Структура, яка використовується для виробництва термоелектрогенератора, термоелектрогенератор, що містить таку структуру, і спосіб її виготовлення

 

Даний винахід відноситься до структурі, що використовується для виробництва термоелектрогенератора; термоэлектрогенератору, що містить таку структуру, та способу її виготовлення.

Рівень техніки

Термоэлектрогенераторами (TEG) можуть служити пристрої, що перетворюють тепло (різниця температур) безпосередньо в електричну енергію, з допомогою явища, іменованого "ефект Зеєбека" (або "термоелектричним ефектом"). В електричної ланцюга, що складається з двох різнорідних металів (провідників) або напівпровідників, виникає електрорушійна сила, якщо контакти знаходяться при різних температурах (ефект Зеєбека). І навпаки, внаслідок ефекту Пельтьє, протікання електричного струму викликає появу різниці температур в місці контакту двох провідників. Таким чином, термоелектричним елементом може служити охолоджувач, або тепловий насос, що переносить тепло з допомогою електричного струму. Типовий термоелектрогенератор містить два напівпровідникових термоелемента p - і n-типу, з'єднаних між собою і утворюють термопару. При цьому термопари в електричному відношенні з'єднані між собою послідовно, а в термічному відношенні з'єднані паралельно. Тер�тори можуть бути використані не тільки в якості альтернативного джерела енергії для отримання тепла, але і для цілей охолодження.

Наприклад, термоэлектрогенератори можуть бути використані у малогабаритних пристроях, де застосування теплових двигунів (в силу їх громіздкості) неможливо. До інших сфер застосування, які на сьогоднішній день викликають інтерес, може бути віднесена утилізація відпрацьованого тепла (від будь-якого наявного джерела) для широкомасштабного виробництва електроенергії, наприклад, з метою збільшення ефективності використання електроенергії існуючих електростанцій, де все ще виробляється велика кількість невикористаного непридатного тепла.

Однак з метою розширення застосування теплоэлектрогенераторов для виробництва електроенергії повинні бути розроблені прості, надійні і високоякісні технологічні операції, оскільки для реалізації існуючих технологій все ще потрібні досить складні і дорогі процеси, наприклад, метод фотолітографії. Крім того, теплоэлектрогенератори повинні бути максимально стійкими, повинні працювати в широкому діапазоні температур та не допускати пошкодження високими температурами і/або великими коливаннями температур, наприклад, "відпрацьованого" тепла, використовуваного для вироб�вленних вище завдань.

Виготовлення термоелектрогенераторов зазвичай полягає у вирізанні цілком певних об'ємних термоелементів з злитка термоелектричного матеріалу та з'єднанні їх з електродами за допомогою пайки або аналогічними способами. Найчастіше така технологія виготовлення термоелектрогенераторов вимагає великих витрат часу і є дорогою, оскільки включає розміщення сотень стрижнів (стійок) з матеріалів p - або n-типу в безпосередній близькості один від одного і послідовне їх попарне сполучення. Такий спосіб виробництва потребує вдосконалення технології виготовлення термоелементів. Проблема, з якою стикаються при традиційному виробництві термоелектрогенераторов, полягає в значно малій кількості вироблених термоелементів, якщо їх товщина складає менше 1,5 мм. Це пов'язано з трудністю розрізання злитків термоелектричних матеріалів. Мініатюризація термоелементів вельми скрутна. Внаслідок цього, кількість термоелектричних пар, сформованих в термоелектричному модулі, обмежена. Ще одна проблема, що обмежує ефективне використання пристрою, полягає в контактному опорі між стрижнями (стійками) і ишесказанному, виробництво високоефективних компактних термоелектрогенераторов звичайними способами дуже важко. В патентах США 5,959,341; 6,025,554; 6,127,619; і 2009/0025772 А1 наведено опис термоелектричних модулів і скрутних процесів їх виготовлення, що потребують, зокрема, великих тимчасових і фінансових витрат, і перешкоджають збільшення масштабу виробництва.

В WO 2009/148309 наведено опис способу виготовлення теплоэлектрогенераторов. Завдання даного способу полягає в подоланні недоліків, що виникають при використанні в прототипі методів фотолітографії.

Тим не менш, навіть спосіб, запропонований у WO 2009/148309, є досить складним і багатокроковим. Крім того, для реалізації способу, опис якого наведено в WO 2009/148309, необхідно використовувати гнучкі, як правило, полімерні, підкладки, що сприяють значному зменшенню термостійкості.

У патенті WO 2009/045862 наведено опис іншого способу виготовлення теплоэлектрогенераторов. При реалізації цього способу матеріал з електропровідністю p - або n-типу може бути обложений на гнучку підкладку, а згорнуті в циліндри обложені матеріали n - і p-типу, відповідно, можуть бути потім з'єднані, з можливо�, S 2008/0156364 А і JP 9107129 А. Однак ці способи та виготовлені з їх допомогою теплоэлектрогенератори все ще володіють різними вадами, такими, наприклад, як обмеження ступеня нагріву в процесі виробництва і в процесі експлуатації, оскільки аналізовані гнучкі полімерні підкладки не володіють стійкістю до високих температур. Крім того, важко уявити собі масове виробництво на основі використання цих способів, зокрема, внаслідок значної складності і многошаговости процесів виробництва.

Робота авторів L. A. Salam та ін. "Fabrication of iron disilicide thermoelectric generator by tape casting method", Materials and Design 20 (1999) 223-228 присвячена виготовленню термоелектрогенератора, що складається з безлічі шарів полупроводящих та ізоляційних керамічних матеріалів.

У патенті США 6,872,879 розглянуто термоелектрогенератор, що складається з декількох напівпровідникових елементів n - і p-типу, розташованих у чергується порядку, кінці яких з'єднані з утворенням декількох термопар на двох протилежних поверхнях генератора.

