Гіротропний охолоджувач

1. Гіротропний охолоджувач, що складається з термостата та елемента Нернста-Еттінсгаузена, який відрізняється тим, що він розташований 3 ний аксіально у кільцевому електромагніті, який складається з феродіелектричного корпусу з обмотками постійного та змінного струмів, при цьому бічна грань елементу Нернста-Еттінсгаузена ізольована від обмоток магніту кільцем з високотеплопровідної кераміки, а його нижня торцева грань знаходиться у тепловому контакті з термостатом з феродіелектричного матеріалу; нижня половина елемента Нернста-Еттінсгаузена містить розрізи висотою d/2, які проходять через його два взаємно перпендикулярні діаметри 2r та центральну вісь 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 - він розташований аксіально у кільцевому електромагніті, який складається з феродіелектричного корпусу з обмотками постійного та змінного струмів, при цьому бічна грань елементу Нернста-Еттінсгаузена ізольована від обмоток магніту кільцем з високотеплопровідної кераміки, а його нижня торцева грань знаходиться у тепловому контакті з термостатом з феродіелектричного матеріалу; нижня половина елемента НернстаЕттінсгаузена містить розрізи висотою d/2, які проходять через його два взаємно перпендикулярні діаметри 2r та центральну вісь - 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.) складається з елементу Нернста-Еттінсгаузена 1 циліндричного форми з зовнішнім r та внутрішнім r1 радіусами та висотою d, що аксіально розташований у корпусі 2 з феродіелектричного матеріалу, який характеризується високою теплопровідністю. Внутрішній об'єм цього корпусу містить котушки 3 змінного та 4 постійного струмів, які мають відповідні електровиводи 5 та 6. Між зовнішньою бічною поверхнею елементу Нернста-Еттінсгаузена 1 та внутрішньою бічною поверхнею котушки 4 міститься керамічне кільце 7 яке характеризується високою теплопровідністю, торцева грань якого знаходиться у тепловому контакті з термостатом 8. Нижня елементу НернстаЕттінсгаузена 1 через електроізоляційний шар 1 також знаходиться у тепловому контакті з термостатом 8, який виконаний з феродіелектричного матеріалу високої теплопровідності. Центральна частина цього термостату 8 має отвір радіусом r1, який суміщено з центральним отвором елемента Нернста-Еттінсгаузена 1. Нижня половина елемента Нернста-Еттінсгаузена 1 містить аксіальнорозташований хрестоподібний розріз, який проходить через взаємоперпендикулярні діаметри 2r та центральнц вісь елементу 1. Пристрій, що заявляється працює наступним чином. Проходження змінного струму I~ через контакти 6 та котушку 3 веде до появи зовнішнього змінного магнітного поля H~, яке походить через об'єм елементу Нернста-Еттінсгаузена 1 та обумовлює появу в ньому вихрових струмів Фуко, гус 54107 4 тина яких пропорційна з одного боку величині напруженості магнітного поля, з другого - радіусу r та електропровідності σ матеріалу. При цьому частота коливань цього струму I~ вибирається таким чином, що його густина рівномірно розподілена по висоті d елементу. Наявність вихрового струму Фуко j~(r) веде далі до появи внутрішнього змінного магнітного поля h~(r), амплітуда якого пропорційна величні радіуса r. В нашому випадку це означає, що в центрі кристалу (r=0) h1~=0, на краю кристалу (r=R) h2~=C1/R. Пропускання за допомогою контактів 1 постійного струму I- через котушку 3 веде, до виникнення постійного магнітного поля H-, що також пронизує об'єм елемента Нернста-Еттінсгаузена 1. Це обумовлює відповідну взаємодію цих 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 зовнішнього постійного та змінного полів, утворених I- та I~ позитивний півперіод j~(r) протікає поблизу одної з торцевих граней, наприклад верхньої - негативний півперіод - біля протилежної. Подальша їх взаємодія з зовнішнім постійним магнітним полем Н-. обумовлює прояву поперечного ефекту Нернста-Еттінсгаузена, що веде до виникнення відповідних градієнтів температур. При цьому на верхній торцевій грані градієнт температури буде направлений вздовж радіусу від центру до бічної грані, а на нижній -навпаки - від бічної грані до центру елементу 1. Виникаючі об'ємні температурні розподіли елементу Нернста-Еттінсгаузена 1 приводять до появи осьового градієнта температур, напрям якого визначається в основному напрямком постійного магнітного поля Н-. При цьому його величина визначається напруженостями, як постійного Н-, так і змінного Н- магнітних полів з одного боку та геометричними розмірами і характеристиками матеріалу ZT елементу Нернста-Еттінсгаузена 1. Оскільки нижня грань елемента НернстаЕттінсгаузена 1 знаходиться в тепловому контакті з термостатом 8, що знаходиться при заданій температурі Tо то при вибраному напрямку зовнішнього постійного магнітного поля Н-. верхня торцева грань запропонованої конструкції гіротропного охолоджувача знижується до певних температур. Це дозволяє застосовувати запропонований пристрій в якості гіротропного охолоджувача. Далі, для збільшення глибини охолодження, в нижній половині елемента Нернста-Еттінсгаузена виконується хрестоподібний розріз, який аксіально-розташований відносно його центру та орієнтований по взаємоперпендикудярних діаметрах 2r Це дозволяє з одного боку, значно зменшити величину негативного півперіоду струму Фуко, що протікають в цій частині об'єму елемента 1, з другого - змінити напрямок протікання вихрового струму, що відповідно зменшує виділення теплот Джоуля та Нернста-Еттінсгаузена та підвищує різницю температур між холодною та гарячими поверхнями гіротропного охолоджувача. 5 54107 Апробація запропонованої конструкції з елементом Нернста-Еттінсгаузена циліндричної форми розмірами r=20мм, r=5мм d=30mm з кристалів Bi88Sb12 показала, що при полях Н-=0,05 Н-=5Тл та температурі T0=78K різниця температур складала ΔT=8-9К. При цьому даний гіротропний охолоджувач витримав 104 циклів «включення-виключення» без помітних змін його параметрів. Запропонований гіротропний охолоджувач може бути рекомендований для широкого застосу Комп’ютерна верстка O. Рябко 6 вання 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. 2001. 221с. 2. Патент 1295. 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