RU2786119C1 - Thermoelectric generator and method for its manufacture - Google Patents
Thermoelectric generator and method for its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786119C1 RU2786119C1 RU2021135883A RU2021135883A RU2786119C1 RU 2786119 C1 RU2786119 C1 RU 2786119C1 RU 2021135883 A RU2021135883 A RU 2021135883A RU 2021135883 A RU2021135883 A RU 2021135883A RU 2786119 C1 RU2786119 C1 RU 2786119C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- conductors
- branches
- welding
- separated
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910001179 chromel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 229910001006 Constantan Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 206010043431 Thinking abnormal Diseases 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к термоэлектрогенераторам, основанным на эффекте Зеебека и может использоваться для электроснабжения необслуживаемых комплексов оборудования в труднодоступных районах.The invention relates to thermoelectric generators based on the Seebeck effect and can be used for power supply of unattended equipment complexes in hard-to-reach areas.
Принцип действия термоэлектрогенераторов основан на возникновении термоэдс в области контакта различных проводящих материалов, образующих ветви термопары. Исторически термоэлементы выполнялись из подобранных пар металлов, впоследствии замененных на полупроводники. Термоэлектрогенераторы привлекательны тем, что не содержат движущихся частей, для их функционирования требуется только источник тепла. Это качество позволяет использовать их там, где обслуживание предусматривается редко, например, на пунктах электрохимзащиты магистральных трубопроводов. В условиях труднодоступности приоритетное значение имеет надежность оборудования, достигаемая хотя бы за счет других показателей, в том числе кпд. Например, дизельные, бензиновые и газовые генераторы имеют кпд преобразования тепловой энергии в электричество на уровне 30-40%, в то время как термоэлектрогенераторы (ТЭГ) - на уровне единиц процентов. Тем не менее, ТЭГ находят все более широкое применение именно из-за потенциально более высокой надежности.The principle of operation of thermoelectric generators is based on the occurrence of thermoelectric power in the contact area of various conductive materials that form thermocouple branches. Historically, thermoelements were made from matched pairs of metals, later replaced by semiconductors. Thermoelectric generators are attractive in that they do not contain moving parts, and only a heat source is required for their operation. This quality allows them to be used where maintenance is rarely provided, for example, at points of electrochemical protection of main pipelines. In conditions of inaccessibility, the priority is the reliability of equipment, achieved at least at the expense of other indicators, including efficiency. For example, diesel, gasoline and gas generators have an efficiency of converting thermal energy into electricity at the level of 30-40%, while thermoelectric generators (TEG) - at the level of a few percent. However, TEGs are increasingly being used precisely because of their potentially higher reliability.
Потребительские характеристики ТЭГ оценивают коэффициентом добротности, связывающим поток тепла с вырабатываемой мощностью на единицу площади. Коэффициент добротности определяется в виде Z=α2/ρχ, где α - коэффициент Зеебека элементов термогенератора, мкВ/град, ρ - удельное сопротивление, мкОм⋅м, χ - теплопроводность, Вт/м⋅°К.The consumer characteristics of TEG are evaluated by the quality factor, which relates the heat flux to the generated power per unit area. The quality factor is defined as Z=α 2 /ρχ, where α is the Seebeck coefficient of the thermogenerator elements, µV/deg, ρ is the resistivity, µOhm⋅m, χ is the thermal conductivity, W/m⋅°K.
Коэффициент Зеебека составляет для разных материалов от десятков до сотен мкВ/град, в связи с этим для получения приемлемого напряжения приходится последовательно соединять сотни ветвей.The Seebeck coefficient ranges from tens to hundreds of μV/deg for different materials; therefore, to obtain an acceptable voltage, hundreds of branches have to be connected in series.
Типичная конструкция полупроводникового ТЭГ, приведенная на фиг. 1, содержит ряд прямоугольных полупроводниковых столбиков, спаянных в последовательную цепь посредством металлических проводников и помещаемых между электрически изолированными горячим и холодным теплоотводами.A typical design of a semiconductor TEG, shown in Fig. 1 comprises a series of rectangular semiconducting posts soldered in a series circuit by metal conductors and placed between electrically insulated hot and cold heat sinks.
Известен ряд ТЭГ, производимых ООО «Криотерм» специально для удаленных необслуживаемых пунктов [https://layothermtec.com/assets/dir2attz/solution_rus.pdf] и работающих на тепловой энергии сжигаемого газа. Модификации ТЭГ включают генераторы мощностью от 30 до 1000 Вт.There are a number of TEGs produced by Kryotherm LLC specifically for remote unattended points [https://layothermtec.com/assets/dir2attz/solution_rus.pdf] and operating on the thermal energy of flared gas. TEG modifications include generators with power from 30 to 1000 W.
