З.Р. ШИХКЕРИМОВА, А.С. МАГУРОВ, К.Р. АЙВАЗОВ, О.А. ПЫЛЕВА

З.Р. ШИХКЕРИМОВА, А.С. МАГУРОВ, К.Р. АЙВАЗОВ,
О.А. ПЫЛЕВА
Научный руководитель – В.Ф. КАТАЕВ, к.т.н., доцент
Волгодонский инженерно-технический институт НИЯУ МИФИ
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УНИПОЛЯРНЫХ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ
ЭНЕРГИИ
Рассмотрены особенности режимов работы униполярного преобразователя на
основе термоэлектрического конденсатора со структурой МДПМ.
В ВИТИ НИЯУ МИФИ разработан униполярный полупроводниковый
управляемый термоэлектрический преобразователь с повышенным за счет
униполярности и управляемости КПД.
Эффект униполярного термоэлектрического преобразования достигается благодаря тонкому нанорегулированию сдвига зон насыщенности
электронов с помощью электрического поля до полного вытеснения «горячих» электронов из «холодной» зоны [1].
Это позволяет увеличить эффект преобразования энергии непосредственно в холод или непосредственно в электричество за счёт организации полупроводниковой структуры в виде многослойного сэндвича металл-диэлектрик-полупроводник-металл (МДПМ-структура) рисунок 1.
Рис. 1. Структура униполярного термоэлектрического преобразователя
При заряде конденсатора электроны донного электрода переходят из
металла в полупроводник, для чего им приходится преодолевать потенциальный барьер. Это могут сделать только самые "горячие" электроны.
Приходя в термодинамическое равновесие с кристаллической решёткой
металла, они отбирают у нее энергию (эффект Пельтье). В зоне контакта
остаются более "холодные" электроны. При этом поглощённая тепловая
кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию заряженного конденсатора.
При разряде конденсатора через МДП-транзистор выделяется значительно меньше тепла, чем поглощается из донного электрода. При этом
потенциальная энергия заряженного конденсатора содержит не только
энергию, полученную от батареи, но и поглощённую в контакте металлполупроводник в процессе заряда тепловую энергию. Часть запасенной
потенциальной энергии, преобразованной из тепловой, выделяется на резисторе, таким образом, поглощенная тепловая энергия частично преобразуется в дополнительную электрическую [2].
Униполярное термоэлектрическое устройство имеет ряд значительных
преимуществ перед элементом Пельтье. Во-первых, это отсутствие горячей стороны – отсутствует необходимость в системе охлаждения. Во вторых. При использовании униполярного преобразователя в качестве охлаждающего элемента существенно повышается холодильный коэффициент, что позволяет получать минусовые температуры без учета внешних
факторов. Это достигается за счет возможности самообеспечения элемента электрической энергией, часть которой может быть направлена на расширение функционала оборудования. В третьих. В процессе охлаждения
образуется дополнительно электрическая энергия, которая может быть
направлен на обеспечение работы других систем, таких как система вентиляции.
Проведенные эксперименты [1] подтвердили работоспособность
устройства.
Список литературы
1.Карапетьян Г.Я., Лунин Л.С., Днепровский В.Г, Катаев В.Ф. Преобразование тепла
окружающей среды в электрическую энергию в системе металл-диэлектрик-полупроводникметалл.
//Журнал
технической
физики,
т.83,
№11,
2013,
с.72-77.
http://journals.ioffe.ru/jtf/2013/11/page-72.html.ru
2. Карапетьян Г.Я., Катаев В.Ф., Заремба О.И. PCT заявка (международная) на изобретение №РСТ/RU2012/000240 «Термоэлектрический преобразователь» Опубликована
10.10.2013, № WO 2013/151452 A1