Термоелектричний перетворювач теплової енергії в електричну

Термоелектричний перетворювач теплової енергії в електричну, який містить циліндричний або прямокутний брусок із напівпровідникового матеріалу та електроди, що притиснуті до протилежних торців бруска, який відрізняється тим, що брусок виготовлено із метатіостаннату талію Tl2SnS3, який розміщений в електроізолюючому корпусі, а між притиснутими до протилежних торців бруска електродами встановлений градієнт температури 20-50 градусів, при цьому величина генерованої електричної напруги піддається керуванню встановленням градієнта температури і становить 240-300 мВ. (19) (21) a200501679 (22) 23.02.2005 (24) 27.08.2007 (46) 27.08.2007, Бюл. № 13, 2007 р. (72) Беца Володимир Васильович, Галаговець Іван Васильович (73) УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA 59973 A, 15.09.2003 JP 61201484, 06.06.1986 JP 61229375, 13.10.1986 UA 35194 C2, 15.06.2004 RU 2131156 C1, 27.05.1999 RU 2216828 C2, 20.11.2003 US 4443650, 17.04.1984 US 2003056819, 27.03.2003 3 80148 електродами встановлений градієнт температури 20¸50 градусів, при цьому величина генерованої електричної напруги піддається керуванню встановленням градієнта температури і становить 240¸300мВ. Новизна винаходу полягає у створенні перетворювача тепла із одного напівпровідникового матеріалу η-типу провідності, який переважає по величині генерованої електричної напруги та коефіцієнту термоерс в момент перетворення теплової енергії в електричну відомі моделі перетворювачів тепла в 4-6 разів. Величина генерованої електричної напруги в процесі експлуатації перетворювача тепла піддається керуванню встановленням градієнта температури між протилежними торцями перетворювача в інтервалі 20¸50 градусів. На Фіг.1 показана схема конструкції термоелектричного перетворювача теплової енергії в більш високі значення електричної напруги; на Фіг.2 і 3 графіки температурних залежностей генерованої електричної напруги та коефіцієнту термоерс відповідно. Схема конструкції термоелектричного перетворювача тепла показана на Фіг.1 і представляє собою електроізолюючий корпус 1, всередині якого знаходиться кристал TI2SnS3 - 2, до протилежних торців якого притиснуті електричні контакти 3 і 4. Пропонований кристал приймає молібденові та танталові контакти без допоміжних шарів із графіту чи індій-галієвої пасти. Теплова енергія потоку 5 гарячого газу чи рідини поступає корпусом 1 в бокову поверхню елементу чи площу одного із контактів і перетворюється кристалом 2 в електричну напругу величиною до - (240¸300)мВ при встановленні між протилежними торцями елементу градієнту температури 20-50 градусів. Максимальні значення коефіцієнту термоерс, що проявляються елементом в інтервалі температур (460¸590)K становлять -(7500¸9200)мкВ/к. Для вирощування термостійких кристалів TI2SnS3 методом Бріджмена-Стокбаргера використовується вихідна шихта сте хіомтричного складу в інтервалі концентрацій 46,5-52,0мол.% Tl2Sn. Переохолодження розплаву TI2SnS3 не перевищує 20К. Швидкість переміщення фронту кристалізації становить 0,2-0,3мм на добу, повздовжній градієнт температури в зоні кристалізації витримується в межах 3¸4К/мм. Кристали TI2SnS3 чорного кольору з добре вираженою спайністю, проявляють густину до 6,34×103кг/м 3, ентальпію плавлення 43,2кДж/моль, температуру плавлення 699К, питомий опір при кімнатній температурі 5×105ом.м, ширину забороненої зони 1,8еВ. Область прозорості 0,71-17мкм. Температурна залежність величини генерованої електричної напруги кристалу Tl2SnS3 довжиною 10мм та діаметром 7,5мм при градієнті тем 4 ператури між протилежними торцями перетворювача тепла величиною в 40 градусів показана кр.1 Фіг.2. Зменшення градієнта температур до 26 градусів зменшує величину генерованої електричної напруги до -240мВ (кр.2, Фіг.2). Подальше зменшення градієнта температури до (10¸20) градусів веде до зменшення величини генерованої напруги до -(110¸160)мВ. Збільшення градієнта температури в перетворювачі тепла до 55К і вище зменшує величину термоерс до -(175260)мВ. При зміні напрямку градієнта температури на протилежний перетворювач тепла проявляє додатню термоерс величиною до +(140-150)мВ в робочій області температур. Температурна залежність коефіцієнта термоерс перетворювача тепла на основі TI2SnS3 показана на Фіг.3 кр. 1 та кр.2 для градієнтів температур 40К та 26К відповідно. Специфічний вид залежності коефіцієнта термоерс від температури в інтервалі робочих температур: Тр=(Тв+Тн)/2=460-590К, де Тв, Тн - температури верхнього контакту 4 та нижнього контакту 3, демонструє здатність перетворювача тепла на основі метатіостаннату талію генерувати електричну напругу величиною від -300мВ до +150мВ та проявляти коефіцієнт термоерс величиною до 9200мкВ/к шляхом керування робочої температури перетворювача тепла та градієнта температури між його протилежними торцями. Таким чином, на основі одного твердого матеріалу із метатіостаннату талію створено термоелемент для перетворення теплової енергії в електричну напругу підвищених величин, що керуються шляхом управління тепловим оточенням перетворювача тепла в процесі практичної експлуатації. Винахід може бути використаний в енергетиці, в перетворювачах тепла та створенні додаткових джерел електрики на теплових електростанціях та підприємствах, що виділяють теплову енергію в атмосферу Землі. Джерела інформації: 1. Заявка Японії №61-201484,1987; 2. 3аявка Японії №61-229375,1988; 3. Анатичук Л.І. Термоелектрика, т. ІІ. Термоелектричні перетворювачі енергії. Київ, Чернівці, 2003. 4. Анатичук Л.І. Термоелементи та термоелектричні пристрої. Довідник. "Наукова думка", К., 1979. 5. Патент Японії ВЧ №1-59749, 1990. 6. Беца В.В., Сабов М.Ю. Твердотільний елемент для формування підвищеної термоерс. Деклараційний патент України №59973 А, опубл. Бюл.№9,2003 - прототип 5 Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 80148 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601