RU1931U1

RU1931U1 - CASCADE THERMOELECTRIC BATTERY

Info

Publication number: RU1931U1
Application number: RU94004596/25U
Authority: RU
Inventors: В.А. Петров; Н.В. Шалаев; В.Г. Копаев
Original assignee: Предприятие "АИТ"
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1996-03-16

Abstract

1. КАСКАДНАЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БАТАРЕЯ, содержащая ветви n- и р-типов проводимости, выполненные из полупроводниковых прессованных материалов и состоящие из последовательно соединенных участков, торцевые поверхности которых через прослойки из антидиффузионного материала присоединены к коммутационным шинам, электроизоляционные проставки, размещенные между боковыми поверхностями смежных ветвей, и токоотводы, отличающаяся тем, что смежные участки ветвей n- и р-типов проводимости имеют одинаковую высоту, а электроизоляционные проставки выполнены из комбинированного материала, состоящего из ленты на основе стеклоткани с чешуйками слюды, распределенными в ней, и кремнийорганического связующего, и присоединены к боковым поверхностям ветвей.2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительные прослойки из антидиффузионного материала, которые присоединены к смежным участкам каждой ветви.3. Батарея по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительные прослойки выполнены из прессованного материала.4. Батарея по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительные прослойки изготовлены из предварительно напыляемого антидиффузионного материала.5. Батарея по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительные прослойки выполнены из антидиффузионного материала, используемого для присоединения ветвей к коммутационным шинам.1. A CASCADE THERMOELECTRIC BATTERY comprising branches of n- and p-type conductivity made of pressed semiconductor materials and consisting of series-connected sections, the end surfaces of which are connected to switching buses through interlayers of anti-diffusion material, electrical insulating spacers placed between the side surfaces of adjacent branches, and current collectors, characterized in that adjacent sections of the branches of n- and p-type conductivity have the same height, and the electrical insulating spacers are made of a combined material consisting of a tape based on glass fabric with mica flakes distributed in it, and an organosilicon binder, and are connected to the side surfaces of the branches. 2. The battery according to claim 1, characterized in that additional interlayers of anti-diffusion material are introduced into it, which are connected to adjacent sections of each branch. 3. The battery according to item 2, characterized in that the additional layers are made of pressed material. 4. The battery according to item 2, characterized in that the additional layers are made of pre-sprayed anti-diffusion material. 5. The battery according to item 2, characterized in that the additional layers are made of anti-diffusion material used to connect branches to switching buses.

Description

МКИ Н01 35/32MKI H01 35/32

КАСКАДНАЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БАТАРЕЯсCASCADE THERMOELECTRIC BATTERY

Полезная модель откосится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использована в каскадных термоэлектрических батареях,позволяющих эффективно использовать различные диапазоны суммарного перепада тег.шеретур на батарее,эксплуатируемых преимущественно при незнач1-1тельныхThe utility model relates to the field of direct conversion of thermal energy into electrical energy and can be used in cascade thermoelectric batteries, which make it possible to efficiently use different ranges of total differential tag tags on the battery, operated mainly with insignificant

( порядка 1-2 Бт/см) тепловых потоках.(about 1-2 Bt / cm) heat fluxes.

Известна каскадная тер1.юэлектрическая батарея,содержащая полупроводниковые термоэлементы,соединённые .утационныли шинами, вьзтолненные в виде блоков,установленных последовательно и разделённы:}с электроизоляционны ш прокладками (см. А.С.Охотин и др. Термоэлектрические генераторы,М.,Атомиздат,1976,с.258).A cascade thermoelectric battery is known, which contains semiconductor thermoelements connected by conventional buses, filled in the form of blocks installed in series and separated:} with electrical insulating shims (see A.S. Okhotin et al. Thermoelectric generators, M., Atomizdat, 1976, p. 258).

Недостатком известной каскадной термоэлектрической батареи является низкая эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую,которая обусловлена значительньйш паразитными перепадами тегжератур,возникающими не электроизоляционных прокладках ,разделяющих последовательно установленные блоки термоэлементов.A disadvantage of the known cascade thermoelectric battery is the low efficiency of converting thermal energy into electrical energy, which is caused by significant spurious differences in tegueratures arising from non-insulating gaskets separating blocks of thermoelements installed in series.

