Термоэлектрическая батарея



Термоэлектрическая батарея
Термоэлектрическая батарея
Термоэлектрическая батарея

 


Владельцы патента RU 2534426:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей (ТЭБ). Технический результат: повышение эффективности отвода (подвода) теплоты с горячих (холодных) контактов ТЭБ. Сущность: поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ, за исключением областей, близлежащих к выступающим частям коммутационных пластин, покрыта слоем теплоизоляционного диэлектрического материала. Площадь, не покрытая слоем теплоизоляционного диэлектрического материала, определяется произведением толщины ветви термоэлемента на 1/4 ее высоты. Поверхность, не покрытая слоем теплоизоляции, выполнена с выступающими шипами в виде треугольной призмы. Съем теплоты с горячих коммутационных пластин, а также с близлежащих к ним областей осуществляется в контейнер с плавящимся рабочим веществом. Съем теплоты с охлажденных коммутационных пластин и близлежащих к ним областей производится за счет прокачивания жидкости в контактирующем с ними жидкостном теплообменнике. 3 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 p- и n-типа. Ветви термоэлементов соединяются между собой посредством коммутационных пластин, причем ветви p-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, причем нечетные коммутационные пластины выступают за одну поверхность структуры, а четные коммутационные пластины - за другую. Соответственно отвод и подвод теплоты осуществляется с выступающих частей коммутационных пластин за счет воздушного или жидкостного теплообмена.

Недостатком известной конструкции является отвод (подвод) теплоты только с поверхности выступающих частей коммутационных пластин, тогда как вследствие теплопроводности имеет место также нагрев (охлаждение) близлежащих к ним областей ветвей термоэлементов.

Целью изобретения является повышение эффективности отвода (подвода) теплоты с горячих (холодных) контактов ТЭБ за счет отвода (подвода) теплоты также и с близлежащих к ним областей ветвей термоэлементов.

Цель достигается тем, что поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ, за исключением областей, близлежащих к выступающим частям коммутационных пластин, покрыта слоем теплоизоляционного диэлектрического материала. Площадь, не покрытая слоем теплоизоляционного диэлектрического материала, определяется произведением толщины ветви термоэлемента на 1/4 ее высоты. Указанная поверхность, не покрытая слоем теплоизоляции, имеет профилированную боковую поверхность, выполненную с выступающими шипами в виде треугольной призмы, установленными под углом, варьирующимся в пределах 45-135° к плоскости их установки, расположенными в коридорном порядке. Съем теплоты с горячих коммутационных пластин, а также с близлежащих к ним областей осуществляется в контейнер с плавящимся рабочим веществом (например, парафином), а съем теплоты с охлажденных коммутационных пластин и близлежащих к ним областей производится за счет прокачивания жидкости в контактирующем с ними жидкостном теплообменнике.

Конструкция термоэлектрической батареи приведена на фиг.1-3. ТЭБ состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин 1 и 2 чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводника p-типа 3 и n-типа 4. Электрическое соединение ветвей осуществляют посредством контакта ветвь p-типа 3 - коммутационная пластина 1 или 2 - ветвь n-типа 4, где ветвь p-типа 3 контактирует торцевой поверхностью с одной из поверхностей коммутационной пластины, а ветвь n-типа 4 - с другой. Каждая ветвь в ТЭБ контактирует противоположными торцевыми поверхностями с двумя коммутационными пластинами 1 и 2. Коммутационные пластины 1 и 2 имеют площадь, несколько большую, чем площадь поперечного сечения ветвей p- и n-типа 3 и 4, вследствие чего их концы выступают за поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ. Концы нечетных коммутационных пластин 1 выступают за одну поверхность структуры, а концы четных коммутационных пластин 2 - за другую.

Поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ, за исключением областей, близлежащих к выступающим частям коммутационных пластин 1 и 2, покрыта слоем теплоизоляционного диэлектрического материала 5. Площадь, не покрытая слоем теплоизоляционного диэлектрического материала 5, определяется произведением толщины ветви термоэлемента на 1/4 ее высоты. Указанная поверхность, не покрытая слоем теплоизоляции, имеет профилированную боковую поверхность, выполненную с выступающими шипами в виде треугольной призмы, установленными под углом, варьирующимся в пределах 45-135° к плоскости их установки, расположенными в коридорном порядке (вид сверху единичного термоэлемента с профилированной поверхностью показан на фиг.2).

Съем теплоты с горячих коммутационных пластин, а также с близлежащих к ним областей осуществляется в контейнер с плавящимся рабочим веществом 7, а съем теплоты с охлажденных коммутационных пластин и близлежащих к ним областей производится за счет прокачивания жидкости в контактирующем с ними жидкостном теплообменнике 8.

ТЭБ функционирует следующим образом.

При прохождении через ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии, между коммутационными пластинами 1 и 2, представляющими собой контакты ветвей p- и n-типа 3 и 4, возникает разность температур, обусловленная выделением и поглощением теплоты Пельтье. При указанной на фиг.1 полярности электрического тока происходит нагрев нечетных коммутационных пластин 1 и охлаждение четных 2. Съем теплоты с горячих коммутационных пластин, а также с близлежащих к ним областей осуществляется в контейнер с плавящимся рабочим веществом 7, а съем теплоты с охлажденных коммутационных пластин и близлежащих к ним областей производится за счет прокачивания жидкости в контактирующем с ними жидкостном теплообменнике 8.

Повышение эффективности отвода теплоты с горячих и холодных контактов ТЭБ осуществляется за счет ее съема также и с близлежащих к коммутационным пластинам областей поверхности структуры, образованной ветвями ТЭБ. Причем за счет профилирования поверхности ветви термоэлемента, с которой осуществляется съем тепла, увеличивается коэффициент теплопередачи от нее к приемникам холода и тепла. Теплоизоляция 5 служит для уменьшения теплопритока из окружающей среды.

Литература

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

Термоэлектрическая батарея (ТЭБ), состоящая из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин полупроводниковых термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводника соответственно p- и n-типа, причем ветви p-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 термоэлектрической батареи, отличающаяся тем, что поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ, за исключением областей, близлежащих к выступающим частям коммутационных пластин, покрыта слоем теплоизоляционного диэлектрического материала, а площадь, не покрытая слоем теплоизоляционного диэлектрического материала, имеющая профилированную боковую поверхность, выполненную с выступающими шипами в виде треугольной призмы, расположенными в коридорном порядке, определяется произведением толщины ветви термоэлемента на 1/4 ее высоты, при этом съем теплоты с горячих коммутационных пластин, а также с близлежащих к ним областей осуществляется в контейнер с плавящимся рабочим веществом, а съем теплоты с охлажденных коммутационных пластин и близлежащих к ним областей производится за счет прокачивания жидкости в контактирующем с ними жидкостном теплообменнике.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей (ТЭБ). Технический результат: повышение эффективности отвода (подвода) теплоты с горячих (холодных) контактов ТЭБ.

Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Сущность: термоэлектрический генератор содержит теплоприемник, внутри корпуса которого размещен источник тепла.

Изобретение относится к термоэлектрическим генераторам. Сущность: термоэлектрический генератор (2) имеет несколько модулей (1), каждый из которых имеет первый конец (3) и второй конец (4) и которые состоят из внутренней трубки (5) и наружной трубки (6), а также расположенных между ними термоэлектрических элементов (7).

Изобретение относится к электротехнике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам. Технический результат: упрощение процесса соединения промежуточных элементов, предварительно соединенных с термоэлектрическми элементами, с пластинами из тепло- и электропроводного материала.

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для температурного воздействия при лечении гнойно-воспалительных и послетравматических заболеваний пальцев кисти.

Изобретение относится к системам отопления с использованием внешнего низкопотенциального источника тепла. Устройство содержит используемую в качестве теплового насоса термоэлектрическую батарею, подключенную к сети переменного тока через выпрямитель и терморегулятор и состоящую из термоэлектрических модулей, пластины которых термически соединены с теплообменниками соответственно для подвода низкопотенциального тепла и отвода тепла в обогреваемое помещение.