Технологии повышения эффективности ТЭГ постоянно развиваются. Однако серьезные достижения связаны с чрезвычайной трудоемкостью и высокой стоимостью. Сложность изготовления ТЭГ может быть проиллюстрирована патентами [RU 2624615], [RU 2518353], в которых приводятся последовательности десятков сложных технологических операций. Кроме того, несмотря на принимаемые меры, полупроводниковые ТЭГи не свободны от таких недостатков, как деградация характеристик вследствие диффузии составляющих элементов, воздействия кислорода воздуха и паров воды, термомеханических циклов. В связи с этим актуальной становится задача создания максимально надежных ТЭГ. Парадоксально, но в свете этих требований возникает реальная альтернатива возврата от полупроводниковых ТЭГов к металлическим, существовавшим еще в 19 веке. Несмотря на то, что у типичных металлических термопар коэффициент Зеебека в несколько раз меньше, чем у полупроводниковых, их диапазон рабочих температур без ущерба надежности может быть расширен настолько, что эта разница нивелируется. К тому же стоимость металлических материалов и производимых технологических операций во много раз меньше, чем стоимость полупроводниковых материалов и технологий.Technologies for improving the efficiency of TEGs are constantly evolving. However, serious achievements are associated with extreme labor intensity and high cost. The complexity of TEG manufacturing can be illustrated by patents [RU 2624615], [RU 2518353], which provide sequences of dozens of complex technological operations. In addition, despite the measures taken, semiconductor TEGs are not free from such shortcomings as degradation of characteristics due to diffusion of constituent elements, exposure to air oxygen and water vapor, and thermomechanical cycles. In this regard, the task of creating the most reliable TEG becomes urgent. Paradoxically, in the light of these requirements, a real alternative arises to return from semiconductor TEGs to metal ones that existed back in the 19th century. Despite the fact that typical metal thermocouples have a Seebeck coefficient that is several times lower than that of semiconductor thermocouples, their operating temperature range can be extended without sacrificing reliability to such an extent that this difference is leveled. In addition, the cost of metallic materials and technological operations performed is many times less than the cost of semiconductor materials and technologies.
Известен термоэлектрогенератор [RU 2131156], принимаемый за прототип, содержащий последовательно соединенные металлическими проводниками ветви, создающие эдс различающейся полярности, разделенные изолирующими вставками и помещаемые между электроизолированными горячим и холодным теплопроводами. В прототипе указанные ветви выполнены в виде тонких пластин (слоев), ориентированных в плоскости, перпендикулярной направлению потока тепла, как показано на фиг. 2. Эта конфигурация с налегающими друг на друга пластинами подразумевает способ их соединения путем спайки, о чем свидетельствует также наименование металлических проводников спаями. Данное обстоятельство ограничивает рабочую температуру генератора температурой плавления припоя. Пленарное расположение ветвей подразумевает нерациональное использование площади с точки зрения необходимости размещать сотни ветвей. Малая толщина планарной структуры подразумевает ее высокую теплопроводность, на фоне которой тепловые потери теплопроводов со слоями электроизоляции начинают играть существенную роль, снижая общий кпд.Known thermoelectric generator [RU 2131156], taken as a prototype, containing series-connected metal conductors branches that create emf of different polarity, separated by insulating inserts and placed between electrically insulated hot and cold heat conductors. In the prototype, these branches are made in the form of thin plates (layers) oriented in a plane perpendicular to the direction of heat flow, as shown in Fig. 2. This overlapping plate configuration implies a way of joining them by soldering, which is also evidenced by the name of metal conductors by soldering. This circumstance limits the operating temperature of the generator to the melting temperature of the solder. The plenary arrangement of branches implies an irrational use of the area in terms of the need to place hundreds of branches. The small thickness of the planar structure implies its high thermal conductivity, against which the heat losses of heat pipes with electrical insulation layers begin to play a significant role, reducing the overall efficiency.
Технический результат изобретения - расширение диапазона рабочих температур, уменьшение занимаемой площади, снижение тепловых потерь, а также уменьшение стоимости материалов и технологических операций.The technical result of the invention is the expansion of the operating temperature range, the reduction of the occupied area, the reduction of heat losses, as well as the reduction in the cost of materials and technological operations.