У патенті ЄР-А-2128907 запропонована підкладка для гнучкого термоелектричного перетворювального модуля, основним елементом якого є керамічний матеріал.

<отором напівпровідники p - і n-типу розташовані один над одним (покладені в стопу) і з'єднані за допомогою ізоляційних керамічних шарів.

В US 2008/0289677 розглянуто термоелектрики, виконаний у вигляді стопи шарів, який далі може бути підданий обробці або видозмінений іншим чином для створення більш тонкої термоелектричної структури.

JP-A-04018772 відноситься до виготовлення бистрозакаленного тонколистового матеріалу, використовуваного для термоелемента з високим показником якості.

Завдання, на вирішення яких спрямовано винахід:

Незважаючи на поліпшення перспектив даної технології протягом останніх 15 років, обумовлене дослідженнями термоелектричних матеріалів, його комерційної реалізації все ще перешкоджає ряд проблем, і в тому числі:

I. необхідність в кращих термоелектричних матеріалах, що поєднують в собі оптимальні термічні, електричні і механічні властивості при високих температурах горіння;

II. електричний контакт цих матеріалів та їх використання в реальних термоелектрогенераторах, тобто високий контактний опір;

III. необхідність застосування недорогих, легко варійованих і ефективних способів виробництва таких генераторів.

Таким чином, необхідно розробити способи отримання теплоэлектрогенераторов, здатні ліквідувати ці недоліки і орогие теплоэлектрогенератори, забезпечують можливість використання такої энерговирабативающей технології у багатьох областях.

Загальна завдання цього винаходу полягає у створенні високоякісного та недорогого термоелектрогенератора з високою щільністю енергії, що містить широко поширені матеріали.

Сутність винаходу

Даний винахід, предмет якого описано в пунктах 1-15 формули винаходу, дозволяє вирішити зазначені завдання.

Детальний опис сутності винаходу

У цьому винаході запропоновано спосіб виготовлення структури, що використовується для виробництва термоелектрогенераторов, описаний в п. 1 формули винаходу. У відповідних підпунктах формули і подальшому описі розглянуті кращі приклади здійснення винаходу. Структура, створена згідно способу по справжньому винаходу, містить щонайменше одну смугу з матеріалу n-типу і щонайменше одну смугу з матеріалу p-типу, розділені смугою з ізоляційного матеріалу або просторово розділені на ізоляційному матеріалі, а крім того містить смуги з провідного матеріалу, що не мають електричного контакту один з одним, кожна з яких соединяетжит полімерних підкладок. Спосіб включає виконання наступних етапів:

спільне формування щонайменше однієї смуги з матеріалу n-типу і щонайменше однієї смуги з матеріалу p-типу за одну технологічну операцію;

формування з'єднань з допомогою смуг з електропровідного матеріалу щонайменше між однією смугою з матеріалу n-типу і щонайменше однією смугою з матеріалу p-типу.

У цьому винаході також запропонована структура, яка використовується для створення електрогенератора, що містить щонайменше одну смугу з матеріалу n-типу і щонайменше одну смугу з матеріалу p-типу, розділені смугою з ізоляційного матеріалу, або просторово розділені на ізоляційному матеріалі, відрізняється тим, що вона не містить полімерних підкладок і провадиться зазначеним вище способом.

Відмітна ознака, що полягає у відсутності в структурі полімерних підкладок, передбачає, що підкладка (на якій розташовані матеріали n - і p-типу, як визначено в цьому описі), використовується відповідно до цього винаходу, не виконана з полімерного матеріалу, або не містить полімерний матеріал. Згаданим полімерним матеріалом в даному контексті може служ�ользуемие полімери, наприклад, поліолефіни, поліаміди, полііміди і т. д.

Відповідно до зазначеного вище, першим об'єктом винаходу є структура, в якій смуги з матеріалу n-типу (n), матеріалу p-типу (p) і ізоляційного матеріалу (i) розташовані в ряд. Така структура може бути виготовлена відомими способами, наприклад методом плівкової лиття або йому подібним. Велику кількість смуг такого типу може бути розташовано в ряд для отримання многополосковой структури. Така структура може бути отримана плівковим литтям компаундів n - і p - типу, розділених ізоляційним матеріалом (паралельно напрямку течії плівки). Отримана таким чином структура може бути описана як [(n) (i) (р) (i)] х ("повторювані ланки" включають смугу з матеріалу n-типу, смугу з ізоляційного матеріалу, смугу з матеріалу p-типу, смугу з ізоляційного матеріалу, при х, що дорівнює числу повторюваних ланок, розташованих в ряд). Бажано мати одну додаткову смугу з ізоляційного матеріалу, розташованої таким чином, що двома зовнішніми смугами служать смуги з ізоляційного матеріалу. За рахунок цього можуть бути забезпечені електрична ізоляція, стійкість і захист смуг з матеріалів n - і p-типу.

одна смуга з матеріалу p-типу не мають безпосереднього контакту між собою. Навпаки, в одному прикладі здійснення винаходу щонайменше одна смуга з матеріалу n-типу і щонайменше одна смуга з матеріалу p-типу розділені смугою ізоляційного матеріалу. В іншому прикладі здійснення винаходу, зазначені смуги просторово розділені на ізоляційному матеріалі. У будь-якому випадку принаймні одна смуга з матеріалу n-типу і щонайменше одна смуга з матеріалу p-типу сформовані таким чином, що вони не мають безпосереднього контакту між собою.

У кращому прикладі здійснення винаходу, смуга з ізоляційного матеріалу містить керамічний матеріал. Крім того, структура по справжньому винаходу переважно складається з зазначених вище смуг, тобто ніякі нові смуги не передбачені. Однак очевидно, що структура по справжньому винаходу може включати кілька смуг, виконаних з матеріалу n-типу і матеріалу p-типу, між якими розташовано необхідне число смуг з ізоляційного матеріалу. Число цих смуг може бути обрано будь-яким, наприклад, рівним двом (тобто одна смуга з матеріалу n-типу і одна смуга з матеріалу p-типу) або кільком сотням, наприклад, від 2 до 1000, а у прикладах здійснення изобруктури з такою кількістю смуг можуть додатково містити необхідну кількість смуг з ізоляційного матеріалу, щоб суміжні смуги з матеріалів n-типу і р-типу були розділені належним чином.

