| 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 RU2113035
термогенератора
Ім'я винахідника: Фрідріх-Карл миговському (DE)
Ім'я патентовласника: Фрідріх-Карл миговському (DE)
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту:
Використання: в області термоелектричного перетворення енергії. Суть винаходу: термогенератор складається з n- і p-термоелементів, які тонко або толстопленочной технікою нанесені на підкладку. Для зменшення загального опору передбачені додаткові шари і поверхні для контактування, що складаються з металу або сплаву, металево розчинної з матеріалом p- і n-елементів. Передбачено використання термогенератора в годиннику і чутливому елементі.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід стосується термогенератора з p- і n-елементами для годин, чутливого елемента, приладу електроживлення або т.п., який розташований між теплим і холодним температурними джерелами, причому термоелементи тонко або толстопленочной технікою нанесені на підкладку, а форма n- і p -елементів обрана таким чином, що вони перекриваються між собою.
Відомий термогенератор описаний в патенті Швейцарії N 604249. Він зібраний з дискретних елементів, термоелектричний матеріал розрізається на штабіки, щоб потім збиратися в блоки. Внаслідок цього можуть послідовно з'єднуватися в одних годиннику лише кілька тисяч термоелектричних елементів. Напруга на виході занадто мало для того, щоб постачати батарею струмом. Останній повинен ще за допомогою дорогої електроніки і за допомогою трансформатора доводитися до рівня, достатнього для заряду батареї. У патенті Великобританії N 1381001 описано виготовлення тонкопленочного термогенератора на підкладці з алюмінію і окису алюмінію. Це виготовлення годиться лише для дуже невеликої кількості термоелементів. До того ж виготовлення підкладки дуже дорого.
У патенті США N 3684470 описаний елемент Пельтьє для нагрівання і охолоджування деталі. При цьому p- і n-елементи взаємно перекриваються, а між перекриттям передбачений матеріал, який добре проводить електричний струм, але не проводить тепло.
Однак при виготовленні тонких або товстих плівок важливо вибрати матеріал, який з'єднує p- і n-елементи, таким чином, що він створює металургійні з'єднання, що дає в результаті хорошу зчепленням, невелике електричний опір і хорошу теплопровідність.
Описані в патентах Японії N 61/259580 і США N 4677416 шари, нанесені тонкопленочной технікою, взаємно перекриваються. Так як при цьому мова завжди йде лише про небагатьох парах, величина загального електричного опору не має проблем. Однак таке виконання не допустимо при послідовному з'єднанні кількох тисяч пар елементів, так як набагато підвищився б електричний опір. і не враховувалися б внутріметалліческіе проблеми при переходах металів (p - n-переходах).
Патент США N 3554815 описує рішення, в якому наносяться p-шар на одній стороні, а n-шар на іншій стороні подлоджкі. Це було б набагато дорожче при серійному виготовленні. і не здійснимо вказане у формулі винаходу співвідношення 5: 1 між товщиною плівки і товщиною підкладки при тонких плівках. Це співвідношення, швидше, 1: 1 для застосувань, які описуються потім.
Завдання винаходу - створити термогенератор, виготовлений простими засобами, дешево і великими серіями.
Це досягається згідно відмітним частинам п.п. 1 і 4 формули винаходу.
При виготовленні термогенератора необхідна лише одна маска, яка після отримання p-елементів повертається на 180 o з метою нанесення потім n-елементів. При цьому автоматично виникають перекриття n- і p-матеріалів. Щоб можна було зменшити електричний опір, слід нанести додатковий шар матеріалу, металево з'єднується з n- і p-матеріалом термоелементів. Внаслідок цього не виявляється впливу на термоелектричне напруга генератора, проте цим зменшенням електричного опору явно поліпшується ККД. Одночасно наносяться аналогічною операцією і з аналогічними матеріалами контактні поверхні, щоб перший і останній елементи термогенератора могли з'єднатися зі схемою. Інша проблема - це теплопередача від джерела тепла на підкладку. За допомогою нанесення додаткового шару, як описано в п. 4, можливо внаслідок застосування відповідної теплопровідної пасти або т.п. отримання оптимальної теплопередачі. Так як втрати теплопередачі через підкладку, кріплення і через повітря не є незначними, це рішення задачі має велике значення.
