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invention
Fédération de Russie Patent RU2230397

batterie thermoélectrique

batterie thermoélectrique

Nom de l'inventeur: Terek AY (RU); Rzhevskij VM (RU); Hanine EV
Le nom du titulaire du brevet: Federal State Unitary Enterprise Scientific and Production Enterprise "Kvant"
Adresse de correspondance: 129626, Moscou, 3e Mytischinskaya, 16, NPP "Quantum", le département des brevets
Date de début du brevet: 28.10.2002

Utilisation: dans la conversion directe de l'énergie thermique en électricité. La batterie thermoélectrique inventive contient un couvercle étanche au vide de protection avec germovyvodami, à l'intérieur duquel il y a des thermocouples, séparés des murs de la couverture avec échange de chaleur chaud et froid surfaces isolantes transitions. Les parois du couvercle, au moins un côté des surfaces d'échange de chaleur formées multicouche. L'écart entre les murs de la couverture multicouche introduit compensatrices thermocouples raznovysotnyh. Au moins une surface tournée vers la couche de compensation antidiffusion appliquée. Les thermocouples sont pourvus de leur position de blocage par rapport à la paroi latérale du couvercle. Compensateur raznovysotnyh constitué d'un matériau ductile conducteur de la chaleur, tel que le plomb, l'étain, le cuivre, l'argent, l'aluminium, le titane et leurs alliages. revêtement anti-diffusion est du nitrure de titane. L'écart entre les murs de la couverture dans le cas des compensateurs d'oxydation, par exemple en titane, il est fait étanche à l'air. Afin de protéger la structure des matériaux semi-conducteurs produits de sublimation recouvrent sa surface intérieure est munie d'un revêtement résistant à la corrosion à chaud côté, en titane, l'aluminium, le rhénium, le molybdène, le tungstène et leurs alliages. Retenue du thermocouple horizontal configuré comme un support constitué d'un matériau diélectrique tel que du mica. EFFET: augmentation de la durée de vie et la performance spécifique de la batterie de l'énergie.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Et zobretenie se rapporte à la conversion directe de l' énergie thermique en énergie électrique, à savoir, la structure de la batterie de génération d'énergie thermo - électrique pourvu d'une gaine de protection étanche, ce qui empêche les matériaux semi - conducteurs de thermocouple de l' interaction avec l' oxygène atmosphérique.

Connu batterie thermoélectrique, comprenant un boîtier métallique étanche au vide à paroi mince avec germovyvodami, à l'intérieur duquel il y a des thermocouples [1].

Cependant, la conception de la couverture connue ne permet pas d'augmenter les caractéristiques énergétiques spécifiques TEB en augmentant la force de poussée à l'échangeur de chaleur (force de compression unilatérale), étant donné que la structure de couverture n'a pas la fiabilité souhaitée dans des conditions d'exploitation de plus en plus poussée, et il couvre la destruction dans la zone de contact avec l'unité de réception de chaleur, à savoir une surface de transfert de chaleur avec le côté chaud.

Le plus proche de la nature technique et les conceptions de cette solution technique est encapsulée batterie thermo-électrique, comprenant un couvercle à paroi mince, étanche au vide de protection avec germovyvodami, à l'intérieur duquel il y a des thermocouples sont reliés à la thermopile, séparé des surfaces de transfert de chaleur couvercle isolant transmission thermique [2].

Cependant, cette solution connue ne fournit pas une ressource et d'augmenter les caractéristiques énergétiques spécifiques TEB en augmentant les efforts unilatéraux thermopile de compression due à la fiabilité insuffisante du couvercle.

Afin de remédier à cet inconvénient, à savoir d'augmenter la ressource et couvrir les caractéristiques spécifiques d'énergie de la thermopile, les parois d'un capot de protection, au moins sur la partie de l'une des surfaces de transfert de chaleur sont constitués de couches. L'écart entre les parois multicouches du couvercle mis compensateur thermoéléments raznovysotnyh, en matériau conducteur de la chaleur ductile à base de cuivre, d'argent, d'aluminium, de titane ou de leurs alliages, et au moins une des parois du couvercle faisant face au raznovysotnyh compensateur, appliqué antidiffusion barrière en nitrure de titane, le nickel, le chrome, et l'écart entre les parois multi-couches de la couverture est réalisé étanche au vide, la surface interne du couvercle de protection à partir du côté chaud est munie d'un revêtement anti-corrosion en titane, l'aluminium, le rhénium, le molybdène, le tungstène, ou des alliages de ceux-ci, dans lequel l'intérieur thermocouples de couverture introduit position de verrouillage par rapport à ses parois latérales adaptées pour former des agrafes en matériau diélectrique résistant à la chaleur, tels que le mica, le nitrure de bore.

