Термоэлектрическая батарея

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей. Технический результат - повышение эффективности теплоотдачи коммутационных пластин ТЭБ к объекту охлаждения и системе теплоотвода. Сущность: термоэлектрическая батарея состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин чередующихся ветвей, изготовленных из полупроводника р- и n-типа. Ветви расположены наклонно в одной из координатных плоскостей. Ветви, выполненные из полупроводника р-типа, расположены под углом, противоположным углу наклона ветвей, выполненных из полупроводника n-типа. Угол наклона между ветвями α лежит в пределах . Коммутационные пластины выполнены в форме трехгранной призмы и впаяны в пространство, ограниченное концами ветвей р- и n-типов. Свободная поверхность коммутационных пластин приведена в тепловой контакт с полыми электроизолированными снаружи гибкими трубками, заправленными теплоносителем и своими свободными концами сопрягающиеся с охлаждаемым и нагреваемым объектами. Трубки имеют внутреннее оребрение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей (ТЭБ).

Прототипом изобретения является ТЭБ, описанная в [1]. ТЭБ состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь полупроводниковых термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями (столбиками, выполненными либо цилиндрическими, либо в виде прямоугольного параллелепипеда), изготовленными из полупроводника соответственно р- и n-типа. Ветви термоэлементов соединяются между собой посредством коммутационных пластин, причем ветви р-типа и n-типа контактируют торцевыми поверхностями соответственно с двумя противоположными поверхностями коммутационной пластины. Коммутационные пластины имеют несколько большую площадь, чем площадь поперечного сечения ветвей, вследствие чего они выступают за поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ.

Недостатком известной конструкции является необходимость использования коммутационных пластин относительно большой толщины для эффективной теплоотдачи от них к объектам охлаждения (нагрева), что приводит к увеличению теплового и электрического сопротивления контакта.

Целью изобретения является повышение эффективности теплоотдачи коммутационных пластин ТЭБ к объекту охлаждения и системе теплоотвода.

Для достижения указанной цели ветви расположены наклонно в одной из координатных плоскостей, причем ветви, выполненные из полупроводника р-типа расположены под углом, противоположным углу наклона ветвей, выполненных из полупроводника n-типа, а угол наклона между ветвями α лежит в пределах - . При этом коммутационные пластины выполнены в форме трехгранной призмы с одним двугранным углом и впаиваются в пространство, ограниченное концами ветвей р- и n-типов. Причем оставшаяся третья грань коммутационных пластин свободной поверхностью приведена в тепловой контакт с полыми электроизолированными снаружи гибкими трубками, при необходимости имеющими внутреннее оребрение и заправленными теплоносителем. Своими свободными концами гибкие трубки сопрягаются с охлаждаемым и нагреваемым объектами.

Конструкция ТЭБ приведена на чертеже. ТЭБ состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин 1 и 2 чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводника р- 3 и n-типов 4. Электрическое соединение ветвей осуществляется посредством контакта ветвь р- типа 3 - коммутационная пластина 1 или 2 - ветвь n-типа 4. При этом ветви 3 и 4 выполнены наклонными в одной из координатных плоскостей. Причем ветви 4 расположены под углом, противоположным углу наклона ветвей 3, а угол наклона между ветвями α лежит в пределах - . Коммутационные пластины 1 и 2 выполнены в форме трехгранной призмы с одним двугранным углом, равным α, и впаиваются в пространство, ограниченное концами ветвей р- 3 и n-типов 4. Причем оставшаяся третья грань коммутационных пластин свободной поверхностью приведена в тепловой контакт с полыми электроизолированными снаружи гибкими трубками 5 и 6, при необходимости имеющими внутреннее оребрение и заправленными теплоносителем 7. Своими свободными концами гибкие трубки 5 и 6 сопрягаются с охлаждаемым и нагреваемым объектами.

ТЭБ функционирует следующим образом.

При прохождении по ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии через крайние коммутационные пластины ТЭБ, между соседними коммутационными пластинами 1 и 2, представляющими собой контакты ветвей р- и n-типа 3 и 4, возникает разность температур, обусловленная выделением и поглощением теплоты Пельтье. При указанной на чертеже полярности имеет место нагрев коммутационных пластин 1 и охлаждение коммутационных пластин 2.

