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invention
Fédération de Russie Patent RU2098889

batterie thermoélectrique

batterie thermoélectrique

Nom de l'inventeur: Zakhartsev Y.
Le nom du titulaire du brevet: Société à responsabilité limitée "systèmes thermoélectriques complexes"
Adresse de correspondance:
Date de début du brevet: 04.07.1996

Utilisation: L'invention concerne le génie électrique, à savoir les dispositifs à semi-conducteurs thermoélectriques fonctionnant sur la base de l'effet Peltier, et peut être utilisé dans la réfrigération et les convertisseurs d'énergie électrique thermique en énergie électrique. La batterie thermo-électrique selon l'invention comprend une série d'une alternance de tiges semi-conductrices de type n et de type p espacées longitudinalement à une certaine distance les uns des autres et disposés transversalement entre les éléments d'échange de chaleur d'un matériau électriquement conducteur et relié aux barres de semi-conducteurs. Certains des éléments échangeurs de chaleur sont en boucle. Dans l'élément d'échange de chaleur en boucle première extrémité électriquement et mécaniquement reliée de manière rigide à l'une des tiges semi-conductrices voisines, et l'autre extrémité électriquement et mécaniquement reliée de manière fixe à l'autre des tiges adjacentes. des éléments échangeurs de chaleur en forme de boucle ne sont pas fermés à l'écart entre les extrémités reliées aux tiges semi-conductrices voisines.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne le génie électrique, à savoir des dispositifs thermoélectriques pour le travail solide basé sur l'effet Peltier, et peut être utilisé dans les systèmes de réfrigération et de convertisseurs électriques de l' énergie thermique en énergie électrique.

piles thermo-électriques connues contenant un certain nombre d'alternance des tiges semi-conductrices de type n et de type p, transversalement par rapport à des distances les uns des autres le long d'un certain nombre de tiges semi-conductrices décalées sur les côtés opposés de celles-ci la plaque de commutation de matière électriquement conductrice sont des séries mutuellement électriquement bielles semi-conductrices adjacentes de différents types, et les éléments échangeurs de chaleur reliés aux plaques de commutation / 1 /. Malgré les faibles tiges semi-conducteurs de résistance mécanique et de haute friabilité, qui sont des monocristaux ces batteries thermoélectriques ont généralement une résistance mécanique suffisante parce que les contraintes mécaniques qui peuvent agir sur eux, sont répartis entre toutes les tiges de semi-conducteurs. Mais l'efficacité de ces thermopiles réduit en raison du fait que les éléments d'échange de chaleur sont constituées d'un matériau électriquement conducteur, et afin d'éviter un court-circuit du circuit électrique à travers les éléments échangeurs de chaleur, ils doivent être isolées électriquement de la plaquette en commutant la couche d'isolation électrique, qui présente une faible conductivité thermique.

Connu batterie thermo-électrique et comportant une série d'alternance des tiges semi-conductrices de type n et de type p, disposés longitudinalement à une certaine distance les uns des autres et disposés transversalement entre les éléments d'échange thermique de l'électricité et un matériau thermiquement conducteur, dont chacun est relié à deux tiges semi-conductrices adjacentes, dans lequel un élément d'échange de chaleur peut être en forme de boucle ayant une première extrémité électriquement et mécaniquement reliée de manière rigide à une tige de semi-conducteur voisin et une seconde extrémité électriquement et mécaniquement reliée de manière fixe à l'autre du semi-conducteur adjacente à la tige / 2 /.

Les extrémités de la boucle de chaque batterie thermo-électrique de l'élément d'échange de chaleur fermés hermétiquement reliés entre eux.

Dans cette amélioration de l'efficacité de la batterie thermo-électrique dû à un transfert de chaleur direct entre les tiges semi-conductrices et les éléments échangeurs de chaleur qui servent en même temps que les conducteurs électriques sont reliés entre eux électriquement en série des tiges semi-conductrices.

Toutefois, en raison de la faible résistance mécanique et des tiges semi-conductrices de friabilité élevées, par chacune desquelles on fait passer la charge à la flexion, traction et compression, par exemple la batterie thermo-électrique à trop grande rigidité a une résistance faible et peut se disperser, non seulement sous l'influence des vibrations et des charges externes pendant le fonctionnement et même sous son propre poids lors de l'assemblage.

Le but de l'invention est de fournir une batterie thermo-électrique de haute performance, qui a une résistance mécanique élevée, mais facilitent également le montage d'une telle batterie thermo-électrique.

Ce but est atteint en ce que la batterie thermo-électrique, comprenant au moins une série d'alternance des tiges semi-conductrices de type n et de type p, disposés longitudinalement à une certaine distance les uns des autres et disposés transversalement par rapport Mezhuyev deux éléments d'échange de chaleur de l'électricité et un matériau thermiquement conducteur, dont chacune qui est relié à deux tiges semi-conductrices adjacentes, dans lequel au moins un élément d'échange de chaleur est en forme de boucle ayant une première extrémité électriquement et est relié de manière rigide mécaniquement avec l'une des tiges semi-conductrices voisines et une seconde extrémité, électriquement et de manière fixe mécaniquement couplé à l'autre des tiges semi-conductrices voisines selon invention, ledit élément d'échange de chaleur en forme de boucle est formée avec un espace entre l'extrémité ouverte reliée aux tiges semi-conductrices voisines.