Згідно з цим винаходу, запропоновано спосіб ефективного виробництва термоелектрогенераторов. У цьому винаході натомість використання об'ємних термоелементів, отриманих із злитка термоелектричних матеріалів, використана переважно група термоелектричних пар (n і p-типу), виготовлені за одну технологічну операцію. Термоелементи можуть бути отримані, наприклад, методом плівкової лиття шляхом виборчої заливки "в ряд" термоелектричних пар в періодичну структуру з матеріалів n - і p-типу, розділених ізоляційними матеріалами. Таким чином, розташування, форма і розмір окремих термоелементів визначені технологічним режимом плівкового лиття. Завдяки формуванню термоелектричних пар за одну технологічну операцію, спосіб є більш економічно ефективним у порівнянні зі звичайними способами отримання термоелектрогенераторов, згідно з яким кожна термоелектрична пара може бути виготовлена окремо, наприклад шляхом вирізання об'ємних термоелектричних елементів із злитків з подальшим з'єднанням їх з електродами за допомогою � виробництва структур для виготовлення термоелектричних генераторів.

Ще однією перевагою цього винаходу (як буде показано нижче), може служити використання для смуг керамічних матеріалів, при цьому структура спочатку може бути сформована з суспензії керамічного матеріалу або керамічної маси (наприклад, керамічного порошку, змішаного зі сполучною, або, в деяких випадках, з розчинником) таким чином, що після, наприклад, плівкового лиття і сушіння (при низьких температурах, наприклад 100°C, що відомо будь-якого фахівця в даній області) може бути отриманий сирець, придатний для подальшої обробки, в тому числі для розрізання та формування (наприклад, надання спіралевидної форми) з подальшим спіканням. Таким чином, форма структури може бути змінена після лиття, проведеного на початковому етапі.

Термоэлектрогенератори можуть бути виготовлені, наприклад, шляхом вирізання прямокутних смуг із згаданої вище структури (в сирому стані), причому ці смуги виконані гнучкими, а їх основним елементом служить, наприклад, керамічний матеріал. Далі, перед виконанням операції спікання керамічного порошку при заданій температурі, ці смуги можуть бути прокатати до заданої форми. У результаті може бути підлозі�уль згідно з цим винаходу набагато більш зручний для складання, може бути запущений в масове виробництво і, в залежності від практичного застосування, може бути збільшений у розмірах з можливістю одержання різних вихідних потужностей при використанні меншої кількості матеріалів порівняно з традиційними технологіями.

Вищевказані смуги переважно виготовлені з матеріалів, що дозволяють спростити і перевести на промислову основу процес їх виробництва, наприклад, методом плівкової лиття, напилення покриття, коекструзії і т. д., причому метод плівкової лиття найбільш кращий. Прийнятними матеріалами можуть служити, зокрема, керамічні матеріали, що дозволяють використовувати суспензію в якості вихідного матеріалу, таким чином, що одночасно може бути виконано плівкове лиття для будь-якого заданого кількості смуг. Далі отриманий сирець (тонколистової матеріал), в деяких випадках, може бути підданий першої операції просушування і в будь-якому випадку розрізаний на відповідні частини, які потім можуть бути зібрані в стопу і згорнуті в циліндр, перш ніж піддатися подальшого просушуванню для отримання кінцевої затверділі структури.

Характерні розміри смуг у структурі можуть бути ви�100 мм, наприклад, від 5 до 50 мм

Товщина (t): від 0,05 до 5 мм, наприклад, від 0,1 до 2 мм, переважно від 0,5 до 1 мм

Довжина (I) (в напрямку руху плівки*): від 2 до 1000 мм, наприклад, від 5 до 200 мм, переважно від 20 до 100 мм

*Напрямок руху плівки показано на кресленнях і характеризується віссю, вздовж якої плівка може переміщатися щодо литтєвого апарату в процесі виробництва.

Крім методів плівкового лиття для виготовлення багаторівневою (шаруватої структури можуть бути використані також й інші методи, зокрема методи коекструзії і т. п.

Внаслідок переважного використання керамічних матеріалів необхідно виконання процесів сушіння і спікання (як правило, при температурах вище 800°C), так, що отримані в результаті шари переважно повинні бути виготовлені з матеріалів з однаковими коефіцієнтами теплового розширення, переважно в межах приблизно 10%, більш переважно в межах 5% або менше. Перевага кінцевого продукту полягає в отриманні стійких шарів, що мають високу термостійкість і хімічну стійкість в агресивних середовищах, оскільки керамічні матеріали хімічно стійкі. Оскільки плівкове лити�можливість недорогого серійного виробництва.

Матеріалами, прийнятними для використання в якості відповідних шарів структури, по справжньому винаходу можуть служити:

матеріали n-типу: леговані ZnAlO, LaNiO3, CaMnO3, легований кобальтом beta-FeSi2,

матеріали p-типу: легований літієм NiO, легований хромом beta-FeSi2легований Ca3Co4O9.

ізоляційний матеріал: K2O-BaO-SiO2, BaO-Al2O3-SiO2.

Проте слід розуміти, що ці матеріали наведені виключно в якості ілюстративних прикладів. Ці матеріали забезпечують ефективне і надійне виробництво необхідних структур методом плівкової лиття.

