| 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 RU2282273
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 термоелектричному приладобудування, зокрема до конструкцій каскадних термоелектричних батарей (ПЕБ).
Технічний результат: підвищення ефективності та надійності, а й спрощення технології виготовлення каскадної ТЕБ. Сутність: ТЕБ містить N каскадів, кожен з яких 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 протилежного. Комутаційні пластини мають площу, трохи більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу, внаслідок чого їх частини виступають за поверхню структури, утвореної гілками ТЕБ. Частини комутаційних пластин, що утворюють холодні контакти, виступають за одну поверхню структури, а частини комутаційних пластин, що утворюють гарячі контакти, - за іншу. Електричний контакт між каскадами здійснюється через крайні холодні комутаційні пластини попереднього каскаду, що одночасно є гарячими комутаційними пластинами наступного каскаду. Тепловий контакт окремих каскадів здійснюється за допомогою сполучення комутаційних пластин наступного каскаду з комутаційними пластинами попереднього каскаду через високо теплопровідні діелектричну прошарок. З гарячих комутаційних пластин першого каскаду проводиться з'їм тепла в навколишнє середовище. Холодні комутаційні пластини N-го каскаду сполучаються з об'єктом охолодження.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до термоелектричному приладобудування, зокрема до конструкцій каскадних термоелектричних батарей (ПЕБ).
Відома ТЕБ, описана в [1]. ТЕБ містить кілька (N) каскадів, що складаються з послідовно з'єднаних в електричний ланцюг напівпровідникових термоелементів (ТЕ), кожен з яких утворений двома гілками (стовпчиками, виконаними або циліндричними, або у вигляді прямокутного паралелепіпеда), виготовленими з напівпровідників відповідно р-і n- типу. Гілки ТЕ з'єднуються між собою за допомогою комутаційних пластин. Електрично послідовно з'єднані комутаційними пластинами ТЕ, що утворюють ТЕБ, укладені між двома високо теплопровідні електроізоляційними пластинами - теплопереходамі (зазвичай керамічними).
ТЕБ зібрана таким чином, що гарячі спаї N-го каскаду ТЕ спираються на холодні спаї (N-1) -го каскаду ТЕ. Гарячі спаї (N-1) -го каскаду ТЕ спираються на холодні спаї (N-2) -го каскаду ТЕ і т.д. Гарячі спаї першого каскаду ТЕ наводяться в тепловий контакт з теплообмінних пристроєм, а холодні спаї N-го каскаду ТЕ сполучаються з об'єктом охолодження. При такій конструкції холодні спаї (1-го) каскаду ТЕ знімають тепло з гарячих спаїв другого каскаду, холодні спаї другого каскаду ТЕ охолоджують гарячі спаї третього і т.д., а холодні спаї N-го каскаду ТЕ охолоджують об'єкт впливу.
Недоліками відомої конструкції є недостатня надійність роботи каскадних ТЕБ, розрахованої на великі струми харчування, через значних механічних напружень внаслідок біметалічного ефекту; складність її технологічної реалізації; наявність значних контактних електричних і теплових опорів.
Завданням, на вирішення якої спрямовано винахід, є створення термоелектричної батареї, позбавленої зазначених недоліків.
Технічним результатом, що досягається при використанні винаходу, є підвищення ефективності та надійності, а й спрощення технології виготовлення ТЕБ.
Рішення поставленого завдання з досягненням зазначеного технічного результату забезпечується тим, що в термоелектричної батареї, що складається з N каскадів термоелементів, утворених послідовно з'єднаними в електричний ланцюг за допомогою комутаційних пластин чергуються гілками, виготовленими з напівпровідника відповідно р-і n-типу, при цьому термоелектрична батарея зібрана таким чином, що гарячі контакти наступного каскаду наводяться в тепловий контакт з холодними контактами попереднього, де холодні контакти останнього (N-го) каскаду пов'язані з об'єктом охолодження, а гарячі контакти першого каскаду - з теплообмінних пристроєм, в каскадах електричне з'єднання гілок р-і n-типу 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 протилежного, причому комутаційні пластини мають площу, кілька більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу, внаслідок чого їх частини виступають за поверхню структури, утвореної гілками р- і n-типу, причому частини комутаційних пластин, що утворюють холодні контакти, виступають за одну поверхню структури, а частини комутаційних пластин, що утворюють гарячі контакти, - за іншу, при цьому тепловий контакт каскадів здійснюється за рахунок сполучення комутаційних пластин, що утворюють гарячі контакти, наступного каскаду з комутаційними пластинами, що утворять холодні контакти, попереднього каскаду через високо теплопровідні діелектричну прошарок, за винятком крайніх для кожного каскаду комутаційних пластин, які одночасно є холодними контактами попереднього каскаду і гарячими контактами наступного каскаду, здійснюючи їх електричне з'єднання.
