Спіральний термоелемент

1. Спіральний термоелемент, що включає робоче тіло у вигляді спіралі, що має множину витків, два електричні контакти, розташовані на кінцях спіралі, через які термоелемент з'єднаний з зовнішнім електричним колом для протікання електри 3 77260 4 два електричні контакти, розташовані на кінкоефіцієнта термоЕРС між ділянками поверхні цях спіралі, через які термоелемент з'єднаний з робочого тіла для розташування джерел і витоків зовнішнім електричним колом для протікання елетепла. Таким матеріалом може бути метал або ктричного струму, напівпровідник, коефіцієнт термоЕРС якого в різділянки поверхні робочого тіла для розташуних точках різний. Прикладами таких матеріалів є вання джерел і витоків тепла, леговані метали з неоднорідним розподілом легузгідно до винаходу ючих домішок, а також напівпровідники з неодноробоче тіло термоелемента має градієнт коерідним розподілом акцепторів і донорів у матеріафіцієнта термоЕРС між вказаними ділянками полі. Такі матеріали виготовляються відомими верхні робочого тіла для розташування джерел і технологічними методами, наприклад, методом витоків тепла. зонної плавки, методом Чохральського, методом В конкретних варіантах виконання термоелеБріджмена. мента, крім вказаних вище вдосконалень згідно до Величина градієнту коефіцієнта термоЕРС між винаходу робоче тіло термоелемента має градієнт ділянками 6 і 7 поверхні робочого тіла 1 для розкоефіцієнта термоЕРС вздовж витків спіралі між ташування джерел і витоків тепла визначається електричними контактами термоелемента з зовніпохідною функції коефіцієнта термоЕРС по прошнім електричним колом. сторовій координаті в робочому тілі термоелеменВ окремих конкретних варіантах виконання та. Доцільно обрати таку просторову координату 9 термоелемента робоче тіло має форму порожнису вигляді криволінійної координати , що співпадає того бруска, причому кожний виток спіралі має з лінією 8 електричного струму, який протікає між принаймні дві частини з різних матеріалів, які відконтактами 3 і 4 при роботі термоелемента. різняються коефіцієнтом термоЕРС. Оптимальними варіантами вказаної вище фуВ окремих конкретних варіантах виконання нкції ( ) є періодично повторювані однаковим термоелемента поперечний переріз робочого тіла чином у кожному витку спіралі періодичні функції має форму прямокутника з круглим отвором. (Фіг.3). Відхилення від строгої періодичності дещо Сутність винаходу пояснюється його описом погіршують параметри термоелемента, але він та кресленнями, де зображено залишається працездатним і при наявності таких на Фіг.1 - загальний вигляд спірального термовідхилень. На Фіг.3 показано два приклади з багаелемента за одним із варіантів конкретного викотьох можливих варіантів періодичної залежності нання винаходу, ( ). У випадку а коефіцієнт термоЕРС в межах на Фіг.2 - схематичне зображення ліній електодного витка між ділянками поверхні робочого тіла ричного струму в термоелементі, зображеному на для розташування джерел 6 і витоків 7 тепла плаФіг.1, а також криволінійна координата , вздовж вним чином коливається від min до max. У випадку якої змінюється коефіцієнт термоЕРС матеріалу б в межах одного витка неоднорідність двічі зміробочого тіла термоелемента, нюється стрибкоподібним чином від min до max. на Фіг.3 - два приклади графіків зміни коефіціНа Фіг.4 схематично показано, яким чином в єнта термоЕРС вздовж криволінійної координаодному витку спіралі робочого тіла термоелемента ти , 1, змінюється коефіцієнт термоЕРС для варіанта на Фіг.4 - один виток спірального термоелемевинаходу, зображеного на Фіг.3а. На Фіг.2, 4 плавнта, зображеного на Фіг.1, ну залежність ( ) показано відтінками сірого кона Фіг.5 - загальний вигляд спірального термольору, причому темні відтінки кольору відповідаелемента за другим із варіантів конкретного викоють меншим значенням , а світлі відтінки кольору нання винаходу, - більшим значенням . на Фіг.6 - термоелемент, зображений на Фіг.5, На Фіг.5 показано варіант конкретного викооснащений джерелами та витоками тепла. нання винаходу, в якому залежність коефіцієнта Спіральний термоелемент згідно винаходу, як термоЕРС від криволінійної координати відповідає то показано на Фіг.1, включає робоче тіло 1 у вистрибкоподібному профілю графіка Фіг.3б. Робоче гляді спіралі, що має множину витків 2. На кінцях тіло термоелемента має форму порожнистого спіралі розташовано два електричні контакти 3 і 4, бруска. Поперечний переріз робочого тіла має