Процес взаємного перетворення електричної та теплової енергій

1. Процес взаємного перетворення електричної та теплової енергій на основі поздовжніх та поперечних термоелектричних ефектів, який відрізняється тим, що при експлуатації термоелектричних перетворювачів у напрямку розповсюдження теплових потоків утворюється режим стоячих хвиль з участю ґраткової fг, і електронної fe, складових, причому f г f e, 2 3 16625 Наведена послідовність запропонованого процесу шляхом утворення у термоелектричних перетворювачах режиму "стоячих хвиль" з участю ґраткової fг і електронної fe складових веде до можливості підвищення коефіцієнта взаємного перетворення електричної та теплової енергій. 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 винаході запропоновано принципово нове рішення для термоелектричного перетворення енергії, яке полягає в тому, що при експлуатації термоелектричних перетворювачів у напрямку розповсюдження теплових потоків, утворюється режим "стоячих хвиль" з участю ґраткової fг і f г f e, електронної fe; складових, причому 1 E T , fe , . Тому ознака, яка не 2 l d l міститься ні в одному з аналогів - у напрямку розповсюдження теплових потоків утворюється режим "стоячих хвиль" з участю ґраткової fг і електронної fe, складових, причому f f г f e, fг 1 E T , fe - забезпечує процесу, що 2 l d l заявляється, необхідний "винахідницький рівень". Промислове застосування винаходу не вимагає спеціальних технологій, матеріалів та прийомів. Його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку. Запропонований процес взаємного перетворення електричної та теплової енергій здійснюється наступним чином. Як відомо, теплопровідність к існуючих термоелектричних матеріалів складається з суми електронної ке та ґратковоїкг складових к к е к г (4) Власні резонансні частоти fe та fг цих складових визначаються наступним чином fг E , (5) d T fe , (6) l2 Створення в об'ємі перетворювача за допомогою, наприклад режиму автогенерації або зовнішнього збудження примусових коливань з частотою fi, веде до появи потоків падаючої та відбитої хвиль. Співпадання частоти примусових коливань з частотами електронної fe та ґраткової fг складових веде до утворення в об'ємі перетворювача режиму "стоячих хвиль" f i f e f г (7) або fг 1 l Комп’ютерна верстка О. Чепелев 4 E T (8) d l Із співвідношення (8) випливає, що явище термоелектричного резонансу спостерігається для матеріалів, у яких дрейфова швидкість носіїв зарядів дорівнює швидкості розповсюдження фононів. В цьому випадку електрон-фононна взаємодія сильно зростає. Потік тепла від гарячої грані перетворювача відсутній та, в залежності від конкретного випадку, вся теплова енергія переходить у електричну або навпаки. У випадку, коли резонансні частоти fe та fг не співпадають, то їх узгодження проводиться, з одного боку, зміною як довжини l перетворювачів, так і величиною різниці температур T; з другого застосуванням гармонік, кратних резонансним частотам електронної fe чи ґраткової fг складових k1f e f г (9) f e k 2 f г (10) де k1, k2. - цілі числа від 1 до n, які визначають номер кратності відповідної гармоніки. Слід відмітити, що при узгодженні частот за допомогою гармонік ефективність взаємного перетворення запропонованого процесу дещо знижується. Чисельні оцінки показали, що для термоперетворювачів на основі кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb або Cd-Hg-Te довжиною 0,210,0мм, їх власна електрон-фононна частота знаходиться в діапазоні 101-106Гц. Коливальні процеси у режимі автогенерації утворюються за допомогою від'ємних ділянок електричного або теплового опорів термоперетворювачів. Зовнішнє збудження здійснювалось за допомогою періодичних імпульсів електричного та магнітного полів, або ультразвуку. Це приводить до зростання ефективності взаємного перетворення електричної та теплової енергії до 60-80%. Таким чином, запропонований процес взаємного перетворення електричної та теплової енергій характеризується великою перспективністю та створює передумови для виникнення нового покоління високоефективних термоелектричних перетворювачів, які знайдуть застосування у різноманітних галузях науки і техніки. Джерела інформації: 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.: Термоэлектрические 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 5 16625 6