Термоелектричний перетворювач теплового потоку для градієнтних тепломірів

Реферат: UA 79929 U UA 79929 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до термоелектричних пристроїв, а саме термоелектричних перетворювачів теплового потоку градієнтних тепломірів медико-біологічного призначення. Відомі термоелектричні перетворювачі теплового потоку, принцип роботи яких ґрунтується на використанні термоелектричного ефекту Зеєбека [1-2]. До таких перетворювачів відносяться зонд теплового потоку [3], термоелектричний перетворювач теплового потоку [4], датчик теплового потоку [5], термоелектричний датчик для ортопедії [6], термоелектричний датчик для медико-біологічної експрес-діагностики [7], термоелектричний медичний тепломір [8] та ін. З відомих аналогів найбільш близьким по технічній суті є термоелектричний первинний перетворювач теплового потоку [9]. Такий перетворювач містить термопарну батарею, яка складається із сукупності з'єднаних в послідовне електричне коло напівпровідникових термопарних елементів, між рядами яких знаходяться наскрізні повітряні проміжки, та корпус із електричними виводами. Принцип роботи такого перетворювача ґрунтується на ефекті Зеєбека, внаслідок якого на електричних виводах перетворювача генерується термоЕРС, яка пропорційна величині теплового потоку через цей перетворювач. Недоліком вказаного перетворювача є низька механічна міцність. Як показує досвід експлуатації при приживанні термоелектричного перетворювача до тіла людини часто відбувається розрив електричного кола послідовно з'єднаних термоелементів. Крім того, особливістю вимірювань теплових потоків тіла людини є те, що окрім відводу тепла з поверхні шкіри шляхом конвекції та випромінювання має місце відвід тепла за рахунок фазового переходу - випаровування. У даному випадку розглянутий прототип містить наскрізні повітряні проміжки. Однак при цьому зменшується контактуюча поверхня у порівнянні із загальною поверхнею перетворювача, що призводить до спотворення результатів вимірювань, оскільки відвід тепла відбувається не з усієї поверхні тіла людини. Задача корисної моделі полягає в створенні вдосконаленої конструкції термоелектричного перетворювача теплового потоку, що володітиме підвищеною механічною міцністю, збільшеною поверхню контакту з тілом людини та мінімальними спотвореннями випаровування з поверхні шкіри. Поставлена задача вирішується тим, що на теплообмінних сторонах перетворювача розташовані теплові концентратори у вигляді пластин з отворами над наскрізними повітряними проміжками між рядами термоелементів та керамічні металізовані електроізолюючі теплопереходи на рядах термоелементів. Згідно з корисною моделлю запропоновано принципово нове рішення для термоелектричного перетворювача теплового потоку, яке полягає в тому, що на теплообмінних сторонах перетворювача розташовані теплові концентратори у вигляді пластин з отворами над наскрізними повітряними проміжками між рядами термоелементів та керамічні металізовані електроізолюючі теплопереходи на рядах термоелементів. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - на теплообмінних сторонах перетворювача розташовані теплові концентратори у вигляді пластин з отворами над наскрізними повітряними проміжками між рядами термоелементів та керамічні металізовані електроізолюючі теплопереходи на рядах термоелементів - забезпечує заявленому пристрою необхідний "винахідницький рівень". Промислове використання запропонованого термоелектричного перетворювача теплового потоку не вимагає застосування спеціальних технологій та матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку. На кресленні представлено схематичну конструкцію термоелектричного перетворювача теплового потоку для градієнтних тепломірів, що містить термопарну батарею 1, яка складається із сукупності з'єднаних в послідовне електричне коло напівпровідникових термопарних елементів 2, між рядами яких знаходяться наскрізні повітряні проміжки 3, та корпус 4 із електричними виводами 5. На теплообмінних сторонах перетворювача розташовані теплові концентратори 6 у вигляді пластин з отворами над наскрізними повітряними проміжками між рядами термоелементів та керамічні металізовані електроізолюючі теплопереходи 7 на рядах термоелементів. Теплові концентратори 6 приклеєні теплопровідним клеєм або припаяні за допомогою припою 8 до керамічних металізованих теплопереходів 7, які в свою чергу припаяні до комутаційних пластин 9 термоелементів 2. Як матеріал віток термоелементів може використовуватися термоелектричний напівпровідниковий матеріал на основі Ві - Те. Геометричні розміри віток n- та р-типів провідності - (0,5×0,5×2) мм. Запропонований термоелектричний перетворювач теплового потоку для градієнтних тепломірів працює наступним чином. При прикладанні термоелектричного перетворювача до об'єкта дослідження створюється градієнт температур між відповідними гранями перетворювача, внаслідок чого генерується термоелектрорушійна сила (термоЕРС). Величина 1 UA 79929 U 5 10 15 20 25 термоЕРС відповідає значенню теплового потоку через термоелектричний перетворювач. Провівши спеціальне градуювання можна точно визначити величину теплового потоку з відповідної ділянки тіла людини та представити значення в одиницях густини теплового потоку 2 (Вт/см ). Заявлений термоелектричний перетворювач теплового потоку дозволить суттєво покращити характеристики градієнтних тепломірів, які використовуються для діагностики захворювань організму людини (виявлення на ранніх стадіях онкозахворювань, запальних процесів людського організму та визначення особливостей післяопераційних тепловиділень). Джерела інформації:: 1. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справочник. - К.: Наукова думка, 1979.-768 с. 2. Геращенко О.А. Основы теплометрии. - Киев: Наукова думка, 1971.-192 с. 3. Patent US 4198859. Heat flow probe // 1980. 4. Patent US 5702185. Heat flow transducer // 1997. 5. Патент RU 2215272. Датчик теплового потока // 2003. 6. Демчук Б.М., Кушнерик Л.Я., Рубленик І.М. Термоелектричні датчики для ортопедії // Термоелектрика. - № 4.-2002. - с. 80-85. 7. Ащеулов А.А., Кушнерик Л.Я. Термоэлектрический прибор для медико-биологической экспресс-диагностики // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - № 4.-2004. с. 38-39. 8. Патент 71619 Україна, МПК H01L 35/00. Термоелектричний медичний тепломір / Анатичук Л.І., Кобилянський P.P.; Інститут термоелектрики. - № u201114007; заявл. 28.11.11; опубл. 25.07.12, Бюл. № 14. 9. Патент 72032 Україна, МПК H01L 35/00. Термоелектричний сенсор для вимірювання температури і теплового потоку / Анатичук Л.І., Кобилянський P.P.; Інститут термоелектрики. № u201114005; заявл. 28.11.11; опубл. 10.08.12, Бюл. № 15. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Термоелектричний перетворювач теплового потоку для градієнтних тепломірів, що містить термопарну батарею, яка складається із сукупності з'єднаних в послідовне електричне коло напівпровідникових термопарних елементів, між рядами яких знаходяться наскрізні повітряні проміжки, та корпус із електричними виводами, який відрізняється тим, що на теплообмінних сторонах перетворювача розташовані теплові концентратори у вигляді пластин з отворами над наскрізними повітряними проміжками між рядами термоелементів та керамічні металізовані електроізолюючі теплопереходи на рядах термоелементів. 2 UA 79929 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3