через які термоелемент з'єднаний з зовнішнім форму прямокутника з круглим отвором. Кожний електричним колом 5 для протікання електричного виток спіралі має принаймні дві частини - 10 і 11 - з струму. Зовнішнє електричне коло 5 схематично різних матеріалів, які відрізняються коефіцієнтом представлено на Фіг.1 його електричним опотермоЕРС, що умовно показано темним і світлим ром R. кольором для лівої 10 та правої 11 частин витка на Бічна поверхня робочого тіла 1 має ділянки 6 Фіг.5. На електропровідних переходах 12 між часдля розташування джерел тепла, а також ділянки тинами 10 та 11 з різних матеріалів коефіцієнт 7 для розташування витоків тепла. Джерела і витермоЕРС α змінюється стрибкоподібно у відповітоки тепла в залежності від застосування термоедності з графіком ( ), показаним на Фіг.3б. лемента можуть мати різну конструкцію. Як і у віНа Фіг.6 показано яким чином варіант конкретдомих спіральних термоелементах такими ного виконання винаходу, зображений на Фіг.5, джерелами і витоками можуть бути різноманітні оснащено джерелами 13 та витоками 14 тепла. термостати, радіатори, тепловідводи, нагрівачі і Джерела тепла 13 знаходяться в тепловому контаохолоджувачі, колектори випромінювання тощо. кті з ділянками 6 поверхні робочого тіла. Витоки Істотною відмінністю термоелемента згідно тепла 14 перебувають у тепловому контакті з дівинаходу від відомих спіральних термоелементів є лянками 7 поверхні робочого тіла. те, що робоче тіло термоелемента має градієнт 5 77260 6 Основними режимами роботи спірального всередині витка; ТГ - температура гарячих ділянок термоелемента згідно винаходу є добре відомі 6 поверхні робочого тіла; ΤХ - температура холодрежими інших термоелементів, а саме режим гених ділянок 7 поверхні робочого тіла; n - число нерації та режим теплового насоса. В режимі гевитків спіралі, k - коефіцієнт, що залежить від фонерації спіральний термоелемент може генеруварми поперечного перерізу витка та профілю функти електричну енергію при наявності джерел та ції ( ). Для квадратного перерізу з круглим отвовитоків тепла. В режимі теплового насоса спіральром, діаметр якого складає 0,3-0,5 сторони ний термоелемент може сам виступати джерелом квадрата, цей коефіцієнт знаходиться в межах 0,7тепла та холоду при наявності у зовнішньому колі 0,9 для профілів ( ), що мають вигляд, близький джерела напруги. до синусоїди (Фіг.3,а) або до стрибкоподібного Робота спірального термоелемента в режимі профілю (Фіг.3,б). генерації електричної енергії згідно винаходу баРобота спірального термоелемента в режимі зується на добре відомому термоелектричному теплового насоса базується на добре відомому ефекті Зеєбека. При протіканні теплового потоку ефекті Пельтьє. При протіканні струму через рочерез робоче тіло 1 спірального термоелемента боче тіло термоелемента в залежності від напрямвід гарячих ділянок поверхні 6 до холодних діляку струму в кожному витку спіралі один з контактів нок 7 у кожному витку 2 спіралі створюється різничастин термоелемента 10 та 11 з різними величиця температури між ділянками поверхні робочого нами коефіцієнта термоЕРС буде поглинати тептіла 6 та 7. При цьому у кожному витку спіралі 2 ло, протилежний контакт буде виділяти тепло. Це виникає термоЕРС, яка пропорційна різниці темприводитиме до охолодження однієї з поверхонь ператур між ділянками поверхні робочого тіла 6 та робочого тіла та до нагрівання протилежної. 7. Оскільки витки 2 спірального робочого тіла 1 Згідно до винаходу було виготовлено спіральтермоелемента знаходяться у послідовному конний термоелемент розмірами 3 3 10мм3. Діаметр такті, то результуюча термоЕРС спірального теркруглого отвору складав 1,2мм. Товщина одного моелемента буде рівна сумі всіх термоЕРС, що витка спіралі - 0,35мм, відстань між витками виникають у кожному витку спіралі. 0,15мм. Робоче тіло термоелемента було виготовВеличина цієї термоЕРС, як показують теорелено шляхом екструзії матеріалу на основі телутичні розрахунки та експериментальні випробуриду вісмуту. При різниці температур 170К термовання зразків конкретного виконання винаходу ЕРС спірального термоелемента досягала 1,2В. визначається формулою: Величина термоелектричної ефективності термоЕ=k( max- min)(ТГ-ТХ)n, елемента Ζ складала 2,0·10-3K-1. де Ε - електрорушійна сила; max, min - максимальні та мінімальні значення коефіцієнта Зеєбека 7 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 77260 8 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