Термоелемент

Корисна модель відноситься до термоелектрики і призначена для створення термоелектричних охолоджувачів потоків газу, що використовуються в холодильній техніці, приладобудуванні, електроніці, медицині та інших галузях науки і техніки. Відомі пристрої, що містять вітки р- і n-типів провідності з відповідних термоелектричних матеріалів, які мають канали (пори) для прокачування теплоносія [1]. Це дозволяє використовувати неконтрольовані втрати тепла віток термоелемента шляхом передачі тепла потоку газу, що проходить вздовж істотно розвинутих бічних поверхонь віток термоелемента [2]. Також відомі пристрої, які для охолодження потоків газу використовують ефект Джоуля-Томсона [3]. Його використання характеризується малим коефіцієнтом корисної дії (ККД). Тому актуальним є завдання створення термоелемента з підвищеним коефіцієнтом охолодження потоків газу, які протікають через його вітку. Вказане завдання вирішується тим, що запропонований термоелемент на основі віток з термоелектричних матеріалів р- і n-типів провідності з каналами або порами містить пристрій для створення перепаду тиску газового теплоносія між вхідними і вихідними отворами вказаних вище каналів або пор. Відповідність критерію „новизна” такому пристрою забезпечує та обставина, що на даний момент заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для термоелементів на основі віток з термоелектричних матеріалів р- і n-типів провідності з каналами або порами, що містить пристрій для створення перепаду тиску газового теплоносія між вхідними і вихідними отворами вказаних вище каналів (пор). Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів та прототипів - містить пристрій для створення перепаду тиску газового теплоносія між вхідними і вихідними отворами вказаних вище каналів (пор) - забезпечує заявленому пристрою необхідний „винахідницький рівень”. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах електронного та приладобудівного напрямків. Запропонований пристрій складається (Фіг.) з патрубків підводу газу 1 та його відводу 6, комутаційних пластин 2 на теплих та холодних спаях 5, віток 4 з термоелектричного матеріалу р- і n-типів провідності, які містять канали (пори) 3 для прокачування газового теплоносія та пристроїв 7 для створення перепаду тиску газу між входом і виходом каналів. В якості пристрою 7 для створення перепаду тиску газу можна застосовувати мембранний насос. Термоелемент, який заявляється, працює наступним чином. Проходження електричного струму відповідної полярності призводить до виникнення ефекту Пельтьє, що описується співвідношенням (1) dQp=p12Idt, де p12=p1-p2 - коефіцієнт Пельтьє для даного контакту, пов'язаний з абсолютними коефіцієнтами Пельтьє p1 і p2 контактуючих матеріалів; І - струм; t - час. Це приводить до охолодження верхніх та нагріву нижніх частин віток. Теплоносій, що прокачується по каналах (порах) крізь вітки термоелемента від теплих до холодних спаїв, внаслідок теплообміну матеріалу віток також охолоджується. Внаслідок додаткової дії ефекту Джоуля-Томсона, що характеризується співвідношенням (2) dT=mdP, де m - коефіцієнт Джоуля-Томсона; dT - зміна температури; dP - зміна тиску, теплоносій, який проходить через вітки, ще більше підохолоджується. Це веде до того, що такий термоелемент характеризується підвищеною енергетичною ефективністю та більшою глибиною охолодження. Результати попередніх комп'ютерних моделювань та чисельних оцінок показують, що у випадку застосування пористих віток на основі термоелектричних матеріалів Ві-Те-Se-Sb максимальне значення холодильних коефіцієнтів hк газів, які охолоджуються, може бути підвищено на 20-30%, а максимальний перепад температур DТ при цьому збільшується на 3-6К. Застосування запропонованих термоелементів дозволяє значно розширити межі їх використання завдяки збільшенню глибини охолодження та підвищенню термодинамічної ефективності перетворення енергії. Література: 1. А.с СССР №162578. Способ повышенеия КПД термоэлектрического генератора (холодильника). Зорин И.В. Заявлено 24.06.1961. 2. А.с. СССР №162578. Способ повышенеия КПД термоэлектрического генератора (холодильника). Зорин И.В. Заявлено 02.05.1981. 3. Устройство для охлаждения приемников излучения. Под ред. Епифановой В.И. 1969. - 248с.