При повышении температуры коммутационных пластин 1 с их поверхности происходит интенсивный отвод теплоты за счет кипения и испарения теплоносителя 7. Образующийся пар поднимается в верхнюю часть трубок 5, где обменивается теплом с окружающей средой, либо с теплообменником (не показан). Вследствие подобного теплообмена пар конденсируется в верхней части трубок 5, образовавшийся конденсат стекает вниз и поступает в нагреваемый участок. Отвод теплоты от «горячих» коммутационных пластин 1, таким образом, осуществляется за счет кипения и испарения теплоносителя 6.

При тепловом контакте трубок 6 с объектом охлаждения (не показан) происходит их нагрев и, соответственно, кипение, и испарение теплоносителя 7. Образовавшийся пар перемещается в верхнюю часть трубок 6. В верхней части трубок 6 происходит конденсация теплоносителя 6 вследствие теплообмена с «холодными» коммутационными пластинами 2. Далее происходит отекание теплоносителя 7 вниз - в нагреваемую зону. Интенсивный отвод теплоты от объекта охлаждения в данном случае обеспечивается за счет высокого коэффициента теплоотдачи при испарении и конденсации теплоносителя 7.

В данной конструкции ТЭБ эффективность теплоотдачи коммутационных пластин повышается за счет увеличения их теплоотдающей поверхности.

Кроме того, предложенное исполнение ТЭБ позволит осуществлять механическую развязку источника тепла и системы теплосброса и контакт с охлаждаемыми (нагреваемыми) объектами, находящимися в труднодоступных и отдаленных местах за счет специальной конструкции коммутационных элементов (протяженности и гибкости).

Литература

1. Поздняков Б.С., Коптелов Е.А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974.

1. Термоэлектрическая батарея, состоящая из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводника р- и n-типа, отличающаяся тем, что ветви расположены наклонно в одной из координатных плоскостей, причем ветви, выполненные из полупроводника р-типа, расположены под углом, противоположным углу наклона ветвей, выполненных из полупроводника n-типа, а угол наклона между ветвями α лежит в пределах , при этом коммутационные пластины выполнены в форме трехгранной призмы и впаяны в пространство, ограниченное концами ветвей р- и n-типов, при этом свободная поверхность коммутационных пластин приведена в тепловой контакт с полыми электроизолированными снаружи гибкими трубками, заправленными теплоносителем и своими свободными концами сопрягающимися с охлаждаемым и нагреваемым объектами.

2. Термоэлектрическая батарея по п.1, отличающаяся тем, что трубки имеют внутреннее оребрение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкциям твердотельных систем охлаждения, нагревания и выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. .

Изобретение относится к осветительным устройствам с встроенным источником энергии. .

Изобретение относится к твердотельным устройствам для преобразования тепловой энергии в электрическую или к устройствам, использующим электрическую энергию для охлаждения.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к катодной защите магистральных газопроводов от коррозии. .

Изобретение относится к области энергетики, в частности к катодной защите магистральных газопроводов от коррозии. .

Изобретение относится к нанесению покрытий химическим путем, в частности на изделия из материала, для которого химическое нанесение покрытий прямо неприменимо. .

Изобретение относится к термоэлектрическим приборам и предназначено для использования в различных термоэлектрических системах охлаждения и нагревания: в кондиционерах, холодильниках, термостатах, устройствах охлаждения узлов и блоков электронной аппаратуры, а также в термоэлектрических генераторах постоянного тока.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам, основанным на эффекте Зеебека и эффекте Пельтье, и предназначено для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую или для одновременного охлаждения одной среды и нагрева другой среды с использованием электрической энергии.

Изобретение относится к средствам кондиционирования воздуха, преимущественно к кондиционерам салонов транспортных средств. .