Як було сказано вище, структури, зокрема, можуть бути використані для виготовлення теплоэлектрогенераторов. Смуги з отриманих спіканням/обпалених тонколистових матеріалів n - і p-типу, що вже мають необхідну форму (шляхом вальцювання або укладання в стопу у відповідності з зазначеним вище), можуть бути потім за допомогою загальноприйнятих і добре відомих методів нанесені на контактні смуги (провідники), наприклад виготовлені з срібної пасти чи порошку, з можливістю утворення заданих з'єднань між смугами з матеріалів n - і з однією смугою з матеріалу p-типу, причому кожна смуга не має електричного контакту один з одним. Таким чином, після виконання відповідних технологічних операцій, наприклад вирізання (див. креслення), структура може бути використана для виробництва теплоэлектрогенераторов. Деякі з цих блоків можуть бути в установленому порядку з'єднані дротами з можливістю отримання центрального блоку термоелектрогенератора. Теплоелектрогенератор може бути отриманий шляхом належного розміщення сполучених блоків у відповідних корпусах і т. д. Ці технологічні операції можуть бути виконані у вказаному вище порядку, крім того, як видно з креслень, може бути використана й інша послідовність операцій.

В одному конкретному прикладі здійснення цього винаходу контактні смуги можуть бути сформовані вже в ході виконання технологічних операцій одержання смуг з матеріалу n-типу і матеріалу p-типу, наприклад, в процесі плівкового лиття. У цьому прикладі контактні смуги можуть бути отримані в процесі плівкового лиття, шляхом нанесення відповідного провідного матеріалу, наприклад, срібної пасти (див. Фіг.1), методом плівкової лиття, трафаретного друку або іншими подруктура вже містить всі необхідні функціональні елементи (матеріали n - і p-типу, ізоляційний матеріал, з'єднувальний елемент). Кожна смуга з провідного матеріалу з'єднує одну смугу з матеріалу p-типу виключно з однією смугою з матеріалу n-типу і не має електричного з'єднання з якими-небудь іншими смугами з провідного матеріалу.

Оскільки основні елементи, тобто шар матеріалу n-типу, шар матеріалу p-типу і шар ізоляційного матеріалу, можуть бути отримані простими і широко відомими методами, даний винахід забезпечує серійне виробництво теплоэлектрогенераторов простими способами.

Теплоэлектрогенератори по справжньому винаходу є стійкими в процесі експлуатації, можуть працювати в широкому діапазоні температур і таким чином можуть бути використані в різних областях.

Короткий опис креслень

Фіг.1 ілюструє один спосіб отримання теплоэлектрогенераторов відповідно до цього винаходу. На Фіг.1а схематично показаний метод плівкової лиття для структури, що містить 4 смуги (шари матеріалів n-типу і р-типу) в доповнення до 3 смугах ізоляційного матеріалу. Фіг.1b ілюструє процес нанесення контактних шарів з послідуючим вирізанням (Фіг.1с). Фіг.1d ілюструє процес монтажу електр�н готовий теплоелектрогенератор.

Фіг.2 ілюструє інший спосіб отримання структури і теплоэлектрогенератора по справжньому винаходу. Фіг.2а аналогічна Фіг.1а. Фіг.2b ілюструє процес розрізання керамічного матеріалу-сирцю і складання у блоки, які потім будуть використані разом з шарами провідного матеріалу (Фіг.2с). На Фіг.2d показаний процес складання блоків і підключення проводів, а на Фіг.2е показаний готовий теплоелектрогенератор.

Другий варіант виготовлення структури по справжньому винаходу включає розміщення смуг матеріалу n-типу і матеріалу p-типу на ізоляційному матеріалі, наприклад в вигляді тонколистового матеріалу, наприклад підкладки. Між кожною смугою з матеріалу n-типу і матеріалу p-типу передбачений вільний ділянку (просторове розділення), що забезпечує необхідну ізоляцію. Перевага такої структури полягає в більш високої механічної стабільності (обумовленої наявністю ізолюючої підкладки) при збереженні зазначених вище переваг (технологічність і т. д.). Всі кращі приклади здійснення винаходу, розглянуті вище стосовно до першого варіанту, також дійсні і для другого варіанта, наприклад це стосується вибору матеріалів, розмір�олучен методами плівкового лиття, згідно з яким на ізолювальній підкладці можуть бути розташовані смуги з матеріалу n - і p-типу. Розміри вільних ділянок між смугами з матеріалів n - і p-типу як правило аналогічні зазначеним вище для першого варіанту.

Винахід може бути проілюстровано наведеними нижче прикладами. Приклади

Структура (l:w:t: 100 мм 5 мм 1 мм) являє собою структуру, отриману методом плівкової лиття, містить 21 смугу ([(n) (i) (р) (i)] х при х=5, плюс одна смуга ізоляційного матеріалу, що охоплює обидві сторони структури з смугами з ізоляційного матеріалу), причому матеріал n-типу, ізоляційний матеріал і матеріал p-типу були обрані наступним чином:

Приклад 1. LaNiO3/K2O-ВаО-SiO2/легований Ca3Co4O9.

Приклад 2. CaMnO3/K2O-ВаО-SiO2/легований літієм NiO

Приклад 3. Легований кобальтом beta-FeSi2/K2O-BaO-SiO2/легований хромом beta-FeSi2

Тонколистого матеріали були отримані спіканням при температурах: 900°C (Приклад 1), 1250°C (Приклад 2) і 1200°C (Приклад 3). Оскільки вибір матеріалів був виконаний таким чином, що коефіцієнти теплового розширення використаних матеріалів, зокрема матеріалів n - і p-типу практич�тельно для використання в процесі виробництва теплоэлектрогенераторов можуть бути отримані відповідні вироби.

