RU2762542C1

RU2762542C1 - Термоэлектрическая батарея

Info

Publication number: RU2762542C1
Application number: RU2021109422A
Authority: RU
Inventors: Андрей Анатольевич Зайцев; Владимир Минович Грабов; Денис Владимирович Кузнецов; Александр Валентинович СИДОРОВ
Priority date: 2021-04-05
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2021-12-21

Abstract

Изобретение относится к термоэлектрическим преобразователям энергии. Сущность: термоэлектрическая батарея выполнена в виде диэлектрической трубки спиральной конструкции. Витки спирали являются последовательно соединенными термоэлементами U-образной формы. В витках сформирован градиент температур и осуществляется ток электролита с большой разностью подвижностей положительных и отрицательных ионов. Технический результат: упрощение конструкции термобатареи и ее изготовления. 3 ил.

Description

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии и может быть использовано при построении термоэлектрических батарей для получения постоянного тока.

Известны термоэлектрические преобразователи, изготовленные из твердотельных полупроводниковых материалов с различным типом проводимости, принцип действия которых основан на эффекте Зеебека [Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Часть 2. Электричество и магнетизм, стр. 190].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является термоэлектрический генераторный модуль. Отдельные ветви термоэлементов в нем соединены с помощью пайки последовательно и заключены между двумя керамическими пластинами [Бурштейн А.И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств. М. Физматгиз. 1962].

Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции и необходимость использовать дорогостоящие полупроводниковые материалы.

Целью изобретения является упрощение термобатареи и способа ее изготовления.

Указанная цель достигается применением диэлектрической трубки спиральной конструкции, в витках которой сформирован градиент температур и осуществляется ток электролита, создаваемый внешним перепадом давления или с помощью насоса. Работа термобатареи заключается в следующем.

Каждый виток спирали батареи фиг. 1 представляется отдельным термоэлементом фиг. 2 б), являющийся, в свою очередь, аналогом твердотельного термоэлектрического элемента на основе p-n-перехода фиг. 2 а).

В термоэлементе происходит течение электролита, имеющего значительно различающиеся по подвижности положительные и отрицательные ионы. Верхние концы трубки находятся при одной температуре, нижняя часть трубок при другой. При этом в одном из колен U-образной трубки скорость течения жидкости совпадает по направлению с градиентом температуры, а в другом колене эти направления противоположны. Таким образом, обусловленные термодиффузией потоки ионов направлены в одном колене по течению, а в другом - против течения электропроводящей жидкости. Происходит разделение зарядов, формируется термоэлектродвижущая сила, возникает термоэлектрокинетический эффект.

Основным требованием к используемому электролиту является значительное различие в подвижности положительных и отрицательных ионов. В работе Грабов В.М., Зайцев Α.Α., Кузнецов Д.В. Термоэлектрические и термоэлектрокинетические явления в водных растворах ионных соединений. Термоэлектричество. 2010. N. 1. с. 43-52 получено, что такому требованию удовлетворяет, в частности, водный раствор KOH, характеризующийся подвижностью ионов калия и ОН соответственно u=7,6⋅10^-8, м²⋅В^-1⋅с^-] и u=20,5⋅10^-8, м²⋅В^-1⋅с^-1.

Использовались U-образные диэлектрические трубки с внутренним диаметром 2 см и длиной колена 30 см. При разности температур верхнего и нижнего концов трубки Т₁-Т₂=10 K максимальное значение электродвижущей силы достигается при скорости течения жидкости около 0,3 мм/с, и составляет порядка 1 мВ на один термоэлемент.

Соединяя U-образные трубки последовательно (фиг. 3), при значительном числе термоэлементов получаем спираль, являющуюся термоэлектрической батареей (фиг. 1).

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является расширения арсенала технических средств.

Claims

Термоэлектрическая батарея, характеризующаяся последовательным соединением термоэлектрических элементов, отличающаяся тем, что батарея выполнена в виде диэлектрической трубки спиральной конструкции, каждый виток которой является термоэлементом, в витках сформирован градиент температур и осуществляется ток электролита с большой разностью подвижностей положительных и отрицательных ионов.