Ce mode de réalisation de la batterie thermo-électrique réduit sa rigidité et décharger les barres semi-conductrices de transmission de la plupart des sollicitations mécaniques qui sont perçues par une boucle élastiquement déformables des éléments d'échange de chaleur, grâce à quoi une résistance accrue de la batterie thermo-électrique dans son ensemble. La résistance électrique totale de la batterie thermoélectrique avec boucle éléments d'échange de chaleur non fermées qui effectuent la fonction de conducteurs électriques entre les tiges de semi-conducteurs adjacents à peine augmenté en raison de la bonne conductivité du matériau d'éléments d'échange de chaleur.

Chaque élément d'échange de chaleur peut être déverrouillé plié en deux parties reliées de manière rigide avec le côté opposé aux extrémités reliées à des tiges semi-conductrices adjacentes. Une telle disposition facilite le montage de la batterie thermoélectrique dans sa fabrication.

la pile thermoélectrique peut être munie d'au moins un couvercle recouvrant les tiges semi-conductrices et les extrémités des éléments échangeurs de chaleur reliés à des tiges semi-conductrices. Ce mode de réalisation de la batterie thermoélectrique améliore ses performances grâce à augmenter encore sa force.

ledit boîtier peut être formé avec des fentes pour le passage des extrémités des éléments échangeurs de chaleur reliés à des tiges semi-conductrices, et est pourvu de joints d'étanchéité installés dans les rainures. Un tel agencement facilite l'assemblage des parties de boîtier de la batterie thermo-électrique dans sa fabrication et améliore les performances de la batterie thermo-électriques grâce à l'encapsulation de tiges semi-conductrices.

Le dessin montre une batterie thermo-électrique dans une section longitudinale.

batterie thermoélectrique

la pile thermoélectrique comprend une série de barres alternées de types de semi-conducteurs différents, à savoir les bornes 1 et les tiges de type n 2 de type p. Les tiges 1 et 2 sont disposés en une rangée longitudinalement à une certaine distance les uns des autres. Entre les tiges 1, 2 sont situés transversalement par des éléments échangeurs de chaleur 3, 4 de l'électricité et un matériau thermiquement conducteur tel que du cuivre ou un alliage à base de cuivre. Les éléments d'échangeur de chaleur 3 sont disposés en boucle et d'un côté d'un certain nombre de tiges de semi-conducteur 1, des éléments 2, et d'échange thermique 4 sont disposés de l'autre côté de la rangée de tiges semi-conducteurs 1 et 2. Etant donné que les barres semi-conductrices sont connectées à des conducteurs extrêmes électriques 5, 6 pour connecter la batterie thermo-électrique une source de tension continue (non représentée).

des éléments de transfert de chaleur en forme de boucle 3 ne sont pas fermées avec un intervalle m entre les extrémités 3a et 3b. La première extrémité 3a de l'élément d'échange de chaleur 3 est électriquement et rigidement couplé mécaniquement à une des tiges semi-conductrices voisines de la tige 2, par exemple, soudée à celui-ci, une deuxième extrémité 3b de l'élément d'échange thermique 3, de la même manière électriquement et rigidement relié mécaniquement à l'autre des tiges semi-conductrices voisines de la tige 1 . chaque élément d'échange thermique 4 est constitué de deux parties 4 ', 4' ', qui, à leurs extrémités 4a, 4b, électriquement et mécaniquement reliée de manière rigide les uns aux autres, par exemple, sont soudés les uns aux autres. L'extrémité 4a de la première partie 4 'de l'élément d'échange thermique 4 sont électriquement et mécaniquement reliée de manière fixe à la tige semi-conducteur 1, par exemple, soudée à lui, la partie d'extrémité 4b de l'élément d'échange deuxième thermique 4' '4 de la même manière et de façon rigide électriquement relié mécaniquement à l'autre tige semi-conductrice adjacente 2, etc.

Chaque élément d'échange de chaleur 3 est constitué de deux parties 3 'et 3' ', qui sont reliés entre eux de manière rigide, par exemple soudés les uns aux autres par 3c, les extrémités opposées 3a 3b. Chaque partie 3 ', 3' 'est formé comme une plaque en matériau en feuille. Une partie 3 ', 3' 'ont la même épaisseur.