1. Спосіб виготовлення структури, що використовується для виробництва термоелектрогенератора, яка містить щонайменше одну смугу з матеріалу n-типу і щонайменше одну смугу з матеріалу p-типу, розділені смугою з ізоляційного матеріалу, або просторово розділені на ізоляційному матеріалі, а також містить смуги з провідного матеріалу, що з'єднують одну смугу з матеріалу n-типу з однією смугою з матеріалу p-типу і не мають електричного контакту один з одним, відрізняється тим, що ця структура не містить полімерних підкладок, і включає в себе виконання наступних операцій:
- спільне формування щонайменше однієї смуги з матеріалу n-типу і щонайменше однієї смуги з матеріалу p-типу за одну технологічну операцію;
- формування з'єднань між щонайменше однією смугою з матеріалу n-типу і щонайменше однією смугою з матеріалу p-типу за допомогою смуг з провідного матеріалу.

2. Спосіб за п. 1, згідно з яким спільне формування щонайменше однієї смуги з матеріалу n-типу і щонайменше однієї смуги з матеріалу p-типу виконано методом плівкової лиття, напилення покриття, або коекструзії.

3. Спосшей мірою однієї смуги з матеріалу p-типу виконано методом плівкової лиття.

4. Спосіб за будь-яким із пп.1-3, який також включає етап спікання сирцю, отриманого шляхом спільного формування щонайменше однієї смуги з матеріалу n-типу і щонайменше однієї смуги з матеріалу p-типу.

5. Структура, яка використовується для виробництва електрогенератора, що містить щонайменше одну смугу з матеріалу n-типу і щонайменше одну смугу з матеріалу p-типу, які розділені смугою з ізоляційного матеріалу або просторово розділені на ізоляційному матеріалі, відрізняється тим, що вона не містить полімерних підкладок і виготовлена за будь-яким із способів за п. п. 1-4.

6. Структура по п. 5, яка містить від 2 до 1000 смуг.

7. Структура по п. 5 або 6, відрізняється тим, що смуги виготовлені з матеріалів, що допускають виготовлення методом плівкової лиття.

8. Структура по п. 5, що відрізняється тим, що смуги з матеріалу p-типу, матеріалу n-типу і смуги з ізоляційного матеріалу включають керамічні матеріали.

9. Структура по п. 5, що відрізняється тим, що в якості матеріалів n-типу можуть бути обрані LaNiO3, CaMnO3, або легований хромом beta-FeSi2, а також їх суміші.

10. Структура по п. 5, що відрізняється тим, що в якості матеріалів Co4O9, а також їх суміші.

11. Структура по п. 5, що відрізняється тим, що в якості ізоляційних матеріалів можуть бути обрані K2O-BaO-SiO2, або BaO-Al2O3-SiO2, а також їх суміші.

12. Структура по п. 5, що відрізняється тим, що розміри смуг з матеріалів n - і p-типу, а також смуг з ізоляційного матеріалу обрані наступними:
ширина (w) від 1 до 100 мм, наприклад від 5 до 50 мм
товщина (t) від 0,05 до 5 мм, наприклад, від 0,1 до 2 мм, переважно від 0,5 до 1 мм
довжина (l) від 2 до 1000 мм, наприклад від 5 до 200 мм, переважно від 20 до 100 мм

13. Структура по п. 5, що відрізняється тим, що проводить матеріал містить срібло.

14. Термоелектрогенератор, що містить, щонайменше, одну структуру по кожному з пп.5-13.

15. Термоелектрогенератор за п. 14, відрізняється тим, що структура по кожному з пп.5-13 виконана у вигляді рулону або стопи.



 

Схожі патенти:

Спосіб отримання термоелектричного матеріалу газочувствительного

Винахід відноситься до електроніки і призначене для створення матеріалу на основі напівпровідникових наночастинок, що володіє газочувствительним термоелектричним ефектом, тобто величина термо-ЕРС наноматеріалу може бути чутливою до різних газів у зовнішній атмосфері. Винахід може використовуватися в термоелектричних пристроях, що перетворюють теплову енергію в електричну, а також при розробки газочувствительних сенсорів. Технічний результат: розширення функціональних можливостей матеріалу за рахунок збільшення термо-ЕРС до 1,3 мВ/K при робочій температурі 330 К та до 1,1 мВ/K при робочій температурі 500 К. Сутність: спосіб полягає у виготовленні плівки завтовшки не більш 200 нм з напівпровідникових наночастинок Sn2 розміром не більше 50 нм. Після виготовлення плівку з наночастинок Sn2 отжигают при температурі 330 ± 20 До або 500±20 К протягом не менше 15 хвилин в кислородосодержащей атмосфері з подальшим охолодженням до кімнатної температури із швидкістю не менше 10 К/с. 1 з.п. ф-ли, 4 іл.

Спосіб отримання термоелектричного матеріалу

Винахід відноситься до галузі отримання термоелектричних матеріалів, застосовуваних для виготовлення термостатирующих та охолоджуючих пристроїв, систем кондиціонування і в інших областях техніки. Сутність: спосіб включає механоактивационную обробку планетарної кульової млині твердих розчинів, що містять телуриди вісмуту і сурми з додаванням розмельного агента, і подальше спікання отриманих порошків. Механоактивационную обробку проводять послідовно в два етапи. Спочатку при відцентровому прискоренні молольних тіл в межах від 800 до 1000 м/сек2 протягом 10-30 хв. Потім при відцентровому прискоренні молольних тіл в межах від 20 до 100 м/сек2 протягом 20-40 хв. В якості розмельного агента використовують з'єднання шаруватої структури, обрані з ряду: MoS2, MoSe, WS2, WSe, BN або графіт. Розмельні агент беруть в кількості 0,1-1,5 мас.% від маси твердого розчину телуридів вісмуту і сурми. Отриманий термоелектричний матеріал складається з частинок потрійних твердих розчинів телуридів вісмуту і сурми з розмірами від 5 нм до 100 нм, між якими розташовані шари товщиною від 1 до 10 нм з'єднання, вибраного з ряду: MoS2, MoSe, WS2, WSe, BN або графіту. Технічним результатом винаходу є �

