УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ В БАТАРЕЮ
DEVICE FOR CONNECTING SEMICONDUCTOR THERMOELEMENTS IN BATTERY

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при построении термоэлектрических батарей.
Описанным устройством для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею с использованием параллельно соединенных термоэлементов (US 3775218 A, H01L 36/16, 27.11.1973, реферат) является устройство, в котором на общем основании батареи (поз. 1) термоэлементы соединяются между собой с помощью отдельных соединительных металлических подложек (мостиков), которые отделяются друг от друга полиамидным слоем (RU 2075138 C1, H01L 35/30,10.03.199, описание) (поз. 2), а также (Г.С. Ланссберг «Элементарный учебник физики», стр. 190) (Фиг. 1).
Недостаток такого устройства заключается в том, что параллельное соединение термоэлементов не обеспечивает максимально-возможный коэффициент полезного действия батареи термоэлементов.
Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия устройства путем параллельного включения между собой всех термоэлементов и дополнительной батареи из последовательно-соединенных термоэлементов.
Это достигается тем, что полупроводниковые термоэлементы размещаются на цельном металлическом основании (поз. 6) любой геометрической формы на минимально-возможном расстоянии друг от друга и соединяются между собой параллельно. При этом к термоэлементам параллельно подключается дополнительная батарея из последовательно-соединенных термоэлементов, которая размещается на свободной поверхности данного металлического основания (поз. 11).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Графически чертежи представлены в виде трех фигур: фигура 1, фигура 2, фигура 3.
Фигура 1 состоит:
- позиция 1 - общее основание батареи термоэлементов;
- позиция 2 - соединительный металлический мостик;
- позиция 3 - полупроводниковый стержень (типа 1);
- позиция 4 - полупроводниковый стержень (типа 2);
- позиция 5 - сопротивление нагрузки.
Фигура 2 состоит:
- позиция 3 - полупроводниковый стержень (тип 1);
- позиция 5 - сопротивление нагрузки;
- позиция 6 - металлическое основание;
- позиция 7 - полупроводниковые ключи (диоды).
Фигура 3 состоит:
- позиция 3 - полупроводниковые стержни (тип 1);
- позиция 5 - сопротивление нагрузки;
- позиция 6 - цельное металлическое основание;
- позиция 7 - полупроводниковые ключи (диоды);
- позиция 8 - нагревательный элемент;
- позиция 9 - спай;
- позиция 10 - общая электрическая шина;
- позиция 11 - батарея с последовательно-соединенными
термоэлементами;
- позиция 12 - металлические мостики.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ В СТАТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ
На цельном металлическом основании любой геометрической формы (поз. 6) с помощью существующих технологий размещены полупроводниковые термоэлементы (поз. 3). При этом на свободной площади цельного металлического основания отдельно размещается дополнительная батарея, состоящая из последовательно-соединенных термоэлементов (поз. 11). На местах соединения полупроводниковых стержней с металлом образуются спаи (поз. 9). Термоэлементы в батарее с последовательно-соединенными элементами соединяются между собой с помощью металлических мостиков, которые изолированы от общего металлического основания (поз. 12). Первый конец батареи с последовательно-соединенными термоэлементами физически соединяется с металлическим основанием. К нижней части металлического основания батареи прикреплен нагревательный элемент (поз. 8). Ко вторым концам полупроводниковых термоэлементов и второму выводу батареи с последовательно соединенными термоэлементами путем физического соединения подключены полупроводниковые ключи (диоды - поз. 7). При этом второй вывод всех полупроводниковых ключей (диодов) подключен к общей электрической шине (поз. 10). Сопротивление нагрузки (поз. 5) подключено одним выводом к общей шине, вторым выводом – к цельному металлическому основанию (поз. 6).
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИИ
При повышении температуры нагревателя (поз. 8) возникает разность температур «горячего» и «холодного» спаев не менее чем 100 градусов Цельсия. ЭДС каждого термоэлемента становится равной не менее чем 0.1 Вольт. При этом открываются полупроводниковые диоды (ключи - поз. 7) и ток через общую шину (поз. 10) течет на нагрузку (поз. 5). На нагрузке происходит сложение всех токов от термоэлементов и батареи из последовательно-соединенных термоэлементов. При этом ЭДС батареи термоэлементов равна ЭДС батареи, состоящей из последовательно-соединенных термоэлементов (Фиг. 3). Такое соединение батарей описано в элементарном учебнике физики под редакцией Г.С. Ландсберга, ч. 2 «Электричество и магнетизм». М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, стр. 184 - «Соединим между собой все положительные и все отрицательные полюсы … нескольких элементов или иных источников тока и присоединим внешнюю цепь (нагрузку) к общим зажимам составленной таким образом батареи элементов. Такое соединение источников тока для совместного питания одной и той же цепи называется параллельным.
Если все параллельно соединенные элементы имеют одинаковые ЭДС то такова же будет и ЭДС. всей батареи. Если же элементы имеют различные ЭДС, то ЭДС батареи равна наибольшей из ЭДС параллельно соединенных элементов».