Технологические и конструкционные способы повышения надежности работы термоэлектрической генераторной батареи

• Автор: Симкин, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Елава 1 Термоэлектрическая генераторная батарея работающая в диапазоне температур 300 - 600 К (обзор)

1.1 Плоская (панельная) конструкция термоэлектрической батареи

1.2 Инженерный расчёт электро- и теплофизических характеристик термоэлемента

1.3 Расчёт термоэлементов с учётом температурной зависимости термоэлектрических свойств полупроводникового материала методом средних параметров

1.4 Тепловые сопротивления слоёв конструкции

1.5 Электрическое сопротивление поперечной коммутации термоэлементов

1.6 Физические основы выбора термоэлектрических материалов

1.7 Материалы ветвей термоэлементов на основе твёрдых растворов В12Те

1.7.1 Оптимизация составов твёрдых растворов В12Те3-В128е3 генераторного назначения
1.7.2 Оптимизация составов твёрдых растворов В12Те3-8Ь2Тез генераторного назначения
1.8 Влияние технологических процессов изготовления поликристаллических термоэлектрических генераторных материалов ветвей термоэлементов на основе твёрдых растворов В12Те3 на термоэлектрическую эффективность
1.8.1 Метод вертикальной зонной плавки
1.8.2 Метод горячего прессования
1.8.3 Метод горячей экструзии

1.9 Объёмные наноструктурированные материалы на основе теллурида висмута - перспектива значительного увеличения добротности
1.10 Механизмы определяющие надёжность работы ТЭБ
Глава 2 Получение образцов и методы исследований
2.1 Методика определения температурных зависимостей термоэлектрических свойств материалов
2.2 Подготовка образцов полупроводниковых ветвей термоэлементов
2.3 Методика измерения предела прочности материалов при деформациях на сжатие и срез. Микротвёрдость контактных поверхностей
2.4 Методика коммутации ветвей термоэлементов плазменно-дуговым напылением
2.5 Подготовка образцов термоэлектрических батарей, с использованием ветвей изготовленных разными методами
2.6 Методика измерений электрофизических характеристик термоэлектрических батарей
2.7 Методика сравнительных экспресс-испытаний термоэлектрических батарей
2.8 Методика испытаний термоэлектрических батарей на надёжность циклическим изменением температур на теплопереходах
Глава 3 Расчёт конструкции и характеристик ТЭБ методом средних параметров
3.1 Термоэлектрические свойства материалов ветвей термоэлементов на основе твёрдых растворов я-(Ві2Те3-Ві28ез) и р-(Ві2Тез-8Ь2Те3) типов проводимости изготовленных разными способами
3.2 Расчёт основных электрофизических параметров термоэлектрических батарей с использованием температурных

зависимостей свойств материалов ветвей
3.3 Расчет внутреннего сопротивления и омических потерь на коммутации термоэлементов
3.4 Расчет тепловых потерь на элементах конструкции
Глава 4 Зависимость эффективности преобразования и надёжности работы ТЭБ от применяемого метода изготовления материала ветвей на основе твёрдых растворов В і2Тез
4.1 Механические свойства материалов ветвей: испытания
деформацией на сжатие и срез, микротвёрдость контактных поверхностей
4.2 Адгезионная прочность антидиффузионных слоёв и коммутационного покрытия нанесённого методом плазменно-дугового напыления
4.3 Электрофизические характеристики термоэлектрических батарей изготовленных с использованием разных ветвей
4.4 Сравнительные экспресс-испытания термоэлектрических батарей
4.5 Надёжность работы термоэлектрических батарей при циклическом изменении температур на теплопереходах
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложение

состоящей из параллельно соединенных термоэлементов. Кроме того, конструкции источника тепла и холодильника должны быть токопроводящими, так как они исполняют роль коммутирующих элементов. Омическое сопротивление их должно быть более чем на порядок меньше внутреннего сопротивления соединяемых термоэлементов.

о о о л п |ооо р п о о о р 1 п —
2 *

р п р Л р п р Л р п
1 о о о ° г о о о °

Рисунок 6 - Типы межтермоэлементной коммутации: а - продольная, б -поперечная. 1 — источник тепла, 2 - холодильник [3]
При поперечной (по ходу тока) коммутации коммутационные элементы располагаются поперек теплового потока (рис. 6, б). В этом случае не требуются индивидуальные источники тепла и холодильники, но нужна электроизоляция горячих и холодных спаев. Правда, при применении индивидуальных источников тепла и холодильников необходимость в электроизоляции отпадает.
Подробно рассмотрим поперечный вид коммутации как наиболее часто встречающийся в ТЭБ панельного (плоского) типа.
Для расчета сопротивления коммутационной пластины сделаем следующие допущения [3]:
- толщина коммутационной пластины много меньше ее длины, соответствующей общему участку;
- плотность тока, подводимого из ветви термоэлемента к пластине, постоянна по её длине.