способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при импульсном питании

Классы МПК:G01K7/02 с использованием термоэлектрических элементов, например термопар
G05D23/01 без вспомогательных источников энергии 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДГТУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-06-01
публикация патента:

Изобретение относится к способам оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи. Способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при импульсном питании заключается в том, что геометрические размеры полупроводниковых ветвей и металлических спаев термоэлектрической батареи оптимизированы в соответствии с электро- и теплофизическими свойствами материалов термоэлементов, при этом питание термоэлектрической батареи обеспечивается импульсным током с длительностью и скважностью импульсов, пропорциональной параметрам движения зарядов. В термоэлектрической батарее геометрические размеры полупроводниковых ветвей и металлических спаев выбраны таким образом, что учитываются параметры движения зарядов внутри полупроводника и металлических спаев. Такими параметрами являются длина свободного пробега заряда до соударения и энергия, передаваемая при столкновении заряда с кристаллической решеткой. Технический результат - улучшение процесса охлаждения и теплоотвода. 1 ил. способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи   с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при   импульсном питании, патент № 2417356

способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи   с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при   импульсном питании, патент № 2417356

Формула изобретения

Способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при импульсном питании, заключающийся в том, что геометрические размеры полупроводниковых ветвей и металлических спаев термоэлектрической батареи оптимизированы в соответствии с электро- и теплофизическими свойствами материалов термоэлементов, отличающийся тем, что питание термоэлектрической батареи обеспечивают импульсным током с длительностью и скважностью импульсов такой, что заряды в горячих и холодных спаях полностью проходят через полупроводниковые ветви и вновь задерживаются для обмена энергией в металлических спаях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи, позволяющих получить эффективное охлаждение.

Существующие схемы питания термоэлектрических батарей постоянным или переменным током [1, 2] не в полной мере учитывают процессы, происходящие внутри полупроводниковых ветвей и металлических спаев. Для того чтобы заряд обменялся в металлическом спае энергией с кристаллической решеткой, необходимо однократное или многократное столкновение с обменом энергии. Если не учитывать длину свободного пробега заряда до столкновения, то заряд может, выйдя из одной ветви полупроводника без соударений и обменом энергии, пройти через весь спай в другую ветвь полупроводника. Очевидно, что это снижает эффективность работы термоэлектрической батареи. Кроме того, напряжение питания также влияет на перемещение зарядов как в полупроводниковых ветвях, так и в металлических спаях. Изменение напряжения также влияет на паразитные тепловые выделения (джоулевое) в полупроводниковых ветвях.

Цель изобретения - улучшение процесса охлаждения и теплоотвода.

Это достигается тем, что в термоэлектрической батарее таким образом выбраны геометрические размеры полупроводниковых ветвей и металлических спаев, что учитываются параметры движения зарядов внутри полупроводника и металлических спаев. Такими параметрами являются длина свободного пробега заряда до соударения и энергия, передаваемая при столкновении заряда с кристаллической решеткой. Питание термоэлектрической батареи импульсным током с длительностью и скважностью импульсов, пропорциональной параметрам движения зарядов, позволяет оптимизировать режимы работы устройства, получив максимальное охлаждение. Пауза между импульсами должна иметь такой размер, чтобы заряды, попавшие в металлический спай, успели полностью обменяться энергией с кристаллической решеткой. Длительность и амплитуда импульса должны иметь такие параметры, индивидуальные для каждого полупроводникового материала, чтобы заряды в горячих и холодных спаях полностью прошли через полупроводниковые ветви и вновь задержались для обмена энергией в металлических спаях. Оптимизация импульсного питания в зависимости от свойств электротехнических материалов и геометрических размеров термоэлектрической батареи позволяет сгруппировать заряды в энергетические пакеты, которые синхронно перемещаются между горячими и холодными спаями, осуществляя дозированный энергетический обмен между материалом батареи и самими зарядами.

На чертеже представлена конструкция термоэлектрической батареи и параметров импульсного питания.

Конструкция термоэлектрической батареи представляет собой обычную батарею, в которой имеются строгие ограничения на размеры полупроводниковых ветвей. При изменении геометрических размеров, например высоты ветвей h или материалов термоэлектрической батареи, необходимо пропорционально изменить длительность Т д и скважность Тс, а также амплитуду импульсного питания.

Использование импульсного питания с учетом электро- и теплофизических свойств материалов термоэлементов позволяет повысить эффективность теплопередачи для любых типовых термоэлектрических батарей, а также увеличить интенсивность работы систем охлаждения.

Литература

1. Зорин И.В., Зорина З.Л. Термоэлектрические холодильники и генераторы. - Л.: Энергия, 1973.

2. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. - СПб.: Политехника, 2005.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2417356

patent-2417356.pdf

Класс G01K7/02 с использованием термоэлектрических элементов, например термопар

устройство для измерения температуры газовых потоков -  патент 2522838 (20.07.2014)
передатчик параметров процесса с определением полярности термопары -  патент 2521746 (10.07.2014)
устройство для измерения температуры -  патент 2516036 (20.05.2014)
устройство для измерения температуры -  патент 2507488 (20.02.2014)
цифровой измеритель температуры -  патент 2504743 (20.01.2014)
погружной зонд -  патент 2502064 (20.12.2013)
контактная головка (варианты) -  патент 2496099 (20.10.2013)
термопарный датчик -  патент 2485460 (20.06.2013)
преобразователь температуры в напряжение -  патент 2480719 (27.04.2013)
устройство для измерения давления, температуры и теплового потока -  патент 2476842 (27.02.2013)

Класс G05D23/01 без вспомогательных источников энергии 

Наверх