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invention
Fédération de Russie Patent RU2131156

convertisseurs thermoélectriques

convertisseurs thermoélectriques

Nom de l'inventeur: Kosarev Alexander
Le nom du titulaire du brevet: Alexander Kosarev
Adresse de correspondance: 460030, Orenburg, ul.Konstitutsii, 24-90, Kosarev AV
Date de début du brevet: 20.04.1998

L'invention concerne le domaine de l'instrument, à savoir la conversion directe de l'énergie thermique en énergie électrique et peut être utilisée comme une source de courant constant. Le résultat technique - une augmentation de la puissance électrique et d'augmenter l'efficacité en réduisant la résistance interne du thermocouple. Le convertisseur thermo-électrique comprend une thermopile formée par des thermocouples connectés en série. Chaque thermocouple est réalisé sous la forme de panneaux sandwich avec des couches superposées de la jonction chaude et la jonction froide de branches. Jonctions branches disposées à travers une paire de surfaces. Les branches des thermocouples sont constitués d'une longueur égale à l'épaisseur de la couche et sont séparés les uns des autres teploelektroizolyatsionnoy insert. La jonction froide de chaque thermocouple est divisé en deux parties teploelektroizolyatsionnoy insérer pour former une commutation bus. Le thermocouple est formé comme une structure multicouche comprenant superposées avec des panneaux sandwich parallèles décalés couplés thermocouples connectés en série. l'étape de déplacement est choisie égale à la moitié de la section transversale d'un thermocouple. panneau à trois couches formé par électrolyse ou dépôt séquentiel de couches.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne le domaine de l' instrument, à savoir la conversion directe de l' énergie thermique en énergie électrique et peut être utilisée comme une source de courant constant.

sans contact connu convertisseur thermoélectrique comprenant un substrat diélectrique, qui présente sur l'élément de surface du film chauffant et la batterie sensible à la chaleur ayant un contact thermique avec un élément chauffant, et une partie de shunté disposée sur la surface du condensateur à film de substrat (AS URSS N 1376855, IPC 6 H 01 L 35/32, publ. 23.08.90, Bull. de N 31).

Les inconvénients du convertisseur connu sont sa faible capacité électrique et un faible coefficient de performance (COP).

Connue et un convertisseur multi-éléments de thermo-électrique comprenant un substrat diélectrique, dont la surface est séparée par des couches diélectriques du film résistif chauffant, la thermopile constitué par les thermocouples, et disposé entre l'élément chauffant et les jonctions chaudes de la couche conductrice de la thermopile couplés aux branches de sortie thermocouple borne thermopile par l'intermédiaire formée sur la surface du substrat, condensateurs à film (a. s. de l'URSS N 1364168, IPC 6 H 01 l 35/32, publ. 23.09.91, Bul. 35 N).

Cependant, les inconvénients d'un tel convertisseur est une petite capacité électrique et une faible efficacité.

Le plus proche de l'décrit un convertisseur thermoélectrique comprenant un boîtier dans lequel est disposé un substrat diélectrique dont la surface présente une batterie principale résistance du film chauffant de thermocouples, dont chacun se compose de deux branches, les jonctions chaudes et froides, dans lequel les jonctions chaudes sont en contact thermique un dispositif de chauffage et laisser refroidir - avec le boîtier, et la phase dépendant de la fréquence de correction formée par un condensateur et une partie de l'élément chauffant qui n'a aucun contact thermique avec les piles primaires thermocouple et d'un élément de thermocouple en option raccordé à la batterie principale en série compteur, les jonctions dissemblables qui thermocouples respectivement en contact thermique avec le boîtier et faisant partie d'une partie du dispositif de chauffage de l' étage de correction (AS URSS N 1475425, IPC 6 H 01 l 35/32, publ. 23.09.90. Bull. 35 N).

Cependant, comme précédente et produits analogues, possède une faible capacité électrique et une faible efficacité, en raison du faible flux de chaleur et de haute résistance intérieure du thermocouple.

L'invention vise à résoudre la tâche de créer un convertisseur thermoélectrique ayant une plus grande capacité électrique et une plus grande efficacité en raison de la résistance interne inférieure de thermocouples.

