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 RU2098889

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ БАТАРЕЯ

Ім'я винахідника: Захарцов Ю.В.
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю "Комплексні термоелектричні системи"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1996.07.04

Використання: винахід відноситься до електротехніки, а саме до термоелектричним приладів на твердому тілі, що працюють на основі ефекту Пельтьє, і може бути використано в електричних холодильних установках і перетворювачах теплової енергії в електричну. Сутність: термоелектрична батарея містить ряд чергуються напівпровідникових стрижнів n-типу і p-типу, розташованих поздовжньо на відстані між собою, і поперечно розташовані між ними теплообмінні елементи з електро- і теплопровідного матеріалу, з'єднані з напівпровідниковими стержнями. Деякі теплообмінні елементи виконані петлеподібними. У петлеподібного теплообмінного елемента перший кінець електрично і жорстко механічно з'єднаний з одним із сусідніх напівпровідникових стрижнів, а другий кінець електрично і жорстко механічно з'єднаний з іншим із сусідніх стрижнів. Петлеподібні теплообмінні елементи виконані незамкненими з зазором між кінцями, з'єднаними з сусідніми напівпровідниковими стержнями.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електротехніки, а саме до термоелектричним приладів на твердому тілі, що працюють на основі ефекту Пельтьє, і може бути використано в електричних холодильних установках і в перетворювачах теплової енергії в електричну.

Відомі термоелектричні батареї, що містять ряд чергуються напівпровідникових стрижнів n-типу і p-типу, розташованих поперечно на відстанях між собою, розташовані уздовж ряду напівпровідникових стрижнів в шаховому порядку з протилежних сторін від них комутаційні пластини з електропровідного матеріалу, попарно електрично послідовно з'єднують сусідні напівпровідникові стрижні різного типу, і теплообмінні елементи, з'єднані з комутаційними пластинами / 1 /. Незважаючи на малу механічну міцність і високу крихкість напівпровідникових стрижнів, що представляють собою монокристали, такі термоелектричні батареї в цілому володіють достатньою механічною міцністю завдяки тому, що механічні навантаження, які можуть діяти на них, розподіляються між усіма напівпровідниковими стержнями. Але ефективність таких термоелектричних батарей знижена через те, що теплообмінні елементи виконані з електропровідного матеріалу, і щоб уникнути закорочування електричного кола через теплообмінні елементи вони повинні бути електрично ізольовані від комутаційних пластин за допомогою шару електричної ізоляції, яка має погану теплопровідність.

Відома і термоелектрична батарея, яка містить ряд чергуються напівпровідникових стрижнів n-типу і p- типу, розташованих поздовжньо на відстані між собою, і поперечно розташовані між ними теплообмінні елементи з електро- і теплопровідного матеріалу, кожен з яких з'єднаний з двома сусідніми напівпровідниковими стержнями, причому теплообмінний елемент може бути виконаний петлеподібним з першим кінцем електрично і жорстко механічно з'єднаний з одним із сусідніх напівпровідникових стрижнів і другим кінцем електрично і жорстко механічно з'єднаний з іншим із сусідніх напівпровідникових стрижнів / 2 /.

Кінці кожного петлеподібного теплообмінного елемента такої термоелектричної батареї замкнуті і жорстко з'єднані між собою.

У цій термоелектричної батареї покращена ефективність роботи завдяки теплопередачі безпосередньо між напівпровідниковими стержнями і теплообмінними елементами, які одночасно виконують функції електричних провідників, електрично послідовно з'єднуються між собою напівпровідникові стрижні.

Однак через малу механічної міцності і високої крихкості напівпровідникових стрижнів, через кожен з яких передаються всі навантаження при згині, стисненні і розтягуванні, така термоелектрична батарея при надмірно великий жорсткості має малу міцність і може руйнуватися не тільки під впливом вібрацій і зовнішніх навантажень при роботі , але навіть під дією власної ваги в процесі складання.

Метою винаходу є створення високоефективної термоелектричної батареї, яка має високу механічну міцність, а й полегшення збірки такої термоелектричної батареї.

Ця мета досягнута тим, що в термоелектричної батареї, що містить щонайменше один ряд чергуються напівпровідникових стрижнів n-типу і p- типу, розташованих поздовжньо на відстані між собою, і поперечно розташовані межу ними теплообмінні елементи з електро- і теплопровідного матеріалу, кожен з яких з'єднаний з двома сусідніми напівпровідниковими стержнями, причому щонайменше один теплообмінний елемент виконаний петлеподібним з першим кінцем, електрично і жорстко механічно з'єднаний з одним із сусідніх напівпровідникових стрижнів, і другим кінцем, електрично і жорстко механічно з'єднаний з іншим із сусідніх напівпровідникових стрижнів, згідно винаходу вказаний петлеподібний теплообмінний елемент виконаний незамкнутим з зазором між кінцями, з'єднаними з сусідніми напівпровідниковими стержнями.

