Устройство для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею

Авторы патента:


Устройство для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею
Устройство для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею
Устройство для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею
Устройство для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею

 

H01L35/00 - Термоэлектрические приборы, содержащие переход между различными материалами, т.е. приборы, основанные на эффекте Зеебека или эффекте Пельтье, с другими термоэлектрическими и термомагнитными эффектами или без них; способы и устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; холодильное оборудование, в котором используются электрические или магнитные эффекты, F25B 21/00; измерение температуры с использованием термоэлектрических и термомагнитных элементов G01K 7/00; получение энергии от радиоактивных источников G21H)

Владельцы патента RU 2632995:

Дончук Иван Эрнстович (RU)

Предлагаемое устройство для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею может быть использовано для построения термоэлектрических батарей, которые применяются в энергетике как источники тока. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия. Термоэлектрическая батарея, характеризующаяся параллельным соединением полупроводниковых элементов и дополнительной батареи из последовательно-соединенных термоэлементов, содержит цельное металлическое основание, на котором размещены полупроводниковые стержни с образованием спаев и дополнительная батарея из последовательно-соединенных термоэлементов. Выводы полупроводниковых стержней и батареи с последовательно-соединенными термоэлементами через ключи соединены с общей электрической шиной. 3 ил.

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при построении термоэлектрических батарей.

Описанным устройством для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею с использованием параллельно соединенных термоэлементов (US 3775218 A, H01L 36/16, 27.11.1973, реферат) является устройство, в котором на общем основании батареи (поз. 1) термоэлементы соединяются между собой с помощью отдельных соединительных металлических подложек (мостиков), которые отделяются друг от друга полиамидным слоем (RU 2075138 C1, H01L 35/30,10.03.199, описание) (поз. 2), а также (Г.С. Ланссберг «Элементарный учебник физики», стр. 190) (Фиг. 1).

Недостаток такого устройства заключается в том, что параллельное соединение термоэлементов не обеспечивает максимально-возможный коэффициент полезного действия батареи термоэлементов.

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия устройства путем параллельного включения между собой всех термоэлементов и дополнительной батареи из последовательно-соединенных термоэлементов.

Это достигается тем, что полупроводниковые термоэлементы размещаются на цельном металлическом основании (поз. 6) любой геометрической формы на минимально-возможном расстоянии друг от друга и соединяются между собой параллельно. При этом к термоэлементам параллельно подключается дополнительная батарея из последовательно-соединенных термоэлементов, которая размещается на свободной поверхности данного металлического основания (поз. 11).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Графически чертежи представлены в виде трех фигур: фигура 1, фигура 2, фигура 3.

Фигура 1 состоит:

- позиция 1 - общее основание батареи термоэлементов;

- позиция 2 - соединительный металлический мостик;

- позиция 3 - полупроводниковый стержень (типа 1);

- позиция 4 - полупроводниковый стержень (типа 2);

- позиция 5 - сопротивление нагрузки.

Фигура 2 состоит:

- позиция 3 - полупроводниковый стержень (тип 1);

- позиция 5 - сопротивление нагрузки;

- позиция 6 - металлическое основание;

- позиция 7 - полупроводниковые ключи (диоды).

Фигура 3 состоит:

- позиция 3 - полупроводниковые стержни (тип 1);

- позиция 5 - сопротивление нагрузки;

- позиция 6 - цельное металлическое основание;

- позиция 7 - полупроводниковые ключи (диоды);

- позиция 8 - нагревательный элемент;

- позиция 9 - спай;

- позиция 10 - общая электрическая шина;

- позиция 11 - батарея с последовательно-соединенными

термоэлементами;

- позиция 12 - металлические мостики.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ В СТАТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ

На цельном металлическом основании любой геометрической формы (поз. 6) с помощью существующих технологий размещены полупроводниковые термоэлементы (поз. 3). При этом на свободной площади цельного металлического основания отдельно размещается дополнительная батарея, состоящая из последовательно-соединенных термоэлементов (поз. 11). На местах соединения полупроводниковых стержней с металлом образуются спаи (поз. 9). Термоэлементы в батарее с последовательно-соединенными элементами соединяются между собой с помощью металлических мостиков, которые изолированы от общего металлического основания (поз. 12). Первый конец батареи с последовательно-соединенными термоэлементами физически соединяется с металлическим основанием. К нижней части металлического основания батареи прикреплен нагревательный элемент (поз. 8). Ко вторым концам полупроводниковых термоэлементов и второму выводу батареи с последовательно соединенными термоэлементами путем физического соединения подключены полупроводниковые ключи (диоды - поз. 7). При этом второй вывод всех полупроводниковых ключей (диодов) подключен к общей электрической шине (поз. 10). Сопротивление нагрузки (поз. 5) подключено одним выводом к общей шине, вторым выводом – к цельному металлическому основанию (поз. 6).