Les côtés des éléments échangeurs de chaleur 3, 4 sont plates et sont situées à des distances égales Mezhuyev est approximativement égale à la distance entre les côtés plats adjacents des éléments d'échange de chaleur.

pile thermoélectrique, en plus des tiges semi-conductrices décrites ci-dessus 1 tiges semi-conductrices de type n éléments d'échange de chaleur 2 de type P 3, 4 et conducteurs électriques 5, 6, et comprend un boîtier 7 d'un matériau électriquement et thermiquement isolant, tel qu'une matière plastique recouvrant semi-conducteur les tiges 1, 2 et dont les extrémités 3a, 3b, 4a, 4b d'éléments d'échange thermique 3, 4, reliés aux tiges semi-conductrices.

Le boîtier 7 est formé avec des évidements 8 pour le passage des extrémités 3a, 3b, 4a, 4b d'éléments d'échange thermique 3, 4. L'étanchéité 9 sont des 8 fentes.

éléments d'échange de chaleur 3 et 4 peuvent être fournis avec des gaufrages persiennes 10, 11 ou d'autres moyens de processus d'amélioration de transfert de chaleur.

L'ensemble de la batterie thermoélectrique dans l'ordre suivant.

Une première soudure entre les extrémités 4a, 4b des parties 4 ', 4' 'de chaque élément d'échange thermique 4, et chaque élément d'échange thermique 4 sont soudés sur les deux côtés de leurs extrémités des tiges semi-conductrices 1 et 2. Ensuite, les autres extrémités des tiges semi-conductrices 1 et 2 sont soudés individuels les parties 3 ', 3' 'de l'élément d'échange de chaleur 3 et sont soudées aux tiges semi-conductrices de conducteurs électriques extrêmes 5 et 6. les noeuds sont insérés dans les rainures de logement 8 7. Ensuite souder parties interconnectées 3', 3 '' d'éléments d'échange thermique 3 du joint d'étanchéité et 3c rainures 8 avec le joint d'étanchéité 9.

batterie thermoélectrique fonctionne comme suit

Lors de la connexion des fils 5, 6 à une source de tension continue et l'écoulement de courant à travers le circuit formé de tiges connectées en série à semi-conducteurs 1, 2 et les éléments d'échange thermique 3, 4, par suite de l'effet Peltier chauffe tortsov (non marquées) des tiges semi-conductrices 1, 2, relié aux éléments échangeurs de chaleur 3 et tortsov de refroidissement (non marqué) des tiges semi-conducteurs 1, 2 sont connectés aux éléments d'échange de chaleur 4. les éléments d'échange thermique 3 du premier fluide ambiant chauffé, par exemple, de l'air dans un canal (non représenté) et les éléments d'échange thermique 4 leur deuxième fluide refroidi environnant, par exemple de l'air sur un autre canal (non représenté). Circulation de fluide dans les canaux peut avoir lieu sous l'influence de la convection ou par des ventilateurs (non représenté). Louvered gaufrages 10, 11 d'éléments d'échange de chaleur 3, 4, ou d'autres moyens de transfert de chaleur amélioration aider à améliorer le transfert de chaleur entre les éléments d'échange de chaleur 3, 4 et le fluide. Lorsque les changements de tension de polarité, les éléments de refroidissement d'échange de chaleur 3 et chauffer les éléments d'échange de chaleur 4. Dans le cas où l'un des chauffage et le refroidissement des éléments échangeurs de chaleur, les éléments d'échange de chaleur autre source de chaleur externe crée une tension entre les conducteurs 5 et 6 en raison de l'effet Seebeck.

L'invention peut être utilisé dans des dispositifs de refroidissement et de chauffage de l'équipement électronique, dans les réfrigérateurs ménagers et les climatiseurs, mais aussi des convertisseurs d'énergie thermique en énergie électrique.

REVENDICATIONS

1. La batterie thermo-électrique, comprenant au moins une série d'alternance des tiges semi-conductrices de type n et p espacés longitudinalement à des distances les unes aux autres et disposées transversalement entre les éléments d'échange de chaleur de l'électricité et un matériau thermiquement conducteur, dont chacun est relié à deux semi-conductrice adjacente les tiges, dans lequel au moins un élément d'échange de chaleur est en forme de boucle ayant une première extrémité électriquement et est relié de manière rigide mécaniquement avec l'une des tiges semi-conductrices voisines et une seconde extrémité, électriquement et de manière fixe mécaniquement couplé à l'autre des voisins des tiges semi-conductrices, dans lequel l'élément d'échange de chaleur pliés unclosed configuré avec un espace entre ses extrémités reliées à des tiges semi-conductrices adjacentes.

2. Batterie selon la revendication 1, dans lequel l'élément d'échange de chaleur non fermée en forme de boucle constituée de deux parties reliées entre elles de façon rigide par les extrémités opposées.

3. Batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'il est muni d'au moins un couvercle recouvrant les tiges semi-conductrices et les extrémités des éléments échangeurs de chaleur reliés à des tiges semi-conductrices.

4. Batterie selon la revendication. 3, caractérisé en ce que le boîtier est formé avec des fentes pour le passage des extrémités des éléments échangeurs de chaleur reliés à des tiges semi-conductrices, et est pourvu de joints d'étanchéité installés dans les rainures.

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Date de publication 13.01.2007gg