Данный результат достигается тем, что теплоэлектрогенератор, содержащий последовательно соединенные металлическими проводниками ветви, создающие эдс различающейся полярности, разделенные изолирующими вставками и помещаемые между электроизолированными горячим и холодным теплопроводами, отличается тем, что в нем пластины, образующие ветви термопар, ориентированы в плоскости, параллельной тепловому потоку, разделены тонкими слоями высокотемпературного диэлектрика и соединены в последовательную цепь по торцевым поверхностям, причем в качестве материалов термопар предпочтителен выбор комбинации константан-хромель, торцевые поверхности соединены сваркой, а электрическая изоляция теплопроводов представлена оксидным слоем на их контактных поверхностях.This result is achieved by the fact that the heat generator containing branches connected in series with metal conductors, creating an emf of different polarity, separated by insulating inserts and placed between electrically insulated hot and cold heat conductors, is distinguished by the fact that in it the plates forming the branches of thermocouples are oriented in a plane parallel to the thermal flow, separated by thin layers of a high-temperature dielectric and connected in a series circuit along the end surfaces, and the choice of a combination of constantan-chromel is preferable as thermocouple materials, the end surfaces are connected by welding, and the electrical insulation of heat conductors is represented by an oxide layer on their contact surfaces.
Данный результат достигается также тем, что при изготовлении ТЭГ металлические пластины собирают в пакет, чередуя разнородные металлы и прокладывая между ними слои диэлектрика, фиксируют стяжкой, выравнивают общую поверхность торцов и проводят их попарную сварку с использованием наплавляемого электрода на основе медного сплава, после чего шлифуют поверхности сварных швов до 5 класса шероховатости, покрывают теплопроводящей пастой и устанавливают между горячим и холодным теплопроводами.This result is also achieved by the fact that in the manufacture of TEG, metal plates are assembled into a package, alternating dissimilar metals and laying dielectric layers between them, fixed with a coupler, leveling the common surface of the ends and carrying out their pairwise welding using a deposited electrode based on a copper alloy, after which they are ground surfaces of welded seams up to the 5th class of roughness, are covered with a heat-conducting paste and installed between hot and cold heat pipes.
Достижимость технического результата определяется следующим.The achievability of the technical result is determined as follows.
Выбор в качестве материала термопар сочетания константан-хромель соответствует наибольшему коэффициенту добротности для широко распространенных сплавов. При этом исключаются такие материалы с более высокой термоэдс, как сурьма (высокая хрупкость и ядовитость) и висмут (низкая температура плавления). Несмотря на то, что коэффициент Зеебека максимален для пары хромель-копель, различие в теплопроводности и электропроводности нивелирует коэффициенты добротности для двух пар хромель-константан и хромель-копель, однако копель значительно дороже чем константан, так что применение его можно считать необоснованным.The choice of the constantan-chromel combination as the thermocouple material corresponds to the highest quality factor for widely used alloys. This excludes materials with a higher thermoelectric power, such as antimony (high brittleness and toxicity) and bismuth (low melting point). Despite the fact that the Seebeck coefficient is maximum for a pair of chromel-kopel, the difference in thermal conductivity and electrical conductivity levels out the quality factors for two pairs of chromel-constantan and chromel-kopel, however, kopel is much more expensive than constantan, so its use can be considered unreasonable.
Сварка торцов пластин по сравнению с пайкой обеспечивает максимальную рабочую температуру и механическую прочность, имеющую значение в условиях температурных деформаций. Сплав на основе меди в процессе сварки хорошо сплавляется с пластинами, не приводя к образованию кратеров. Сварочный шов возвышается над поверхностью торцов, создавая условия для их шлифовки без занижения относительно исходной поверхности. Ориентация плоскостей пластин, образующих ветви термопар, параллельно направлению теплового потока уменьшает площадь, занимаемую единичным элементом, что существенно снижает габариты устройства. Такое расположение обеспечивает также простоту сепарации пластин прокладкой высокотемпературного диэлектрика, например, слюды или стеклоткани толщиной 0,1 мм. Поскольку по соображениям малости омического сопротивления и удобства сварки толщина металлических пластин должна составлять 0,7-1 мм, изолирующие слои ненамного увеличивают толщину пакета.Welding the ends of the plates compared to soldering provides the maximum operating temperature and mechanical strength, which is important in conditions of thermal deformation. The copper-based alloy fuses well with the plates during the welding process, without leading to the formation of craters. The welding seam rises above the surface of the ends, creating conditions for their grinding without understating relative to the original surface. The orientation of the planes of the plates forming the branches of thermocouples, parallel to the direction of the heat flow, reduces the area occupied by a single element, which significantly reduces the dimensions of the device. This arrangement also makes it easy to separate the plates with a high-temperature dielectric pad, such as mica or glass cloth 0.1 mm thick. Since, for reasons of low ohmic resistance and ease of welding, the thickness of the metal plates should be 0.7-1 mm, the insulating layers slightly increase the thickness of the package.