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИИ

При повышении температуры нагревателя (поз. 8) возникает разность температур «горячего» и «холодного» спаев не менее чем 100 градусов Цельсия. ЭДС каждого термоэлемента становится равной не менее чем 0.1 Вольт. При этом открываются полупроводниковые диоды (ключи - поз. 7) и ток через общую шину (поз. 10) течет на нагрузку (поз. 5). На нагрузке происходит сложение всех токов от термоэлементов и батареи из последовательно-соединенных термоэлементов. При этом ЭДС батареи термоэлементов равна ЭДС батареи, состоящей из последовательно-соединенных термоэлементов (Фиг. 3). Такое соединение батарей описано в элементарном учебнике физики под редакцией Г.С. Ландсберга, ч. 2 «Электричество и магнетизм». М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, стр. 184 - «Соединим между собой все положительные и все отрицательные полюсы … нескольких элементов или иных источников тока и присоединим внешнюю цепь (нагрузку) к общим зажимам составленной таким образом батареи элементов. Такое соединение источников тока для совместного питания одной и той же цепи называется параллельным.

Если все параллельно соединенные элементы имеют одинаковые ЭДС то такова же будет и ЭДС. всей батареи. Если же элементы имеют различные ЭДС, то ЭДС батареи равна наибольшей из ЭДС параллельно соединенных элементов».

Термоэлектрическая батарея, характеризующаяся параллельным соединением полупроводниковых элементов и дополнительной батареи из последовательно соединенных термоэлементов, содержащая цельное металлическое основание, на котором размещены полупроводниковые стержни с образованием спаев и дополнительная батарея из последовательно соединенных термоэлементов, выводы полупроводниковых стержней и батареи с последовательно-соединенными термоэлементами через ключи соединены с общей электрической шиной.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и нанотехнологиям, в частности к способу изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств, например термоэлектрической батареи, и может быть использовано в потребительской электронике, медицине, лабораторном оборудовании и других областях.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для прямой трансформации тепловой энергии в электрическую. Теплотрубная гелиотермоэлектростанция включает поддон с отверстием в днище, закрытый сверху крышкой, покрытой фотоэлементами, внутренняя сторона которой покрыта решеткой, выполненной из полос пористого материала, отверстие поддона соединено с верхним торцом заглушенной снизу вертикальной трубы, погруженной в грунт на глубину Н, в центре которой помещена подъемная труба, заполненная также пористым материалом, между верхним и нижним торцами подъемной трубы и нижним торцом вертикальной трубы и внутренней поверхностью крышки поддона устроены щели шириной ∆, пространство которых заполнено пористым материалом, внутри каждого гофра вертикальной трубы размещены вертикальные пазы длиной L, в которые вставлены вертикальные термоэлектрические преобразователи, в массиве которых помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов.

Использование: для получения электрической энергии. Сущность изобретения заключается в том, что электрогенерирующая теплозащитная оболочка содержит гибкий лист, состоящий из гибкого теплоизоляционного материала–диэлектрика, покрытого с обеих сторон пленкой, выполненной из влагозащитного и герметизирующего материала–диэлектрика, причем в массе теплоизоляционного материала–диэлектрика помещены термоэлектрические секции, представляющие собой П–образные ряды, выполненные из стекловолокнистых полос, поверхности парных перпендикулярных отрезков которых поочередно покрыты напылением порошком разных металлов М1 и М2, концы вышеупомянутых отрезков согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты напылением эквимолярной смесью порошков металлов М1 и М2, образуя отдельные термоэмиссионные преобразователи, и располагаются на противоположных поверхностях слоя теплоизоляционного материала–диэлектрика параллельно им, крайние перпендикулярные отрезки каждого П–образного ряда соединены между собой перемычками, а крайние перпендикулярные отрезки крайних П–образных рядов каждой термоэлектрической секции соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с токовыводами.

Изобретение относится к устройствам вакуумной СВЧ-электроники и может быть использовано в устройствах коммутации тока, в смесителях и в других приборах и устройствах силового сектора СВЧ-электроники.

Изобретение относится к системам теплообмена. Технический результат - повышение эффективности термоэлектрического теплового насоса за счет уменьшения выделения паразитного тепла Джоуля в полупроводниковых ветвях и создание условий для возникновения дополнительного термоэффекта между горячими и холодными спаями, изготовленными из разных металлов.

Изобретение относится к термоэлектрической энергетике и может быть использовано для преобразования тепла отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию.

Группа изобретений относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в качестве автономного источника питания железнодорожных вагонов. Способ электроснабжения заключается в преобразовании усилий вращения колесной пары вагона в электрическую энергию.

Изобретение относится к твердотельной криогенике, а именно к холодильникам на эффекте Пельтье с применением магнитного поля (продольный гальвано-термомагнитный эффект), и может быть использовано при охлаждении малых объектов.

Заявленное изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при нагреве и охлаждении воды и напитков. Предложен способ изменения температуры жидкости, заключающийся в отборе тепловой энергии с помощью теплового процесса, основанного на термоэлектрическом эффекте элемента Пельтье.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма, применяемых для изготовления варизонных полупроводников для термоэлектрических элементов малогабаритных холодильников Пельтье, работающих в интервале температур 100-200 К.
Наверх