термоэлектрическая батарея
Классы МПК: | H01L35/28 основанные только на эффектах Пельтье или Зеебека |
Автор(ы): | Тереков А.Я. (RU), Ржевский В.М. (RU), Ханин Е.В. (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно- производственное предприятие "Квант" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-10-28 публикация патента:
10.06.2004 |
Использование: в области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Сущность: термоэлектрическая батарея содержит вакуумно-плотный защитный чехол с гермовыводами, внутри которого размещены термоэлементы, отделенные от стенок чехла с горячей и холодной теплообменными поверхностями электроизоляционными переходами. Стенки чехла, по крайней мере, со стороны одной из теплообменных поверхностей выполнены многослойными. В зазор между многослойными стенками чехла введен компенсатор разновысотности термоэлементов. По крайней мере, на одну поверхность, обращенную к компенсатору, нанесено антидиффузионное покрытие. Термоэлементы снабжены фиксатором их положения относительно боковой стенки чехла. Компенсатор разновысотности изготовлен из пластичного теплопроводного материала, например свинца, олова, меди, серебра, алюминия, титана и сплавов на их основе. Антидиффузионное покрытие выполнено из нитрида титана. Зазор между стенками чехла в случае применения окисляющихся компенсаторов, например титана, выполнен герметичным. Для защиты от продуктов сублимации полупроводниковых материалов конструкции чехла его внутренняя поверхность с горячей стороны снабжена антикоррозионным покрытием, выполненным из титана, алюминия, рения, молибдена, вольфрама и сплавов на их основе. Фиксатор горизонтального положения термоэлементов выполнен в виде скобы, изготовленной из диэлектрического материала, например слюды. Технический результат: повышение ресурса и удельных энергетических характеристик батареи. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Термоэлектрическая батарея (ТЭБ), содержащая вакуумно-плотный защитный чехол с гермовыводами, внутри которого размещены термоэлементы, отделенные от стенок чехла с горячей и холодной сторон теплообменных поверхностей электроизоляционными теплопереходами, отличающаяся тем, что стенки защитного чехла, по крайней мере, со стороны одной из теплообменных поверхностей выполнены многослойными, в зазор между многослойными стенками чехла введен компенсатор разновысотности термоэлементов, а, по крайней мере, на одну поверхность чехла, обращенную к указанному компенсатору, нанесено антидиффузионное покрытие, причем термоэлементы снабжены фиксатором положения относительно боковой стенки чехла.2. Термоэлектрическая батарея по п.1, отличающаяся тем, что компенсатор разновысотности выполнен из пластичного теплопроводного материала, например, свинца, олова, меди, серебра, алюминия, титана или сплавов на их основе.3. Термоэлектрическая батарея по п.1, отличающаяся тем, что нанесенное на одну из стенок защитного чехла антидиффузионное покрытие выполнено из нитрида титана.4. Термоэлектрическая батарея по п.1, отличающаяся тем, что зазор между стенками чехла с размещенным в нем компенсатором выполнен герметичным.5. Термоэлектрическая батарея по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность защитного чехла с горячей стороны снабжена антикоррозионным покрытием, выполненным из титана, алюминия, рения, молибдена, вольфрама и сплавов на их основе.6. Термоэлектрическая батарея по п.1, отличающаяся тем, что фиксатор положения термоэлементов выполнен в виде скобы из диэлектрического материала, например, слюды.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, а именно к конструкции электрогенерирующей термоэлектрической батареи, снабженной герметичным защитным чехлом, предохраняющим полупроводниковые материалы термоэлементов от взаимодействия с кислородом воздуха.Известна термоэлектрическая батарея, содержащая вакуумно-плотный тонкостенный металлический чехол с гермовыводами, внутри которого размещены термоэлементы [1].Однако известная конструкция чехла не позволяет повысить удельные энергетические характеристики ТЭБ за счет увеличения усилия поджима ее к теплообменнику (усилия одностороннего сжатия), так как конструкция чехла не обладает требуемой надежностью в рабочих условиях при повышении поджима, и происходит разрушение чехла в зоне контакта с теплоприемником, т.е. в районе теплообменной поверхности с горячей стороны.Наиболее близкой по технической сущности и конструктивному исполнению к данному техническому решению является герметизированная термоэлектрическая батарея, содержащая тонкостенный вакуумно-плотный защитный чехол с гермовыводами, внутри которого размещены термоэлементы, соединенные в термобатарею, отделенную от теплообменных поверхностей чехла электроизоляционными теплопереходами [2].Однако и это известное техническое решение не обеспечивает повышение ресурсных и удельных энергетических характеристик ТЭБ путем повышения усилия одностороннего сжатия термобатареи из-за недостаточной надежности чехла.С целью устранения этого недостатка, т.е. для повышения ресурса чехла и удельных энергетических характеристик термобатареи, стенки защитного чехла, по крайней мере со стороны одной из теплообменных поверхностей выполнены многослойными. В зазор между многослойными стенками чехла введен компенсатор разновысотности термоэлементов, выполненный из пластичного теплопроводного материала на основе меди, серебра, алюминия, титана или их сплавов, и, по крайней мере, на одну из стенок чехла, обращенную к компенсатору разновысотности, нанесен антидиффузионный барьер, выполненный из нитрида титана, никеля, хрома, а зазор между многослойными стенками чехла выполнен вакуумно-плотным, причем внутренняя поверхность защитного чехла с горячей стороны снабжена антикоррозионным покрытием, выполненным из титана, алюминия, рения, молибдена, вольфрама или их сплавов, при этом внутрь чехла введен фиксатор положения термоэлементов относительно его боковых стенок, выполненный в виде скобы из термостойкого диэлектрического материала, например слюды, нитрида бора.Предложенное техническое решение поясняется чертежом, где 1 - стенка защитного чехла со стороны холодной теплообменной поверхности термоэлементов термобатареи, 2 - электроизоляционные теплопереходы, 3 - термоэлементы термобатареи, 4 - фиксатор положения термоэлементов (скоба), 5 - сварное соединение стенок чехла, 6 - сварка двойного чехла, 7 - многослойный чехол (на чертеже показано два слоя) со стороны горячей теплообменной поверхности термобатареи, 8 - компенсатор разновысотности термоэлементов, 9 - внешний электроизоляционный теплопереход термобатареи, 10 - антидиффузионное покрытие на одной из поверхностей защитного чехла, 11 - антикоррозионное покрытие внутренней поверхности стенки чехла, обращенной к термоэлементам термобататреи, Тх - холодная термопара, измеряющая температуру радиатора, т.е. холодной теплообменной стороны термобатареи, Тг - горячая термопара, измеряющая температуру теплоприемника, т.е. горячей теплообменной стороны термобатареи, Р - усилие одностороннего сжатия термобатареи (стрелкой показано его направление).Термоэлектрическая батарея предложенной конструкции состоит из термоэлементов, размещенных внутри герметичного чехла (поз.1 и 6) и электрически изолированных от холодной и горячей теплообменных поверхностей чехла с помощью диэлектрических теплопереходов (поз.2), изготовленных, например, из природной слюды. Слюда обеспечивает требуемый уровень электрической изоляции при нагреве до 600


Класс H01L35/28 основанные только на эффектах Пельтье или Зеебека