Наиболее близкой по техгической сущности к заявленной каскадной термоэлектричесрюй батарее является каскадная термоэлектрическая батарея,содержащая ветви пи р-типов проводимости,выполненные из полупроводниковых прессованных материалов и состоящие из последовательно соединённых участков,торцевые поверхности которых через прослойки из антидишфузионкого материала присоединены к ком,-тутационным шинам,э.-.ектроизоляцион.ые проставки, размещённые между боковьаж поверхностями смежных ветвей, и токоотводы (см.патент СьА 3873370 ,клЛЗ6-205,оп. 1975).The closest in technical essence to the claimed cascade thermoelectric battery is a cascade thermoelectric battery containing pi branches of p-type conductivity made of pressed semiconductor materials and consisting of series-connected sections, the end surfaces of which are connected to lumped busbars through layers of anti-dysfusion material , e .-. electrical insulating spacers placed between the sides of the surfaces of adjacent branches, and down conductors (see patent СА 3873370, кЛЗ6-205, о . 1975).

./.../ ..

НИЗК8Я эксплуатационная надёжность ,обусловл8низя недостэточньм армироввнием хрупких полупроводниковых каскадных ветвей,которые в известной батарее располозкены обособленно и не имеют поэтому смежных опорных поверхностей.LOW operational reliability, due to the lack of reinforcement of fragile semiconductor cascade branches, which are separately located in the known battery and therefore do not have adjacent supporting surfaces.

Заявленная полезная модель направлена нз увеличение эфоективности преобразования тепловой энергии в электрическую при одновременном повышении эксплуатационной надё:«ности.The claimed utility model is aimed at increasing the efficiency of converting thermal energy into electrical energy while improving operational reliability: “news.

Указанный технический результат достигается в каскадной термоэлектрической батарее,содержащей ветви аи р-типов проводимости,выполненные из полупроводниковых прессованных материалов и состоящие из последовательно соединённых участков,торцевые поверхности которых через прослойки из антидифс:узион..ого материала присоединены к кою.тутационны 1 шинам,электроизоляционные ироставки,размещённые между боковыми поверхностями смежных ветвей и токоотводы,смежные участки ветвей П. и р-типов проводимости имеют одинаковую высоту,причём электроизоляционные проставки выполнены из комбинированного материала,состоящего из ленты на основе стеклоткани с чешуйкаьш слюды,распре де л eHHbiiviii в ней, и кремнийорганического связующего, и присоединены к боковьм поверхностям ветвей,при этом предпочтительно:вводить дополнительные прослойки из антидифаузионаого материала,присоединяемые к смежным участкам каждой ветви и вытолненлые из прессованного материала или из предварительно напыляемого антидифи:узионного материалами выполнять дополнительные прослойки из антидиф::узион1{ого материала ,используеного для присоединения ветвей к ком .тутационньш шинам.The specified technical result is achieved in a cascade thermoelectric battery containing branches and p-type conductivity made of pressed semiconductor materials and consisting of series-connected sections, the end surfaces of which are connected to the busbar through layers of antidiff: Uzion material, 1 busbars, electrical insulating delivery placed between the lateral surfaces of adjacent branches and down conductors, adjacent sections of the P. branches and p-types of conductivity have the same height, moreover, waterproofing spacers are made of a combined material consisting of a fiberglass-based tape with mica flakes, distribution of eHHbiiviii in it, and an organosilicon binder, and attached to the side surfaces of the branches, while it is preferable to introduce additional layers of anti-diffusion material that are attached to adjacent sections of each branch and made of pressed material or of a preliminary sprayed anti-diphide: use uzionic materials to make additional layers of antidif :: uzion1 { The rial used to join branches to busbars.

В заявленной каскадной термоэлектрической батарее за счётIn the claimed cascade thermoelectric battery due to

выполнения смежных участков ветвей п. и р-типов проводимости одинаковой высоты удаётся повысить эффективность преобразования посредством максимального исполььования каждого диапазонаthe implementation of adjacent sections of p. branches and p-types of conductivity of the same height, it is possible to increase the conversion efficiency by maximizing the use of each range