Таке виконання термоелектричної батареї дозволяє зменшити її жорсткість і розвантажити напівпровідникові стрижні від передачі більшої частини механічних навантажень, які сприймаються пружно деформуються петлеподібними теплообмінними елементами, в результаті чого підвищена міцність термоелектричної батареї в цілому. При цьому загальне електричне опір термоелектричної батареї з незамкненими петлеподібними теплообмінними елементами, які виконують функції електричних провідників між сусідніми напівпровідниковими стержнями, практично не збільшено завдяки гарній електропровідності матеріалу теплообмінних елементів.

Кожен незамкнений петлеподібний теплообмінний елемент може бути виконаний з двох частин, жорстко з'єднаних з боку, протилежного його кінців, сполученим з сусідніми напівпровідниковими стержнями. Таке виконання полегшує збірку термоелектричної батареї при її виготовленні.

Термоелектрична батарея може бути забезпечена щонайменше одним кожухом, що охоплює напівпровідникові стрижні і кінці теплообмінних елементів, з'єднані з напівпровідниковими стержнями. Таке виконання термоелектричної батареї покращує її експлуатаційні якості завдяки додатковому підвищенню її міцності.

Зазначений кожух може бути виконаний з пазами для проходу решт теплообмінних елементів, з'єднаних з напівпровідниковими стержнями, і забезпечений встановленими в пазах ущільнювачами. Таке виконання кожуха полегшує збірку частин термоелектричної батареї при її виготовленні і покращує експлуатаційні якості термоелектричної батареї завдяки герметизації напівпровідникових стрижнів.

На кресленні показана термоелектрична батарея в поздовжньому розрізі.

Термоелектрична батарея містить ряд чергуються напівпровідникових стрижнів різного типу, а саме стрижні 1 n-типу і стрижні 2 p-типу. Стрижні 1 і 2 розташовані поздовжньо в ряд на відстані між собою. Між стрижнями 1, 2 поперечно розташовані теплообмінні елементи 3, 4 з електро- і теплопровідного матеріалу, наприклад, з міді або сплаву на основі міді. Теплообмінні елементи 3 виконані петлеподібними і розташовані з одного боку від ряду напівпровідникових стрижнів 1, 2, а теплообмінні елементи 4 розташовані з іншого боку від ряду напівпровідникових стрижнів 1, 2. З крайніми напівпровідниковими стержнями з'єднані електричні провідники 5, 6, призначені для з'єднання термоелектричної батареї з джерелом постійної напруги (не показані). Петлеподібні теплообмінні елементи 3 виконані незамкненими з зазором m між кінцями 3a і 3b. Перший кінець 3a теплообмінного елемента 3 електрично і жорстко механічно з'єднаний з одним із сусідніх напівпровідникових стрижнів зі стрижнем 2, наприклад, припаяний до нього, другий кінець 3b теплообмінного елемента 3 таким же чином електрично і жорстко механічно з'єднаний з іншим із сусідніх напівпровідникових стрижнів зі стрижнем 1 . Кожен теплообмінний елемент 4 виконаний з двох частин 4 ', 4' ', які своїми кінцями 4a, 4b, електрично і жорстко механічно з'єднаними між собою, наприклад, припаяні один до іншого. Кінець 4a першої частини 4 'теплообмінного елемента 4 електрично і жорстко механічно з'єднаний з напівпровідниковим стрижнем 1, наприклад, припаяний до нього, кінець 4b другій частині 4' 'теплообмінного елемента 4 таким же чином електрично і жорстко механічно з'єднаний з наступним сусіднім напівпровідниковим стрижнем 2, і т.д.

Кожен теплообмінний елемент 3 виконаний з двох частин 3 'і 3' 'які жорстко з'єднані між собою, наприклад припаяні одна до іншої, з боку 3c, протилежної кінців 3a, 3b. Кожна частина 3 ', 3' 'виконана у вигляді пластини з листового матеріалу. Частини 3 ', 3' 'мають однакову товщину.

Бічні сторони теплообмінних елементів 3, 4 виконані плоскими і розташовані на однаковій відстані межу собою, приблизно рівних відстаней між плоскими бічними сторонами сусідніх теплообмінних елементів.

