RU2280919C2 - Thermoelectric battery - Google Patents
Thermoelectric battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280919C2 RU2280919C2 RU2004112475/28A RU2004112475A RU2280919C2 RU 2280919 C2 RU2280919 C2 RU 2280919C2 RU 2004112475/28 A RU2004112475/28 A RU 2004112475/28A RU 2004112475 A RU2004112475 A RU 2004112475A RU 2280919 C2 RU2280919 C2 RU 2280919C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- contact pads
- wafers
- thermoelectric
- switching elements
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей (ТЭБ).The invention relates to thermoelectric instrumentation, in particular to the construction of thermoelectric batteries (TEB).
Прототипом изобретения является ТЭБ, описанная в [1]. ТЭБ состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь полупроводниковых термоэлементов в виде меандры, каждый из которых образован двумя ветвями (столбиками, выполненными либо цилиндрическими, либо в виде прямоугольного параллелепипеда), изготовленными из полупроводника соответственно р- и n-типа. Ветви термоэлементов соединяются между собой вдоль линии посредством сплошных коммутационных пластин, выполненных, как правило, из меди. Электрически последовательно соединенные коммутационными пластинами термоэлементы, образующие ТЭБ, заключены между двумя высокотеплопроводными электроизоляционными пластинами - теплопереходами (обычно керамическими).The prototype of the invention is the thermopile, described in [1]. A fuel cell consists of semiconductor thermoelements connected in series in an electric circuit in the form of a meander, each of which is formed by two branches (columns made either cylindrical or in the form of a rectangular parallelepiped) made of a p- and n-type semiconductor, respectively. The branches of thermocouples are interconnected along the line by means of continuous patch plates made, as a rule, of copper. Thermoelements that form thermopiles electrically connected in series by switching plates are enclosed between two highly thermally conductive insulating plates - heat transfers (usually ceramic).
Недостатком известной конструкции является невозможность механической развязки объекта охлаждения, ТЭБ и системы теплосброса, а также сложность сопряжения с охлаждаемым (нагреваемым) объектом в случае работы ТЭБ в качестве холодильника и теплоподводящим (теплоотводящим) узлом в случае работы ТЭБ в качестве термоэлектрического генератора, размещенными в труднодоступных удаленных друг от друга местах, в том числе являющимися составной частью блока с плотной упаковкой элементов, или размещаемыми в герметичном объеме.A disadvantage of the known design is the impossibility of mechanically decoupling the cooling object, the thermopile and the heat sink system, as well as the difficulty of interfacing with the cooled (heated) object when the thermopile is working as a refrigerator and the heat-supplying (heat-removing) unit in the case of the thermopile being used as a thermoelectric generator located in hard-to-reach places remote from each other, including those that are an integral part of the unit with a tight packing of elements, or placed in an airtight volume.
Для устранения указанного недостатка заявляется ТЭБ, коммутационные элементы которой выполнены в виде гибких электроизолированных теплопроводов с контактными площадками на концах, одними контактными площадками которые с двух сторон соединены с ветвями полупроводников р- и n-типа, а вторыми контактными площадками - с электроизолированными друг от друга площадками, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины - теплопереходы, или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамической пластины, причем все четные коммутационные пластины соединены с одним, а нечетные - с другим теплопереходом - керамической пластиной.To eliminate this drawback, a thermopile is declared, the switching elements of which are made in the form of flexible electrically insulated heat conductors with contact pads at the ends, one contact pads which are connected to the branches of p- and n-type semiconductors on both sides, and the second contact pads are electrically insulated from each other pads made in the form of films of metals or alloys deposited on ceramic plates - heat transfer, or in the form of copper plates soldered to electrically insulated film Here, contacts the ceramic plate, wherein the switching all even plates are connected to one and the odd - with another heat transfer - the ceramic plate.
Конструкция ТЭБ приведена на чертеже.The design of the thermopile is shown in the drawing.
