ОПИСАНИЕ ПРОТОТИПА
Авторы: Хололеенко Г. А.
Горский Е....
Шилович Ю. А.
Содержание
1. Описание принципа и сути основной работы устройства. -------------------
2. Изменение формы и добавление дополнительных элементов для выполнения поставленной цели. -----------------------------------------------------
3. Теоретические расчёты, простейшая схема и графики работы. -----------
4. Наиболее предполагаемые места применения. ----------------------------------
ОПИСАНИЕ ПРИНЦЫПА И СУТИ ОСНОВНОЙ РАБОТЫУСТРОЙСТВА
Принцип действия термоэлектрического преобразователя(далее ТП) основан на возникновении электрического тока в цепи, составленной из двух разнородных проводников, при нарушении теплового равновесия мест их контакта. Часть термоэлектрической цепи (рис.1), состоящая из двух разнородных проводников, образует термоэлектропреобразователь.
Рис.1. Часть термоэлектрической цепи. Красным цветом обозначен константан, синим – медь. Серым – место теплового контакта, где начинается ТЕРМОЭДС.
При нагреве места теплового контакта(далее МТК), ТЕРМОЭДС положительна и ток направлен от константана, через МТК, к меди. При охлаждении МТК, ТЕРМОЭДС отрицательна и ток направлен от меди, через МТК, к константану.
Согласно электронной теории, во всех проводниках имеются свободные электроны. Число электронов, приходящихся на единицу объема, различно для проводников. По мере повышения температуры проводника концентрация свободных электронов о единице его объёма возрастает. Эти свободные электроны диффундируют из мест с большей концентрацией в места с меньшей, т.е. в общем случае, когда концы проводника имеют разную температуру, свободные электроны диффундируют от горячего конца проводника к холодному. Следовательно, при электронной проводимости холодный конец проводника заряжается отрицательно, а нагретый - положительно.
Зеебек, проводя исследования термоэлектрических явлений в замкнутых цепях разнородных проводников, обнаружил, (что в цепи, состоящей из двух разнородных проводников, находящихся в соприкосновении при одинаковой температуре, вместе контакта возникает термоЭДС (явление Зеебека), вследствие разности концентраций свободных электронов в каждом из проводников и контактной разности потенциалов.
Следует отметить, что рассматриваемый термоэлектрический эффект обладает и обратным свойством, заключающимся в том, что если в такую цепь извне подать электрический ток, то в зависимости от направления тока один из спаев будет нагреваться, а другой охлаждаться (эффект Пельтье).
ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫИ ДОБАВЛЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОСТАВЛЕННОЙ ЦЕЛИ
Как уже стало понятно, основной элемент в устройстве – термоэлектрический преобразователь(далее ТП). Для наилучшего теплообмена между поверхностью греющегося тела(далее ПГТ) и максимальной простоты исполнения, в условиях отсутствия высокоточного оборудования, ТП приобретает следующий вид (Рис. 2).
Рис 2. Заготовка ТП-ля.
Изменения сделаны при помощи следующих инструментов: монтажный нож, увеличительное стекло, кусачки, пассатижи, тиски, паяльник 25 Вт, руки. В ходе работы над одиночным ТП-лем, были израсходованы материалы: медный обмоточный провод д. 0.8, константановая проволока д. 0.8, 1/10 полотна монтажного ножа, канифоль, припой.
Технология изготовления одиночного ТП-ля: откусывание части медного обмоточного провода и константановой проволоки > очистка медного обмоточного провода от лаковой изоляции > зажим концов в пассатижах, накрест, медного провода и константановой проволоки > в зажатом состоянии, скручивание свободной рукой медного провода и константановой проволоки под прямым углом, на нужную длину(1 и более см) > откусывание кусачками лишний, не скрученный конец > лужение откусанного конца скрутки, где был лишний, не скрученный конец > выравнивание скрутки и обжатие в тисках, до достижения плоской поверхности ТП-ля, с двух противоположных сторон > лужение второго конца ТП-ля, где располагаются выводы > лужение двух противоположных - плоских, поверхностей ТП-ля, до достижения тактильной ровности.
После проделанной работы, должен получиться следующий ТП (Рис. 3)
Рис 3. Залуженный и обжатый ТП-ль.