Термоелектрична батарея, крім описаних вище напівпровідникових стрижнів 1 n-типу, напівпровідникових стрижнів 2 p-типу, теплообмінних елементів 3, 4 і електричних провідників 5, 6, містить і кожух 7 з електро- і теплоізоляційного матеріалу, наприклад, з пластмаси, що охоплює напівпровідникові стрижні 1, 2 і кінці 3a, 3b, 4a, 4b теплообмінних елементів 3, 4, з'єднані з напівпровідниковими стержнями.

Кожух 7 виконаний з пазами 8 для проходу решт 3a, 3b, 4a, 4b теплообмінних елементів 3, 4. У пазах 8 встановлені ущільнювачі 9.

Теплообмінні елементи 3 і 4 можуть бути виконані з жалюзійними просечками 10, 11 або іншими засобами інтенсифікації процесу теплообміну.

Збірку термоелектричної батареї роблять у наступній послідовності.

Спочатку споюють між собою кінці 4a, 4b частин 4 ', 4' 'кожного теплообмінного елемента 4, і до кожного теплообмінного елементу 4 з двох сторін припаиваются одними своїми торцями напівпровідникові стрижні 1 і 2. Потім до інших торцях напівпровідникових стрижнів 1 і 2 припаюють окремі частини 3 ', 3' 'теплообмінних елементів 3 і припаюють до крайніх напівпровідниковим стержнів електричні провідники 5 і 6. Отримані вузли вставляють в пази 8 кожуха 7. Потім споюють між собою частини 3', 3 '' теплообмінних елементів 3 з боку 3c і герметизують пази 8 за допомогою ущільнювачів 9.

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ БАТАРЕЯ працює наступним чином

При підключенні провідників 5, 6 до джерела постійної напруги і протікання струму через електричний ланцюг, утворену послідовно з'єднаними напівпровідниковими стержнями 1, 2 і теплообмінними елементами 3, 4, в результаті дії ефекту Пельтьє відбувається нагрів торцoв (не позначені) напівпровідникових стрижнів 1, 2, з'єднаних з теплообмінними елементами 3, і охолодження торцoв (не позначені) напівпровідникових стрижнів 1, 2, з'єднаних з теплообмінними елементами 4. теплообмінні елементи 3 нагрівають навколишнє їх першу текучу середу, наприклад, повітря в одному каналі (не показаний), а теплообмінні елементи 4 охолоджують навколишнє їх другу текучу середу, наприклад, повітря в іншому каналі (не показаний). Циркуляція текучого середовища в каналах може відбуватися під дією конвекції або за допомогою вентиляторів (не показані). Жалюзійні просечки 10, 11 теплообмінних елементів 3, 4 або інші засоби інтенсифікації теплообміну сприяють поліпшенню теплообміну між теплообмінними елементами 3, 4 і текучим середовищем. При зміні полярності напруги відбувається охолодження теплообмінних елементів 3 і нагрів теплообмінних елементів 4. У разі нагрівання одних з теплообмінних елементів і охолодженні інших теплообмінних елементів зовнішнім джерелом тепла створюється електрична напруга між провідниками 5, 6 завдяки ефекту Зеєбека.

Винахід може бути використано в холодильних і нагрівальних пристроях радіоелектронної апаратури, в побутових холодильниках і кондиціонерах повітря, а й в перетворювачах теплової енергії в електричну.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Термоелектрична батарея, яка містить щонайменше один ряд чергуються напівпровідникових стрижнів n- і p-типу, розташованих поздовжньо на відстанях між собою, і поперечно розташовані між ними теплообмінні елементи з електро- і теплопровідного матеріалу, кожен з яких з'єднаний з двома сусідніми напівпровідниковими стрижнями, причому щонайменше один теплообмінний елемент виконаний петлеподібним з першим кінцем, електрично і жорстко механічно з'єднаний з одним із сусідніх напівпровідникових стрижнів, і другим кінцем, електрично і жорстко механічно з'єднаний з іншим із сусідніх напівпровідникових стрижнів, що відрізняється тим, що петлеподібний теплообмінний елемент виконаний незамкнутим з зазором між його кінцями, з'єднаними з сусідніми напівпровідниковими стержнями.

2. Батарея по п.1, що відрізняється тим, що незамкнений петлеподібний теплообмінний елемент виконаний з двох частин, жорстко з'єднаних між собою з боку, протилежного його кінців.

3. Батарея по п.1, що відрізняється тим, що вона забезпечена щонайменше одним кожухом, що охоплює напівпровідникові стрижні і кінці теплообмінних елементів, з'єднані з напівпровідниковими стержнями.

4. Батарея по п. 3, яка відрізняється тим, що кожух виконаний з пазами для проходу решт теплообмінних елементів, з'єднаних з напівпровідниковими стержнями, і забезпечений встановленими в пазах ущільнювачами.

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