Результат интеллектуальной деятельности: Термоэлектрическая батарея

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии и может быть использовано при построении термоэлектрических батарей для получения постоянного тока.

Известны термоэлектрические преобразователи, изготовленные из твердотельных полупроводниковых материалов с различным типом проводимости, принцип действия которых основан на эффекте Зеебека [Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Часть 2. Электричество и магнетизм, стр. 190].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является термоэлектрический генераторный модуль. Отдельные ветви термоэлементов в нем соединены с помощью пайки последовательно и заключены между двумя керамическими пластинами [Бурштейн А.И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств. М. Физматгиз. 1962].

Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции и необходимость использовать дорогостоящие полупроводниковые материалы.

Целью изобретения является упрощение термобатареи и способа ее изготовления.

Указанная цель достигается применением диэлектрической трубки спиральной конструкции, в витках которой сформирован градиент температур и осуществляется ток электролита, создаваемый внешним перепадом давления или с помощью насоса. Работа термобатареи заключается в следующем.

Каждый виток спирали батареи фиг. 1 представляется отдельным термоэлементом фиг. 2 б), являющийся, в свою очередь, аналогом твердотельного термоэлектрического элемента на основе p-n-перехода фиг. 2 а).

В термоэлементе происходит течение электролита, имеющего значительно различающиеся по подвижности положительные и отрицательные ионы. Верхние концы трубки находятся при одной температуре, нижняя часть трубок при другой. При этом в одном из колен U-образной трубки скорость течения жидкости совпадает по направлению с градиентом температуры, а в другом колене эти направления противоположны. Таким образом, обусловленные термодиффузией потоки ионов направлены в одном колене по течению, а в другом - против течения электропроводящей жидкости. Происходит разделение зарядов, формируется термоэлектродвижущая сила, возникает термоэлектрокинетический эффект.

Основным требованием к используемому электролиту является значительное различие в подвижности положительных и отрицательных ионов. В работе Грабов В.М., Зайцев Α.Α., Кузнецов Д.В. Термоэлектрические и термоэлектрокинетические явления в водных растворах ионных соединений. Термоэлектричество. 2010. N. 1. с. 43-52 получено, что такому требованию удовлетворяет, в частности, водный раствор KOH, характеризующийся подвижностью ионов калия и ОН соответственно u=7,6⋅10^-8, м²⋅В^-1⋅с^-] и u=20,5⋅10^-8, м²⋅В^-1⋅с^-1.

Использовались U-образные диэлектрические трубки с внутренним диаметром 2 см и длиной колена 30 см. При разности температур верхнего и нижнего концов трубки Т₁-Т₂=10 K максимальное значение электродвижущей силы достигается при скорости течения жидкости около 0,3 мм/с, и составляет порядка 1 мВ на один термоэлемент.

Соединяя U-образные трубки последовательно (фиг. 3), при значительном числе термоэлементов получаем спираль, являющуюся термоэлектрической батареей (фиг. 1).

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является расширения арсенала технических средств.