-6 -6

участки Б смежных ветвях а и р-ткпов проводимости эксплуатируются в диапазоне суммарного перепада тe шepaтyp,соответствующем макисмальной термоэлелтричесрюй эфсективности ,при этом удаётося обеспежть изотермичность темперетурных полей во всех горизонтальных плоскостях участков,что устраняет паразитные перетечки тепла.Вьшолнение злегстроизоляционных проставск из комбинированного электроизоляционного материала,состоящего из ленты на основе стеклоткани,образующей каркас прослойки,с чешуйками слюды, распределённыгй з ней и креьшийорганического свзующего,обеспечивающего термостойкость до температур более 500°С,позволило обеспечить надёжное соединение проставок с боковыгж поверхностями примыкающих к проставке ветвей.При изготовлении каскадной термоэлектрической батареи посредством горячего прессования сбор, прослоек из антидиффузионного материала « юмутационных шин ки из прессованных полупроводниковых ветвеи ипрокладокпроисходит внедрение чешуек СЛРОДЫ в полупроводниковый материал ветви и образуется наджное соединение проставки с ветвяш-иТем caMb3vi удаётся обеспечить создание прочной моноблочной структуры касаквдной термоэлектрической ортарзи,поскольку ветви оказываются армированньЕМ за счёт присоединения к проставкам.Одновременно удалось nc3tici:Ti эфС;е:гт;:БНОоть преобразования за счёт снижения паразитных перетечек тепла по межэлекектнс : iioc,:iH:::ii: всл;;;:ст зиз Л53йач1:телы;-0й величинг,: iXau кцлента теплог:рОБС7.нос21: ЕОглбинирован ого элс трсизолядлсп :0го : iKT3p;iSoic Б iiS;:;)aB.eiiiu: распосрсиения теплового потока .Повьииению эксплуатац.юннс;.: нс:дё;;. способств ет в.:едение дополните льнь1х прослоек из антидиф-,;узионного материала располагаемых между смежнылш участками каждой ветви,поскольку при этом полностью устраняется взаимная диффузия полупроводниковых материалов смежных участков ветви.Выполнение дополнительных прослоек из прессованного или предварительно напыляемого антидифаузионпого материала,преимущественно из материала ,используемого для присоединения коммутационных шн к ветвямsections B of adjacent branches a and p-conductivity conductors are operated in the range of a total difference of tep, corresponding to the maximum thermoelectrical efficiency, while ensuring that the temperature fields are isothermal in all horizontal planes of the sections, which eliminates the parasitic electrical insulation of the heat and light. consisting of a tape based on fiberglass, forming the framework of the interlayer, with mica flakes distributed therefrom and a criss-cross of organic binder, which provides heat resistance to temperatures of more than 500 ° C, made it possible to ensure reliable connection of spacers with lateral surfaces of surfaces adjacent to the spacer of branches. In the manufacture of a cascade thermoelectric battery by hot pressing, the collection of interlayers made of anti-diffusion material made of extruded semiconductor branches and cushioning SLODA in the semiconductor material of the branch and a reliable connection of the spacer to the branching is formed, and caMb3vi succeeds in to ensure the creation of a solid monoblock structure of a cascade thermoelectric ortarsi, since the branches are reinforced by attaching to the spacers. At the same time, nc3tici: Ti efC; e: rt; : vsl ;;;: stziz L53yach1: bodies; -0th magnification,: iXau cents, heatlog: РОБС7.nos21: ЕОгнібнін ного элс трсизолядлсп: 0go: iKT3p; iSoic Б iiS;:;) aB.eiiiu: increase the heat flux. exploitation.unns;.: ns: de ;;. contributes to: feeding supplementary layers of antidip -,; single material located between adjacent sections of each branch, since the mutual diffusion of semiconductor materials of adjacent sections of the branch is completely eliminated. Performing additional layers of pressed or pre-sprayed antidiffusion material, mainly from material used to connect patch cords to branches

позволяет обеспеодть надёжное соединение дополнительных прослоек с полупроводниковым материалами примыкающих участков ветви в процессе горячего прессования,что так же способствуем повышению эксплуатбцион::ой надйкности батареи.It allows for reliable connection of additional layers with semiconductor materials of adjacent sections of the branch during hot pressing, which also contributes to an increase in the operational :: battery life.

Приложенные чертежи изображают: смг,1-общий вид каскадной термозлектрической батареи (в изометрической проекции),шиг,2-участок контакта смежных ветвей,разделённых прослойкой комбинирован;-:огоThe attached drawings depict: smg, 1-general view of a cascade thermoelectric battery (in isometric view), shig, 2-contact area of adjacent branches separated by a layer combined; -: wow

электроизоляционгюго материала.electrical insulation of material.

