RU2280919C2 - Thermoelectric battery - Google Patents

Thermoelectric battery Download PDF

Info

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
Application number
RU2004112475/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004112475A (en
Inventor
Тагир Абдурашидович Исмаилов (RU)
Тагир Абдурашидович Исмаилов
Микаил Гаджимагомедович Вердиев (RU)
Микаил Гаджимагомедович Вердиев
Олег Викторович Евдулов (RU)
Олег Викторович Евдулов
Original Assignee
Дагестанский государственный технический университет (ДГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дагестанский государственный технический университет (ДГТУ) filed Critical Дагестанский государственный технический университет (ДГТУ)
Priority to RU2004112475/28A priority Critical patent/RU2280919C2/en
Publication of RU2004112475A publication Critical patent/RU2004112475A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2280919C2 publication Critical patent/RU2280919C2/en

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

FIELD: thermoelectric instrumentation engineering; thermoelectric battery mechanical design.
SUBSTANCE: proposed thermoelectric battery has series-connected thermal cells, each being assembled of two p and n semiconductor legs, respectively. These legs are linearly disposed. Switching members are made in the form of flexible insulating heat conductors or copper buses with contact pads at ends made of electricity conducting material. First contact pads are connected on both ends with p and n semiconductor legs. Second contact pads are connected to mutually insulated pads made in the form of metal or alloy strips covering ceramic heat-transfer wafers or in the form of copper wafers soldered onto insulated film contacts of ceramic wafers. All even-numbered switching wafers are connected to one heat-transfer wafer and odd-numbered ones, to other heat-transfer wafer.
EFFECT: facilitated battery connection to objects being cooled (heated) or to heat source and heat dump system at hard-to-get-at places.
1 cl, 1 dwg

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)

Термоэлектрическая батарея, состоящая из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных элементов полупроводниковых термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводника соответственно р- и n-типа, заключенных между двумя теплопереходами, отличающаяся тем, что коммутационные элементы выполнены в виде гибких электроизолированных теплопроводов с контактными площадками на концах, одни контактные площадки которых с двух сторон соединены с ветвями полупроводников р- и n-типа, а вторые контактные площадки - с электроизолированными друг от друга контактами, выполненными в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на теплопереходы - керамические пластины, или в виде медных пластин, напаянных на электроизолированные пленочные контакты керамической пластины, причем все четные коммутационные элементы соединены с одним, а нечетные - с другим теплопереходом - керамической пластиной.Thermoelectric battery, consisting of semiconductor thermoelements connected in series through electrical elements by switching elements, each of which is formed by two branches made of p-type and n-type semiconductor, respectively, enclosed between two heat transitions, characterized in that the switching elements are made in the form of flexible electrical insulated heat conductors with contact pads at the ends, one contact pads of which on both sides are connected to the branches of p- and n semiconductors -type, and the second contact pads - with contacts insulated from each other, made in the form of films of metals or alloys deposited on heat transitions - ceramic plates, or in the form of copper plates soldered to electrically insulated film contacts of a ceramic plate, and all even switching elements are connected with one, and odd ones with another heat transfer - a ceramic plate.
RU2004112475/28A 2004-04-23 2004-04-23 Thermoelectric battery RU2280919C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2764185C1 (en) * 2021-06-10 2022-01-14 Анатолий Яковлевич Тереков Thermoelectric generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОЗДНЯКОВ Б.С., КОПТЕЛОВ Е.А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974, с.88, рис.5.13. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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