Шар для поліпшення теплопередачі може виготовлятися переважно з того ж матеріалу, що і той, який застосовується для поверхонь контакту або для додаткових провідних верств. Одним з найважливіших джерел втрат при теплопередачі є зазор між двома джерелами. Повітря відносно добре передає тепло, а обсяг між джерелами може бути великим. Для зменшення втрат є кращим нанесення на поверхні, що контактують з повітрям, пластмасової плівки, щоб усунути передачу тепла між джерелами і повітрям. Особливо в годинах, де різниця температури між двома джерелами тепла незначна, наприклад 3-5 o C, запропоновані рішення дуже ефективні. При застосуванні термогенератора в годиннику вигідно те, що годинниковий механізм здебільшого круглий. При прямокутної оболонці вигідно (переважно) помістити термогенератор в чотири кути. При тонкоплівкових генераторі послідовно з'єднані близько 1000 пар елементів. 4000 пари, послідовно з'єднуючись, в сумі дають напругу від ~ 1,5 В, щоб зарядити акумулятор або конденсатор ємністю ~ 1 Ф. Термогенератор від 1000 парами має довжину близько 30 см. Тому він повинен згортатися в рулон, щоб отримати можливість вбудовуватися в годинник .
Виготовлення тонких плівок може здійснюватися за допомогою напилення, катодного розпилення або за допомогою полум'яного напилення. Для товстих плівок може застосовуватися трафаретний друк або інший спосіб друку. Якщо після нанесення термоелектричних елементів необхідна термічна обробка, то переважно застосовувати в якості підкладки слюду або кераміку. В іншому випадку слід надавати перевагу пластмасу типу поліамід або політерефталат, які є в торгівлі під фірмовою назвою каптона або Мілар. При останніх і може бути обмежено термічна обробка. Товщина підкладки повинна вибиратися, по можливості, тонкої для відомості на мінімум термічного короткого замикання. Термічний ККД поліпшується, якщо термоелектричні елементи наносять з обох сторін підкладки.
Замість застосування маски термоелектричний матеріал може наноситися і на всій підкладці. За допомогою хімічного травлення або за допомогою іонного променя може виготовлятися бажана геометрія.
n- і p-термоелементи можуть виготовлятися з відомих матеріалів, таких як Bi, Te, Sb, Se або Pb, Se, або Pb, Te, або сплавів.
У термічних годиннику підкладка може бути розташована навколо годинникового механізму або окремі підкладки можуть розміщуватися в корпусі годин на зручних місцях.
Струм термогенераторов може безпосередньо заряджати конденсатор або акумулятор. Акумулятор має великий недолік, він містить електроліт. Внаслідок цього важко недовго герметизувати акумулятор. З сьогоднішніми електролітами KOH і NOH практично неможливо герметизувати акумулятор протягом щонайменше 10 років. Ці недоліки не мають місця в конденсаторі.
Поряд з описаним застосуванням певного винаходом термогенератора в годиннику він може використовуватися і в чутливих елементах, приладах електроживлення і т.д. Обумовлене необхідними заходами щодо економії енергії при нагріванні кращим є вимір теплового потоку. При цьому термогенератор виробляє достатньо струму і напруги для живлення електронної схеми, і інтегратор може виміряти кількість тепла, яке може потім зберігатися в електронному блоці пам'яті. При цьому стає зайвим застосування літієвої батареї, яка до того ж повинна періодично замінюватись.
Такі чутливі елементи можуть знайти застосування в великих опалювальних установках і знімаються квартирах, а й у промислових установках для повністю автоматизованого контролю теплових процесів, які повинні функціонувати незалежно від напруги мережі або батареї.
Приклад виконання винаходу представлений на фігурах. На фіг. 1 зображені окремо n- і p-елементи; на фіг. 2 показаний термогенератор з поверхнями контакту; на фіг. 3 - термогенератор в зборі; на фіг. 4 представлена підкладка з термогенератора.
 |  |
 |  |
Фіг. 1a показує n-елементи, виготовлені маскою, а фіг. 1b - p-елементи, виготовлені з тієї ж маскою, але поверненою на 180 o. Якщо тепер n- і p-елементи 1 і 2 наносяться на однаковому місці на підкладку, отримують термогенератор, як він представлений на фіг. 2. Для зменшення електричного опору термогенератора 5 на контактні поверхні n- і / або p-елементів наносяться додаткові шари 3. З тим же самим сплавом, як шари 3, наносяться поверхні 4 контакти. Шари 3 і поверхні 4 контакту складаються з матеріалу, який є металевим розчинним n- і p-елементами. За допомогою поверхонь 4 контакту можливо з'єднання термогенератора 5 з електричною схемою.
