Термоэлектрический генератор

Полезная модель относится к термоэлектрическим генераторам (ТЭГ), преобразующим температурный градиент между его горячей и холодной стороной устройства в электрическую энергию, и может быть использовано в микроэлектронике, потребительской электронике, авиа- и космической отрасли, теплоэнергетике и машиностроении. Термоэлектрическая лента (7) представляет собой гибкое основание на основе полиимида(5), на которое нанесены ветви полупроводника p-типа (1), ветви полупроводника n-типа (2), соединенные последовательно между собой с помощью металлизации (3) и контактными площадками (4) на концах ленты для пайки электрических проводов. Лента (7) скручена и упакована в цилиндрический корпус (6) из диэлектрического материала так, чтобы торцы скрученной ленты не выступали за плоскость цилиндрического корпуса. Металлическая крышка (8) из тонколистового металла, в центре которой припаян электрический провод (10), вокруг которого нанесена теплопроводящая диэлектрическая паста (9). Электрический провод (10) от металлической крышки (8) соединяют электрически с одной из контактных площадок (4) термоэлектрической ленты (5) с помощью пайки или механического контакта. Технический результат заключается в увеличении производительности создания ТЭГ, снижении стоимости изделия в виду уменьшения количества операций, необходимых для обработки сегментированных модулей, снижении стоимости изделия вследствие возможности использования готовых производственных линий и технологий для упаковки батарей на основе гальванических элементов и повышении КПД теплоэлектрического преобразования за счет использования наноструктурированного многослойного материала полупроводниковых ветвей термоэлектрической ленты.

Полезная модель относится к термоэлектрическим генераторам, преобразующим температурный градиент между его горячей и холодной стороной устройства в электрическую энергию, и может быть использовано в микроэлектронике, потребительской электронике, авиа- и космической отрасли, теплоэнергетике и машиностроении.

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) имеют множество вариаций конструктивных исполнений. Традиционным исполнением является пайка полупроводниковых структур на твердое основание и их последовательное электрическое соединение.

Данные системы нашли широкое применение благодаря простоте исполнения. Однако имеются недостатки данного исполнения: низкая вибростойкость и ударная прочность, низкий КПД, малые выходные напряжения.

Известна ТЭГ, выполненная с использованием тонкопленочной технологии (US 6958443 B2), состоящая из термоэлектрических лент, собранных в пакет из 120 прямых лент, пакет размещен в прямоугольном корпусе и имеет электрические контакты. При этом толщина термоэлектрика составляет 5-100 мкм, толщина основания ленты 7.5-50 мкм. Однако, недостатками данной конструкции является необходимость коммутации 120 отдельных сегментов, приводящая к снижению производительности, качества и надежности ТЭГ.

Предлагаемая полезная модель позволяет повысить производительность процесса изготовления ТЭГ при высоком качестве и надежности работы полученной ТЭГ.

Для этого термоэлектрический генератор состоит из цилиндрического корпуса из диэлектрического материала, внутри которого размещена скрученная в многослойную обечайку термоэлектрическая лента, представляющая собой гибкое основание на основе полиимида, на которое нанесены ветви полупроводника p-типа и ветви полупроводника n-типа, соединенные с помощью металлизации последовательно между собой и с контактными площадками расположенными на концах ленты, и металлической крышки из тонколистового металла, в центре которой припаян электрический провод, вокруг которого нанесена теплопроводящая диэлектрическая паста.

На фиг. 1 представлен фрагмент ленты ТЭГ, на фиг. 2 - ТЭГ в разрезе.

Для ТЭГ используется термоэлектрическая лента. Термоэлектрическая лента (7) представляет собой гибкое основание на основе полиимида(5), на которое нанесены ветви полупроводника p-типа (1), ветви полупроводника n-типа (2), соединенные последовательно между собой с помощью металлизации (3) и контактными площадками (4) на концах ленты для пайки электрических проводов. Длина ленты - L, высота ленты - H. Лента (7) скручивается и упаковывается в цилиндрический корпус (6) из диэлектрического материала так, чтобы торцы скрученной ленты не выступали за плоскость цилиндрического корпуса. Металлическая крышка (8) выполнена из тонколистового металла. В центре крышки припаян электрический провод (10), вокруг которого нанесена теплопроводящая диэлектрическая паста (9).

Электрический провод (10) от металлической крышки (8) соединяют электрически с одной из контактных площадок (4) термоэлектрической ленты (5) с помощью пайки или механического контакта. Металлическая крышка (8) соединена с корпусом (6) посредством прокатки с механическим прижимом краев крышки к корпусу, или с помощью клея, или накручивается на резьбу таким образом, что паста (9) создает надежный тепловой контакт между торцом термоэлектрической ленты (7) и металлической крышкой (8). Затем собирается второй торец термоэлектрической батареи.

Минимальный радиус сворачиваемой ленты зависит от толщины используемых материалов термоэлектрической ленты таким образом, что чем меньше толщина использованных в ленте материалов, тем меньший радиус скручивания.

Для обеспечения гальванической развязки необходимо электрически изолировать металлические крышки обоих концов батареи. Материал металлических крышек должен обладать высокой электропроводностью и теплопроводностью.

Для повышения эффективности батареи материал корпуса следует выбирать наименее теплопроводным и менее 3 Вт/мК.

Технический результат заключается:

- в увеличении производительности создания ТЭГ, так как обрезка в размер, подгонка и создание электрического контакта выполняются за одну операцию, вместо 120 как в прототипе и других схожих конструкциях термоэлектрических батарей, основанных на сегментированных лентах;

- в снижении стоимости изделия в виду уменьшения количества операций, необходимых для обработки сегментированных модулей;

- в снижении стоимости изделия вследствие возможности использования готовых производственных линий и технологий для упаковки батарей на основе гальванических элементов;

- в повышении КПД теплоэлектрического преобразования за счет использования наноструктурированного многослойного материала полупроводниковых ветвей термоэлектрической ленты;

- в увеличении надежности ТЭГ вследствие использования гибкого основания вместо традиционного твердого со свойствами ударогашения;

- в дополнительном удобстве использования батареи вследствие совмещения теплового и электрического контактов.

Термоэлектрический генератор, состоящий из цилиндрического корпуса из диэлектрического материала, внутри которого размещена скрученная в многослойную обечайку термоэлектрическая лента, представляющая собой гибкое основание на основе полиимида, на которое нанесены ветви полупроводника р-типа и ветви полупроводника n-типа, соединенные с помощью металлизации последовательно между собой и с контактными площадками, расположенными на концах ленты, и металлической крышки из тонколистового металла, в центре которой припаян электрический провод, вокруг которого нанесена теплопроводящая диэлектрическая паста.