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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2230397

thermo Batterie

thermo Batterie

Name des Erfinders: Terek AY (RU); Rzhevskij VM (RU); Hanin EV
Der Name des Patentinhabers: FGUP Scientific and Production Enterprise "Quant"
Korrespondenzanschrift: 129626, Moskau, 3. Mytischinskaya, 16, NPP "Quantum", die Patentabteilung
Startdatum des Patents: 2002.10.28

Verwendung: bei der direkten Umwandlung von Wärmeenergie in Elektrizität. Die erfindungsgemäße thermo Batterie enthält einen vakuumdichten Schutzabdeckung mit germovyvodami, in dessen Innerem sich Thermoelemente sind, von den Wänden der Abdeckung getrennt mit warmen und kalten Wärmeaustauschflächen isolierende Übergänge. Die Wände der Abdeckung, wobei mindestens eine Seite der Wärmetauschflächen mehrschichtigen gebildet. Der Spalt zwischen den Wänden der mehrlagigen Abdeckung eingeführt Kompensator raznovysotnyh Thermoelemente. Mindestens eine Oberfläche, die der Kompensator Antidiffusionsbeschichtung aufgetragen. Thermoelemente sind mit Verriegelungs ihre Position relativ zu der Seitenwand der Abdeckung vorgesehen. Kompensators raznovysotnyh aus duktilem wärmeleitenden Material, wie Blei, Zinn, Kupfer, Silber, Aluminium, Titan und deren Legierungen. Antidiffusionsbeschichtung ist Titannitrid. Der Spalt zwischen den Wänden der Abdeckung im Falle von Oxidations Kompensatoren, beispielsweise Titan, luftdicht gemacht. Zu schützen, die die Struktur aus Halbleitermaterialien Sublimation Produkte decken seiner inneren Oberfläche mit einer Heißseite korrosionsbeständigen Beschichtung versehen ist, die aus Titan, Aluminium, Rhenium, Molybdän, Wolfram und deren Legierungen. Halter horizontal Thermoelement als Bügel ausgebildet, hergestellt aus einem dielektrischen Material wie Glimmer. EFFEKT: erhöhte Lebensdauer und der spezifische Energieakkuleistung.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Und zobretenie bezieht sich auf die direkte Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, nämlich Struktur thermoelektrischen Leistungserzeugungs Batterie mit einer hermetischen Schutzhülle vorgesehen, die die Halbleitermaterialien aus Thermoelement Wechselwirkung mit Luftsauerstoff verhindert.

thermo Batterie bekannt, bestehend aus einem dünnwandigen vakuumdichten Metallgehäuse mit germovyvodami, innerhalb der es Thermoelemente [1].

Allerdings ist die bekannte Cover-Design nicht zulassen, dass durch die Erhöhung der Kraft TEB spezifischen Energieeigenschaften zu erhöhen, um es zu dem Wärmetauscher (einseitige Druckkraft) drängt, da die Abdeckung Struktur nicht die gewünschte Zuverlässigkeit unter Betriebsbedingungen mit zunehmender Vorspannung hat, und dort decken die Zerstörung im Kontaktbereich mit der Wärmeaufnahmeeinheit, dh eine Wärmeübertragungsfläche mit der heißen Seite.

Die am nächsten an der technischen und Entwürfe dieser technischen Lösung ist thermo Batterie eingekapselt, ein dünnwandiges vakuumdichten Schutzabdeckung mit germovyvodami umfasst, innerhalb der es Thermoelemente an den Thermopile- verbunden sind, von den Transfer Wärme getrennt Oberflächen isolierende Abdeckung Wärmeübertragung [2].