Каскадная термоэлектрическая батарея содержит: полупроводниковые ветви ги-типа проводимости,состоящие из последовательно расположенных участков-1,2,полупроводниковые ветви р-типа проводимости,состоящие из последовательно расположенных участков-3,4,прослойки из антидифо;узион:;::ого материала-5 ,присоблинён.;ые к торцевьм поверхностям ветвей и -к ком-мутационньм шинам-6,токоотводы-7,8,выполненные Б виде выступающих участков комл.утационных шин концевых ветвей,электроизоляционные проставки-9,размещён.; ые между боковыми поверхностями сменных ветвей,выполненные из комбинированного материала,дополнительные прослойки знтидиф: узион..огс материала-1С,которые присоединены к смежным участкам ветви ,г:омбинированный материал прослоек,состоящий из ленты на основе стеклоткани-П с чеюуйками сл1сды-12,распределёнлылш в ней, и кремни йорга ни чески и сзязую:Л1й материал HS чоргг.о но ооОо1::8чзн),The cascade thermoelectric battery contains: semiconductor branches of a g-type conductivity, consisting of sequentially arranged sections-1.2, semiconductor branches of a p-type conductivity, consisting of sequentially arranged sections-3.4, an interlayer of antidifo; uzion:; :: -5, attached.; To the end surfaces of the branches and to the commutation bus-6, down conductors-7.8, made B in the form of protruding sections of commutational tires of the end branches, electrical insulating spacers-9, placed .; interlaced between the lateral surfaces of interchangeable branches, made of a combined material, additional interlayers of ztidif: uzion..ogs of material-1C, which are attached to adjacent sections of the branch, d: combined material of interlayers, consisting of a tape based on fiberglass-P with slimes sl1dsdy-12 , distributed in it, and yorg flint, and I do not associate: L1 material HS chorg.o but ooOo1 :: 8chzn),

Смежные участки ветвей п. и проводимости выполнены одинаковой высоты,так учостки I i: 3 имеют ii;;coTy-k,c участкиAdjacent sections of p. And conduction branches are made of the same height, so the sections I i: 3 have ii ;; coTy-k, c sections

2 и 4-bHCOry-k. i,CM.uU.r.I) ,ЧТО позволяет ДОПО.-пПТеЛЬНС ПОБ::;СИТЬ2 and 4-bHCOry-k. i, CM.uU.r.I) THAT ALLOWS ADDITIONAL-PPTELNS VOB ::; SIT

производительность труде при пзготэБлении ботереи i: упрос -г1;ть процесс 35 Счёт 3C3iaO; :nocT.i испо„1- зоБ311Ий cvi.HSi-:o2ixx n;:ecj-i.opra при прессоБвиии участков различной по.:ярност1:1.Уч8стк:. БЗтвей изгота/ 1:1ь8ются из Бысо:согу.;,б1.т. по„.упрс:-Юдпй1С05ь с laтериалов,Н8Пр 1;пер,участки 2 и 4 низкотешеретурного диапазонаlabor productivity during the preparation of booth i: simplification -g1; process 35 Account 3C3iaO; : nocT.i using “1- ЗОБ311Иi cvi.HSi-: o2ixx n;: ecj-i.opra when pressing sections of different sizes.: brightness1: 1.Uch8stk :. BZtvy izgota / 1: 1-8 from Byso: sogu.; according to „.prs: -Yudpy1S05y from materials, Н8Пр 1; trans, sections 2 and 4 of the low-temperature range

ридз висмута,участки 1и 3 среднегеьшературного диапазонз-из теллурида свинца и антимонида цинка,при наличии высокотемпе- ретурных участков их предпочтительно изготавливать из кремний-германиевых сплавов.Про слоишь антидиф;;:узион1.ого материала-5bismuth readings, sections 1 and 3 of the mid-hezherature range from lead telluride and zinc antimonide, in the presence of high-temperature sections, they are preferably made from silicon-germanium alloys. You can layer antidip ;;: uzion1.ogo material-5

предпочтительно изготавливать из достаточно пластичных материалов,например,из железа,кооальта и т.п.Электроизоляционные просжа-%и-9 вьшолняют из комбинированного злектроизоляцион.ого материала,содержащего основу в виде ленты из стклоткани-11 (.уо которой составляет 60-70 ec/i ст оощзго ззоа iv.eTa. и сставки) ,чеш Г:ки сЛ оДы-12 (их вес составляет sec.. от общего веса материала проставки) и кремнийорганический связующий материал (остальное).Электроизоляционные проставки-9 по всей высоте соединены С . примыкающими к ним ветвями,в результате чего образуется моноблочная консрукция батареи,способная выдерживать многократное термоциклирование,Высокая механическая прочность моноблочной конструкции каскадной термоэлектрической батареи позволяет изготавливать каскадные батареи с малым поперечным сечением ветвей (ч-б мм ) большой высоты (20-30 мм),которые можно эксплуатировать при низких тепловых потоках(1-23т/it is preferable to make from sufficiently ductile materials, for example, from iron, coalt and the like. Electrical insulating prosa-% and-9 are made from a combined electro-insulating material containing a base in the form of a tape from fiberglass-11 (.you which is 60-70 ec / i art. zozoa iv.eTa. and prefixes), Czech G: ki sL oDy-12 (their weight is sec .. of the total weight of the spacer material) and silicone bonding material (the rest). Electrical insulating spacers-9 over the entire height connected by C. by branches adjacent to them, resulting in a monoblock design of the battery capable of withstanding multiple thermal cycling.The high mechanical strength of the monoblock design of a cascade thermoelectric battery allows the production of cascade batteries with a small cross-section of branches (b-mm) of large height (20-30 mm), which can be operated at low heat fluxes (1-23t /

/см) .к поверхностшл батареи могут быть присоединены листы/ cm). sheets can be attached to the surface of the battery

электроизоляцион;1ого материала см.фиг,).electrical insulation; 1st material see fig.).