Оксидирование теплопроводов, которые обычно выполняются из алюминия, обеспечивает тепловой контакт при минимальной толщине электроизолирующего слоя. При типичной толщине оксида 20 мкм его тепловое сопротивление на порядок меньше теплового сопротивления ветвей термопар. Предпочтительно так называемое холодное оксидирование, отличающееся большей плотностью и прочностью покрытия. Предпочтительно также выполнять теплопровод из сплава АМг-2, обладающего относительно высокой теплопроводностью и температурной стойкостью. Нанесение теплопроводящей пасты устраняет воздушные промежутки, повышающие тепловое сопротивление. Экспериментально установлено, что отечественная паста КТП-8 сохраняет работоспособность по крайней мере до 480°С, а работоспособность отечественной смазки МС-1600 анонсируется до 1000°С. Использование импортных паст, имеющих теплопроводность более 1 Вт/м⋅°К (в частности, рекламируются пасты с теплопроводностью до 10 Вт/⋅°К), не представляется возможным, поскольку их заявленные рабочие температуры не превышают 200°С. Толщину зазора, заполняемого пастой, желательно иметь минимальной, порядка 10 мкм, с тем, чтобы тепловое сопротивление зазора составляло малую часть от теплового сопротивления пластин. В связи с этим предпочтительно проводить шлифовку торцов сваренных термопар до 5 класса шероховатости, характеризуемого высотой неровностей порядка 5 мкм. Более тщательная шлифовка избыточна. Помимо улучшения качества площади теплового контакта, паста допускает возможность скольжения контактирующих поверхностей, снижая механические нагрузки при изменениях температуры.The oxidation of heat conductors, which are usually made of aluminum, provides thermal contact with a minimum thickness of the electrically insulating layer. With a typical oxide thickness of 20 μm, its thermal resistance is an order of magnitude smaller than the thermal resistance of thermocouple legs. Preferably the so-called cold oxidation, characterized by a greater density and strength of the coating. It is also preferable to make a heat conductor from an AMg-2 alloy, which has a relatively high thermal conductivity and temperature resistance. The application of thermally conductive paste eliminates air gaps that increase thermal resistance. It has been experimentally established that the domestic paste KTP-8 retains its performance at least up to 480°C, and the performance of the domestic lubricant MS-1600 is announced up to 1000°C. The use of imported pastes with a thermal conductivity of more than 1 W/m⋅°K (in particular, pastes with a thermal conductivity of up to 10 W/⋅°K are advertised) is not possible, since their declared operating temperatures do not exceed 200°C. It is desirable to have a minimum thickness of the gap filled with paste, on the order of 10 μm, so that the thermal resistance of the gap is a small part of the thermal resistance of the plates. In this regard, it is preferable to grind the ends of welded thermocouples to
Расчет производительности термоэлектрогенератора проводится исходя из известных физических характеристик применяемых материалов.The calculation of the performance of a thermoelectric generator is based on the known physical characteristics of the materials used.
Термоэдс пары константан-хромель составляет 2.95+3,4=6,35 мВ/100°К.The thermoelectric power of the constantan-chromel pair is 2.95+3.4=6.35 mV/100°K.
Удельное сопротивление последовательной пары константан-хромель составляет 0,5+0,68=1,18 мкОм⋅м.The resistivity of the series constantan-chromel pair is 0.5+0.68=1.18 μOhm⋅m.
Теплопроводность параллельной пары константан-хромель составляет в среднем 25+25=50 Вт/м⋅°К.The thermal conductivity of a parallel pair of constantan-chromel is on average 25+25=50 W/m⋅°K.
