Гіротропний охолоджувач

1. Гіротропний охолоджувач, з термостата та елемента Нернста-Еттінсгаузена, який відрізняється тим, що останній розташований аксіально у кільцевому електромагніті з обмотками постійного і змінного струмів та виконаний з двох однакових співвісних кілець з зовнішнім r і внутрішнім r1 раді 3 висоти містить наскрізні канали, які розташовані співвісно з отворами корпусу електромагніту та термостату. У заявленій корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для гіротропних охолоджувачів з термостату та елементу НернстаЕттінсгаузена, яке полягає у тому, що останній розташований аксіально у кільцевому електромагніті з обмотками постійного і змінного струмів та виконаний з двох однакових співвісних кілець з зовнішнім r і внутрішнім r1 радіусами та висотами d1=d2 з матеріалів р- та n-типів провідності відповідно, внутрішні торцеві грані яких розділені діелектричною теплопровідною прокладкою, а зовнішні бічні грані ізольовані від обмоток електромагнітів кільцевим прорізним керамічним теплопереходом, протилежні торцеві грані якого знаходяться в тепловому контакті з термостатом та корпусом електромагніту відповідно, що виконуються з феродіелектричного теплопровідного матеріалу; кільцевий прорізний керамічний теплоперехід вздовж своєї висоти містить наскрізні канали, які розташовані співвісно з отворами корпусу електромагніту та термостату. Відповідність критерію "новизна" запропонованій корисній моделі забезпечує та обставина, заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. Тому ознака - елемент Нернста-Еттінсгаузена розташований аксіально у кільцевому електромагніті з обмотками постійного і змінного струмів та виконаний з двох однакових співвісних кілець з зовнішнім r і внутрішнім r1 радіусами та висотами d1=d2 з матеріалів р- та n-типів провідності відповідно, внутрішні торцеві грані яких розділені діелектричною теплопровідною прокладкою, а зовнішні бічні грані ізольовані від обмоток електромагнітів кільцевим прорізним керамічним теплопереходом, протилежні торцеві грані якого знаходяться в тепловому контакті з термостатом та корпусом електромагніту відповідно, що виконуються з феродіелектричного теплопровідного матеріалу; кільцевий прорізний керамічний теплоперехід вздовж своєї висоти містить наскрізні канали, які розташовані співвісно з отворами корпусу електромагніту та термостату - забезпечує заявленому пристрою необхідний "винахідницький рівень". Промислове використання запропонованого пристрою не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його практична реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку. Цей пристрій (Фіг.1) складається з елементу Нернста-Еттінсгаузена, який складається з двох кілець 1 та 2 циліндричного форми, що мають геометричні розміри зовнішнім r та внутрішнім r1 радіусами та висотами d1=d2. Кільце 1 виконано з матеріалу р-типу провідності, яке характеризується електропровідністю p теплопровідністю p та p коефіцієнтом Нернста-Еттінсгаузена Q , а кільце 2 з матеріалу n-типу провідності, що характеризується електропровідністю n теплопровідністю n та коефіцієнтом Нернста-Еттінсгаузена Qn. Внутрішні торцеві грані кілець 1 та 2 розділені діелект 53264 4 ричною теплопровідною прокладкою 3, а їх зовнішні торцеві грані електротеплоізольовані, за допомогою прокладок 4, від корпусу магніту 5 та термостату 6. Корпус електромагніту 5 та термостат 6 виконано з феродіелектричного високотеплопровідного матеріалу. В корпусі 5 розміщено обмотки постійного 7 та змінного 8 струмів, які мають електровиводи 9 та 10 відповідно. Зовнішня бічна поверхня кілець 1 та 2 електроізольована від обмоток електромагніту 7 та 8 за допомогою кільцевого прорізного керамічного теплопереходу 11, який своїми верхньою та нижньою торцевими гранями знаходиться у тепловому контакті з корпусом електромагніту 5 з одного боку та термостатом 6 з другого. Вздовж висоти цього теплопереходу по колу розташовані наскрізні канали, які співпадають з центрами отворів, що