Термоэлектрическая батарея



Термоэлектрическая батарея

 


Владельцы патента RU 2534433:

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 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.

 

Прототипом изобретения является ТЭБ, описанная в [1]. ТЭБ состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводника р- и n-типов. Ветви установлены 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 π 18 α < π . При этом коммутационные пластины, выполненные в форме трехгранной призмы, впаиваются в пространство, ограниченное концами ветвей р-типа и n-типов и имеют хороший тепловой контакт своей третьей свободной гранью с высокотеплопроводными керамическими пластинами. Пространство, ограниченное керамическими пластинами и поверхностью структуры, образованной ветвями термоэлектрической батареи, заполнено теплоизоляцией, причем слой теплоизоляции нанесен также на оставшуюся поверхность термоэлектрической батареи.

Недостатком известной конструкции является недостаточно эффективный съем теплоты с коммутационных пластин.

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

Для достижения указанной цели коммутационные пластины в своей центральной части имеют взаимно параллельные сквозные отверстия, внутренняя поверхность которых выполнена в форме шестнадцатиконечной звезды, имеющие хороший тепловой контакт с теплоносителем, при этом отверстия всех четных коммутационных пластин и соответственно отверстия всех нечетных коммутационных пластин посредством диэлектрических гибких шлангов соединяются в единые каналы, по которым в процессе функционирования термоэлектрической батареи прокачивается теплоноситель, а каркас, образованный ветвями термоэлектрической батареи и коммутационными пластинами, заполнен теплоизоляцией.

Конструкция ТЭБ приведена на фиг.1. ТЭБ состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин 1 и 2 чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводника р-типа 3 и n-типа 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 а лежит в пределах π 18 α < π .

Коммутационные пластины 1 и 2 выполнены в форме трехгранной призмы, которые имеют в своей центральной части взаимно параллельные сквозные отверстия, внутренняя поверхность которых выполнена в форме шестнадцатиконечной звезды, имеющие хороший тепловой контакт с теплоносителем 5, 6. При этом отверстия всех четных коммутационных пластин 2 и соответственно отверстия всех нечетных коммутационных пластин 1 посредством диэлектрических гибких шлангов 7, 8 соединяются в единые каналы, по которым в процессе функционирования ТЭБ прокачивается теплоноситель 5, 6. Каркас, образованный ветвями термоэлектрической батареи 3, 4 и коммутационными пластинами 1, 3, заполнен теплоизоляцией 9.

К крайним коммутационным пластинам, находящимся соответственно в начале и конце ТЭБ, в случае работы ТЭБ в режиме холодильника подводится электрическая энергия от блока питания, а в случае работы ТЭБ в режиме термоэлектрического генератора снимается электрическая энергия.

ТЭБ в режиме холодильника функционирует следующим образом. При прохождении по ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии, между коммутационными пластинами 1 и 2, представляющими собой контакты ветвей р- и n-типов 3 и 4, возникает разность температур, обусловленная выделением на одних соседних концах ветвей - четных или нечетных коммутационных пластинах, и поглощением на других соседних концах ветвей - нечетных или четных коммутационных пластинах, теплоты Пельтье. При указанной на фиг.1 полярности электрического тока происходит нагрев концов ветвей, контактирующих с коммутационными пластинами 1, и охлаждение концов ветвей, контактирующих с коммутационными пластинами 2. Если при этом за счет теплоотвода температура протекающего теплоносителя 6, с которым контактируют коммутационные пластины 1, поддерживается на постоянном уровне, то температура протекающего теплоносителя 5, находящегося в тепловом контакте с коммутационными пластинами 2, понизится до некоторого определенного значения. При заданном электрическом токе величина снижения температуры протекающего теплоносителя 5 будет зависеть от тепловой нагрузки на нем. Тепловая нагрузка складывается из теплопритока из окружающей среды, тепла от горячих контактов, обусловленного теплопроводностью образующих ТЭБ ветвей, теплоты Джоуля, а также тепла, поступающего от объекта охлаждения. Теплоизоляция 9 служит для уменьшения теплопритока из окружающей среды.

ТЭБ в режиме термоэлектрического генератора функционирует следующим образом. При наличии источника тепла, нагревающего, например, протекающий теплоноситель 5, а также имеющие с ним непосредственный тепловой контакт коммутационные пластины 2, и системы, рассеивающей тепло с протекающего теплоносителя 6, и соответственно коммутационных пластин 1, между коммутационными пластинами 1 и 2 устанавливается некоторая разность температур. При наличии такой разности температур между коммутационными пластинами 1 и 2, осуществляющими контакт ветвей р- и n-типов 3 и 4, между крайними коммутационными пластинами ТЭБ возникает разность потенциалов - термо-эдс, обусловленная эффектом Зеебека. При замыкании контактных крайних коммутационных пластин ТЭБ на определенную электрическую нагрузку в образовавшейся цепи возникает постоянный электрический ток. Величина протекающего в цепи электрического тока зависит от значения термо-эдс, которая в свою очередь зависит от коэффициента термо-эдс термоэлектрического материала, числа термоэлементов в ТЭБ, разности температур между коммутационными пластинами 1 и 2, и величины электрической нагрузки.

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

Литература

1. Патент на изобретение РФ №2335036. Термоэлектрическая батарея / Исмаилов Т.А., Вердиев М.Г., Евдулов О.В., Евдулов Д.В., 2008, Б.И.

Термоэлектрическая батарея, состоящая из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводников р- и n-типов, установленных 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 π 18 α < π , при этом коммутационные пластины выполнены в форме трехгранной призмы, отличающаяся тем, что коммутационные пластины в своей центральной части имеют взаимно параллельные сквозные отверстия, внутренняя поверхность которых выполнена в форме шестнадцатиконечной звезды, имеющие хороший тепловой контакт с теплоносителем, при этом отверстия всех четных коммутационных пластин и соответственно отверстия всех нечетных коммутационных пластин посредством диэлектрических гибких шлангов соединяются в единые каналы, по которым в процессе функционирования термоэлектрической батареи прокачивается теплоноситель, каркас же, образованный ветвями термоэлектрической батареи и коммутационными пластинами, заполнен теплоизоляцией.



 

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 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 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.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель. Термоэлектрические модули температурного раздражителя встроены в гибкое эластичное основание с отверстиями для их установки и подключены к программируемому источнику питания электрическими проводами. Отверстия расположены в один ряд по длине основания. Основание по краям снабжено застежкой-липучкой и выполнено в виде двух полотен из синтетической эластичной материи, сшитых между собой капроновой нитью по периметру установленных в них термоэлектрических модулей на расстоянии от их краев в 2-3 мм. Часть материи находит на поверхности термоэлектрических модулей, закрывая 2-3 мм последних по периметру. Внутренние спаи термоэлектрических модулей обращены к руке человека и приведены в тепловой контакт с гибкой тепловыравнивающей пластиной через теплопроводную пасту. Внешние спаи термоэлектрических модулей через теплопроводную пасту контактируют с тонкостенными гибкими емкостями, заполненными плавящимся рабочим веществом с температурой плавления 35-45°C. Емкости выполняют роль теплосъема и пришиты к основанию по своим углам капроновой нитью. Основание со стороны нахождения внешних спаев термоэлектрических модулей по всей своей площади приведено в плотный механический контакт с манжетой, соединенной с нагнетателем трубкой. Применение изобретения позволит упростить конструкцию прибора и снизить его габаритные размеры и массу. 2 ил.
Наверх