Рассмотрим сборку из пластин, имеющую характерные для полупроводниковых аналогов размеры 30×30 мм. Высоту сборки примем за 10 мм. При толщине пластин порядка 0,8 мм в сборке насчитывается 15 пар, создающих суммарную ЭДС, равную 6,35×15≈95 мВ/100°К. Если установить разность температур между теплоотводами порядка 400°К, ЭДС составит 95×4=380 мВ. Внутреннее сопротивление термоэлектрогенератора, равное сумме сопротивлений пластин, составит 0,007 Ом. Мощность, выделяемая в сопротивлении нагрузки, равном внутреннему сопротивлению, составит 4,92 Вт при токе 25,8 А. Для сопряжения с реальным потребителем необходимо последовательное соединение ряда индивидуальных сборок, так же как это делается во всех аналогах. Тепловая мощность, проходящая через термоэлектрогенератор при вышеуказанных условиях, составит 720 Вт.Let us consider an assembly of plates, which has dimensions 30 × 30 mm, typical for semiconductor analogs. Let's take the assembly height as 10 mm. With a plate thickness of about 0.8 mm, there are 15 pairs in the assembly, creating a total EMF equal to 6.35×15≈95 mV/100°K. If you set the temperature difference between the heat sinks of the order of 400°K, the EMF will be 95×4=380 mV. The internal resistance of the thermoelectric generator, equal to the sum of the resistances of the plates, will be 0.007 Ohm. The power released in the load resistance, equal to the internal resistance, will be 4.92 W at a current of 25.8 A. To interface with a real consumer, a series of individual assemblies must be connected in series, as is done in all analogues. The thermal power passing through the thermoelectric generator under the above conditions will be 720 W.
Сравним эти характеристики с характеристиками серийно выпускаемой печи Индигирка» [https://teplo.guru/pechi/indigirka.html]. В ней объединены 24 термогенераторных сборки общей выходной мощностью 50 Вт при тепловой мощности 4000 Вт, или 2 Вт электрической мощности и 167 Вт тепла на одну сборку. Сравнение показывает, что предлагаемый генератор способен отдавать в нагрузку в 4,9/2=2,45 раз больше электроэнергии, потребляя тепла в 720/167=4,3 раза больше. При этом он обладает существенно меньшей себестоимостью и несравнимой надежностью.Let's compare these characteristics with the characteristics of the serially produced Indigirka furnace" [https://teplo.guru/pechi/indigirka.html]. It combines 24 thermogenerator assemblies with a total output power of 50 W at a thermal power of 4000 W, or 2 W of electrical power and 167 W of heat per assembly. The comparison shows that the proposed generator is capable of delivering 4.9/2=2.45 times more electricity to the load, consuming 720/167=4.3 times more heat. At the same time, it has a significantly lower cost and incomparable reliability.
Изобретение поясняется иллюстрациями фиг. 1-7. На фиг. 1 изображен типичный полупроводниковый генератор, содержащий множество последовательно соединенных столбиков. На фиг. 2 изображена структура термоэлектрогенератора по патенту [RU 2131156], взятому за прототип, с пленарными ветвями, ориентированными перпендикулярно направлению теплового потока. На фиг. 3-7 изображены стадии изготовления заявляемого термоэлектрогенератора с ветвями, ориентированными вдоль направления теплового потока: фиг. 3 - формирование пакета из чередующихся пластин константана и хромеля, разделяемых изолирующими прокладками, фиг. 4 - выравнивание торцевых поверхностей, фиг. 5 - сварка торцов с заливкой швов плавящимся электродом, фиг. 6 - шлифовка швов, фиг. 7 - установка теплопроводов.The invention is illustrated by the illustrations of Fig. 1-7. In FIG. 1 shows a typical semiconductor generator containing a plurality of columns connected in series. In FIG. 2 shows the structure of a thermoelectric generator according to the patent [RU 2131156], taken as a prototype, with plenary branches oriented perpendicular to the direction of the heat flow. In FIG. 3-7 shows the stages of manufacturing the inventive thermoelectric generator with branches oriented along the direction of the heat flow: FIG. 3 - the formation of a package of alternating plates of constantan and chromel, separated by insulating gaskets, fig. 4 - alignment of the end surfaces, Fig. 5 - welding of ends with filling of seams with a consumable electrode, fig. 6 - grinding of seams, fig. 7 - installation of heat pipes.