Pour résoudre ce problème, dans un convertisseur thermoélectrique comportant une thermopile formée thermocouples connectés en série, dont chacun se compose de deux branches, les jonctions froides et chaudes selon l'invention, chaque thermocouple est dans les panneaux sous forme de sandwich avec des couches superposées de la jonction chaude de branches et la jonction froide, les jonctions sont situées sur toute la surface d'une paire de branches, et les branches des thermocouples sont constitués d'une longueur égale à l'épaisseur de la couche et sont séparés l'un de l'autre plaquette de teploelektroizolyatsionnoy en outre introduit et la soudure froide de chaque thermocouple est divisé en deux parties teploelektroizolyatsionnoy insérer pour former une commutation de bus. En outre, chaque branche sont formés comme des thermocouples ou des semi-conducteurs film conducteur. Chaque jonctions thermocouple sont formées comme des films ou des feuilles métalliques. panneau à trois couches a une forme plate, avec la forme horizontale et / ou transversale est rectangulaire. Avantageusement, le panneau à trois couches a été formé par des couches de pulvérisation ou électrolyse séquentielles. Teploelektroizolyatsionnaya insert est réalisé en oxyde d'aluminium. De manière avantageuse, et à la thermopile est formé comme une structure multicouche comprenant des panneaux superposés décalés parallèles reliés en sandwich de thermocouples connectés en série, dans lequel l'étape de déplacement sera choisie pour être la moitié de la section transversale du thermocouple. Le flux de chaleur est dirigé perpendiculairement au plan des thermocouples de jonction chaude.

Réalisation d'un convertisseur thermoélectrique selon l'une thermopile comprenant un branches de thermocouple faible longueur égale à l'épaisseur de la couche de film (feuille), et une grande partie de l'aire égale du film (feuille) permet d'abaisser la résistance interne du thermocouple et d'augmenter ainsi la puissance électrique et d'augmenter l'efficacité du convertisseur thermoélectrique.

Exécution de la thermopile comme une structure multicouche comprenant superposées avec un décalage parallèle les uns aux autres panneaux sandwich couplés thermocouples connectés en série améliore la taille thermoélectrique, la puissance et la construction confèrent des propriétés de résistance.

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L'invention est illustrée par les dessins, où les Fig. La figure 1 est une vue en perspective de la mince pellicule de thermocouples; Fig. 2 - une chaîne de thermocouples connectés en série, dont l'un est représenté sur la Fig. 1, un panneau sandwich; Fig. 3 - thermopile dans une structure multicouche de thermocouples connectés en chaînes parallèles, dont l'un est représenté sur la Fig. 2, formé par des couches successives de pulvérisation ou par électrolyse.

Le convertisseur thermo-électrique comprend une thermopile formée par des thermocouples connectés en série. Les thermocouples sont réalisés sous forme de panneaux sandwich (1 fig.) Comprenant des couches superposées d'une jonction chaude, les branches 2 et 3, 4 de la jonction froide. Jonctions 1 et 4 sont disposées sur la surface entière de la paire de branches 2 et 3 (fig. 2). Les branches 2 et 3, les thermocouples sont constitués d'une longueur égale à l'épaisseur de la couche et sont séparés les uns des autres insert teploelektroizolyatsionnoy 5. La jonction froide du thermocouple 4 est divisé en deux parties teploelektroizolyatsionnoy insert 5 pour former un pneu de commutation (fig. 1). Branches 2 et 3 chacune sont formées comme des thermocouples ou des semi-conducteurs film conducteur. 1 et les jonctions de chaque thermocouple 4 sont réalisés sous forme de films ou de feuilles métalliques.

panneau à trois couches a une forme plate, et dans le plan et / ou forme de section transversale est rectangulaire (Fig. 1).

Chaque thermocouple sous la forme d'un panneau sandwich formé par les couches successives de pulvérisation, soit par électrolyse, ou par d'autres techniques connues utilisées en microélectronique.

Que les branches 2 et 3, des thermocouples peuvent être utilisés des métaux ou des semi-conducteurs ayant la différence de potentiel de contact (utilisé dans la production des thermocouples classiques) tels que le fer et le substrat de nickel-cuivre jonction.

Comme teploelektroizolyatsionnoy insert 5 peut utiliser n'importe quel matériau connu teploelektroizolyatsionnye prête à la pulvérisation, tel que l'alumine.

