RU2031487C1 - Термобатарея и способ ее изготовления - Google Patents
Термобатарея и способ ее изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2031487C1 RU2031487C1 SU915000195A SU5000195A RU2031487C1 RU 2031487 C1 RU2031487 C1 RU 2031487C1 SU 915000195 A SU915000195 A SU 915000195A SU 5000195 A SU5000195 A SU 5000195A RU 2031487 C1 RU2031487 C1 RU 2031487C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- temperature
- phase
- frame
- thermoelectrode
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
Использование: в области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую при изготовлении термоэлектрических батарей. Предлагается использование полиморфных сплавов на основе железа, испытывающих фазовые превращения, для формирования чередующихся областей с разной кристаллической структурой, играющих роль термоэлементов, соединенных последовательно в термобатарею. Для этого термоэлектронную проволоку из полиморфного железоникелевого сплава предварительно переводят в однофазное состояние, наматывают на каркас, укладывают теплоизоляцию на одну половину каркаса, формируют чередующиеся участки с разным фазовым составом путем термообработки другой половины. Термообработку проводят до температуры окончания фазового перехода. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, в частности к термоэлектрическим батарейным преобразователям и способам их создания для получения электроэнергии или для измерения температуры.
Известны термоэлектрические преобразователи, например термоэлектрический модуль, изготовленный из металлических термоэлектрических материалов разного химического состава. Отдельные ветви термоэлементов в нем соединены точечной сваркой предварительно намотанных термоэлектрических проводников с последующим разделением по местам сварки [1].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является термопреобразователь - батарея термопар. Она представляет собой термоэлектродный металлический провод, на отдельных участках которого имеется покрытие из другого материала [2].
Недостатком рассмотренных устройств является сложность конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления термобатареи путем намотки термоэлектродного проводника на каркас, предварительно укладывая на него дополнительно изолированный провод, и проведения после этого гальванического нанесения второго термоэлектрода в струе электролита, позволяющего создать спай элетктродов на строго заданном участке [3].
Недостатком способа является сложность изготовления батареи термопар, связанная с трудоемкостью операции по гальваническому нанесению второго элемента.
Целью изобретения является упрощение термобатареи и способа ее изготовления.
Цель достигается тем, что в термобатарее, содержащей термоэлектродный проводник, он изготовлен из полиморфного материала и выполнен в виде чередующихся участков, содержащих высоко- и низкотемпературные фазы, переходные области между которыми поочередно обращены к нагревателю и холодильнику. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".
Использование полиморфных сплавов, испытывающих фазовые превращения, для изготовления термоэлектродного проводника позволяет получить бесконтактную термобатарею в виде неограниченного количества термоэлементов, соединенных последовательно. Известных в науке и технике технических решений со сходными признаками не обнаружено. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 показана предлагаемая термобатарея. Она содержит проводник 1 из полиморфного материала, который имеет участки с низкотемпературной 2 и высокотемпературной 3 фазами и изогнут так, что переходные области 4 поочередно обращены к нагревателю 5 и холодильнику 6. При подключении нагрузки 7 в цепи протекает термоток, который регистрируют прибором 8.
Работа термобатареи заключается в следующем.
Два участка с разным фазовым составом образуют термоэлемент предлагаемой термобатареи. Величина термоЭДС батареи зависит от числа термоэлементов, которые включены последовательно, и разности температур, создаваемых в переходных областях нагревателем и холодильником. При этом необходимо учесть, что температуры нагревателя и холодильника не должны выходить за интервалы стабильности низко- и высокотемпературных фаз. Количество термоэлементов зависит от длины отдельных ветвей и общей длины проводника. Особых требований к сечению проводника нет: он может быть выполнен из проволоки, фольги или др.
В качестве полиморфного сплава может быть использован сплав на основе железа, например железоникелевый с содержанием никеля около 30%. Полиморфные сплавы этого класса могут иметь низко- или высокотемпературную кристаллическую структуру в широком температурном интервале, достигающем 400оС.
Цель достигается тем, что согласно способу изготовления термобатареи, основанному на намотке термоэлектродной проволоки на каркас, термоэлектродную проволоку из полиморфного железоникелевого сплава переводят в однофазное состояние, наматывают на каркас с последующей укладкой теплоизоляции на половину каркаса, формируют чередующиеся участки с разным фазовым составом путем термообработки другой половины и удаляют теплоизоляцию. Для получения максимального значения термоЭДС термообработку проводят до температуры окончания фазового перехода. Такая последовательность не использовалась ранее для изготовления термобатарей, следовательно, предлагаемый способ удовлетворяет критерию "новизна".
Заявляемый способ включает только операции по термообработке, изгибу и укладке теплоизоляционного каркаса и не требует операций по нанесению второго материала.
На фиг. 2 показан пример технического исполнения предлагаемой термообработки по описываемому способу. Проводник 9 из полиморфного сплава изгибают в виде спирали таким образом, что переходные области 10 между участками с высокотемпературной 11 и низкотемпературной 12 фазами поочередно находятся либо у нагревателя 13, либо у холодильника 14. При включении нагрузки 15 электрический ток регистрируют прибором 16.
Для реализации предлагаемого способа термоэлектродный проводник должен иметь вначале однофазную структуру, например высокотемпературную, для чего проводник отжигают при температуре выше температуры полного перехода и охлаждают. При комнатной температуре проводник 17 (фиг.3) наматывают спирально на каркас 18, половину которого теплоизолируют, для чего поверх намотанной проволоки укладывают теплоизоляционный материал 19 и защитный кожух 20, а вторую опускают в жидкий азот (охлаждают до температуры 78К). Охлаждение до этой температуры обеспечивает почти полный переход высокотемпературной фазы в низкотемпературную в половине каждого витка спиральной намотки и чередование участков с разными фазами, образующих элементы термообработки, соединенные последовательно. После воздействия холодом теплоизоляцию удаляют. Теплоизоляция позволяет сохранить защищенные участки в первоначальном фазовом состоянии.