Изобретение относится к области медицинской техники, а конкретно к диагностическим приборам, основывающимся на определении температурной чувствительности кожи человека

Согласно изобретению предложенный генератор (100) на солнечной энергии содержит термоэлектрические элементы, примыкающие к солнечным элементам и расположенные ниже солнечных элементов. Обеспечивается концентрированный поток солнечной энергии. Теплоотвод (104), температура и эффективность которого могут изменяться, контактирует с холодным спаем (108) термоэлектрического устройства (103). Термическое сопротивление рассчитывается в отношении потока энергии, в результате чего в термоэлектрическом устройстве (103) создается градиент температуры в несколько сотен градусов Кельвина. Предпочтительно солнечный элемент содержит полупроводник с большой шириной запрещенной энергетической зоны. Генератор (100) сохраняет относительно подходящую эффективность (кпд) в некотором диапазоне температуры холодного спая (108). Теплоотводом (104) может служить система горячей воды. Высокие значения к.п.д. достигаются за счет использования нанокомпозиционных термоэлектрических материалов. Равномерно, но редко распределенные термоэлектрические сегменты в матрице из материала с высокими теплоизоляционными свойствами уменьшают количество материала, необходимого для сегментов, без ухудшения рабочих характеристик. Дополнительные преимущества обеспечивает единая конструкция солнечного элемента и термоэлектрических элементов. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство (1) для выработки электрической энергии с использованием тепла отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, имеет генератор (3) с входным патрубком (4) для ОГ и выходным патрубком (5) для ОГ. Устройство имеет расположенный между патрубками теплообменный участок (6) с теплообменным агрегатом (10), который выполнен с термоэлектрическим элементом (11) и охлаждающим устройством (12), с которым термоэлектрический элемент (11) соединен неподвижным соединением. Теплообменный участок (6) выполнен со множеством проходов (9) для ОГ, ориентированных поперечно входному патрубку (4) и функционально связанных с несколькими теплообменными агрегатами (10), по меньшей мере часть которых от всего их количества выполнена с по меньшей мере одним термоэлектрическим элементом (11) и по меньшей мере одним охлаждающим устройством (12). Проходы (9) для ОГ и термоэлектрические элементы (11) ориентированы радиально. Раскрыт автомобиль, в котором используется устройство для выработки электрической энергии. Технический результат заключается в увеличении преобразования тепловой энергии в электрическую энергию. 2 н. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Сущность: изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: термоэлектрическое устройство (1) содержит по меньшей мере один первый проточный канал (8) первым несущим слоем (3) и по меньшей мере один второй проточный канал со вторым несущим слоем (4). Между первым несущим слоем (3) и вторым несущим слоем (4) имеется промежуточное пространство (5). Несколько легированных примесью p-типа и n-типа полупроводниковых элементов (7) расположены в промежуточном пространстве (5) и электрически соединены друг с другом. Относительное первое тепловое расширение первого несущего слоя и относительное второе расширение второго несущего слоя в условиях эксплуатации являются одинаковыми. устройства (1) в системе выпуска отработавшего газа автомобиля. Первый несущий слой имеет коэффициент расширения от 2·10-6/К до 10,2·10-6/К, а второй несущий слой имеет коэффициент расширения от 12·10-6/К до 28,4·10-6/К. Технический результат: уменьшение термических напряжений. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройству для выработки электрической энергии в газовой турбине. Сущность: устройство содержит множество термоэлектрических элементов (44), имеющих поверхность, окружающую источник (SC) тепла. Источник тепла образован кольцевыми зонами, в которых проходит часть отработавшего газа, образующего горячую текучую среду, по спиральной траектории наружу кольцевых зон. Источник холода образован кольцевыми зонами, по которым проходит холодная текучая среда по спиральной траектории к центру сопла турбины. По меньшей мере один кольцевой узел термоэлектрических элементов установлен концентрично так, что одна из поверхностей узла находится в контакте с холодной текучей средой, а другая поверхность - с горячей текучей средой, тем самым обеспечивая цилиндрический противоточный теплообменник. Технический результат: повышение эффективности. