокутної форми. Доцільно, щоб тришарова панель була сформована послідовним напиленням або електролізом шарів. Теплоелектроізоляціонная вставка виконана з оксиду алюмінію. Доцільно і, щоб термобатарея була утворена у вигляді багатошарової структури, що містить накладені один на одного зі зміщенням паралельно з'єднані тришарові панелі з послідовно з'єднаних термопар, при цьому крок зсуву був би обраний рівним половині поперечного перерізу однієї термопари. Тепловий потік спрямований перпендикулярно площині гарячого спаю термопар.
Виконання термоелектричного перетворювача, що містить термобатареї з термопар з малою довжиною гілок, рівній товщині шару плівки (фольги), і великим перетином, рівним площі плівки (фольги), дозволяє знизити внутрішній опір термопар і таким чином підвищити електричну потужність і збільшити ККД термоелектричного перетворювача.
Виконання термобатареи у вигляді багатошарової структури, що містить накладені один на одного зі зміщенням паралельно з'єднані тришарові панелі з послідовно з'єднаних термопар, дозволяє підвищити величину термоЕРС, потужність і надати конструкції міцності властивості.
 |
 |
||
| |||
Термоелектричний перетворювач містить термобатареї, утворену послідовно з'єднаними термопарами. Термопари виконані у вигляді тришарової панелі (фіг. 1), що містить накладені один на одного шари гарячого спаю 1, гілок 2 і 3, холодного спаю 4. Спаи 1 і 4 розташовані по всій поверхні пари гілок 2 і 3 (фіг. 2). Гілки 2 і 3 термопар виконані довжиною, рівній товщині шару, і відокремлені один від одного теплоелектроізоляціонной вставкою 5. Холодний спай 4 термопари розділений на дві частини теплоелектроізоляціонной вставкою 5 з утворенням комутаційних шин (фіг. 1). Гілки 2 і 3 кожної термопари виконані у вигляді провідникових або напівпровідникових плівок. Спаи 1 і 4 кожної термопари виконані у вигляді металевих плівок або фольги.
Тришарова панель має плоску форму, а в плані і / або в перетині виконана прямокутної форми (фіг. 1).
Кожна термопара у вигляді тришарової панелі сформована послідовним напиленням або електролізом шарів або за допомогою інших відомих методів, використовуваних в мікроелектроніці.
Як гілок 2 і 3 термопар можуть бути використані метали або напівпровідники, які мають контактну різницю потенціалів (використовувані при виробництві традиційних термопар), наприклад залізо і нікель на мідній підкладці-спае.
Як теплоелектроізоляціонной вставки 5 можуть бути використані будь-які відомі теплоелектроізоляціонние матеріали, піддаються напилювання, наприклад, оксид алюмінію.
У варіанті виконання термобатареи, показаної на фіг. 3, вона утворена у вигляді багатошарової структури, що містить накладені один на одного зі зміщенням паралельно з'єднані тришарові панелі з послідовно з'єднаних термопар (фіг. 2). Крок зміщення обраний рівним половині поперечного перерізу однієї термопари, т. Е. Таким, щоб по вертикалі шарів розташовувалися різнорідні метали або напівпровідники. Тепловий потік спрямований перпендикулярно поверхні термопар.
Приклад. Термопара складається з металевої фольги спаяний, наприклад, з міді, на поверхні якої розташовано дві плівки з металів, наприклад, залізо-нікель, що утворюють гілки, між якими розміщена теплоелектроізоляціонная вставка, наприклад, з оксиду алюмінію. Довжина кожної гілки в межі становить приблизно 100-500 ангстрем, тобто гілки термопари є тонкі плівки, що формуються на основі відомих плівкових технологій мікроелектроніки. Гранична довжина гілки (товщина плівки) термопари визначається довжиною вільного пробігу електрона провідності в кристалі, на якій фонони передають частину своєї спрямованої енергії електронів. Поверх плівок гілок розташовані плівки спаев, отримані напиленням з того ж металу, що і нижній спай, наприклад, міді, службовці як комутаційні шин для знімання електричного струму. Така конструкція перетворювача виходить досить міцною, так як при послідовному покритті шарів вона являє собою єдиний моноліт.
Термоелектричний перетворювач працює в такий спосіб.
При перепаді температур між гарячими і холодними спаями виникає тепловий потік Q. За рахунок ефекту Зеєбека генерується термоЕРС і по комутаційних шин 4 в корисне навантаження (на фіг. Не відображено) надходить вироблювана електроенергія. Величина термоЕРС батареї залежить від числа термопар, які з'єднані послідовно або комбіновано (послідовно-паралельно). Через різке зниження внутрішнього опору кожної термопари, як джерела ЕРС, підвищується ККД.
Внутрішній опір r термопари і площа поперечного перерізу гілок S термопари пов'язані співвідношенням 
де 
- Питомий електричний опір матеріалу гілки термопари;
l - довжина гілки (товщина плівки).
Запропонований термоелектричний перетворювач екологічно чистий і простий по конструкції, має технологічністю виготовлення, що дозволяє автоматизувати виробництво термобатарей з будь-якою кількістю термопар. Термопарного поверхню подібної конструкції можна виконати як необхідно великий і організувати значні потоки тепла через термопару навіть при малих перепадах температур. За рахунок застосування для виготовлення елементів термопар недефіцитних дешевих матеріалів перетворювач має низьку вартість виготовлення.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Термоелектричний перетворювач, що містить термобатареї, утворену послідовно з'єднаними термопарами, кожна з яких складається з двох гілок, гарячого і холодного спаїв, що відрізняється тим, що кожна термопара виконана у вигляді тришарової панелі з накладеними один на одного шарами гарячого спаю, гілок і холодного спаю , спаи розташовані по всій поверхні пари гілок, при цьому гілки термопар виконані довжиною, рівній товщині шару, і відокремлені один від одного додатково введеної теплоелектроізоляціонной вставкою, а холодний спай кожної термопари розділений на дві частини теплоелектроізоляціонной вставкою з утворенням комутаційних шин.
2. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що гілки кожної термопари виконані у вигляді провідникових або напівпровідникових плівок.
3. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що спаи кожної термопари виконані у вигляді металевих плівок або фольги.
4. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що тришарова панель має плоску форму, при цьому в плані і / або в перетині виконана прямокутної форми.
5. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що тришарова панель сформована послідовним напиленням або електролізом шарів.
6. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що теплоелектроізоляціонная вставка виконана з оксиду алюмінію.
7. Перетворювач за допомогою одного з пп.1 - 6, який відрізняється тим, що термобатарея утворена у вигляді багатошарової структури, що містить накладені один на одного зі зміщенням паралельно з'єднані тришарові панелі з послідовно з'єднаних термопар, при цьому крок зсуву обраний рівним половині поперечного перерізу однієї термопари .
8. Перетворювач по п.1, що відрізняється тим, що тепловий потік спрямований перпендикулярно площині гарячого спаю термопар.
Версія для друку
Дата публікації 13.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.