Процес підвищення глибини охолодження термоелектричних пристроїв пельтьє

Процес підвищення глибини охолодження термоелектричних пристроїв Пельтьє на основі термопар з р- І п-гілок довжиною І, який відрізняється тим, що через них пропускають періодичний, уніполярний електричний струм, з частотою коливань f,, причому довжина гілки І визначається виразом І = kV(27rf,), Корисна модель відноситься до термоелектрики і може бути застосований для підвищення ефективності пристроїв, які діють на основі поздовжнього ефекту Пельтьє та використовуються у різних галузях науки і техніки. В даний час широке застосування знайшов процес стаціонарного термоелектричного охолодження [1]. У випадку однокаскадного термоелектричного модуля (ТЕМ), наприклад, з кристалів ВіTe-Se-Sb і постійного оптимального електричного струму, перепад температури між холодною і гарячою робочими гранями, в залежності від конструкції та параметрів матеріалів, знаходиться в інтервалі 50-86 К, що недостатньо для вирішення сучасних практичних задач. Із відомих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є процес підвищення глибини охолодження термоелектричних пристроїв в нестаціонарному режимі [2]. Його застосування дозволяє короткочасно підвищити глибину охолодження ще на 50-60 %, що, також, в цілому, не вирішує питання збільшення глибини охолодження. Тому досить актуальним є завдання довготривалого підвищення глибини охолодження цих термоелектричних пристроїв. Вказане завдання вирішується тим, що в процесі експлуатації через термоелектричний пристрій Пельтьє на основі термопар з р- і п-гілок довжиною /пропускають періодичний, уніполярний електричний струм з частотою коливань /„ причому довжина гілки / визначається виразом l = kV(2 Ь) (1) де V - швидкість розповсюдження хвиль у матеріалах гілок; к - ціле число, що змінюється від одиниці до п та визначає кратність частоти відповідної гармоніки. Наведена послідовність цього процесу шляхом пропускання через р- та п-плки періодичного, уніполярного електричного струму відповідних частоти та амплітуди веде до можливості підвищення глибини, охолодження термоелектричних пристроїв, які діють на основі поздовжнього ефекту Пельтьє. Відповідність критерію "новизна" запропонованому процесу забезпечує та обставина, що в Існуючому на момент подання заявки рівні техніки відсутні об'єкти, які співпадають за сукупністю ознак, що заявляються. У корисної моделі запропоновано принципово нове рішення для термоелектричного охолодження, яке полягає в тому, що в процесі експлуатації через термоелектричний пристрій Пельтьє на основі термопар з р- і п-гілок довжиною І пропускають періодичний, уніполярний електричний струм з частотою коливань fi, причому довжина гілки І визначається виразом / = kV{2 fi). Де: V - швидкість розповсюдження хвиль у матеріалах гілок; k - ціле число, що змінюється в(д одиниці до п та визначає номер кратності частоти відповідної" гармоніки електричного струму, який протікає через гілку. Тому ознака, яка не міститься ні в одному з аналогів - через термоелектричний пристрій Пельтьє на основі термопар з р- І п-гілок довжиною І CM 9211 пропускають періодичний, уніполярний електричний струм з частотою коливань f,, причому довжина гілки І визначається виразом / = kV(2 f,) - 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 глибини охолодження здійснюється наступним чином Як відомо, перепад температур ДТ між робочими гранями ТЕМ у випадку протікання постійного оптимального струму AT = QJSZmTf (2) де Ті - температура нижньої робочих грані ТЕМ Термоелектрична добротність Zm, ТЕМ у випадку Gp = о п = а, х Р = Хп = X і однакових геометричних розмірів - L = l n = I, s p = s n = s - визначається виразом Z m =[(o p + aJaJ t - 1 (3) де a p , a n , 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 складається з суми електронної %е та ґраткової %г складових Х = Хе+Хг (4) Утворення за допомогою ЗОВНІШНІХ ПОЛІВ пев ної форми - магнітного, електричного, акустичного та теплового - динамічної періодичної взаємодії носив заряду з граткою - веде до появи в об'ємі р-1 л-плок потоків падаючої та відбитої хвиль. При Комп ютерна верстка М Клюкін співпаданні частот коливань власної гілки fB з ЗОВНІШНІМИ примусовими f, fa = f,, = (2t) V (5) утворюється режим "стоячих хвиль", який приводить до зменшення величини теплових потоків, що протікають в об'ємі гілки Це рівноцінно зростанню теплового опору гілки або зменшенню величини ґраткової складової теплопровідності (%г -> % г ) , що, в кінцевому рахунку, веде до підвищення термоелектричну ДОбрОТНІСТЬ Z'm ПРИСТРОЮ \2 Z' = ( « p (6) Попередні численні оцінки показали, що для ТЕМ з кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb, для яких Хг?Хе= 4 " 5