ТЭБ содержит последовательно соединенные в электрическую цепь полупроводниковые термоэлементы, каждый из которых образован двумя ветвями (столбиками, выполненными либо цилиндрическими, либо в виде прямоугольного параллелепипеда), изготовленными из полупроводника соответственно р- и n-типа 1 и 2. Ветви 1 и 2 термоэлементов расположены вдоль линии, а коммутационные элементы 3 и 4 выполнены в виде гибких электроизолированных друг от друга теплопроводов - медных шин 5 с контактными площадками 6 и 7 на концах, изготовленными из электропроводного материала. Контактные площадки 6 соединены с двух сторон с ветвями полупроводника р- и n-типа 1 и 2, а контактные площадки 7 - с электроизолированными друг от друга контактными площадками 8, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины - теплопереходы 9, или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамической пластины, причем все четные коммутационные пластины 4 соединены с одним, а нечетные 3 - другим теплопереходом. Контакты 10 служат для подвода электрической энергии к ТЭБ в случае ее работы в качестве термоэлектрического холодильника и отвода электрической энергии от ТЭБ в случае ее работы в качестве термоэлектрического генератора.The fuel and energy complex contains semiconductor thermoelements connected in series to the electric circuit, each of which is formed by two branches (columns made either cylindrical or in the form of a rectangular parallelepiped) made of p- and n-type semiconductors 1 and 2, respectively. The thermoelement branches 1 and 2 are located along the line, and switching elements 3 and 4 are made in the form of flexible heat-insulated heat conductors from each other - copper buses 5 with contact pads 6 and 7 at the ends made of electrically conductive material. The contact pads 6 are connected on both sides with the branches of the p-type and n-type semiconductor 1 and 2, and the contact pads 7 are connected with the contact pads 8 electrically insulated from each other, made in the form of metal films or alloys deposited on ceramic plates — heat transfer 9, or in the form of copper plates soldered to the electrically insulated film contacts of a ceramic plate, with all even patch plates 4 connected to one, and odd 3 to another heat transfer. Contacts 10 serve to supply electrical energy to the fuel and energy complex in the case of its operation as a thermoelectric cooler and to drain electric energy from the fuel and energy complex in the event of its operation as a thermoelectric generator.
В режиме термоэлектрического холодильника ТЭБ работает следующим образом.In the thermoelectric refrigerator mode, the fuel and energy element works as follows.
При прохождении по ТЭБ постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии через контакты 10, между коммутационными элементами 3 и 4, представляющими собой контакты ветвей р- и n-типа 1 и 2, возникает разность температур, обусловленная выделением и поглощением теплоты Пельтье в местах соединения ветвь р-типа 1 - контактная площадка 6 - ветвь n-типа 2 и ветвь n-типа 2 - контактная площадка 6 - ветвь р-типа 1. При указанной на чертеже полярности электрического тока происходит нагрев коммутационных элементов 3 и охлаждение коммутационных элементов 4. Соответственно имеет место охлаждение верхнего теплоперехода 9, контактирующего через электроизолированные площадки с коммутационными элементами 3. Если при этом за счет теплоотвода температура нижнего теплоперехода 9, контактирующего через площадки 8 с коммутационными элементами 3, поддерживается на постоянном уровне, то температура верхнего теплоперехода, находящегося в тепловом контакте с коммутационными элементами 4 через контактные площадки 8, понизится до некоторого определенного значения. При заданном электрическом токе величина снижения температуры на верхнем теплопереходе 9 будет зависеть от тепловой нагрузки на нем. Тепловая нагрузка складывается из теплопритока от окружающей среды, тепла от горячих контактов, обусловленного теплопроводностью образующих ТЭБ ветвей, теплоты Джоуля, а также тепла, поступающего от объекта охлаждения.When a constant electric current is supplied through the thermopile, supplied from an electric energy source through contacts 10, between switching elements 3 and 4, which are contacts of p- and n-type branches 1 and 2, a temperature difference arises due to the release and absorption of Peltier heat in places p-type branch 1 - contact pad 6 - n-type branch 2 and n-type branch 2 - contact pad 6 - p-type branch 1. With the polarity of the electric current indicated in the drawing, switching elements 3 are heated and cooling mutation elements 4. Correspondingly, there is a cooling of the upper heat transfer 9, contacting through electrically insulated pads with switching elements 3. If, however, due to heat removal, the temperature of the lower heat transfer 9, contacting through pads 8 with switching elements 3, is maintained at a constant level, then the temperature of the upper heat transfer , which is in thermal contact with the switching elements 4 through the contact pads 8, will drop to a certain certain value. For a given electric current, the magnitude of the temperature decrease at the upper heat transfer 9 will depend on the heat load on it. The heat load consists of the heat influx from the environment, heat from hot contacts, due to the thermal conductivity of the thermopile forming branches, the Joule heat, and also the heat coming from the cooling object.
Предложенное исполнение ТЭБ позволит осуществлять механически гибкое сочленение охлаждаемого объекта (источника теплоты) и системы теплосброса, а также контакт с охлаждаемым (нагреваемым) объектом, находящимся в труднодоступном месте за счет специальной конструкции коммутационных элементов (протяженности и гибкости), при этом потери тепла на коммутационных элементах будут незначительны.The proposed design of the fuel and energy complex will allow mechanically flexible articulation of the cooled object (heat source) and the heat release system, as well as contact with the cooled (heated) object located in an inaccessible place due to the special design of the switching elements (length and flexibility), while the heat loss on the switching items will be negligible.
ТЭБ в режиме термоэлектрического генератора функционирует следующим образом.The thermopile in the thermoelectric generator mode operates as follows.