розташовані у верхній частині корпусу 5 та нижній частині термостату 6. В корпусі 5 та термостаті 6 також аксіально розташовані отвори, які співпадають з центрами каналів кілець 1 та 2. Пристрій, що заявляється працює наступним чином. Проходження змінного струму I~ через контакти 10 та котушку 8 веде до появи зовнішнього змінного магнітного поля H~, яке пронизує об'єми кілець 1 та 2 і обумовлює появу в них вихрових струмів Фуко, густина яких пропорційна з одного боку величині напруженості магнітного поля H~, з другого - радіусу r та електропровідності p та n матеріалів кілець відповідно. При цьому частота коливань f цього струму I~ вибирається таким чином, що його густина рівномірно розподілена по висотам d1 та d2 кілець 1 та 2, що утворюють елемент Нернста-Еттінсгаузена. Наявність вихрового струму Фуко j~(r) веде далі до появи внутрішнього змінного магнітного поля h~(r), амплітуда якого пропорційна величинам радіуса r елементів 1 та 2 . В нашому випадку це означає, що в центрі кілець (r=0) h1~=0, на їх краях (r=r) h2~=С1/r. Пропускання за допомогою контактів 9 через котушку 7 постійного струму I~ веде, до виникнення постійного магнітного поля Н~, що також пронизує об'єм елемента Нернста-Еттінсгаузена. Це обумовлює відповідну взаємодію магнітних полів та виникнення внаслідок неоднорідного розподілу густини внутрішнього поля h~(r) внаслідок дії ефекту розшарування, який полягає у об'ємному перерозподілі зон протікання півперіодів вихрових струмів Фуко - j~(r). При певному значенні відношення амплітуд зовнішніх постійного та змінного полів, утворених струмами I- та I~, в об'ємі кільця 1 результуючий струм j1(r) протікає тільки в певному напрямку, в об'ємі кільця 2 - струм j2(r) - в напрямку, протилежному до j1(r). Подальша їх взаємодія з зовнішнім постійним магнітним полем Н- обумовлює прояву поперечного ефекту НернстаЕттінсгаузена, що веде до виникнення відповідних радіальних градієнтів температур. При цьому напрямки градієнтів вздовж радіусів r кілець 1 та 2 обумовлені орієнтацією постійного магнітного поля Н-, а їх величини - значеннями напруженостей магнітних полів як змінного H~ так і постійного H-. Це, при певних значеннях струмів I- та I~ приводить до охолодження центрального каналу обох кілець, які складають елемент Нернста-Еттінсгаузена. 5 53264 Апробація запропонованої конструкції охолоджувача проводилась на основі елемента Нернста-Еттінсгаузена, що складався з двох кілець циліндричної форми розмірами r=30мм, r1=10мм d1=d2=15мм. Кільця 1 та 2 формувалися методами гарячого пресування порошкоподібного InSb p- та n-типів провідності. Магнітні поля, які створювались котушками змінного та постійного струмів, при цьому складали H~=0,05Тл, Н-=2Тл. Температура термостату T=T0=78К підтримувалась шляхом занурення всієї конструкції охолоджувача у ємність з рідким азотом, при цьому рідкий азот подавався таким чином, що відбувалось охолодження, як зовнішніх корпусів магніту, так і термостату, при цьому рідкий азот протікав через канали кільцевого прорізного керамічного теплопереходу. Це дало змогу ефективно відвести складові теплот Джоуля та Нернста-Еттінсгаузена, які виділялись зовнішніми бічними гранями кілець 1 та 2. Різниця Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 температур між центральним каналом та поверхнею бічної грані, при цьому досягала =18-22К. Циклічні випробування даного гіротропного охолоджувача проведенеі по стандартній методиці пока4 зали, що він витримує 10 циклів «включеннявиключення» без помітних змін його основних параметрів. Запропонований гіротропний охолоджувач може бути рекомендований для застосування у сучасній науці та техніці. Його використання дасть відповідні економічний та соціальні ефекти. Література 1. А.Г. Самойлович. Термоэлектрические и термомагнитные методы превращения энергии. Черновцы., Рута. 2006. 226 с. 2. Патент UA6295. Гальваномагнітний охолоджувач. Ащеулов А.А., Охрем В.Г. Бюл.№5 2005г. 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