batterie thermoélectrique

La solution technique proposée est illustrée par un dessin, où 1 - une paroi d'un couvercle de protection de la surface d'échange thermopile de thermocouple de chaleur froide, 2 - transmission de chaleur électrique, 3 - thermocouples de la thermopile 4 - thermocouples de position de verrouillage (support), 5 - joints soudés couvrent les murs, 6 - double soudure couvre 7 - couverture multicouche (le dessin montre deux couches) à partir d'un échange de chaleur chaud surface thermopile 8 - compensateur thermocouples de raznovysotnyh 9 - externe électriquement isolant transmission de chaleur thermopile 10 - antidiffusion revêtement sur une surface d'un couvercle de protection, 11 - anticorrosion revêtement de la surface intérieure couverture de mur, face à la thermocouples termobatatrei, Tx - thermocouple froid, la mesure de la température du dissipateur de chaleur, à savoir, thermopile côté froid de l'échangeur de chaleur, la Tg - thermocouple à chaud, à mesurer la température de la chaleur, qui est, chaud échange de chaleur côté thermopile, F - la force d'un thermopile de compression unilatérale (flèche indique la direction).

la conception de la batterie proposée thermoélectrique se compose d'un thermoélément placé à l'intérieur d'un couvercle étanche (position 1 et 6) et électriquement isolé des surfaces de transfert de chaleur chaud et froid en utilisant la transmission couverture thermique diélectrique (point 2) fait par exemple du mica naturel. Mica fournit le niveau requis d'isolation électrique tout en chauffant à 600 ° C, à des températures plus élevées , le dissipateur de chaleur, d'un thermocouple à chaud mesurée (T g), utilisé en céramique à base d'oxyde d'aluminium. Pour organiser un échangeur de chaleur à thermopile optimale de la chaleur et le dissipateur de chaleur, il est instamment demandé à ce dernier avec une force de dizaines kg / cm 2. Par exemple, pour les thermopiles moyennes fabriqués à partir de matériaux semi - conducteurs à base de germanium et de tellurure de plomb, TEB force de compression unilatérale ( à savoir, une pression de l'échangeur de chaleur et le radiateur) est de 20 à 60 kg / cm2 en fonction de la température de fonctionnement. Travailler (en fonctionnement) caractéristiques des batteries thermoélectriques diffèrent de la colonie dans une large mesure, et en raison de cette différence à plusieurs raisons. L'une d'elles est une résistance thermique importante entre la partie réceptrice de chaleur circuit thermique et thermocouple thermopile. Cela est dû à une hauteur et-paralllelnostyu plat différents thermocouples. Mais même si elles fournissent leur hauteur et leur plan parallèle avec une précision parfaite, et puis il y a les pertes thermiques dans ce domaine du transfert de chaleur due à la déformation thermique (flexion) d'éléments thermiques sous l'influence d'un gradient de température, ce qui répond à l'unité de fusion. Lorsque cela est pas la croissance de la même Poggi se produit et la résistance intérieure du thermocouple, dans lequel la force de déchirure ne sont pas dirigées vers eux compense une force de pression, ce qui conduit à une dégradation des caractéristiques d'énergie de TEB en fonctionnement. Par conséquent, afin d'accroître la fiabilité tout en augmentant TEB leurs caractéristiques spécifiques de l'énergie dans l'espace entre le couvercle à double paroi (position 7) introduit thermocouples Compensateur de raznovysotnyh (position 8) en matière plastique avec une bonne conductivité thermique, comme le cuivre, l'argent, l'aluminium, le titane et de plus basses températures - de plomb, de l'étain ou des alliages de ceux-ci. La vérification expérimentale des solutions techniques proposées présentées dans le tableau, qui montre qu'une double enveloppe, en combinaison avec un compensateur permet d'obtenir une amélioration des caractéristiques (10-12%) de l'énergie de TEB en comparaison avec analogique. Pendant l'essai d'endurance du TEB de conception proposée a révélé que réussi à augmenter sa fiabilité. Par exemple, au cours des essais cycliques les plus graves a révélé que la résistance aux cycles thermiques TEB conception proposée a augmenté plusieurs fois et est de 2000 cycles thermiques tout en maintenant les performances de puissance et de carburant mélange couvercle d'étanchéité.

Un autre facteur qui réduit la fiabilité TEB (durée de vie) est l'interaction entre le matériau de recouvrement avec des produits de sublimation de matériaux semi-conducteurs constituant les thermocouples, par exemple le tellure. Des études ont montré que l'interaction active avec le matériau de tellure, un couvercle de protection en acier inoxydable, tel que X18H9T grade ou le nickel. Pour pallier cet inconvénient, la surface du couvercle en regard des thermocouples est pourvu d'un revêtement anticorrosion par exemple en titane, revêtu au moyen de la torche à plasma 0,020-0,030 mm. En fonction des conditions technologiques et de production opération de revêtement anti-corrosion peut être réalisée et d'autres matériaux équivalents, tels que des alliages à base d'aluminium, le rhénium, le molybdène, le tungstène et le rhénium avec du molybdène et du rhénium de tungstène.