Модуль для термоелектричного генератора і термоэлектрическмй генератор

Винахід відноситься до термоелектричних генераторів. Сутність: термоелектричний генератор (2) має кілька модулів (1), кожен з яких має перший кінець (3) і другий кінець (4) і які складаються з внутрішньої трубки (5) і зовнішньої трубки (6), а також розташованих між ними термоелектричних елементів (7). Модулі (1) на своєму першому кінці (3) або своєму другому кінці (4) закріплені своєю внутрішньою трубкою (5) або своєї зовнішньої трубкою (6) в електричному провіднику (9). Електричний провідник (9) виконаний пластинчастим і має перший торець (14) і другий торець (15), а також бічну поверхню (16). Перший торець (14) з'єднаний з другим торцем (15) декількома отворами (17). Кожне з отворів призначене для кріплення відповідно одного модуля (1). Електричний провідник (9) має електропровідні контакти (18) для електричного з'єднання з ним контактів (8) окремих модулів (1). Технічний результат: забезпечення різнобічного або універсального застосування в автомобілях, в тому числі у вже існуючих типах та моделях, забезпечення надійного поділу поточних середовищ і електричного контактування. 5 н. і 3 з.п. ф-ли, 15 іл.

Спосіб виготовлення термоелектричного генератора

Винахід відноситься до напівпровідникової техніки, зокрема до галузі створення термоелектричних генераторів. Технічний результат: підвищення ефективності перетворення теплової енергії в електричну. Сутність: в якості термоелектричних матеріалів використовують поліанілін, допованих різними хімічними добавками. Виготовлення полімерного матеріалу з p - і n-провідністю здійснюють шляхом процесу электрополимеризации з водного розчину аніліну і соляної кислоти з хімічними добавками. 1 іл., 1 табл.

Мікроструктура для термоелектричного генератора на основі ефекту зеєбека, і спосіб отримання такої мікроструктури

Винахід відноситься до галузі термоелектрики. Сутність: ізолююча підкладка (12) оснащена першої (18) і другий (20) областями з'єднання. На підкладці (12) сформована перша збірка з провідникових або напівпровідникових елементів (14), що проходять паралельно і в першому напрямку від першої (18) до другої (20) області з'єднання. З іншого боку підкладки (12) сформована друга збірка з провідникових або напівпровідникових елементів (22), електрично ізольованих від першої збірки і проходять паралельно у напрямку, відмінному від першого напрямку, від першої (18) до другої (20) області з'єднання. В областях (18, 20) з'єднання електричні з'єднувальні елементи (24) з'єднують елементи (14) і (22) першої та другої збірки. Два елемента (14, 22) однієї складання розділені в заздалегідь заданому напрямку на заздалегідь заданий середня відстань (d1, d2) в областях (18, 20) з'єднання. Середній розмір (Р) з'єднувальних елементів (24) у попередньо заданому напрямку більше, ніж максимальне значення середніх відстаней (d1, d2) між елементами однієї збірки. Відстань (Е) у попередньо заданому напрямі між краями двох з'єднувальних елементів (24) менше, ніж мінімальне значення середовищ надійності. 2 н. і 4 з.п. ф-ли, 6 іл.

Спосіб виготовлення термоелектричного охолоджуючого елемента

Винахід відноситься до напівпровідникової техніки, зокрема до галузі створення охолоджуючих елементів. Технічний результат: підвищення к.к.д. Сутність: в якості матеріалу для термоелемента використовують полімерний матеріал - поліанілін, допованих різними хімічними добавками. Виготовлення полімерного матеріалу з p - і n-провідністю здійснюють шляхом процесу электрополимеризации з водного розчину аніліну і соляної кислоти з хімічними добавками. 1 іл.

Спосіб виготовлення напівпровідникових гілок для термоелектричного модуля і термоелектричний модуль

Винахід відноситься до термоелектричних пристроїв. Сутність: спосіб включає виготовлення стрижнів з термоелектричного матеріалу методом гарячої екструзії. Після чого проводять підготовку бічній поверхні стрижнів. Потім на бічну поверхню стрижнів наносять методом катодного або анодного електроосадження лакофарбову водну композицію з фторкаучуком з отриманням захисного полімерного покриття. Далі проводять промивку і термоотверждение стрижнів. Ріжуть стрижні з одержанням напівпровідникових гілок заданої довжини. На торцеві поверхні отриманих напівпровідникових гілок наносять антидиффузионное металеве покриття так, щоб кромка стосувалася захисного полімерного покриття, не перетинаючи його. Термоелектричний модуль однокаскадний або багатокаскадний містить напівпровідникові гілки N - і P-типів провідності, розташовані паралельно і не стосуються один одного. Напівпровідникові гілки N - і P-типу виготовлені за способом, наведеним вище. Технічний результат: підвищення хімічної, термічної і механічної стійкості, забезпечення високої адгезії та еластичності полімерного покриття термоелектричних гілок. 2 н. і 7 з.п. ф-ли, 11 іл.

Спосіб отримання термоелектричного матеріалу n-типу на основі твердих розчинів bi2te3-bi2se3

Винахід відноситься до виробництва термоелектричних матеріалів. Сутність: для отримання стрижнів термоелектричного матеріалу на основі твердих розчинів Bi2Te3-Bi2Se n-типу провідності з ефективністю ZT>1,2 і механічною міцністю не менше 150 МПа здійснюють механоактивационний синтез потрійного твердого розчину Bi2Te2,85Se0,15 n-типу провідності з вихідних компонентів. Як донорної лігатури використовують з'єднання Bi11Sei2Cl9. Потім проводять попереднє холодне пресування отриманого матеріалу у вигляді брикетів і гарячу видавлювати його під тиском через фільєру в два етапи. Спочатку брикет під тиском 250÷350 МПа надходить у конусну частину фільєри, де його піддають пластичній деформації при температурі 350÷420°С з коефіцієнтом витяжки 8-11. Потім сформувався стрижень під тим же тиском надходить у равноканальную частина фільєри, де його піддають подальшої пластичної деформації равноканальним многоугловим пресуванням зі ступенем деформації ε<1 при температурі 50÷70°С вище температури в конусній частині фільєри. Далі проводять послеэкструзионний відпал термоелектричного стрижня при температурі 300-350°С протягом 1-5 діб. 1 з.п. ф-ли, 2 табл., 1 іл.