Изобретение относится к медицинской технике для создания аппаратов, реализующих оптимальную программу реверсивных тепловых воздействий на участке тела человека. .

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей (ТЭБ). Технический результат: повышение эффективности теплоотдачи коммутационных пластин ТЭБ. Сущность: ветви термоэлементов установлены 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 лежит в пределах Коммутационные пластины, выполненные в форме трехгранной призмы, впаиваются в пространство, ограниченное концами ветвей р- и n-типов, и имеют в своей центральной части взаимно параллельные сквозные отверстия, внутренняя поверхность которых выполнена в форме шестнадцатиконечной звезды. Отверстия всех четных коммутационных пластин и соответственно отверстия всех нечетных коммутационных пластин посредством диэлектрических гибких шлангов соединены в единые каналы, по которым в процессе функционирования термоэлектрической батареи прокачивается теплоноситель. 1 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством. Выпрямитель переменного напряжения состоит из омической области, на которую подается переменное напряжение, через изолирующую область присоединенной с обеспечением хорошего теплового контакта к термоэлектрической структуре, с которой снимается постоянное напряжение. При этом на определенном расстоянии от поверхности омической области расположен солнечный концентратор, закрепленный на держателе, осуществляющий дополнительный нагрев омической области, а расстояние между омической областью и солнечным концентратором соответствует фокусному расстоянию линз, входящих в состав солнечного концентратора, при этом поверхность термоэлектрической структуры, противоположная контактирующей с омической областью, сопряжена с воздушным радиатором. 1 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством. Выпрямитель переменного напряжения состоит из омической области, на которую подается переменное напряжение, через изолирующую область присоединенной с обеспечением хорошего теплового контакта к термоэлектрической структуре, с которой снимается постоянное напряжение. При этом с поверхностью омической области, противоположной контактирующей с термоэлектрической структурой, сопряжен источник теплоты, выполненный в виде проточного резервуара с геотермальной водой, а поверхность термоэлектрической структуры, противоположная контактирующей с омической областью, сопряжена с тепловым аккумулятором, выполненным в виде емкости с плавящимся рабочим веществом. 1 ил.

