1. На основі методів математичної теорії оптимального керування розвинуто теорію і створено комп’ютерні способи розв’язання задач оптимізації термоелементів та одно- і багатокаскадних модулів з функціонально-градієнтних термоелектричних матеріалів для охолоджувачів і генераторів за умов врахування теплових і електричних втрат в контактах, комутаційних та ізоляційних пластинах. 2. Побудовано узагальнену теорію знаходження декількох взаємно узгоджених оптимальних функцій, що створюють функціонально-градієнтні властивості термоелектричних матеріалів для віток охолоджувальних і генераторних термоелементів. На основі цієї теорії створено методи для розв’язання задач пошуку взаємно узгоджених оптимальних функцій індукції магнітного поля і неоднорідності термоелектричних матеріалів для низькотемпературних одно- і багатокаскадних охолоджувачів. 3. Розвинуто теорію проектування оптимальних секційних термоелементів і модулів на їх основі для охолоджувачів і генераторів, яка враховує оптимізацію матеріалу для кожної секції, електричне і теплове узгодження секцій, електричні втрати в контактах між секціями. 4. Створено теорію і розроблено комп’ютерні методи для проектування оптимально однорідних і функціонально-градієнтних матеріалів для проникних термоелементів охолодження і розрахунку оптимальних характеристик термобатарей з таких термоелементів. 5. Визначено оптимальні функції розподілу концентрації носіїв струму для матеріалів на основі Bi-Te, Pb-Te, Si-Ge n- і p-типів провідності, реалізація яких у вітках генераторних термоелементів призводить до підвищення ККД термоелектричних модулів. Доведено можливість досягнення наступних значень ККД: 8 % для модулів з ФГТМ на основі Bi-Te за умов перепаду температур 250 К, 14 % для двокаскадних модулів з ФГТМ на основі Bi-Te і Pb-Te за умов перепаду температур 600 К, 19 % для трикаскадних генераторних модулів з оптимально неоднорідних матеріалів на основі Bi-Te, Pb-Te та Si-Ge за величини перепаду температур 1000 К. 6. Визначено оптимальні функції ФГТМ на основі Bi-Te для каскадних термоелектричних батарей в режимі охолодження. Доведено підвищення холодильного коефіцієнта в 1.2 - 1.3 рази для робочих температурних режимів і в 1.5 – 2 рази для граничних перепадів температур відповідно до його значення для модулів з однорідних матеріалів. 7. Встановлено можливість досягнення максимального перепаду температур до 25 К на термоелементах Пельтьє з віткою n-типу провідності із Bi-Sb, розміщених в магнітному полі. Знайдено оптимальні функції індукції магнітного поля для низькотемпературних одно- і багатокаскадних модулів охолодження з таких термоелементів. Встановлено підвищення холодильного коефіцієнта в 1.2 – 1.75 рази порівняно із застосуванням однорідного магнітного поля в умовах оптимального узгодження каскадів за перепадів температур 40 – 70 К. 8. Визначені взаємно узгоджені оптимальні функції індукції магнітного поля та неоднорідності термоелектричних матеріалів n-типу провідності на основі Bі-Sb і p-типу провідності на основі Bi-Te для низькотемпературних каскадних модулів. Встановлено підвищення холодильного коефіцієнта в 1.3 – 1.7 рази за перепадів температур 30 – 50 К і в 2 – 2.5 рази за перепадів температур 60 – 70 К порівняно із застосуванням однорідного магнітного поля і однорідних матеріалів для віток термоелементів. 9. Знайдено оптимальні ФГТМ на основі Bi-Te для проникних термоелементів в режимі охолодження. Встановлено підвищення холодильного коефіцієнта в 1.4 рази за рахунок використання неоднорідних матеріалів замість однорідних. Доведено, що енергетична ефективність проникних термоелектричних батарей з ФГТМ може в 2 – 3 рази перевищувати ефективність модулів з однорідних монолітних матеріалів. 10. Встановлено оптимальний розподіл основних термоелектричних властивостей в дискретно-неоднорідних структурах на основі Bi-Te для секційних охолоджуючих термоелементів. Досліджено вплив величини контактного опору між секціями. Доведено доцільність використання лише двох – трьох секцій. Теоретично показано і експериментально підтверджено можливість підвищення максимального перепаду температур модулів із секційних термоелементів на 3 – 4 градуси і покращення їх холодильного коефіцієнта за умов перепадів температур близьких до максимального. Основні результати дисертації опубліковані в роботах: 1. Vikhor L.N. Investigation of stage thermoelectric coolers by optimal control theory methods // Journal of Thermoelectricity. – 1993. –N1. - P. 39-43. 2. Vikhor L.N. Optimal function as a new step of the thermoelectricity development // Journal of Thermoelectricity. – 1996. – N 4. - P. 29-37. 3. Vikhor L.N. The ways of extending competitiveness of thermoelectric cooling // Journal of Thermoelectricity. – 1999. – N 1. - P. 78-91. 4. Вихор Л.Н. Функционально-градиентные термоэлектрические материалы и термоэлементы на их основе. // Термоэлектричество. – 2005. – N1. - C. 7-22. 