Allerdings ist diese bekannte Lösung nicht auf eine Ressource zur Verfügung stellen und durch die Erhöhung Bemühungen einseitige Kompression Thermopile- TEB spezifische Energieeigenschaften erhöhen aufgrund unzureichender Zuverlässigkeit der Abdeckung.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, das heißt die Ressource und decken spezifische Energieeigenschaften der Thermosäule, die Wände der Schutzkappe, zumindest auf dem Teil von einer der Wärmeübertragungsflächen bestehen aus Schichten zu erhöhen. Der Spalt zwischen den Mehrschichtwänden der Abdeckung gelegt Kompensator raznovysotnyh Thermoelemente, aus duktilem wärmeleitendem Material auf Basis von Kupfer, Silber, Aluminium, Titan oder deren Legierungen, und mindestens eine der Wände der Abdeckung des Kompensators raznovysotnyh zugewandt ist, aufgebracht Antidiffusionsbarriere aus Titannitrid, Nickel, Chrom, und der Spalt zwischen den Mehrschichtwänden der Abdeckung wird vakuumdicht, ist die Innenfläche der Schutzabdeckung von der heißen Seite mit einem Korrosionsschutzüberzug versehen aus Titan, Aluminium, Rhenium, Molybdän, Wolfram oder Legierungen davon, wobei die nach innen Abdeckung Thermoelemente Verriegelungsposition in Bezug auf seinen Seitenwänden eingeführt, wie Glimmer, Bornitrid hitzebeständigem dielektrischem Material Heftklammern so angepaßt auszubilden.

thermo Batterie

Die vorgeschlagene technische Lösung wird durch eine Zeichnung veranschaulicht, wobei 1 - eine Wand einer Schutzabdeckung aus dem kalten Wärmeaustauschfläche Thermoelement Thermopile-, 2 - elektrische Wärmeübertragung, 3 - Thermoelemente des Thermopile 4 - Verriegelungsposition Thermoelemente (Bügel), 5 - Schweißverbindungen bedecken die Wände, 6 - Doppelschweiß 7 abdecken - mehrschichtige Abdeckung (die Zeichnung zeigt zwei Schichten) aus einem heißen Wärmeaustauschfläche Thermopile- 8 - Kompensator raznovysotnyh Thermoelemente 9 - äußere elektrisch isolierende Wärmeübertragung Thermopile- 10 - Antidiffusionsbeschichtung auf einer Oberfläche einer Schutzhülle, 11 - Korrosionsschutz-Beschichtung der Innenfläche Wandabdeckung, die Thermoelemente termobatatrei gegenüber , Tx - kalt Thermoelement die Temperatur des Kühlkörpers zu messen, das heißt, Thermopile- kalten Seite der Wärmeaustausch, die T g - heißes Thermoelement, um die Temperatur der Wärmemessung, das heißt, heiße Wärmeaustauschseite Thermopile, F - die Kraft einer unilateral Kompressions Thermopile (Pfeil zeigt die Richtung).