Спосіб створення на підкладках монокристалічних плівок твердого розчину вісмут-сурма

Винахід відноситься до матеріалознавства і може бути використане у фізиці конденсованого стану, приладобудуванні, мікроелектроніці, термоелектриці для отримання тонкоплівкових зразків твердого розчину вісмут-сурма з досконалою монокристаллической структурою. Суть винаходу полягає в тому, що для одержання монокристалічних плівок твердого розчину вісмут-сурма використовують зонний перекристаллизацию сформованих шляхом напилення у вакуумі однорідних за складом полікристалічних плівок твердого розчину вісмут-сурма під захисним покриттям, температура плавлення якого більше температури плавлення одержуваної плівки, при більшій швидкості руху зони, ніж при вирощуванні об'ємних монокристалів (для плівок твердих розчинів вісмут-сурма більше 1 см/год проти 0,05 мм/год для об'ємних кристалів). Винахід забезпечує одержання монокристалічних плівок твердого розчину вісмут-сурма з рівномірним розподілом компонентів за обсягом.

Спосіб виготовлення термоелектричного елемента і термоелектричний елемент

Винахід відноситься до способу виготовлення термоелектричного елементу, що має термопари, що містять напівпровідник n-типу і напівпровідник р-типу

Термоелектричний модуль для термоелектричного генератора автомобіля

Винахід відноситься до термоелектричного перетворення енергії. Сутність: термоелектричний модуль (1) має внутрішню периферійну поверхню (2), вісь (3) і зовнішню периферійну поверхня (4). В напрямку осі (3) і між внутрішньою периферійної поверхнею (2) і зовнішньої периферійної поверхнею (4) розташоване і електрично поперемінно з'єднане між собою безліч напівпровідникових елементів (5) з термоелектричним матеріалом (6). Щонайменше частина напівпровідникових елементів (5) має, щонайменше, одну внутрішню рамну деталь (7). Внутрішні рамні деталі (7) утворює переривчасту внутрішню периферійну поверхню (2). Внутрішня периферійна поверхню (2) утворює холодну сторону (27) термоелектричного модуля (1). На переривчастою внутрішньої периферійної поверхні (2) передбачена нестабільна за формою оболонка (14). Технічний результат: підвищення стабільності, ККД, спрощення. 2 н. і 8 з.п. ф-ли, 4 іл.

Термоелектричний елемент

Винахід відноситься до термоелектрики. Сутність: термоелектричний елемент щонайменше з одного термопарою (1), яка має n-легований і р-легований термоэлектроди (3а, 3b) з напівпровідникового матеріалу. Термоэлектроди (3а, 3b) простягаються між гарячою і холодною стороною (19, 20) термоелектричного елемента. Термоелектричний елемент включає в себе носій (8), причому носій (8) має першу частину (10) і другу частину (11) з високою теплопровідністю. Перша і друга частини (10, 11) носія відокремлені один від одного ділянкою (12) з меншою порівняно з частинами (10, 11) теплопровідністю. Розташовані на носії (8) термоэлектроди (3а, 3b) простягаються між першою і другою частинами (10, 11) носія і перекривають ділянку (12) з меншою теплопровідністю. Одна з частин (11) носія утворює гарячу, а інша частина (10) носія холодну сторону термоелектричного елемента. Термоэлектроди (3а, 3b) нанесені на підкладку (2) з малою теплопровідністю. Підкладка (2) має термоэлектроди (3а, 3b) поверхнею накладена на носій (8). Технічний результат: висока питома потужність при достатньої механічної стабільності. 2 н. і 17 з.п. ф-ли, 7 іл.

Термоелектричний пристрій

Винахід відноситься до термоелектричних генераторів. Сутність: термоелектричний пристрій (1) містить один модуль (2) з першим несучим шаром (3) і другим несучим шаром (4), проміжний простір (5) між першим несучим шаром (3) і другим несучим шаром (4), електроізолюючим шар (6) на першому несучому шарі (3) і другому несучому шарі (4) з їх зверненої до проміжного простору (5) сторони та безліч легованих домішками p-типу і легованих домішками n-типу напівпровідникових елементів (7), які розташовані в чергується послідовності в проміжному просторі (5) між электроизолирующими шарами (6) і поперемінно електрично з'єднані між собою. Щонайменше частина напівпровідникових елементів виконана кільцеподібної форми або у формі кільцевого сегмента і внутрішньою бічною поверхнею (9) і зовнішньої бічною поверхнею (8), яка більше внутрішній бічній поверхні (9), з'єднана з электроизолирующим шаром (6). Напівпровідникові елементи (7) електрично з'єднані між собою на электроизолирующем шарі (6) припоєм (10). При цьому напівпровідникові елементи (7) з разновеликими контактними поверхнями (15, 16) мають рівновеликі токопередающие майданчики. Ті� іл.

Енергоефективне охолоджуючий пристрій

Винахід належить до систем охолодження і тепловідведення, наприклад до пристроїв для охолодження компонентів електронної апаратури. Технічний результат - підвищення енергоефективності системи охолодження. Пристрій містить світловипромінюючий термомодуль з лінійним розташуванням p-n-переходів, що забезпечує одержання холоду і світлового випромінювання, і сонячні батареї, що перетворюють енергію випромінювання в електричну енергію. В якості напівпровідникових гілок p-типу і n-типу термомодулів обрані такі матеріали, що протікає струм на одному із спаїв буде формувати випромінювання, а в іншому спае відбуватиметься поглинання теплової енергії відповідно до ефекту Пельтьє. Сонячні батареї з дзеркальними електродами складаються з p-шару та n-шару і розташовані паралельно по обидві сторони від термомодулів. 1 іл.

