Pulsed thermoelectric machine

• Autorzy: Nedelcu M. , Apostoluk M. , Stockholm J. G.

Warianty tytułu

PL

Impulsowa maszyna termoelektryczna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A new type of thermoelectric transport is described, consisting of pulses of charge carriers that “fly” periodically through the external circuit from the hot end of the sample to the cold end, with a determined duration of the “on” and “off” times of the electric contacts, while maintaining continuously the thermal contacts. It is shown that such a non-equilibrium ideal thermal “machine” works cyclically with improved efficiency compared with efficiencies of the thermoelectric devices operated in an equilibrium transport regime, but the electric flow and power are increased, as a consequence of concentrating the charge carriers on pulses of a small spatial extent. The machine is reversible, in the sense that it can operate either as a thermoelectric generator or as an electro-thermal cooler. So, it is described special designing a new thermoelectric generator to fulfill the needs of pulse operating, and a setup able to measure the thermoelectric parameters of Non Steady-State (pulse) operated generators. Preliminary measurements show a minimum two times increase of delivered electrical power, using the same heat power input when we are working in the pulse operation. It is confirmed existence of a lower limit of frequency where the electrical power starts to increase comparing with the DC operation, and a superior limit of frequency where the increase is too low to be taken into consideration. All these results are strong confirmation of the theory of “pulsed thermoelectricity”.

PL

Opisano nowy rodzaj transportu termoelektrycznego, złożonego z impulsów nośników ładunku, które przepływają okresowo przez zewnętrzny obwód z gorącego końca próbki do zimnego przy określonych czasach włączenia i wyłączenia kontaktów elektrycznych, utrzymując ciągle kontakty cieplne. Pokazuje się, że taka nierównowagowa, idealna „maszyna” cieplna pracuje cyklicznie ze zwiększoną wydajnością w porównaniu z wydajnością termoelektrycznych urządzeń, działających w równowagowych warunkach transportu, a przepływ i moc elektryczna są zwiększone jako skutek skoncentrowania nośników ładunku w impulsach o małym zasięgu przestrzennym. Maszyna jest odwracalna w takim sensie, że może ona działać albo jako generator termoelektryczny, albo jako chłodnica elektrotermiczna. Zatem, opisuje się specjalne projektowanie nowego termoelektrycznego generatora, spełniającego wymagania działania impulsowego, i układ pozwalający mierzyć parametry termoelektryczne generatorów (impulsowych) działających w stanie niestacjonarnym. Badania wstępne pokazują minimum dwukrotny wzrost dostarczanej mocy elektrycznej przy wykorzystaniu tej samej mocy wejściowej, wtedy gdy pracuje się w trybie impulsowym. Potwierdza się istnienie mniejszej granicznej wartości częstotliwości, przy której moc elektryczne zaczyna się zwiększać w porównaniu z trybem stałoprądowym, a także wyższej granicznej wartości częstotliwości, przy której wzrost jest zbyt mały, aby go uwzględniać. Wszystkie wyniki są mocnym potwierdzeniem teorii “impulsowej termoelektryczności”.

Słowa kluczowe

EN

pulsed thermoelectricity; improved thermoelectric efficiency; thermoelectric generator

PL

impulsowa termoelektryczność; polepszona wydajność termoelektryczna; generator termoelektryczny

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 2
• Strony: 170--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Nedelcu M.

• PulseTEG SRL, Bucharest, Romania

autor

Apostoluk M.

• Department of Theoretical Physics, Institute of Atomic Physics, Magurele-Bucharest, Romania

autor

Stockholm J. G.

• Marvel Thermoelectrics, Vernouillet 78540, France

Bibliografia

• [1] Luste, O.: Thermodynamic limits of the thermo-electric figure of merit, J. Thermoelectricity, No. 1, (1993), 21.
• [2] Hicks, L. D., Dresselhaus, M. S.: Effect of quantum-well structures on the thermoelectric figure of merit, Phys. Rev. B, 47, (1993), 12727-12731.
• [3] Hicks, D., Dresselhaus, M. S.: Thermoelectric figure of merit of a one-dimensional conductor, Phys. Rev. B, 47, (1993), 16631-16634.
• [4] Loginov, G. N.: Thermoelectricity of submicron semiconductors, J. Thermoelectricity, 4, (1996), 5-10.
• [5] [Gurevich, Yu. G., Logvinov, G. N., de la Cruz, G., Drogobitskiy, Y. V., Carballo Sanchez, A. F: Pulse thermal processes and transient thermoelectric responses in semiconductors: one- and two-temperature models, J. Thermoelectricity, 1, (1999), 33-37.
• [6] Ghoshal, U. S.: US patent 6,429,137 (2002).
• [7] Apostol, M., Nedelcu, M.: Ultrafast thermo-electric conduction, in Proc. 20th Int. Conf. on Thermoelectrics, Beijing, 8–11 June, IEEE, Piscataway, NJ, 2001, p. 42.
• [8] Reversibile power supply cooling machine, (USA Provisional Patent Appl. No. 61,032,329, Febr. 28, 2008 (US Patent & Trademark Office).
• [9] Apostol, M., Nedelcu, M.: Pulsed thermoelectricity, J. Appl. Phys., 108, 023702, (2010).
• [10] Rowe, D. M., Bhandari, C. M.: Modern Thermoelectrics, Reston Publishing Company, VA, 1983.
• [11] CRC Handbook of Thermoelectrics, edited by D. M. Rowe, CRC, BocaRaton, FL, 1995.
• [12] Nolas, G. S., Sharp, J., Goldsmid, H. J.: Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Developments, Springer, New York, 2001.
• [13] Apostol, M., Nedelcu, M.: J. Optoel. Adv. Mater., 3, 1, (2001), 125-132.
• [14] Nedelcu, M.: Ph.D. thesis, Polytechnical Institute, Bucharest, Romania, 2001.