Thermobatterie vorgeschlagene Konstruktion besteht aus einem Thermoelement innerhalb eines abgedichteten Deckel platziert (Position 1 und 6) und elektrisch isoliert von den kalten und heißen Wärmeübertragungsflächen mit dielektrischen Abdeckung Wärmeübertragung (Punkt 2) beispielsweise aus natürlichem Glimmer. Mica liefert die erforderliche elektrische Isolierung unter Erwärmen auf 600 ° C, die Wärmesenke, hot gemessen Thermoelement (T g), verwendet , Keramik auf Basis von Aluminiumoxid bei höheren Temperaturen. Um eine optimale Wärme Thermopile- Wärmetauscher und der Kühlkörper anordnen, wird es mit einer Kraft von zehn kg / cm 2 auf die letztere gedrückt. Beispielsweise für mittlere Thermopiles aus Halbleitermaterialien hergestellt auf Basis von Germanium und Bleitellurid, TEB unilateral Kompressionskraft (d.h. des Wärmetauschers drücken und den Radiator) 20-60 kg / cm 2 in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur. Arbeiten (in Betrieb) Eigenschaften von thermoelektrischen Batterien aus der Siedlung zu einem großen Teil unterscheiden, und aufgrund dieser Differenz zu mehreren Gründen. Eines davon ist ein erheblicher Wärmewiderstand zwischen dem Abschnitt Heizwärme Empfangsschaltung und einem Thermoelement Thermopile. Dies ist auf eine unterschiedliche Höhe und Flach paralllelnostyu Thermoelemente. Aber selbst wenn sie ihre Höhe bereitzustellen und planparallel mit perfekter Genauigkeit, und dann gibt es die Wärmeverluste in diesem Bereich der Wärmeübergang aufgrund einer thermischen Verformung (Biegung) der thermischen Elemente unter dem Einfluss eines Temperaturgradienten, die zu der Fixiereinheit reagiert. Wenn dies nicht der gleiche Poggi Thermoelemente ist Wachstum auftritt und der Innenwiderstand des Thermoelement, bei dem die Reißkraft nicht gegen sie gerichtet kompensiert Druckkraft, die im Betrieb zu einer Verschlechterung der Energieeigenschaften von TEB führt. Daher wird, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, während in dem Zwischenraum zwischen dem doppelwandigen Deckel (Position 7) eingeführt Kompensator raznovysotnyh Thermoelemente (Position 8) aus Kunststoffmaterial mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, Silber, Aluminium, Titan TEB ihre spezifischen Energieeigenschaften zunehmende und für niedrigere Temperaturen - aus Blei, Zinn oder Legierungen davon. Experimentelle Überprüfung der vorgeschlagenen technischen Lösungen in der Tabelle dargestellt, die zeigt, dass eine Doppeldeckel in Kombination mit einem Kompensator ermöglicht eine verbesserte (10-12%) TEB Energieeigenschaften im Vergleich mit analogen zu erhalten. Während des Dauertest fand die vorgeschlagene Konstruktion TEB dass gelungen, seine Zuverlässigkeit zu erhöhen. Zum Beispiel ergab bei den schwersten zyklischen Tests, dass die Beständigkeit gegen thermische Zyklen TEB vorgeschlagene Konstruktion mehrmals erhöht hat und 2000 thermischen Zyklen, während die Leistung Leistung beibehalten und Brennstoffmix Abdeckung abdichten.

Ein weiterer Faktor, der die Zuverlässigkeit (Lebensdauer) TEB reduziert ist die Wechselwirkung des Deckmaterials mit Sublimationsprodukten Halbleitermaterialien der Thermoelemente bilden, zum Beispiel Tellur. Studien haben gezeigt, dass die aktiv mit dem Tellur Material mit einer Schutzhülle aus rostfreiem Stahl, wie Grad X18H9T oder Nickel zusammenwirkt. Um diesen Nachteil zu überwinden, die Deckfläche der Thermoelemente zugewandt ist, mit einer Korrosionsschutzbeschichtung beispielsweise aus Titan und beschichtet mittels Plasmabrenner 0,020-0,030 mm vorgesehen. Je nach Technologie und Produktionsbedingungen antikorrosiven Beschichtungsvorgang durchgeführt werden kann und andere äquivalente Materialien, wie Aluminium, Rhenium, Molybdän, Wolfram und Rhenium-Basis-Legierungen mit Molybdän und Rhenium mit Wolfram.

Um die Abnahme der Zuverlässigkeit (Lebensdauer) des Thermopile verhindern durch horizontale Verschiebung in Bezug auf die elektrisch isolierende Wärmeübertragungsthermoelemente (2) in der Abdeckungsverriegelung (4) eingeführt Position Thermoelemente, die ihre Verschiebung in Richtung der Seitenwände der Abdeckung verhindert (1, 7). Eine derartige Verschiebung führt Dienst zum Zusammenbruch des Isolators (2) und dem Ausgang des Thermopile-Systems.

Die Rückhalteeinrichtung (4) als Halterung ausgelegt, niedrige Gas- und Feuchtigkeitsaufnahme, aus hitzebeständigem dielektrischem Material, wie Glimmer, Bornitrid, welcher das Schloss in einem luftleeren Raum im Inneren des Gehäuses zu platzieren ermöglicht, wo die Halbleiterthermoelemente, die gleichzeitig diese Materialien nicht Sublimation Produkten interagieren mit dem Halbleiter, und wie durch die Tests gezeigt, behalten die mechanischen Eigenschaften bei lang~~POS=TRUNC.

