Короткозамкнений термоелемент

Короткозамкнений термоелемент, що містить прямокутний брусок та закорочуючі елементи, які з'єднують верхню та нижню ізотермічні грані бруска та розташовані так, що утворюють із однією з ізотермічних граней кут , відмінний від 0° або 90°, який відрізняється тим, що закорочуючі елементи виготовлені із напівпровідникового матеріалу. (19) (21) a200810248 (22) 11.08.2008 (24) 11.10.2010 (46) 11.10.2010, Бюл.№ 19, 2010 р. (72) АНАТИЧУК ЛУК'ЯН ІВАНОВИЧ, КОБИЛЯНСЬКИЙ РОМАН РОМАНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ТЕРМОЕЛЕКТРИКИ (56) SU 109343, 06.10.1952 US 3920480, 18.11.1975 GB 1275709, 24.05.1972 WO 0184641, 08.11.2001 Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. - К.: Наукова думка, 1979. - С. 100-103. 3 92204 4 200мкВ/К) або навпаки. Закорочуючі елементи ходиться при температурі Т2, створюється різниця можуть бути виготовлені із напівпровідникових температури між відповідними ділянками поверхні матеріалів на основі Ві2Те3, PbTe та ін. Встановробочого тіла. Кожен закорочуючий елемент, що лено, що існує пропорційна залежність поперечної з'єднує ізотермічні грані термоелемента, разом із термоЕРС та ККД короткозамкненого термоелеробочим тілом утворює замкнене електричне коло, в якому, внаслідок наявності градієнта температумента від величини = 1- 2. Тобто чим більша ри, протікають вихрові термоелектричні струми. буде різниця між величинами коефіцієнтів термоПри цьому у кожному такому колі виникає термоЕРС матеріалів робочого тіла термоелемента та ЕРС, яка пропорційна різниці температур між відзакорочуючих елементів, тим більші можна отриповідними ділянками. Результуюча термоЕРС комати значення поперечної термоЕРС та ККД. Тароткозамкненого термоелемента буде рівна сумі ким чином, досягається підвищення вихідної навсіх термоЕРС, що виникають у кожному такому пруги та ККД перетворення теплової енергії в колі. Таким чином, наявність перепаду температуелектричну в короткозамкнених термоелементах. ри між відповідними гранями короткозамкненого Відповідність критерію "новизна" запропонотермоелемента приводить до виникнення електваному винаходу забезпечує та обставина, що ричного струму і термоЕРС у напрямку, перпендизаявлена сукупність ознак не міститься ні в одному кулярному до теплового потоку. з об'єктів існуючого рівня техніки. Принцип роботи короткозамкненого термоеУ винаході запропоновано принципово нове лемента в режимі теплового насоса згідно винахорішення для короткозамкненого термоелемента, ду базується на відомому термоелектричному яке полягає в тому, що закорочуючі елементи, що ефекті Пельтьє. Кожен закорочуючий елемент, що з'єднують верхню та нижню ізотермічні грані брусз'єднує верхню та нижню грані термоелемента, ка під кутом φ, відмінним від 0 і 90°, виготовлені із разом із робочим тілом утворює замкнене електнапівпровідникового матеріалу. ричне коло, яке складається з двох різнорідних Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному матеріалів з різними величинами коефіцієнта терз існуючих аналогів -напівпровідниковий матеріал моЕРС і має відповідно два спаї. При протіканні закорочуючих елементів - забезпечує заявленому електричного струму через робоче тіло термоелевинаходу необхідний "винахідницький рівень". мента в залежності від напрямку струму в кожному Промислове використання запропонованого такому колі при навкісному замиканні виникає винаходу не вимагає спеціальних технологій і маскладова електричного струму. При цьому в спаях теріалів, його реалізація можлива на існуючих підвиникає ефект Пельтьє. що призводить до видіприємствах України. лення тепла на одному спаї та поглинання тепла На Фіг.1 представлена схематична конструкція на другому. Це приводить до охолодження однієї з запропонованого короткозамкненого термоелемеповерхонь робочого тіла термоелемента та до нта. Термоелемент згідно винаходу включає робонагрівання протилежної. че тіло 1 у вигляді прямокутного бруска з геометЗа допомогою комп'ютерного моделювання ричними розмірами а, b, с із ізотропного встановлено, що для випадку короткозамкненого матеріалу, електричні контакти 2 та множину закотермоелемента, робоче тіло якого виготовлено з рочуючих елементів 3, які виготовлені із напівпроматеріалу на основі Ві2Те3, n-типу провідності та відникового матеріалу. Закорочуючі елементи, які закорочуючі елементи також виконані з напівпроз'єднують верхню та нижню ізотермічні грані брусвідникового матеріалу Ві2Те3, n-типу, можна підка утворюють з однією із цих граней кут φ, відмінвищити поперечну термоЕРС та ККД на 30 % та 40 ний від 0 і 90°. На торцевих гранях бруска розта% відповідно порівняно із мідними закорочуючими шовані струмовідвідні контакти 4 та струмовідвідні елементами. Як приклад, в таблиці нижче наведепровідники 5, через які термоелемент з'єднаний із но порівняння впливу матеріалу закорочуючих зовнішнім електричним колом 6 для протікання елементів на ЕРС та ККД короткозамкненого терелектричного струму. Зовнішнє електричне коло 6 моелемента розмірами (50x3x2) мм при оптимальсхематично представлено на Фіг. 1 його електричному куті закорочення φ = 30° та перепаді темпеним опором R. ратур між верхньою і нижньою гранями Основними режимами роботи короткозамкнетермоелемента ΔΤ=100 Κ. ного термоелемента згідно винаходу є добре відомі режими інших термоелементів, а саме режим Матеріал закорочуючих елементів ЕРС, В ККД, % генерації електричної енергії та режим теплового насоса. В режимі генерації короткозамкнений терВі2Те3 0,172 1,13 моелемент може генерувати електричну енергію Сu 0,119 0,65 при наявності джерел та витоків тепла. В режимі теплового насоса короткозамкнений термоелеТаким чином, запропонований короткозамкнемент може сам виступати джерелом тепла та хоний термоелемент характеризується підвищеними лоду при наявності у зовнішньому колі джерела значеннями ЕРС і ККД при пониженій вартості та напруги. спрощеній технології виготовлення таких термоеПринцип роботи короткозамкненого термоелементів. Винахід знайде застосування в термоелемента в режимі генерації електричної енергії лектричному приладобудуванні, наприклад, в якозгідно винаходу базується на відомому термоелексті сенсорів теплового потоку. тричному ефекті Зеєбека. При протіканні тепловоЛітература го потоку через робоче тіло короткозамкненого 1. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлетермоелемента від гарячої його грані, яка знахоктрические устройства: Справочник. - Киев: Наудиться при температурі Т1, до холодної, яка знакова думка. - 1979. - 766 с. 5 92204 6 2. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т.2. 3. Anatychuk L.I., Dimitrashchuk V.T., Luste О..Т. Термоэлектрические преобразователи энергии. Monocrystalling anisotropic thermoelement having Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, shorted EMF vector in the direction coincident with 2003. - 376 с. that of the thermal flux. Patent US 3920480. - 1975. Комп’ютерна верстка В. Мацело 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