Afin d'éviter la diminution de la fiabilité (durée de vie) de la thermopile due à déplacement horizontal par rapport à l'isolation électrique des thermoéléments de transmission de chaleur (2) introduite dans la serrure de capot (4), les thermocouples de position, ce qui empêche leur déplacement vers les parois latérales du couvercle (1, 7). De tels résultats de déplacement en service à la rupture de l'isolant (2) et la sortie du système de thermopile.

L'élément de retenue (4) est réalisé sous la forme d'un support en matériau diélectrique résistant à la chaleur tel que le mica, le nitrure de bore ayant une faible gaz et l'absorption d'humidité, ce qui permet de placer le verrou dans l'espace sans air à l'intérieur du cas où les thermocouples à semi-conducteurs sont en même temps, ces matériaux ne sont pas les produits de sublimation interagissent avec le semi-conducteur, et comme le montrent les essais, conservent les propriétés mécaniques pendant le fonctionnement à long terme.

Dans le cas du compensateur (8) de la matière facilement oxydable dans l'air, par exemple, le cuivre, le titane, l'écart entre le mur de couverture est multicouche étanche au vide. A cet effet, le couvercle extérieur est sollicité par l'intermédiaire du compensateur sur le couvercle intérieur, par exemple, en utilisant une zone de serrage et de contact à la fois de la partie de bras couvercle soudé hermétiquement les uns aux autres autour du périmètre, par exemple au moyen de soudure électrique (6). Puis, au cours du processus de la chirurgie pour enlever le thermocouples à semi-conducteur plastifiant et de l'air de pompage de l'intérieur de la couverture de l'oxygène se produit à un compensateur de température 450-650ºS déformation (8) sous l'influence de la force et de la température de compression unilatérale simultanée soudage par diffusion de ses murs avec une couverture multicouche (7) par barrière anti-diffusion (10). la liaison par diffusion de la température est généralement supérieure à la température de fonctionnement de la thermopile à 100-150ºS et dure 10-15 minutes. Lorsque cela se produit la diffusion simultanée collage du compensateur (8) avec une couche de couverture extérieure multicouche (7). L'utilisation de la barrière anti-diffusion est nécessaire, étant donné que la diffusion du matériau du compensateur est orienté dans le sens opposé par rapport aux thermocouples. Une telle technologie de fabrication et le mode de sélection de matériau de compensation minimise la perte de chaleur entre le compensateur (8) et les parois du capot par soudage, et en même temps élimine le matériau compensateur par diffusion (8) par une paroi de recouvrement à la température de fonctionnement.

SOURCES D'INFORMATION

1. White AH thermoélectrique assemblage avec heath évier (Texas Instruments Inc.) Pat. Numéro 3269875, kl.136-212, le 06.02.61, publ. 30.08.66.

REVENDICATIONS

1. La batterie thermo-électrique (TEB), comprenant un couvercle étanche au vide de protection avec germovyvodami, à l'intérieur duquel il y a des thermocouples, séparé des parois du couvercle avec les parties chaudes et froides des surfaces de transfert de chaleur de transmission d'isolation thermique, caractérisé en ce que la paroi du couvercle de protection, au moins, de la part de l'une des surfaces de transfert de chaleur en plusieurs couches, l'écart entre les parois de recouvrement multicouches thermocouples compensateur de raznovysotnyh introduites, et au moins une surface du couvercle faisant face audit compensateur, une couche anti-diffusion est appliquée, les thermocouples sont prévus avec des positions d'encliquetage par rapport à la paroi latérale du couvercle.

2. La batterie thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compensateur raznovysotnyh en matière plastique thermiquement conductrice, par exemple, le plomb, l'étain, le cuivre, l'argent, l'aluminium, le titane ou leurs alliages.

3. La batterie thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'en appui sur l'une des parois du capot de protection est constituée d'un revêtement anti-diffusion de nitrure de titane.

4. La batterie thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écart entre les parois avec le couvercle étanche à l'air qui y est placée Compensateur faite.

5. La pile thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface intérieure du couvercle de protection est pourvu d'un revêtement résistant à la corrosion à chaud côté, en titane, l'aluminium, le rhénium, le molybdène, le tungstène et leurs alliages.

6. La batterie thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position du thermocouple de retenue réalisé sous la forme d'un support à partir d'un matériau diélectrique tel que du mica.

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Date de publication 13.02.2007gg