Im Fall des Kompensators (8) des leicht oxidierbaren Material in der Luft, beispielsweise Kupfer, Titan, ein Spalt zwischen der Deckwand ist mehrschichtigen vakuumdicht. Zu diesem Zweck wird die äußere Abdeckung durch den Kompensator an der inneren Abdeckung, wie eine Klammer und Kontaktfläche gedrängt Abdeckung sowohl des Armabschnitts hermetisch miteinander um den Umfang verschweißt, beispielsweise mittels elektrischer Schweissnaht (6). Dann wird während des Prozesses der Operation der Halbleiterthermoelementen Weichmacher und Pumpen von Luft aus der Innenseite der Abdeckung von Sauerstoff zu entfernen, erfolgt bei einer Temperatur Kompensator 450-650ºS Verformung (8) unter dem Einfluß von Kraft und Temperatur unilateral Kompression bei gleichzeitiger Diffusionsschweißen seiner Wände mit einer mehrlagigen Abdeckung (7) durch Antidiffusionsbarriere (10). Temperaturdiffusionsbonden wird üblicherweise überschreitet die Betriebstemperatur des Thermopile bei 100-150ºS und dauert 10-15 Minuten. Wenn dies geschieht gleichzeitig Diffusions den Kompensator (8) mit einer mehrlagigen äußeren Deckschicht (7) verbunden wird. Verwendung von Anti-Diffusionssperre ist notwendig, da die Diffusion des Materials des Kompensators in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die Thermoelemente gerichtet ist. Eine solche Fertigungstechnik und Materialauswahl Modus Kompensator minimiert bei der Betriebstemperatur zwischen dem Kompensator (8) und die Wände der Abdeckung durch Schweißen und zugleich beseitigt die Kompensator durch Diffusionsmaterial (8) durch eine Deckwand Wärmeverlust.

QUELLEN VON INFORMATIONEN

1. Weiß AH Thermo Montage mit Heide Enke (Texas Instruments Inc.) Pat. Nummer 3269875, kl.136-212, auf 02/06/61, publ. 08.30.66.

FORDERUNGEN

1. Die thermo Batterie (TEB), einen vakuumdichten Schutzabdeckung mit germovyvodami umfasst, in dessen Innerem sich Thermoelemente sind, von den Wänden der Abdeckung getrennt mit den heißen und kalten Seite der Wärmeübertragungsflächen isolierende Wärmeübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Schutzabdeckung zumindest auf Seiten der eine der Wärmeübertragungsflächen aus mehrschichtiger, der Spalt zwischen den eingeführten mehrschichtigen Kompensators raznovysotnyh Thermoelemente Deckwände und wenigstens eine Oberfläche der Abdeckung zugewandt ist der Kompensator eine Antidiffusionsbeschichtung aufgetragen wird, die Thermoelemente mit Raststellungen bezüglich der Seitenwand der Abdeckung vorgesehen sind.

2. Die thermo Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator raznovysotnyh aus wärmeleitendem Kunststoffmaterial, beispielsweise Blei, Zinn, Kupfer, Silber, Aluminium, Titan oder deren Legierungen.

3. Die thermo Batterie nach Anspruch 1, daß an einer der Wände der Schutzabdeckung getragen gekennzeichnet ist einer Anti-Diffusionsbeschichtung aus Titannitrid.

4. Die thermo Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den Wänden mit der Abdeckung darin angeordneten Kompensator luftdicht gemacht.

5. Die thermo Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Schutzabdeckung ist mit einem heißseitigen korrosionsbeständigen Beschichtung versehen ist, hergestellt aus Titan, Aluminium, Rhenium, Molybdän, Wolfram und deren Legierungen.

6. Die thermo Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Thermoelement-Halter ausgelegt als Bügel aus einem dielektrischen Material wie beispielsweise Glimmer.

Druckversion
Erscheinungsdatum 13.02.2007gg