Процес підвищення коефіцієнта корисної дії термоелектричних приладів

1 Процес підвищення коефіцієнта корисної (ККД) дії пристроїв на основі поздовжніх термоелектричних ефектів, який відрізняється тим, що в їх р- та п-плках в напрямку розповсюдження теплових потоків утворюється режим "стоячих хвиль", причому частота власних коливань гілки fr визначається виразом де І - довжина гілки, Е, d - коефіцієнти пружності Юнга та густини матеріалу гілки, відповідно, k - ціле число, що змінюється від одиниці до п та визначає номер кратності частоти відповідної гар Корисна модель відноситься до термоелектрики і може бути застосований для підвищення коефіцієнта корисної дії різних термоелектричних пристроїв і приладів, які застосовуються у багатьох галузях науки і техніки В даний час певне розповсюдження знайшло взаємне перетворення теплової та електричної енергій, яке засновано на відомих ефектах Зеєбека, Пельтьє і Томсона У випадку стаціонарного методу [1] прилади на основі існуючих термоелектричних матеріалів в області кімнатних температур характеризуються коефіцієнтом корисної дії (ККД) порядку 5-7% Це явно недостатньо для вирішення сучасних практичних задач Із відомих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є нестаціонарний метод перетворення енергії [2] Його застосування дозволяє підвищити ефективність термоелектричних пристроїв на 50-60%, що, в цілому, також не вирішує цю проблему моніки електричного струму, який протікає через гілку 2 Процес підвищення ККД пристрою за п 1, який відрізняється тим, що режим "стоячих хвиль" утворюється періодичним уніполярним електричним струмом, який протікає через його р- та пГІЛКИ 3 Процес підвищення ККД пристрою за п 1, який відрізняється тим, що режим "стоячих хвиль" утворюється ЗОВНІШНІМ періодичним уніполярним магнітним полем 4 Процес підвищення ККД пристрою за п 1, який відрізняється тим, що режим "стоячих хвиль" утворюється ЗОВНІШНІМ ультразвуковим та звуковим полями 5 Процес підвищення ККД пристрою за п 1, який відрізняється тим, що режим "стоячих хвиль" утворюється періодичним тепловим полем Тому актуальним є завдання підвищення ККД термоелектричних пристроїв Вказане завдання вирішується тим, що в процесі експлуатації пристроїв на основі поздовжніх термоелектричних ефектів в їх р- та п-плках в напрямку розповсюдження теплових потоків утворюється режим "стоячих хвиль" причому частота власних коливань плки/І визначається виразом (1) де І - довжина гілки, Е, d - коефіцієнти пружності Юнга та густини матеріалу гілки, ВІДПОВІДНО k - ціле число, що змінюється від одиниці до п та визначає номер кратності частоти відповідної гармоніки Наведена ПОСЛІДОВНІСТЬ ЦЬОГО процесу шля хом утворення в р- та п-плках режиму "стоячих хвиль" з частотою власних коливань гілки fr веде до можливості підвищення ККД пристроїв які діють на основі поздовжніх термоелектричних ефектів О) 9169 У корисної моделі запропоновано принципово нове рішення для термоелектричного перетворення енергії, яке полягає в тому, що в процесі експлуатації термоелектричних приладів в їх р- та пгілках в напрямку розповсюдження теплових потоків утворюється режим "стоячих хвиль", причому частота власних коливань гілки IV визначається виразом Тому ознака, яка не міститься ні в одному з аналогів - в їх р- та n-гілках в напрямку розповсюдження теплових потоків утворюється режим "стоячих хвиль", причому частота власних коливань гілки fr визначається виразом - забезпечує заявленому процесу необхідний "винахідницький рівень" Промислове застосування корисної моделі не вимагає спеціальних технологій, матеріалів та прийомів Його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку Запропонований процес підвищення ККД термоелектричних пристроїв на основі поздовжніх термоелектричних ефектів здійснюється наступним чином Як відомо, ККД ті поздовжніх термоелектричних перетворювачів 4=0,125(T2-Ti)2-Tr1-Zm (2) де Ті, Ї2 - температура робочих граней термоперетворювача Термоелектрична добротність Z m термопар з р- та п-плках, які складають основу термоелектричних пристроїв у випадку ар=ап-а, ХР=ХП=Х ' однакових геометричних розмірів -Ір=Іп=І, sp=sn=s визначається виразом Zm (3) X де a p , a n , a, x - коефіцієнти термоЕРС, електропровідності та теплопровідності матеріалу гілок, ВІДПОВІДНО, І, s -довжина і площа поперечного перерізу гілок Теплопровідність х існуючих термоелектричних матеріалів в області кімнатних температур Комп'ютерна верстка М Клюкін 4 складається з суми електронної %е та ґраткової %, складових Утворення за допомогою зовнішніх полів певної форми - магнітного, електричного, звукового та теплового - динамічної періодичної взаємодії носив заряду з граткою - веде до появи в об'ємі р-1 п-плок потоків падаючої та відбитої хвиль При співпаданні частот коливань власно/1 гілки fr З зовнішними примусовими f. ру 1 1 05 fFfF(2icl)- .(E-d" ) ( (5) утворюється режим "стоячих хвиль", який приводить до зменшення величини теплових потоків, що протікають в об'ємі гілки. Це рівноцінно зростанню теплового опору гілки за рахунок зменшення величини ґраткової складової теплопровідності (х->Хг). Що, в кінцевому рахунку, веде до підвищення термоелектричної добротності Z'm пристрою 2 («P +Ot nfg • { 6 ) Попередні чисельні оцінки показали, що у випадку термоелектричних пристроїв на основі кристалів Bi-Te-Se-Sb, для яких Хг'Хе=4-5 (Т=300К) і застосування вищерозглянутого режиму "стоячих хвиль", цей процес дозволяє підвищити ККД в 1,5-2 разів більше, ніж у випадку стаціонарного режиму. Застосування запропонованого процесу на основі явища резонансу дозволить кардинально вирішити проблему термоелектричного перетворення енергії в багатьох об'єктах науки і техніки при значному спрощенні конструкцій перетворювачів, зростанні іх економічних, надійніших та екологічних показників Література 1. Л.И Анатычук Термоэлементы и термоэлектрические устройства - К.: Наукова думка, 1979.-797 с 2 А Г Щербина. Расчет термобатарей в нестационарном режиме В кн.Термоэлектричческие свойства полупроводников. -Л., 1963. - С. 146-154. Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601