Заявленная каскадная термоэлектрическая батарея работает следующим образом.Теплоконтактные поверхности коммутационных шин-6 через электроизоляционные слои прижимают к теплоотдающей поверхности источника тепла (на чертеже не указан).Тепловой поток последовательно проходит через антидиффузионный слой-5 и затем последовательно через участки I и 2, 3 и 4 ветвей,создавая на них перепады тегшератур.За счёт эффекта Зеебека возникает термо-э.д.с, и с токоотводов -7,8 в полезную нагрузку (на чертеже не указана) поступает полезная электроэнергия.Каждый участок ветвей-,2,3,4 работает в оптимальном диапазоне cyimap- Зуооу з The claimed cascade thermoelectric battery operates as follows. The heat-contact surfaces of the connection bus-6 are pressed through the insulating layers to the heat-transfer surface of the heat source (not shown in the drawing). The heat flux passes sequentially through the anti-diffusion layer-5 and then sequentially through sections I and 2, 3 and 4 branches, creating tegshteratur differences on them. Due to the Seebeck effect, thermo-emf is generated, and useful currents (not indicated) are supplied from the -7.8 down conductors to the useful electric power. dy portion vetvey- 2,3,4 operates in the optimum range of cyimap- Zuoou

Дв/ Dv /

ного перепада температур,обеспечивая генерирование максимальной электрической мощности,Отработанная тепловая энергия отводится системой теплоотвода,например,радиаторами (на чертеже не указаны). При всевозможных механических и тармомеханических воздействиях,temperature difference, ensuring the generation of maximum electrical power, the Exhausted thermal energy is removed by a heat sink system, for example, radiators (not shown in the drawing). With all kinds of mechanical and tarmomechanical influences,

благодаря присоединению ветвеи к электроизоляционным прокладкамцобеспеч 1вабтся взаимное арш рование смежных ветвей,и батарея выдерживает разл11чные нагрузки без поврежденийdue to the connection of the branch to the insulating gaskets of the power supply 1, mutual arching of adjacent branches is possible, and the battery can withstand various loads without damage

Заявленная каскадная термоэлектрическая батарея может быть изготовлена с использованием широко применяемых на практике материалов и средстВвОпытные партии заявленных каскадных термоэлектрических батарей были изготовлены на КПК Правдинский {Московская обл.,Пушкин с кий р-н,п.фаБдинский) .Испытания опытных партий каскадных термоэлектрических батарей показали,что эффективность преобразования в сравнении с известныьш каскадньми термоэлектрическим батареягж увеличилась более чем на 3/S при одновременном повышении эксплуатационной надёжности.The claimed cascade thermoelectric battery can be manufactured using materials widely used in practice and tools. The experimental batches of the declared cascade thermoelectric batteries were manufactured at the Pravdinsky PDA (Moscow Region, Pushkin skiy rn, P.F.Bdinsky). Tests of experimental batches of cascade thermoelectric batteries showed that the conversion efficiency in comparison with the well-known cascade thermoelectric batteries increased by more than 3 / S while increasing the operational ozhnosti.

хЗ. /I, x3. / I,

Claims

1. CASCADE THERMOELECTRIC BATTERY, containing branches of n- and p-types of conductivity made of pressed semiconductor materials and consisting of series-connected sections, the end surfaces of which are connected to the busbars through layers of anti-diffusion material, electrical insulating spacers placed between the side surfaces of adjacent branches , and down conductors, characterized in that the adjacent sections of the branches of n- and p-types of conductivity have the same height, and electrical insulating spacers made of a combined material consisting of a fiberglass-based tape with mica flakes distributed in it, and an organosilicon binder, and attached to the side surfaces of the branches.

2. The battery under item 1, characterized in that it introduced additional layers of anti-diffusion material, which are attached to adjacent sections of each branch.

3. The battery according to claim 2, characterized in that the additional interlayers are made of pressed material.

4. The battery under item 2, characterized in that the additional interlayers are made of pre-sprayed anti-diffusion material.

5. The battery according to claim 2, characterized in that the additional interlayers are made of anti-diffusion material used to connect the branches to the switching busbars.