зобретение относится к области термоэлектричества, в частности, термоэлектрическим охлаждающим модулям, эксплуатируемым в жестких экстремальных условиях. Сущность: термоэлектрический охлаждающий модуль (ТЭМО) содержит «холодную» и «горячую» подложки с размещенным между ними матричным блоком термоэлектрических элементов из множества полупроводниковых ветвей n- и p-типов проводимости попарно соединенных коммутационными шинами в последовательную электрическую цепь. Между «холодной» подложкой и «холодной» стороной матричного блока размещено теплопроводное эластичное средство соединения коммутационных шин «холодных» спаев термоэлементов с «холодной» подложкой. Между «горячей» подложкой и «горячей» стороной матричного блока размещено средство соединения коммутационных шин «горячих» спаев термоэлементов с «горячей» подложкой. ТЭМО снабжен силиконовыми праймерами, каждый из которых выполнен в виде усеченной четырехгранной пирамиды и прикреплен меньшим ее основанием к свободной поверхности каждой коммутационной шины всех «холодных» спаев термоэлементов. ТЭМО снабжен адгезионным элементом для «холодной» подложки, выполненным в виде теплопроводной эластичной микрорельефной пленки, повторяющей микрорельеф внутренней поверхности «холодной» подложки, и закрепленным на ней. Средство соединения коммутационных шин «холодных» спаев термоэлементов с «холодной» подложкой выполнено в виде протектора с рельефным рисунком, размещенным на внутренней поверхности «холодной» подложки поверх его адгезионного элемента. Рельефный рисунок протектора выполнен в виде чередующихся выступов, имеющих форму усеченных четырехгранных пирамид. С каждым меньшим основанием пирамид протектора соединен силиконовый праймер на соответствующей коммутационной шине по холодной стороне матричного блока термоэлементов с возможностью образования внутри каждой пирамиды лунок для размещения в них соответствующих коммутационных шин. Средство соединения коммутационных шин «горячих» спаев термоэлементов с «горячей» подложкой выполнено в форме матрицы из адгезионных элементов, каждый из которых выполнен в виде усеченной четырехгранной пирамиды из стойкого к окислению проводникового материала, например серебра, причем упомянутые пирамиды матрицы адгезионных элементов закреплены своими большими основаниями на внутренней поверхности «горячей» подложки попарно. Каждая пара упомянутых пирамид матрицы адгезионных элементов присоединена своими меньшими основаниями к соответствующей коммутационной шине «горячей» стороны матричного блока термоэлектрических элементов. Технический результат: повышение прочности, надежности, выносливости, обеспечение стабильности получения расчетных выходных параметров, высокий ресурс безаварийной работы при эксплуатации в жестких экстремальных условиях. 11 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам и может быть использовано в устройствах различного назначения, в которых использованы термоэлектрические модули. Сущность: термоэлектрический модуль содержит полупроводниковые ветви 3 и 4 N- и P-типов проводимости, соединенные коммутационными шинами 5 в электрическую цепь, и защитное полимерное покрытие 8. Защитное полимерное покрытие 8 нанесено на соединенные между собой ветви 3, 4 и шины 5. Покрытие получено методом катодного или анодного электроосаждения из полимерной лакокрасочной водной композиции с добавлением синтанола от 1-2% по массе, полиэтиленгликоля 1,5-3% по массе и латекса фторкаучука с содержанием функционального мономера, состоящего из фтора до 70% по массе. Покрытие имеет толщину 5-23 мкм и содержание фтора 1% до 25% по массе. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством. Выпрямитель переменного напряжения состоит из омической области, на которую подается переменное напряжение, через изолирующую область присоединенную с обеспечением хорошего теплового контакта к термоэлектрической структуре, с которой снимается постоянное напряжение. При этом с поверхностью омической области, противоположной контактирующей с термоэлектрической структурой, сопряжен приемник бросового тепла. Поверхность термоэлектрической структуры, противоположная контактирующей с омической областью, сопряжена с тепловым аккумулятором, выполненным в виде емкости с плавящимся рабочим веществом. 1 ил.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для оценки термалгезийной и вибрационной чувствительности содержит первый блок для приложения стимулирующих воздействий к локализованным точкам на теле пациента, представляющих собой вибрационные и температурные изменения, и второй блок для сбора данных. Первый блок содержит внешний корпус, средства вибрационного воздействия и средства для создания холода/тепла для непосредственного воздействия на пациента, а также средства включения/отключения и управления для приведения в действие первого блока и изменения интенсивности вибрации и температуры. Средства вибрационного воздействия и средства для создания холода/тепла находятся внутри внешнего корпуса и перемещаются линейно относительно корпуса для развертывания из него во время приложения стимулирующего воздействия. Второй блок содержит средства ввода данных, средства отображения данных, средства индикации различных режимов работы первого блока, а также средства количественной оценки данных, полученных от средства ввода данных. Обмен данными между первым и вторым блоками осуществляется при помощи средств двусторонней беспроводной передачи. Средства вибрационного воздействия содержат камертон с двумя усами, сходящимися в центральной точке. От данной точки отходит вибрационный аппликатор, на торец которого надета тефлоновая или полиниловая насадка. Аппликатор представляет собой рычаг, отклоняющийся от основной оси первого блока на угол в 30°, и соединен с внешним корпусом при помощи резиновой прокладки. На свободном конце каждого уса неподвижно закреплены пьезоэлектрический элемент или динамик с катушкой индуктивности для создания вибрации. Через центральную часть корпуса первого блока проходят кабели, идущие от средства вибрационного воздействия. При этом включают первый и второй блоки и проводят их самодиагностику по параметрам: заряд батареи, температура окружающей среды, температура кожного покрова и состояние инфракрасной связи. Развертывают аппликатор с одной из сторон корпуса. Помещают торец аппликатора на локализованный участок кожного покрова ногтевого ложа большого пальца правой стопы, на второй и все последующие пальцы данной стопы, затем повторяют процедуры на левой стопе, а затем на верхних конечностях. Помещают под подушечку каждого исследуемого пальца изолирующую резиновую пластину. Подают вибрации разной интенсивности на каждый палец поочередно в течение определенного периода времени. После каждой вибрации пациент нажимает первую кнопку второго блока, если он почувствовал вибрацию, или вторую кнопку - если он ничего не почувствовал. Количественно определяют вторым блоком процент вибраций, которые почувствовал пациент, для расчета степени чувствительности. Развертывают ячейку Пелтье с одной из сторон корпуса. Помещают одну из сторон ячейки Пелтье на локализованный участок кожного покрова ступни правой стопы, затем повторение процедуры на левой стопе, а потом на верхних конечностях. Подают холодные/горячие стимулирующие импульсы на каждую конечность поочередно в течение определенного периода времени. После каждого холодного/горячего/болевого стимулирующего воздействия пациент нажимает первую кнопку, если он почувствовал стимулирующее воздействие, или вторую кнопку - если он ничего не почувствовал. Количественно определяют вторым блоком процент изменений температуры и боли, вызванных холодом/теплом, которые пациент почувствовал, для расчета степени чувствительности. Применение изобретений позволит на ранней стадии осуществлять самодиагностику нарушений чувствительности дистальных участков тела пациента. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством. Выпрямитель переменного напряжения состоит из омической области, на которую подается переменное напряжение, через изолирующую область присоединенной с обеспечением хорошего теплового контакта к термоэлектрической структуре, с которой снимается постоянное напряжение. При этом с поверхностью омической области, противоположной контактирующей с термоэлектрической структурой, сопряжен источник теплоты, выполненный в виде проточного резервуара с геотермальной водой. Поверхность термоэлектрической структуры, противоположная контактирующей с омической областью, сопряжена с тепловым аккумулятором, выполненным в виде емкости с раствором соли, имеющей низкую криогидратную температуру растворения, периодическая досыпка которой в соответствующую емкость осуществляется специальным дозатором. 1 ил.