Участки с различной кристаллической структурой проводника из полиморфного сплава можно получить аналогично, если он в исходном состоянии имеет низкотемпературную структуру. Операции и их последовательность в этом случае те же, только половину незакрытой спирали отжигают при температуре выше температуры фазового перехода низкотемпературной фазы в высокотемпературную.
Термобатарея, изготовленная по предлагаемому способу, была практически реализована из проволоки сплава 30% Ni - 70% Fe. Она имела n пар участков с высокотемпературной (γ -фазой) и низкотемпературной (α -фазой) структурами, располагаемых на сплошном проводе, изогнутом так, что области между α - и γ -фазами поочередно обращены к нагревателю и холодильнику. Для получения однофазного состояния (γ -фазы) проволоку отожгли при температуре около 973К и охладили до комнатной температуры. При этой температуре проволоку намотали спирально на каркас, половину которого теплоизолировали, а вторую половину опустили в жидкий азот (охладили до 73К). Охлаждение до этой температуры обеспечило γ ->> α -переход в половине каждого витка спиральной намотки и чередование участков с α - и γ -фазами, образующих элементы термообработки, соединенные последовательно. После воздействия холодом теплоизоляцию удалили.
Предложенная термобатарея проста по конструкции, используемые материалы дешевы и экологически чисты. Предлагаемый способ ее изготовления отличается от известных технологичностью, что позволит автоматизировать производство термобатареи с любым количеством термопар, не требуя больших энергетических затрат.
Claims (4)
- ТЕРМОБАТАРЕЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ.
- 1. Термобатарея, содержащая термоэлектродный проводник, отличающаяся тем, что, с целью ее упрощения, термоэлектродный проводник выполнен из полиморфного железоникелевого сплава произвольного сечения в виде чередующихся участков, содержащих высоко- и низкотемпературные фазы, переходные области между которыми поочередно обращены к нагревателю и холодильнику.
- 2. Способ изготовления термобатареи, заключающийся в намотке термоэлектродной проволоки на каркас, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления, термоэлектродную проволоку из полиморфного железоникелевого сплава предварительно переводят в однофазное состояние, после намотки на каркас укладывают теплоизоляцию на одну половину каркаса, формируют чередующиеся участки с разным фазовым составом путем термообработки другой половины и удаляют теплоизоляцию.
- 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что, с целью получения максимального значения термоЭДС, термообработку проводят до температуры окончания фазового перехода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU915000195A RU2031487C1 (ru) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | Термобатарея и способ ее изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU915000195A RU2031487C1 (ru) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | Термобатарея и способ ее изготовления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2031487C1 true RU2031487C1 (ru) | 1995-03-20 |
Family
ID=21584605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU915000195A RU2031487C1 (ru) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | Термобатарея и способ ее изготовления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2031487C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615211C2 (ru) * | 2012-06-25 | 2017-04-04 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Трубчатый термоэлектрический модуль и способ изготовления его конструктивного элемента |
-
1991
- 1991-08-12 RU SU915000195A patent/RU2031487C1/ru active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 44682, кл. H 01L 35/34, 1934. * |
2. Измерительная техника, 1978, N 1, с.71-73. * |
3. Авторское свидетельство СССР N 545021, кл. H 01L 35/34, 1975. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615211C2 (ru) * | 2012-06-25 | 2017-04-04 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Трубчатый термоэлектрический модуль и способ изготовления его конструктивного элемента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nesarajah et al. | Thermoelectric power generation: Peltier element versus thermoelectric generator | |
US2519785A (en) | Thermopile | |
JPH11144938A (ja) | 電流リード装置および冷凍機冷却型超電導マグネット | |
Pelegrín et al. | Experimental and numerical analysis of quench propagation on MgB2 tapes and pancake coils | |
RU2031487C1 (ru) | Термобатарея и способ ее изготовления | |
US3258828A (en) | Method of producing a superconductive solenoid disc | |
Onarkulov et al. | Study of diffusion processes in contact areas of thermocouples with metals | |
US2126656A (en) | Thermoelectric converter | |
Chang et al. | Experimental analysis of a splice method between YBCO coated conductors on various bending diameters | |
US3183121A (en) | Thermoelectric generator with heat transfer and thermal expansion adaptor | |
US3441449A (en) | Thermoelectric system | |
RU1793493C (ru) | Способ изготовлени батареи термопар | |
US10825585B2 (en) | Superconducting conductor and use of the superconducting conductor | |
RU2731750C1 (ru) | Способ изготовления электрического контактного соединения | |
US5747418A (en) | Superconducting thermoelectric generator | |
GB1225007A (en) | Improvements in electrical conductors for cryogenic enclosures | |
Nuñez-Chico et al. | Effects of thermal cycling and thermal stability on 2G HTS pancake coils | |
JPH01248574A (ja) | 熱電素子 | |
Kim et al. | Ripple current loss measurement with DC bias condition for high temperature superconducting power cable using calorimetry method | |
JP2568732B2 (ja) | 熱電素子 | |
Rasmussen et al. | Optimization of termination for a high-temperature superconducting cable with a room temperature dielectric design | |
JP2001326394A (ja) | 電気絶縁膜を有する熱電発電素子モジュール | |
JP2000082347A (ja) | 超伝導ケーブルの冷却方法 | |
CN106992244A (zh) | 热电转换装置以及热电转换器 | |
JPS584406B2 (ja) | コウリユウヨウチヨウデンドウケ−ブルノカイジホウホウ |