ПРИКЛАД ЗАСТОСУВАННЯ У годиннику
Розмір p- або n-елемента: товщина плівки 0,005 мм, ширина плівки 0,1 мм, довжина плівки 0,75 мм, питомий електричний опір 0,00001 Ом / м. Звідси виходить електричний опір на пару елементів 30 Ом. При 7500 послідовно з'єднаних парах елементів опір одно 225 кОм. Це опір може зменшуватися на 20-40% за допомогою додаткових шарів. При різниці температур 6 o C може очікуватися напруга на клемах, рівну приблизно 1,6 В. Такий генератор може видати потужність 11 мкВт.
Допустима і можливість розміщення термоелементів в браслеті для годин, який має термічно ізольовану рукою поверхню. Термогенератор з'єднаний тоді електричними провідниками з конденсатором або акумулятором. Замість годин можна було б уявити портативний прилад, такий як вимірювач пульсу, прилад для вимірювання кров'яного тиску, прилад для вимірювання висоти, термометр, електронний компас і т.д.
Фіг. 3 являє термогенератор 5, розташований між двома джерелами 7 температури. Для оптимізації теплопередачі матеріал 6 наноситься між джерелами 7 тепла і термогенератора 5. Цей матеріал повинен, по можливості, добре проводити тепло, щоб провести теплопередачу від джерел 7 на термогенератор 5. Цей матеріал може бути еластомером в м'якому або затверділому стані і може містити відносно великий відсоток порошку, який проводить тепло.
У термогенератора мало б, по можливості, багато тепла проходити через термоелементи 1, 2. Для досягнення цього втрати за допомогою паралельних теплових мостів повинні були б по можливості зменшуватися. При цьому важливу роль відіграє втрата тепла через повітря. Ця втрата тепла може бути зменшена за допомогою нанесення додаткових плівок 8 на один або обидва джерела 7 температури.
Фіг. 4 представляє підкладку 10, на яку нанесені термоелементи 1, 2. Додатково завдано ще шар 9, який не стосується термоелементів 1, 2. Цей шар може бути з металу або з того ж матеріалу, що і з'єднують шари 3. Шар 9 має ту перевагу , що поліпшується передача тепла від джерела 7, між якими вже є матеріал 6 теплопередачі.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Термогенератор з p- і n-елементами для годин, чутливого елемента, приладу електроживлення і т.п., розташованих між теплим і холодним джерелами температури, причому термоелементи нанесені за допомогою тонко- і толстопленочной техніки на підкладку, а форма n- і p -елементів обрана з можливістю їхнього взаємного перекриття, що відрізняється тим, що додатковий електропровідний шар завдано на p- і / або n-елементів для зменшення електричного опору термогенератора, що перший і останній послідовно з'єднаний елемент з'єднаний з поверхнею контакту, при цьому провідний шар і / або поверхню контакту складається з металу або сплаву, металево розчинної з матеріалом p- і n-елементів.
2. Термогенератор по п.1, що відрізняється тим, що на підкладку (10) мікросхеми з обох сторін нанесені термоелементи.
3. Термогенератор по одному з п.1 або 2, який відрізняється тим, що між джерелами (7) і підкладкою (10) завдано додаткової теплової міст (6) з теплопровідного електроізолюючого матеріалу, наприклад еластомеру, з додаванням теплопровідного порошку, і / або металу (9), нанесеного на підкладку (10) паралельно її подовжньому напрямку, для направлення щонайменше частини теплового потоку між джерелами (7).
4. Термогенератор по одному з пп.1 - 3, що відрізняється тим, що на джерела (7) нанесені ізоляційні плівки (8) для зниження втрат тепла через повітря.
5. Годинники, містять термогенератор по одному з пп.1 - 4, що відрізняються тим, що один або кілька термогенераторов (5) розташовані навколо годинникового механізму або що його кілька розподілених і електрично з'єднаних термогенераторов (5) розташовані навколо годинникового механізму.
6. Годинники з п.5, що відрізняються тим, що термогенератор або термогенератора (5) змотані в рулон.
7. Годинники з п.5 або 6, що відрізняються тим, що вони забезпечені конденсатором, заряджаються за допомогою термогенератора і годує годинниковий механізм струмом.
8. Чутливий елемент, що містить термогенератор, по одному з пп.1 - 4, який відрізняється тим, що передбачений інтегратор для вимірювання кількості тепла.
Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг
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.