Гіротропний охолоджувач

Гіротропний охолоджувач, що складається з термостата та елемента Нернста-Еттінсгаузена з центральним каналом, який відрізняється тим, 3 що електроізольована від обмоток електромагніту прорізним кільцем з теплопровідної кераміки, а нижня торцева грань елемента НернстаЕттінсгаузена через діелектричний шар знаходиться у тепловому контакті з термостатом, який виконано з феродіелектричного матеріалу. 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 - елементу Нернста-Еттінсгаузена з центральним каналом, розташований аксіально у кільцевому електромагніті з феродіелектричного корпусу та обмоток постійного і змінного струмів, при цьому поверхня бічної грані елементу Нернста-Еттінсгаузена змінюється по заданому гіперболічному закону із звуженням його нижньої частини, що електроізольована від обмоток електромагніту прорізним кільцем з теплопровідної кераміки, а нижня торцева грань елемента НернстаЕттінсгаузена через діелектричний шар знаходиться у тепловому контакті з термостатом, який виконано з феродіелектричного матеріалу - 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 з центральним отвором, який аксіально розташований у центральній частині кільцевого електромагніту, що складається з циліндричного корпусу 2 та обмоток постійного 3 та змінного 4 струмів відповідно. В якості матеріалу елемента Нернста-Еттінсгаузена 1 застосовуються матеріали p- або n- типів провідності, що характеризуються достатньо великим значенням коефіцієнтів Нернста-Еттінсгаузена. Поверхня бічної грані елементу Нернста-Еттінсгаузена 1 змінюється по заданому гіперболічному закону із звуженням його нижньої частини. Його нижня торцева грань знаходиться у тепловому контакті з термостатом 5, який теж виконано з феродіелектричного матеріалу. Між торцевою гранню елементу Нернста-Еттінсгаузена 1 та термостатом 5 розташований діелектричний шар б з матеріалу високої теплопровідності. Бічна поверхня елемента НернстаЕттінсгаузена 1 електроізольована від електромагніту прорізним кільцем 7 з високотеплопровідної кераміки. Постійний та змінний електричний струм до котушок 3 і 4 підводиться за допомогою електропідводів 9 та 10. Верхня торцева грань елементу 1 також ізольована від циліндричного корпусу електромагніту за допомогою діелектричного шару 8, якій характеризується малою теплопровідністю. Пристрій, що заявляється працює наступним чином. Проходження змінного струму І~, через контакти 10 та відповідну котушку 3 веде до появи зовнішнього змінного магнітного поля H~, яке пронизує об'єм елементу Нернста-Еттінсгаузена 1 та обумовлює появу в ньому вихрових струмів Фуко, густина яких пропорційна з одного боку величині напруженості магнітного поля H~, з другого - радіу 54108 4 су r та електропровідності матеріалу. При цьому частота коливань цього струму І~ вибирається таким чином, що його густина рівномірно розподілена по висоті d елементу. Наявність цього вихрового струму Фуко j~(r) веде далі до появи внутрішнього змінного магнітного поля h~(r), амплітуда якого пропорційна величні радіуса r елементу 1. В нашому випадку це означає, що в центрі елемента (r = 0) /h1~ = 0, на його краю - (r = r) h2~ = C1/r. Пропускання за допомогою контактів 8 постійного струму I- через котушку 4 веде, до виникнення постійного магнітного поля Н-, що також пронизує об'єм елемента Нернста-Еттінсгаузена 1. Це обумовлює відповідну взаємодію магнітних полів та внаслідок неоднорідного розподілу густини внутрішнього поля h~(r) появу ефекту об'ємного 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 І- та І~, 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 радіальних та осевих 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 вектора 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 термомагнітною добротністю ZT матеріалу елементу НернстаЕттінсгаузена 1. Оскільки нижня грань елемента НернстаЕттінсгаузена 1 знаходиться в тепловому контакті з термостатом 5, що знаходиться при заданій температурі Т = Т0 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 охолоджувача певних об'єктів, що застосовані у верхній частині центрального каналу. Для збільшення глибини охолодження запропонованого пристрою бічна грань елемента Нернста-Еттінсгаузена 1 виконується так, що змінюється по заданому гіперболічному закону з поступовим звуженням його нижньої частини. Це дозволяє з одного боку, значно зменшити величину амплітуди негативного півперіоду струмів Фуко, що протікають в нижній частині об'єму елемента 1, з другого - значно зменшити величину теплового опору перерізу елемента 1, що сприяє зменшенню кількості позитивних теплот Джоуля та НернстаЕттінсгаузена, які виділяються в нижній частині елемента 1, це підвищує глибини охолодження 5 54108 внутрішнього об'єму каналу верхньої половини елемента 1. Апробація запропонованої конструкції охолоджувача з елементом Нернста-Еттінсгаузена, який має геометричні розміри – r = 20 мм, r1 = 10 мм, r2 = 5 мм висотою d = 30 мм, бічна грань якого змінюється по гіперболічному закону, з кристалів Bi88Sb12 показала, що при полях H~ = 0,05 Тл, H- = 5 Тл та температурі термостату T = T0 = 78 К, різниця температур складала T = 10-12 К. При цьому даний охолоджувач витримав 104 циклів Комп’ютерна верстка М. Мацело 6 «включення-виключення» без помітних змін його параметрів. Запропонований гіротропний охолоджувач може бути рекомендований для широкого застосування у сучасній науці та техніці. Його використання дасть відповідні позитивні економічний та соціальний ефекти. Література 1. А.Г. Самойлович. Термоэлектрические и термомагнитные методы превращения энергии. Черновцы., Рута. 2006. 226 с. 2. Патент 6295. 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