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в электрическую. Сущность: система термоэлектрического генератора содержит блок (202) управления и термоэлектрический элемент (204) с тепловоспринимающей поверхностью (212) и охлаждаемой поверхностью (214). Тепло (216) поступает от нагревателя (208) через термоэлектрический генератор (204). В зависимости от электрической мощности, которая передается в нагрузку (232), блок (202) управления регулирует ток, генерируемый термоэлектрическим генератором (204). Электрический ток через термоэлектрический элемент (204) используется для ограничения рабочей температуры тепловоспринимающей поверхности (212). Технический результат: повышение срока службы и надежности термоэлектрического генератора. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическим модулям. Сущность: предпочтительные варианты выполнения включают в себя состоящую из двух частей (высокотемпературной части и низкотемпературной части) ячеистую конструкцию и сегментированные N-стойки и Р-стойки, состоящие из термоэлектрических материалов в трех сегментах, выбранных по принципам их химической совместимости или их добротности при различных перепадах температур между горячей стороной и холодной стороной модуля. Стойки включают в себя металлические сетки, частично встроенные в термоэлектрические сегменты для содействия поддержанию электрических контактов независимо от значительного колебания температур. В предпочтительных вариантах литая ячеистая конструкция удерживает на месте термоэлектрические N-стойки и Р-стойки и обеспечивает для них изоляцию и электрические контакты. Высокотемпературная часть ячеистой конструкции состоит из керамического материала, способного эксплуатироваться при температурах, превышающих 500°С, а низкотемпературная часть состоит из термопластичного материала, имеющего очень низкую теплопроводность. 24 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.
Наверх