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. Сущность: устройство (1) для генерирования электрической энергии включает по меньшей мере одну нагреваемую теплопроводную основу (2) по меньшей мере с одним выступом (3) и несколькими термоэлектрическими элементами (4), которые продольно установлены по меньшей мере на одном выступе (3). Термоэлектрическая эффективность каждого термоэлектрического элемента (4) и выдаваемая тепловая мощность по меньшей мере одного выступа (3) согласованы друг с другом. Технический результат: повышение эффективности преобразования энергии. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам, работа которых основана на эффектах Пельтье и Зеебека, и может найти применение в нагревательных и охлаждающих устройствах, а также в оборудовании для кондиционирования воздуха, в измерительной и медицинской технике. Технический результат: снижение риска повреждения модуля при приложении механической нагрузки к токовым выводам. Термоэлектрический модуль содержит полупроводниковые элементы проводимости p-типа и n-типа, коммутационные токопроводы, электрически соединяющие полупроводниковые элементы между собой и образующие в совокупности с ними активную структуру, токовые выводы и теплопроводы, между которыми расположена активная структура. Теплопроводы соединены между собой по периметру и/или внутри активной структуры клеящим компаундом. Токовые выводы имеют зигзагообразную форму на концах, примыкающих к активной структуре. При этом один конец каждого токового вывода припаян к коммутационному токопроводу, а второй конец свободен для подключения в термоэлектрическую систему. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к камере сгорания и способу сжигания, а также к устройству и способу производства электрической энергии. Техническим результатом является повышение эффективности работы камеры сгорания, при которой возможна дополнительная подача продуктов сгорания, содержащих твердые компоненты, которые затем используют в устройстве производства электроэнергии. Способ сожжения, в рамках которого осуществляется сожжение продуктов сгорания внутри камеры сгорания, включает в себя: процесс подачи продуктов сгорания в камеру сгорания, входящую в конструкцию устройства сгорания; процесс поджога и сгорания указанных продуктов сгорания; процесс подачи воздуха или газа, необходимого для сгорания, в пламя, возникающее в результате сгорания указанных продуктов сгорания за пределами зоны пламени; процесс вторичного горения продуктов сгорания при подаче воздуха или другого газа; процесс образования дыма на выходе; и, в частности, процесс дополнительной подачи продуктов сгорания, которые содержат как минимум долю твердых веществ, в упомянутую выше камеру сгорания по время сгорания продуктов сгорания. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии. Технический результат: повышение эффективности и надежности термоэлектрического модуля посредством увеличения теплопроводности и электроизоляционных свойств теплоконтактных электроизолирующих средств соединения коммутационных токопроводов с теплопроводами. Сущность: термоэлектрический модуль содержит полупроводниковые элементы p-типа проводимости и полупроводниковые элементы n-типа проводимости, коммутационные токопроводы, контактирующие с торцевыми частями полупроводниковых элементов, металлические теплопроводы, соединенные с коммутационными токопроводами, и теплоконтактные электроизолирующие средства соединения коммутационных токопроводов с теплопроводами. В качестве теплоконтактных электроизолирующих средств соединения коммутационных токопроводов с теплопроводами использованы слои одного или нескольких полупроводниковых материалов с широкой запрещенной зоной. Указанные слои нанесены на поверхность теплопроводов вакуумным электродуговым методом с сепарацией плазменного потока. В качестве полупроводникового материала с широкой запрещенной зоной могут быть использованы нитрид алюминия AlN, оксид цинка ZnO или оксид олова (IV) SnO2 (примечание: у AlN самая большая ширина запрещенной зоны из полупроводников, обладающих теплопроводностью в диапазоне от 50 до 200 Вт/(м·K) и электроизоляционными свойствами до 500 В. Толщина нанесенных слоев составляет преимущественно от 5 до 40 мкм. В качестве металла теплопровода могут быть использованы медь, алюминий или их сплавы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам подачи питания к беспроводным устройствам. Сущность: электроэнергия производится первым технологическим компонентом, первой тепловой трубой, образованной частично первой полостью в первом технологическом компоненте, и узлом термоэлектрического генератора. Узел термоэлектрического генератора термически соединен на одной стороне с теплоотводом, а на другой стороне - с первой тепловой трубой. Первый технологический компонент находится в непосредственном контакте с первой технологической текучей средой, а первая полость находится рядом с первой технологической текучей средой. Узел термоэлектрического генератора производит электроэнергию. 3 н. и 43 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх