Анізотропний термоелектричний перетворювач

Корисна модель відноситься до термоелектричних приладів і знайде застосування в електроніці, сигналізації, автоматиці, телемеханіці та теплобаченні. Вона призначена для перетворення термоелектричної енергії в енергію оптичного колірного відображення в широкому спектральному діапазоні. Відомі пристрої [1] на основі модуля Пельтьє та тепловідводу, що закріплені до його однієї з робочих граней. На другій робочій грані модуля розміщується ряд необхідних елементів електронної техніки, які потребують термостатування - фоточутливі поглинаючі шари, різноманітні випромінюючі структури, генератори, підсилювачі та ін. Такі пристрої працюють у відповідних режимах, виконуючи при цьому певні функції. Із існуючих аналогів найбільш близьким по технічній суті є пристрій [2]. Він складається з анізотропного термоелемента прямокутньої форми (а=с³b), одна з робочих граней якого знаходиться в тепловому та точковоелектричному контактах з діелектричним тепловідводом з точковими електроконтактами. Друга робоча грань містить загальний електроконтакт, на зовнішня поверхні якого розміщено поглинаюче покриття. Цей пристрій застосовується тільки як координатно-чутливий приймач неселективної енергії. Працювати в якості пристрою оптичного кольорового зображення він неспроможний. Тому актуальним є завдання створення пристрою, який би перетворював термоелектричну енергію в енергію оптичного колірного відображення в широкому спектральному діапазоні. Вказане завдання розв’язується тим, що в термоелектричному перетворювачі на основі анізотропного термоелемента поздовжнього типу, на одній робочій грані якого розміщено розподілені в шаховому порядку через рівні проміжки точкові електроконтакти, з’єднані з електровиводами діелектричного тепловідводу, а на другій загальний електроконтакт, який відрізняється тим, що його зовнішня поверхня містить шар рідкокристалічної плівки на основі холестеричної суміші. Відповідність критерію «новизна» запропонованій корисній моделі забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об’єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі, що заявляється, запропоновано принципово нове рішення, яке полягає в тому, що в термоелектричному перетворювачі на основі анізотропного термоелемента поздовжнього типу, на одній робочій грані якого розміщено розподілені в шаховому порядку через рівні проміжки точкові електроконтакти, з’єднані з електровиводами діелектричного тепловідводу, а на другій - загальний електроконтакт, який відрізняється тим, що його зовнішня поверхня містить шар рідкокристалічної плівки на основі холестеричної суміші. Тому ознака, яка не зустрічається ні водному з аналогів - зовнішня поверхня загального електроконтакту містить шар рідкокристалічної плівки на основі холестеричної суміші - забезпечує заявленому пристрою необхідний «винахідницький рівень». Промислове використання запропонованого пристрою не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах кольорової металургії та приладобудівного напрямків. На Фіг.1 (вид збоку) і Фіг.2 (вид зверху) представлено схематичну конструкцію запропонованого пристрою. Анізотропний термоелектричний перетворювач складається (Фіг.1) з анізотропної пластини 4 довжиною а та шириною с і висотою b (а=с >>b), наприклад з монокристалічного вісмуту, відповідні кристалографічні вісі якої орієнтовані під оптимальним кутом j. Нижня грань пластини 4 знаходиться у тепловому контакті з діелектричним тепловідводом 7, що містить розташовані у шаховому порядку електроди 6, які знаходиться в розподіленому точковому електроконтакті 5 з пластиною 4 через рівні проміжки Dа та Dc (Фіг.2). Верхня робоча грань пластини містить загальний електроконтакт 2, наприклад, з міді, який за допомогою електровиводу 3 під’єднаний до відповідного електроду 6. Зовнішня поверхня контакту 2 містить рідкокристалічну плівку 1 з холестеричної суміші, наприклад, на основі 4’-(C3-C8) алкіл- чи алкоксі-4-ціанобіфеніла і нестероїдну активну домішку. Запропонований пристрій працює наступним чином. Якщо вибрано режим, при якому тепло Пельтьє [qП(x,y)] значно перевищує тепло Джоуля [qДж(х,у)] [qП(х,у)>>qДж(х,у)] (1) то при термостатованій температурі діелектричного тепловідводу 7 (Т=Т 0), проходження електричного струму через розподілені контакти 5 викликає відповідний розподіл тепла Пельтьє на верхній робочій грані пластини 4 qП ( х, у) = Т ¶ (a11 sin2 j + ¶у1 + a 22 cos2 j) j( x, y ) (2) де Т - температура; a11, a 22 - коефіцієнти термоЕРС у вибраних кристалографічних напрямках; j - густина електричного струму. Це веде до того, що температура Т 2(х,у) поверхні верхньої грані пластини 4 разом з загальним контактом 2 і шаром рідкокристалічної плівки 1 змінюються пропорційно величині густини струму j(x-y). Оскільки колір плівки 1 однозначно пов’язаний з температурою, то вона набуває відповідного забарвлення. Зміна густини струму, який протікає через розподілені точкові електроконтакти 5, дає можливість вибирати не тільки відповідний колір, але і його необхідний геометричний розподіл. Все це дає можливість отримання на верхній поверхні запропонованого пристрою будь-якого кольорового зображення як у видимому, так і УФ- та ІЧ- частинах спектру. Попередні випробування пристрою, проведені на основі анізотропного термоелемента з монокристалічного вісмуту (а=с=15мм, b=0,5мм, j=45°) з точковими контактами 6 на нижній робочій грані (Dа=Dс=1мм) показали, що при кімнатній температурі (Т=293К) та застосуванні в якості шару 1 холестеричної рідкокристалічної плівки на основі 4’-(С3-С8) алкіл- чи алкоксі-4-ціанобіфеніла і нестероїдної оптично активної домішки, що колір поверхні пристрою легко змінюється від червоного до фіолетового при можливості його необхідного геометричного розподілу з розподільчою здатністю (Dа´Dс). Зміна складу рідкокристалічної плівки 1 дає можливість вибирати необхідні відтінки і насичення кольору поверхні пристрою в УФ-, видимій та ІЧ-діапазонах в температурному інтервалі -20 ¸ +80°С. Застосування запропонованого пристрою дозволить значно розширити можливості термоелектричного приладобудування, а сам пристрій стане основою для появи оригінального ряду оптотермоелектричних перетворювачів оптичного зображення. Література: 1. Л.И. Анатичук. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. - Київ: Наукова думка, 1979. - 797с. 2. Патент UA №4192. Ащеулов А.А. Анізотропний термоелектричний приймач випромінювання. Бюл. №1. 17.01.2005.