Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [ 62 ] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]




Рис. 4.2. Пленочные термобатареи «звездочка» (а), «гребенка» (б, в) и «мозаика» (г)

Рис. 4.3. Рулонная конструкция пленочной батареи

г - коммутационный материал» 2 - пол ними дная подложка, 5 - р-ветвь;

4 - п-ветвь

5 - разделительная дорожка

(при термическом напылении в вакууме 10"" Тор), и пленка отрывается от подложки. Обычно такого же порядка йкр и для пленок АВ"! на слюде.

Снижение доли теплопереноса по подложке может быть достигнуто не только увеличением толщины термоэлектрического слоя, но и уменьшением подложки. Здесь ограничения накладываются требованиями к прочностным характеристикам пленочных термоэлементов. Ясно также, что при выборе материала подложки следует стремиться к минимуму его удельной теплопроводности.

Отрицательное влияние теплообмена с окружающей средой может быть существенно уменьшено при переходе от однослойных к многослойным планарным [56] или к компактным (рулонный и пакетный варианты) конструкциям. Во всех этих случаях выигрыш достигается благодаря увеличению отношения поперечного сечения батареи к ее высоте.

Компактные пленочные батареи описаны в [268, 269]. Так называемая рулонная термобатарея (рис. 4.3) выполнена слет



дующим образом. На одну сторону гибкой подложки 2 напылен полупроводник п-типа 4, а на другую - р-типа 5. Электрический контакт между термоэлектрическими слоями осуществляется с помощью коммутации 2, нанесенной на торец подложки. Количество р- и уг-ветвей в такой термобатарее задается с помощью разделительной дорожки 5 (прорезанной на глубину напыленной пленки, например, лазерным лучом), идущей сначала по одной стороне подложки через ее торец, затем по другой стороне подложки, и т. д. После покрытия термоэлектрического материала тонким слоем электрической изоляции батарея сворачивается в рулон. В такой батарее теплообмен с окружающей средой происходит с боковой поверхности рулона, которая значительно меньше поверхности батареи в развернутом виде. В предложенной конструкции снижение шунтирующего влияния подложки достигается за счет нанесения термоэлектрического слоя на обе стороны подложки. Однако недостаток такой батареи связан с деформацией при изгибе термоэлектрических ветвей. Так, при радиусе изгиба Ги < 2-3 мм возникающая деформация

е й*/(27и + d*) й*/2ги,5

где d* - суммарная толщина напыленной пленки и подложки может привести к отслаиванию термоэлектрического слоя.

В [269] описан пакетный вариант компактной батареи, лишенный указанного недостатка. Батарея, показанная на рис. 4.4, а, состоит из чередующихся полос полупроводника р- и л-типов 2, 5, нанесенных на обе стороны гибкой подложки 2, причем против полоски р- или п-типов, расположенной на одной стороне подложки, находится полоска того же типа проводимости на другой стороне подложки. На стыках разноименных полупроводниковых полосок в подложке 1 выполнена перфорация 4, Нанесенный на стыки между разнотипными полосками коммутационный слой 5 осуществляет электрический контакт между ними, а, заполняя перфорацию 4,- и контакт между однотипными полосками на двух сторонах подложки. Поверх активных слоев нанесен тонкий слой изоляции 6. При создании компактной конструкции батарея согнута зигзагообразно по перфорации и вместе с тепловыми шинами сжата в плотный пакет (см. рис. 4.4, в). Тепловые шины (см. рис. 4.4, б) изготовлены из металлической фольги 7 с нанесенным электроизоляционным слоем S, поверх которого напылены металлические контакты 9, позволяющие сопрягать неограниченное количество звеньев пленочной термобатареи. Тепловые шины подведены к термобатарее таким образом, чтобы коммутационные полоски термобатареи 5 соприкасались с металлическими контактами 9. В рассматриваемой батарее реализовано последовательно-параллельное соединение ветвей, нанесенных на обе стороны подложки и соединенных между собой по перфорации, что резко увеличивает надежность устройства при эксплуатации по сравнению с батареями, имеющими последовательное соединение




Рис. 4.4. Компактная конструкция пленочной батареи типа «пакет»

1 - гибкая подложка, 2, 5 - р- и п-ветви соответственно, 4 - перфорация, 5 - коммутационный слой, 6 - изоляционный слой, 7 - металлическая фольга, 8 - электроизоляционный слой, 9 - металлические контакты



joor.w

/0т\

Рис. 4.6. Темпе ратурная зависимость удельной теплоп роводности слюды (1) и полиимида (2)

Рис. 4.5. Надежность электрической цепи N батареи в зависимости от количества последовательно соединенных элементов п (надежность отдельного элемента 0,99) для последовательного (1) и последовательно-параллельного (2) соединений

[270] (рис. 4.5). Развитая поверхность теплосъема способствует значительному снижению тепловых потерь на теплопереходах.

Рассмотрев основные элементы конструкций пленочных батарей, сформулируем требования к коммутационным материалам, подложкам и изоляционным покрытиям.

Коммутационные материалы. При выборе материалов для коммутационных слоев, осуществляющих электрический контакт между термоэлектрическими ветвями, следует исходить из следующих соображений: а) переходное сопротивление йк должно



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [ 62 ] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0009