Винахід пояснюється кресленням, де схематично зображено термоелектрична батарея.
 |
ТЕБ містить кілька (N) каскадів, кожен з яких 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 гілка р- типу 3 - комутаційна пластина - гілка n-типу 4, де гілка р-типу 3 контактує торцевою поверхнею до однієї з поверхонь комутаційної пластини, а гілка n-типу 4 - до протилежної, при цьому гілки р- і n-типу розташовані в одній перпендикулярної до комутаційної пластині площині. Комутаційні пластини 1 і 2 мають площу, трохи більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу 3 і 4, внаслідок чого їх частини виступають за поверхню структури, утвореної гілками ТЕБ. При цьому частини комутаційних пластин 2, які здійснюють холодні контакти, виступають за одну поверхню структури, а частини комутаційних пластин 1, які здійснюють гарячі контакти, - за іншу (інші). Електричний контакт між каскадами здійснюється через крайні комутаційні пластини 2 попереднього каскаду, що одночасно є комутаційними пластинами 1 наступного каскаду. |
Тепловий контакт окремих каскадів здійснюється за допомогою сполучення комутаційних пластин 1 подальшого каскаду з комутаційними пластинами 2 попереднього каскаду через високо теплопровідні діелектричну прошарок 5. При цьому комутаційні пластини 1 N-го каскаду сполучаються з комутаційними пластинами 2 (N-1) -го каскаду. Комутаційні пластини 1 (N-1) -го каскаду сполучаються з комутаційними пластинами 2 (N-2) -го каскаду і т.д. З комутаційних пластин 1 першого каскаду ТЕБ проводиться з'їм тепла в навколишнє середовище за рахунок природного, або примусового теплообміну. Комутаційні пластини 2 N-го каскаду сполучаються тим чи іншим чином з об'єктом охолодження.
ТЕБ працює наступним чином
При проходженні через ТЕБ постійного електричного струму, що подається від джерела електричної енергії, між комутаційними пластинами 1 і 2 кожного каскаду, 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 1 і охолодження комутаційних пластин 2. Для каскадної ТЕБ холодні комутаційні пластини 2 першого каскаду в цьому випадку знімають тепло з гарячих комутаційних пластин 1 другого каскаду, холодні комутаційні пластини 2 другого каскаду охолоджують гарячі комутаційні пластини 1 третього каскаду і т.д., а холодні комутаційні пластини 2 N-го каскаду знижують температуру об'єкта впливу. При цьому тепло з гарячих комутаційних пластин 1 першого каскаду розсіюється в навколишнє середовище за рахунок природного, або примусового теплообміну.
Основними перевагами заявляється конструкції ТЕБ є:
Можливість складання припоєм однієї температури плавлення, а не «ступінчастими» припоями з різними температурами плавлення і відповідно з різними теплофізичними і механічними властивостями.
Спрощення технології виготовлення.
Підвищення надійності в роботі за рахунок зведення до нуля біметалевих ефектів.
Забезпечення можливості виготовлення каскадів батарей більше 3-5 без ускладнення конструкції і технології їх виготовлення.
Можливість використання гілки різної довжини, що дає можливість 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.
Зменшення товщини комутаційних пластин, наслідком чого є значне зменшення їх електричного опору і теплоємності, що дає можливість досягти більш низьких температур, а й зменшує тривалість виходу ТЕБ на робочий режим.
Зниження матеріаломісткості - витрати матеріалу напівпровідників і комутаційних пластин.
ЛІТЕРАТУРА
Коленко Е.А. Термоелектричні охолоджуючі прилади. Л .: Наука, 1967.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Термоелектрична батарея, що складається з декількох (N) каскадів термоелементів, утворених послідовно з'єднаними в електричний ланцюг за допомогою комутаційних пластин чергуються гілками, виготовленими з напівпровідника відповідно р-і n-типу, при цьому термоелектрична батарея зібрана таким чином, що гарячі контакти наступного каскаду наводяться в теплової контакт з холодними контактами попереднього, де холодні контакти останнього (N-го) каскаду пов'язані з об'єктом охолодження, а гарячі контакти першого каскаду - з теплообмінних пристроєм, що відрізняється тим, що в каскадах електричне з'єднання гілок р-і n-типу 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 протилежного, причому комутаційні пластини мають площу, трохи більшу, ніж площа поперечного перерізу гілок р-і n-типу, внаслідок чого їх частини виступають за поверхню структури, утвореної гілками р- і n-типу, причому частини комутаційних пластин, що утворюють холодні контакти, виступають за одну поверхню структури, а частини комутаційних пластин, що утворюють гарячі контакти, - за іншу, при цьому тепловий контакт каскадів здійснюється за рахунок сполучення комутаційних пластин, що утворюють гарячі контакти, наступного каскаду з комутаційними пластинами, що утворять холодні контакти, попереднього каскаду через високо теплопровідні діелектричну прошарок, за винятком крайніх для кожного каскаду комутаційних пластин, які одночасно є холодними контактами попереднього каскаду і гарячими контактами наступного каскаду, здійснюючи їх електричне з'єднання.
Версія для друку
Дата публікації 02.12.2006гг
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.