Термобатарея Советский патент 1960 года по МПК H01L35/32 H01J45/00 

Известные термоэлектрические батареи не обеспечивают достаточно высокого коэффициента полезного действия. В предложенной конструкции термобатареи этот недостаток устранен благодаря наличию вакуума между системой горячих и холодных электродов и созданию электрического тока температурным излучением электронов из горячего катода, обладающего малой работой выхода.

Коэффициент полезного действия термоэлектрических батарей, составленных из электронных полупроводников, определяется, помимо теплопроводности, в первую очередь, подвижностью носителей тока, т. е. средней скоростью, приобретаемой ими в электрическом поле. Следовательно, чем больше подвижность и чем меньше теплопроводность, тем больше к. п. д. батареи.

Наименьшее сопротивление своему двил ;ению электроны испытывают в пустоте или в таком разреженном газе, где проходимое ими расстояние меньше длины свободного пробега заряда. В то же время тепла переносится в пустоте только электронами и лучеиспусканием, и поэтому непосредственный перенос тепла от горячего электрода к холодному достигает наименьших возможных значений в пустоте.

Термоэлектрическая батарея, состоящая из ряда -попеременно горячих и холодных пластин с соответственной работой выхода, несмотря на затрату энергии на излучение электронов, может обладать значительным к. п. д., благодаря отсутствию необратимых процессов, вызываемых эл -ктрическим и тепловым сопротивлением среды, связывающей источник тепла с его приемником.

На чертеже схематически изображена вакуумная термоэлектрическая батарея.

Вакуумная, термоэлектрическая батарея состоит из кольцевой вакуумной камеры ), внутренние стенки которой подогреваются горячими газами топки, а наружные охлаждаются водой или воздухом.

Горячая и холодная стенки могут непосредственно противостоять одна другой с зазором порядка нескольких миллиметров или же для увеличения активной поверхности могут нести на себе поперечные охлаждаемые металлические кольца 2. Холодная стенка или кольца 2 могут быть покрыты термоэлектрически активным полупроводником 3. Падение температуры от горячей стенки Т до холодной Т распадается на две части: от TI до температуры поверхности полупроводника Т - в вакууме и от Т ло TZ - в полупроводнике.

Как поверхность горячего металла, излучающая электроны, так и поверхность полупроводника покрыты слоями с соответственными свойствами термоэлектронной эмиссии, контактного потенциала и коэффициента лучеиспускания.

В той части устройства, где температура недостаточна для электронного излучения, горячей и холодной частью помещается обычная полупроводниковая термобатарея 4.

Топочные газы подаются по трубе 5, а отвод к насосу или геттеру осуществляется по трубе 6.

Предмет изобретения

Термобатарея, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, между системой горячих и холодных электродов имеется вакуум, а термоэлектрический ток создается температурным излучением электронов из горячего катода, обладающего малой работой выхода.