Термоэлектрогенератор, как показано на фиг. 7, содержит последовательно соединенные металлическими проводниками 1, представленными сварными швами, ветви 2, 3, создающие эдс различающейся полярности, разделенные изолирующими вставками 4 и помещенные между электроизолированными горячим 5 и холодным 6 теплопроводами. При работе в составе генераторной установки холодный теплопровод сообщается с внешней воздушной средой или жидкостным охладителем, горячий теплопровод сообщается с источником тепла, например, газовой горелкой. Разность температур на концах ветвей вызывает термоэдс, создающую во внешней цепи ток, определяемый суммой внутреннего сопротивления ветвей и сопротивления нагрузки. Равенство указанных сопротивлений обеспечивает передачу во внешнюю цепь максимальной электрической мощности.The thermoelectric generator, as shown in Fig. 7, contains
При изготовлении термоэлектрогенератора проводятся простые операции, не требующие дефицитных материалов и высоких технологий.In the manufacture of a thermoelectric generator, simple operations are carried out that do not require scarce materials and high technologies.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2786119C1 true RU2786119C1 (en) | 2022-12-19 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2913000A1 (en) * | 1979-03-31 | 1980-10-16 | Bojak Kurt | Thermopile stack assembly - has clamped element plates separated by insulators and has contact strips interposed |
RU1931U1 (en) * | 1994-02-08 | 1996-03-16 | Предприятие "АИТ" | CASCADE THERMOELECTRIC BATTERY |
US5726380A (en) * | 1995-03-09 | 1998-03-10 | Nisshin Steel Co., Ltd. | Thermo-electric power generation using porous metal blocks having a plurality of thermocouples connected in series |
RU33462U1 (en) * | 2003-06-27 | 2003-10-20 | Алексеев Валерий Венедиктович | THERMOELECTRIC MODULE |
JP2003318456A (en) * | 2002-04-19 | 2003-11-07 | Paloma Ind Ltd | Method for producing series thermocouple |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2913000A1 (en) * | 1979-03-31 | 1980-10-16 | Bojak Kurt | Thermopile stack assembly - has clamped element plates separated by insulators and has contact strips interposed |
RU1931U1 (en) * | 1994-02-08 | 1996-03-16 | Предприятие "АИТ" | CASCADE THERMOELECTRIC BATTERY |
US5726380A (en) * | 1995-03-09 | 1998-03-10 | Nisshin Steel Co., Ltd. | Thermo-electric power generation using porous metal blocks having a plurality of thermocouples connected in series |
JP2003318456A (en) * | 2002-04-19 | 2003-11-07 | Paloma Ind Ltd | Method for producing series thermocouple |
RU33462U1 (en) * | 2003-06-27 | 2003-10-20 | Алексеев Валерий Венедиктович | THERMOELECTRIC MODULE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Bismuth telluride/half‐Heusler segmented thermoelectric unicouple modules provide 12% conversion efficiency | |
Yin et al. | Reliable N-type Mg3. 2Sb1. 5Bi0. 49Te0. 01/304 stainless steel junction for thermoelectric applications | |
Skomedal et al. | Design, assembly and characterization of silicide-based thermoelectric modules | |
US6563039B2 (en) | Thermoelectric unicouple used for power generation | |
EA000388B1 (en) | Method of fabrication of thermoelectric modules and solder for such fabrication | |
Zhao et al. | Microstructure contact studies for skutterudite thermoelectric devices | |
JP6122736B2 (en) | Thermoelectric generator module | |
CZ2011671A3 (en) | Thermoelectric cluster, method of its operation, mechanism for connecting an active element with a thermal electric conductor, generator and heat pump made on the base thereof | |
CN103311262B (en) | Micro thermoelectric device, manufacture method and comprise its thermal generator | |
CN105359285A (en) | Thermoelectric generation module | |
KR20160042901A (en) | Thermoelectric power generation module | |
US3650844A (en) | Diffusion barriers for semiconductive thermoelectric generator elements | |
JP2013026334A (en) | Stacked thermoelectric conversion module | |
CN102714268B (en) | There is the electrothermal module of the post of p and the n doping arranged in pairs | |
JP6404983B2 (en) | Thermoelectric module | |
Choi et al. | A resistance ratio analysis for cosb 3-based thermoelectric unicouples | |
US20130139866A1 (en) | Ceramic Plate | |
RU2786119C1 (en) | Thermoelectric generator and method for its manufacture | |
KR20130071759A (en) | Cooling thermoelectric moudule and method of manufacturing method of the same | |
AU2018220031A1 (en) | Thermoelectric device | |
JPWO2018180131A1 (en) | Thermoelectric generation cell and thermoelectric generation module | |
JP4309623B2 (en) | Electrode material for thermoelectric element and thermoelectric element using the same | |
RU2604180C1 (en) | Thermoelectric energy converter | |
Bhatt et al. | Bismuth telluride based efficient thermoelectric power generator with electrically conducive interfaces for harvesting low-temperature heat | |
JP2996305B2 (en) | High thermal resistance thermoelectric generator |