Для достижения наилучшего теплового контакта(далее ТК) с ПГТ, уже обработанные ТП-ли, соединены рядом друг с другом, на одной плоскости (рис. 4).
РИСУНОК(ВХОДНОЙ МАССИВ)
На рисунке видно, что такое расположение ТП-лей создаёт термопреобразующий слой(далее ТС), ТП-ли которого, соединены параллельно. Такое электрическое соединение полностью(99,99%) устраняет опасность нагрева ТП-лей и как следствие, корпуса. Корпус, в виду ограниченных денежных средств и учёта требуемых физических свойств (далее ФС), сделан из текстолита, толщиной 0.1 мм. Сами ТП-ли закреплены на текстолите с помощью клея (точное название), который подобран с учётом всех внешних нагрузок. Часть корпуса (текстолита), не задействованная под ТП-ли, используется для сквозного или иного крепления. Выводы каждого ТП загибаются на противоположную плоскость корпуса (текстолита), лудятся и спаиваются в удобной форме, друг с другом, по схеме параллельного соединения. Само место спайки выводов, для обеспечения требуемой изоляции от внешних агрессивных сред, заполнено компаундом.
Преобразованная энергия, в виде тока, преобразуется в другую температуру и выходит в окружающую среду – воздух. Вторая часть устройства, отвечающая за обратное преобразование энергии, изображено на рис 5.
РИСУНОК(ВЫХОДНОЙ МАССИВ)
На рисунке выше видно, что конструкция выходного массива(далее ВхМ), отличается от входного массива(далее ВхМ). Цель изменений и добавлений – свести к минимуму влияние внешних температур на работу устройства в режиме покоя, обеспечить правильную работу выхода инфракрасного излучения(далее ИКИ) и наиболее удобное пользование человеком. Изменения касаются соединения выводов ТП-лей с ВхМ-вом и добавление слоя теплопровода. Так же, для экономии константановой проволоки, ВыхМ состоит из двух ТП-лей. Если необходимо увеличить площадь излучения ВыхМ-ва, параллельно подключаются ещё несколько ВыхМ-вов, по два ТП-ля. Ещё стоит заметить, что экономия константановой проволоки и создания удобства пользования, создало два соединения между входом и выходом ВыхМ-ва. Одно соединение, при прохождении тока, излучает тепло, второе – холод. Эта особенность может нарушить правильную работу прототипа. Поэтому, эти соединения максимально сведены друг к другу и приклеены к теплопроводу. Так решена проблема излучения холода и тепла в недопустимых местах прототипа.
Соединение выводов ТП-лей в ВыхМ-ве и взаимное расположение самих ТП-лей, даёт возможность образования 3-рёх ИКИ-ий. Для лучшего понимания работы всех ИКИ-ий в сечении теплопровода, нужно представить их в виде инфракрасных электромагнитных волн(ИЭЛМВ). Первые две ИЭЛМВ появляются вследствие процесса перехода работы внутри сечения ТП-лей в ИКИ. Как известно из термодинамики, чем короче ИЭЛМВ, тем её температура выше, следовательно, чем длиннее, тем температура ниже. В этом факте можно легко убедиться, если приближать пальцы рук к большому огню, который в физике называют низкотемпературной плазмой. В медном теплопроводе, к которому надёжно приклеены ТП-ли с помощью теплопроводного клея, возникает начало свободного распространения ИЭЛМВ-н. В этой среде, когда холодная(синяя) ИЭЛМВ-на встречается с горячей(красной) ИЭЛМВ-ной, на месте встречи возникает взаимное гашение энергетических потенциалов(далее ВГЭП). Учитывая закон сохранения энергии и массы(далее ЗСЭМ), на месте ВГЭП образуется третья ИЭЛМВ-на, которая стремится уйти из зоны столкновения первых двух ИЭЛМВ-н. Эта, третья ЭЛМВ-на, температура которой 0 градусов по цельсию, двигается в зону сечения теплопровода близкую с поверхностью, которая соприкасается с молекулами воздуха.
В настоящий момент в конструкции нет материала, который способен менять свою структуру в зависимости от изменения температуры внешней среды(воздуха).
Выше указанный материал, пока заменён на коммутатор с фиксацией. Это техническое решение убирает проблему неправильной работы прототипа в режиме покоя. Но коммутатор с фиксацией создаёт неудобство пользования и невозможность внедрения прототипа в некоторые сферы жизни человека.