Dans un mode de réalisation de la thermopile illustré sur la Fig. 3, il est formé comme une structure multicouche comprenant des panneaux superposés décalés parallèles reliés en sandwich de thermocouples connectés en série (fig. 2). l'étape de décalage est choisie pour être la moitié de la section transversale du thermocouple, c. E. telle que les couches disposées verticalement de métaux différents ou des semi-conducteurs. Le flux de chaleur est dirigé perpendiculairement aux thermocouples de surface.

Exemple. Un thermocouple est constitué d'une jonction de la feuille de métal, tel que le cuivre, sur la surface où ils sont situés le film de deux métaux, par exemple, le fer-nickel, formant des branches entre lesquelles est placé teploelektroizolyatsionnaya insertion, par exemple, l'oxyde d'aluminium. La longueur de chaque branche dans la limite de l'ordre de 100-500 angströms, à savoir branches thermocouples sont des films minces formés par les technologies microélectroniques de film connu. Longueur maximale de branche (épaisseur du film) du thermocouple est déterminé par le trajet libre moyen des électrons de conduction dans un cristal, dans lequel les phonons passer de sa direction de l'énergie des électrons. Au fil des branches disposées les jonctions des films films fabriqués à partir du même métal que la pulvérisation cathodique de la jonction inférieure, par exemple, le cuivre, qui servent de commutation pneumatique capteur de courant électrique. Cette conception du convertisseur se révèle assez forte, puisque le dépôt successif de couches, il est d'un seul monolithe.

Le convertisseur thermoélectrique fonctionne comme suit.

Lorsqu'une différence de température entre les jonctions chaudes et froides, il y a le débit Q. En raison de la chaleur à l'effet Seebeck, la puissance thermo-électrique est généré et les rails de commutation 4 dans la charge (sur la figure. Non représenté) entre l'énergie électrique générée. La batterie thermo-électrique est fonction du nombre de thermocouples connectés en série ou en combinaison (série-parallèle). En raison de la forte diminution de la résistance interne de chaque thermocouple, en tant que source de champs électromagnétiques augmente l'efficacité.

La résistance interne des thermocouples r et aire de section transversale des thermocouples des branches sont liées



où - La résistivité électrique du matériau des branches de thermocouple;

l - longueur branche (épaisseur de film).

convertisseur thermoélectrique proposée est écologiquement propre et simple dans sa conception, a une capacité d'adaptation de fabrication qui vous permet d'automatiser la production de thermopile avec un nombre quelconque de thermocouples. surface Thermocouple d'une telle structure peut être fait peu importe la taille, il est nécessaire d'organiser et d'importants flux de chaleur à travers le thermocouple même à des différences de température basse. En raison de l'utilisation pour la fabrication d'éléments de thermocouple non déficientes matériaux bon marché convertisseur a un faible coût de fabrication.

REVENDICATIONS

1. Un convertisseur thermoélectrique comprenant une thermopile formée thermocouples connectés en série, dont chacune est constituée de deux branches, les jonctions froides et chaudes, caractérisé en ce que chaque thermocouple est réalisé sous la forme d'un panneau sandwich avec des couches superposées soudure chaude et la soudure froide de branches , les jonctions sont disposées sur toute la surface d'une paire de branches, où les branches des thermocouples sont constitués d'une longueur égale à l'épaisseur de la couche et séparées les unes des autres d'insertion de teploelektroizolyatsionnoy en outre introduit et la soudure froide de chaque thermocouple est divisé en deux parties pour former un teploelektroizolyatsionnoy d'insertion de commutation pneumatiques.

2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque branche sont formés comme des thermocouples ou des semi-conducteurs film conducteur.

3. Transducteur selon la revendication 1, dans lequel chacune des jonctions de thermocouple sont réalisés sous forme de films ou de feuilles métalliques.

4. Le transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le panneau à trois couches a une forme plate, avec la forme horizontale et / ou transversale est rectangulaire.

5. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le panneau à trois couches formée par pulvérisation successive ou des couches électrolytiques.

6. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert est réalisé teploelektroizolyatsionnaya alumine.

7. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 - 6, caractérisé en ce que la thermopile formé dans une structure multicouche comprenant superposées avec des panneaux de décalage parallèles reliés en sandwich de thermocouples connectés en série, dans lequel l'étape de déplacement est choisie égale à une moitié de la section transversale du thermocouple .

8. Emetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux de chaleur est dirigé perpendiculairement au plan des thermocouples de jonction chaude.

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Date de publication 13.02.2007gg