Изобретение относится к области прямого преобразования энергии с помощью термоэлектрических устройств, Термопреобразователь может быть использован как генератор электрического тока или как тепловой насос. В измерительной технике его можно применять в качестве термодатчика в тепломерах, калориметрах, пирометрах и других приборах, работа которых основана на детектировании термического воздействия.
Известны термопреобраэователи, основанные на использовании анизотропии термоэлектрических свойств в монокристаллах. Принцип действия указанных преобразователей состоит в TOM, что вследствие анизотропии те,рмо-ЭДС пронизывающий монокристалл тепловой поток вызывает циркуляциюК вихревых термоэлектрических токов, приводящих к появлению поперечной относительно найравлени.я градиента .температуры составляющей термо-ЭДС. Конструктивно такой преобразователь представляет собой пластину, вырезанную под углом к главной кристаллографической оси полупроводникового монокристалла и закрепленную на теплоотводящей подложке 1 и 2.
Вследствие ограниченного выбора монокристаллических материалов, для , которых сильно выраженная анизотропия термо-ЭДС сочеталась бы с -высокой термоэлектрической добротностью, эффективность указанных преобразователей, низка. Кроме того, технология получения монокристаллов и их ориентированная механическая обработка
10 сложны и трудоемки. По указанным причинам эти термопреЪбразОватели распространения не получили.
Известен также термоэлектрический преобразователь Гайлинга, представ ляющий собой пластину из чередующихся параллельных и образующих термоэлектрическую пару слоев двух изотропных материалов, находящихся в тепловом и электрическом контактах
20 между собой и ориентированных под углом к вектору теплового потока 3.
Вследствие наклонного расположения слоев в такой системе возникает поперечная составляющая ЭДС, анало25гично тому, как это имеет место в обладающей анизотропией свойств монокристаллической пластине. Величина генерируемой поперечной состав.ляющей такой системы в большой мере
30 .зависит от герметрии слоев и их термоэлектрнческих свойств, Поскольку техника получения тонкослойной стру туры из эффективных термоэлектричес ких материалов оказалась крайне сло ной, практического применения этот преобразователь не получил. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является термопреоб разователь, содержащий две короткозамкнутых плоскостью спая и образую щих между собой термоэлектрическую пару пластины, обладающих анизотропией электропроводности 4. К недостаткам известного техниче кого решение следует отнести низкую термическую стойкость зонально-неод нородного генератора и ограниченный срок службы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повыш ние эффективности преобразователя. Поставленная цель достигается те что известный термопреобразователь, содержащий две короткозамкнутых пло костью спая и образующих между собо термоэлектрическую пару пластины, состоит из каскада соединенных одна с другой термически и электрически параллельно включенных термобатарей изготовленных из двух пластин изотропных материалов, каждая из которых содержит систему параллельных разрезов, выполненных в пластинах под углом cL в разные относительно стороны нормали к тепловоспринимающей поверхности и перпендикулярно плоскости спая термопроеобразователя угол выбран в пределах .445° В отличие от прототипа преобразователь предлагаемой конструкции обла дает искусственно-вызванной анизотро пией, что обусловлено указанным образом ориентированных разрезов и поз воляет термопреобразователи создават с заранее известными и требуемыми свойствами, варьируя геометрическими размерами и их соотношением, а также сочетанием материалов пластин. Другая отличительная особенность предлагаемого термопреобразователя заключается в том, что он представляет собой каскад термобатарей, связанных между собой и включенных параллельно На чертеже показана конструкция термопреобразователя. Преобразователь состоит из двух спаянных между собой пластин 1 и 2 из образующих термоэлектрическую пару изотропных материалов. Пластины содержат системы параллельных разрезов 3 и 4, выполненных на глубину до плоскости спая 5. Разрезы в пластинах ориентированы под углом от 15 до 45°относительно нормали к тепловоспринимающей поверхности термопреобразователя. На торцах термопреобра зователя расположены токосъемные клеммы 6. Предлагаемый термопреобразователь работает следующим образом Под действием пронизывающего термопреобразователь теплового потока Q в пластинах 1 и 2 возникает градиент температуры в направлении стока тепла. Вследствие обусловленной разрезами анизотропии вихревые термоэлектрические токи, появляющиеся в искусственно-анизотропной системе, приобретают спиральную ориентацию. Последнее вызьтает накопление напряжения вдоль преобразователя подобно тому, как это имеет место в термобатареях с большим числом последовательно соединенных термоэлементов. Одновременно термопреобразователь работает как каскад параллельно соединенных термобатарей. При этом контакты между слоями 1 и 2 преобразователя совпадают с изопотенциалами, на которых, как известно, не имеет места шунтирование. Термопреобразователь обладает высокой технико-экономической эффективностью, которая обеспечивается расширением его функциональных возможноетей и повышением надежности в эксплуатации. Конструктивные особенности термопреобразователя обуславливают универсальность его применения. Генерируемая преобразователем ЭДС не зависит от его толщины, благодаря чему он может быть выполнен достаточно тонким, что позволяет использовать его в качестве высокочувствительного и одновременно малоинерционного теплового детектора лучистой энергии. Вместе с тем, предлагаемый термопреобразователь может применяться и как тепловой насос, поскольку он работает аналогично каскаду параллельно включенных и наложенных друг на друга термобатарей. Такой термопреобразователь позволяет получить низкие температуры, что не достигается одной термобатареей. Термопреобразователь можно использовать в качестве автономного лсточника электрической энергии, причем выбором толщины элемента легко регулировать требуемую мощность источника. Наличие систем разрезов в термопреобразователе повышает его устойчивость к механическим и термическим напряжениям. Более того, повреждение одного из контактов многоспайной конструкции предлагаемого термопреобраэователя не приводит к разрыву электрической цепи, состоящей из каскада связанных между собой и параллельно включенных термобатарей.