При наличии источника тепла, нагревающего, например, нижний теплопереход 9, а также имеющие с ним непосредственный тепловой контакт коммутационные элементы 3, и системы, рассеивающей тепло с верхнего теплоперехода 9 и коммутационных элементов 4, между коммутационными элементами 3 и 4 устанавливается некоторая разность температур. При наличии такой разности температур между коммутационными пластинами 3 и 4, осуществляющими контакт ветвей р- и n-типа 1 и 2, между контактами 10 возникает разность потенциалов - термо-э.д.с., обусловленная эффектом Зеебека. При замыкании контактов 10 на определенную электрическую нагрузку в образовавшейся цепи возникает постоянный электрический ток. Величина протекающего в цепи электрического тока зависит от значения термо-э.д.с., которая в свою очередь зависит от коэффициента термо-э.д.с. термоэлектрического материала, числа термоэлементов в ТЭБ, разности температур между коммутационными элементами 3 и 4 и величины электрической нагрузки.In the presence of a heat source heating, for example, the lower heat transfer 9, as well as switching elements 3 having direct thermal contact with it, and a system dissipating heat from the upper heat transfer 9 and switching elements 4, a certain temperature difference is established between the switching elements 3 and 4. In the presence of such a temperature difference between the switching plates 3 and 4, which make contact between the p- and n-type branches 1 and 2, a potential difference arises between the contacts 10 - the thermo-emf caused by the Seebeck effect. When the contacts 10 are closed to a certain electric load, a constant electric current arises in the formed circuit. The magnitude of the electric current flowing in the circuit depends on the value of thermo-emf, which in turn depends on the coefficient of thermo-emf. thermoelectric material, the number of thermocouples in the thermopile, the temperature difference between the switching elements 3 and 4 and the magnitude of the electrical load.
Преимуществом использования данной конструкции является обеспечение возможности гибкого сопряжения элемента тепловыделения, ТЭБ и системы теплосброса, а также удобство сопряжения теплопереходов 9 с системой, рассеивающей тепло, и источником тепла, находящихся в труднодоступных и отдаленных друг от друга местах.The advantage of using this design is the ability to flexibly couple the heat release element, the thermopile and the heat transfer system, as well as the convenience of pairing the heat transfer 9 with a system that dissipates heat and a heat source located in hard-to-reach and remote places.
ЛитератураLiterature
1. Поздняков Б.С., Коптелов Е.А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974.1. Pozdnyakov BS, Koptelov EA Thermoelectric power. M .: Atomizdat, 1974.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004112475/28A RU2280919C2 (en) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Thermoelectric battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004112475/28A RU2280919C2 (en) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Thermoelectric battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004112475A RU2004112475A (en) | 2005-10-27 |
RU2280919C2 true RU2280919C2 (en) | 2006-07-27 |
Family
ID=35863459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004112475/28A RU2280919C2 (en) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Thermoelectric battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2280919C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764185C1 (en) * | 2021-06-10 | 2022-01-14 | Анатолий Яковлевич Тереков | Thermoelectric generator |
-
2004
- 2004-04-23 RU RU2004112475/28A patent/RU2280919C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПОЗДНЯКОВ Б.С., КОПТЕЛОВ Е.А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974, с.88, рис.5.13. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2764185C1 (en) * | 2021-06-10 | 2022-01-14 | Анатолий Яковлевич Тереков | Thermoelectric generator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004112475A (en) | 2005-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Omer et al. | Design optimization of thermoelectric devices for solar power generation | |
Børset et al. | Exploring the potential for waste heat recovery during metal casting with thermoelectric generators: On-site experiments and mathematical modeling | |
US20040177876A1 (en) | Spatially optimized thermoelectric module | |
RU2280919C2 (en) | Thermoelectric battery | |
Lee | Thermoelectric Generators | |
RU2335036C2 (en) | Thermobattery | |
RU2269183C2 (en) | Thermoelectric battery | |
Woo et al. | Characteristic of maximum power with temperature difference for thermoelectric generator | |
RU2282274C2 (en) | Thermo-electric battery | |
RU2269184C2 (en) | Thermoelectric battery | |
Bulman et al. | High heat flux, high temperature cooling of electronics with thermoelectric devices | |
RU2280920C2 (en) | Thermoelectric battery | |
RU2312428C2 (en) | Thermoelectric battery | |
US20060016248A1 (en) | Thermoelectric Circuits Utilizing Series Isothermal Heterojunctions | |
KR20210080012A (en) | Heat conductor with thermoelectric effect and cooling-heating system comprising the same | |
US20130252366A1 (en) | Energy conversion efficient thermoelectric power generator | |
RU2282277C2 (en) | Thermo-electric battery | |
US20110139204A1 (en) | Energy conversion efficient thermoelectric power generator | |
RU2282275C2 (en) | Thermo-electric battery | |
RU2312427C2 (en) | Device for fixing parts by way of freezing | |
RU2282280C2 (en) | Device for fastening parts by freezing method | |
RU2282278C2 (en) | Thermo-electric battery | |
RU2282279C2 (en) | Device for fastening parts by freezing method | |
RU2534433C2 (en) | Thermoelectric battery | |
RU2270495C2 (en) | Method for ensuring normal operation of thermoelectric battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080424 |