Модуль з кількома елементами термоелектричними

Винахід відноситься до термоелектричного перетворення енергії. Сутність: модуль містить декілька електрично послідовно підключених термоелектричних елементів, які складаються щонайменше з одного n-шару та щонайменше одного р-шару з термоелектричного матеріалу з утворенням принаймні одного утворюється вздовж прикордонного шару p-n-переходу. Паралельно прикордонного шару між гарячою і холодною стороною кожного термоелектричного елемента може бути прикладений температурний градієнт. Підкладка та термоелектричні елементи виготовлені у різних процесах. Термоелектричні елементи наклеєні на заздалегідь структуровані, термічно і електрично провідні ділянки підкладки за допомогою різних клеїв для холодної і гарячої сторони кожного термоелектричного елемента. Технічний результат: зменшення опору електричного замикання контактів окремих термоелектричних елементів і поліпшення їх термічного з'єднання з тепловідводом або ж джерелом тепла. 8 з.п. ф-ли, 5 іл.

Пристрій для вироблення електричної енергії з використанням тепла відпрацьованих газів

У заявці описаний пристрій (1) для вироблення електричної енергії з використанням тепла відпрацьованих газів (ОГ) (2), що утворюються при роботі двигуна (3) внутрішнього згоряння, що має генератор (4) із входом (5) для ОГ і виходом (6) для ОГ, а також з розташованим між ними теплообмінним ділянкою (7) з безліччю проточних проходів (8) для ОГ (2) на ньому, які щонайменше частково оточені термоелектричними елементами (9), які зі своєї зверненої від проточного проходу (8) сторони (10) з'єднані теплопровідних з'єднанням з охолоджуючим пристроєм (11). 3 н. і 10 з.п. ф-ли, 9 іл.

Мікроструктура для термоелектричного генератора на основі ефекту зеєбека, і спосіб отримання такої мікроструктури

Винахід відноситься до галузі термоелектрики. Сутність: ізолююча підкладка (12) оснащена першої (18) і другий (20) областями з'єднання. На підкладці (12) сформована перша збірка з провідникових або напівпровідникових елементів (14), що проходять паралельно і в першому напрямку від першої (18) до другої (20) області з'єднання. З іншого боку підкладки (12) сформована друга збірка з провідникових або напівпровідникових елементів (22), електрично ізольованих від першої збірки і проходять паралельно у напрямку, відмінному від першого напрямку, від першої (18) до другої (20) області з'єднання. В областях (18, 20) з'єднання електричні з'єднувальні елементи (24) з'єднують елементи (14) і (22) першої та другої збірки. Два елемента (14, 22) однієї складання розділені в заздалегідь заданому напрямку на заздалегідь заданий середня відстань (d1, d2) в областях (18, 20) з'єднання. Середній розмір (Р) з'єднувальних елементів (24) у попередньо заданому напрямку більше, ніж максимальне значення середніх відстаней (d1, d2) між елементами однієї збірки. Відстань (Е) у попередньо заданому напрямі між краями двох з'єднувальних елементів (24) менше, ніж мінімальне значення середовищ надійності. 2 н. і 4 з.п. ф-ли, 6 іл.

Спосіб виготовлення напівпровідникових гілок для термоелектричного модуля і термоелектричний модуль

Винахід відноситься до термоелектричних пристроїв. Сутність: спосіб включає виготовлення стрижнів з термоелектричного матеріалу методом гарячої екструзії. Після чого проводять підготовку бічній поверхні стрижнів. Потім на бічну поверхню стрижнів наносять методом катодного або анодного електроосадження лакофарбову водну композицію з фторкаучуком з отриманням захисного полімерного покриття. Далі проводять промивку і термоотверждение стрижнів. Ріжуть стрижні з одержанням напівпровідникових гілок заданої довжини. На торцеві поверхні отриманих напівпровідникових гілок наносять антидиффузионное металеве покриття так, щоб кромка стосувалася захисного полімерного покриття, не перетинаючи його. Термоелектричний модуль однокаскадний або багатокаскадний містить напівпровідникові гілки N - і P-типів провідності, розташовані паралельно і не стосуються один одного. Напівпровідникові гілки N - і P-типу виготовлені за способом, наведеним вище. Технічний результат: підвищення хімічної, термічної і механічної стійкості, забезпечення високої адгезії та еластичності полімерного покриття термоелектричних гілок. 2 н. і 7 з.п. ф-ли, 11 іл.

Спосіб використання теплової енергії від поверхні пірометалургічною технологічної установки і використовується у ньому термоелектричний прилад

Винахід відноситься до перетворення теплової енергії в електричну. Сутність: термоелектричний прилад (100) містить комбінацію термоелементів (60, 62) і термомагнитних елементів (65) і може бути використаний спільно з пірометалургічною технологічною установкою (20), за рахунок роботи якої порушується магнітне поле. Технічний результат: збільшення вироблюваної електричної енергії, підвищення повного ккд електролізера за рахунок вироблення електричної енергії з використанням втраченої дифузної теплоти, при одночасному підвищенні ефективності рекуперації теплоти за рахунок ефектів магнітних полів і поліпшення контролю освіти замерзлого шару в електролізері для виробництва алюмінію. 2 н. і 9 з.п. ф-ли, 2 іл.

Напівпровідниковий виріб і заготівля для його виготовлення

Винахід відноситься до напівпровідникових виробів із кристалічних матеріалів, призначених для термоелектричних пристроїв, що базуються на ефектах Пельтьє і Зеєбека, а саме термоелектричних генераторів, охолоджувальних та опалювальних пристроїв
Up!