5. Вихор Л.Н. Комп’ютерне проектування термоелектричних генераторних модулів // Термоелектрика. – 2005. - №2. - C. 60-67. 6. Вихор Л.Н., Мельник А.П., Осаволюк А.П., Хибенкова Е.В. К расчету термоэлектрических охладителей. // Известия вузов. Приборостроение. – 1990. - T. 33, №11. - C. 11-14. 7. Вихор Л.М, Мельник А.П., Хомицька З.К. Термоелектрична охолоджувальна система для підтримки температури потужніх джерел теплової енергії на рівнях, близьких до температури навколишнього середовища // Фізична електроніка: Респуб. міжвідомчий наук.-техн. збірник. – Львів: Вид.-во “Світ”. - 1992. - Вип. 42. - С. 118-121. 8. Вихор Л.Н., Хибенкова Е.В, Осаволюк А.П., Заика В.В. К расчету быстродействующих термоэлектрических охладителей // Физическая электроника: Респуб. межвед. науч.-техн. сборник. – 1990. - Вып. 41. – С. 88-94. 9. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Selection of optimal operation mode for thermoelectric cooler // Journal of Thermoelectricity. – 1994. – N 1. - P. 47-55. 10. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. The effects of cascade optimization of material parameters on the efficiency of cascade cooling thermopiles // Journal of Thermoelectricity. – 1996. – N 2. - P. 10-17. 11. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Cherkez R.G. Computer simulation of functionally graded materials for thermoelectricity // Journal of Thermoelectricity. – 1997. – N 3. - P. 43-61. 12. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Optimal functions of magnetic field for one- and multi-stage Peltier coolers // Journal of Thermoelectricity. – 1998. – N2. - P. 14-19. 13. Анатичук Л.І., Антонюк Є.І., Михайловський В.Я., Лусте О.Я., Вихор Л.М., Термена І.С. Термоелектричні модулі для генераторів на газовому органічному паливі // Термоелектрика. – 2006. - №4. - C. 55-72. 14. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Cherkez R.G. Thermoelectric converters made of functionally graded materials with legs of optimal shape // Journal of Thermoelectricity. – 1998. – N 4. - P. 57-64. 15. Анатичук Л.І., Вихор Л.М., Черкез Р.Г. Оптимальне керування неоднорідністю напівпровідникового матеріалу для проникних термоелементів охолодження // Термоелектрика. – 2000. - №3. - C. 46-57. 16. Николаенко Ю.Е., Вихор Л.Н. Моделирование нагрузочных характеристик оптимального каскадного термоэлектрического охладителя // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2001.- №6. - С. 33-35. 17. Анатычук Л.И., Вихор Л.Н. Компьютерное проектирование каскадных модулей для генераторов // Термоэлектричество. – 2002. – №4.-
С.19–27. 18. Анатичук Л.І., Лусте О.Я., Вихор Л.М., Місава K., Сузуки Н. Комп’ютерні методи оптимізації холодильників // Термоелектрика. – 2002. - №3. - С. 17-26. 19. Николаенко Ю.Е., Вихор Л.Н. Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2002. - № 4-5. - C. 16-18. 20. Scherrer H., Vikhor L., Lenoir B., Dauscher A., Poinas P. Solar thermoelectric generators based on skutterudites // Journal of Power Sources. – 2003. - Vol. 115, Issue 1. - P. 141-148. 21. Lenoir B., Dauscher A., Poinas P., Scherrer H., Vikhor L. Electrical performance of skutterudites solar thermoelectric generators // Applied Thermal Engineering. – 2003. – Vol. 23. - P. 1407-1415. 22. Маслянчук О.Л., Раренко І.М., Склярчук В.М., Вихор Л.М., Косяченко Л.А. Енергетична роздільна здатність детекторів іонізуючого випромінювання на основі CdTe з термоелектричним охолодженням // Термоелектрика. – 2003. - №4. - С. 76-82. 23. Анатичук Л.І., Вихор Л.М., Розвер Ю.Ю. Дослідження характеристик термоелектричного охолоджувача рідини або газу // Термоелектрика. – 2004. - №1. - С. 70-77. 24. Вихор Л.Н., Черкез Р.Г. Энергетические возможности проницаемых термоэлектрических охладителей из функционально-градиентных материалов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2004. - № 5. - C. 47-50. 25. Vikhor L.N., Anatychuk L.I. Theoretical evaluation of maximum temperature difference in segmented thermoelectric coolers // Applied Thermal Engineering. – 2006. – Vol. 26. - P. 1692-1696. 26. Анатычук Л.И., Вихор Л.Н., Малышко В.В., Нехай В.А. Охлаждающие модули из секционных термоэлементов // Термоэлектричество. – 2006. - №3. - C. 75-82. 27. Патент на корисну модель UA 23851. Україна. МПК H01L 35/12. Термоелектричні гілки із функціонально-градієнтних матеріалів на основі Bi-Te-Se-Sb / Л.І. Анатичук, Л.М. Вихор (Україна). – Заявка u200700654 від 22.01.2007; Опубл. 11.06.2007, Бюл. № 8. - 2 с. 28. Патент на корисну модель UA 24211. Україна. МПК H01L 35/12. Термоелектричні гілки із функціонально-градієнтних матеріалів на основі Si-Ge / Л.І. Анатичук, Л.М. Вихор (Україна). – Заявка u200700604 від 22.01.2007; Опубл. 25.06.2007, Бюл. № 9. - 2 с. Інші результати дисертації опубліковані в роботах: 29. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Misawa K., Suzuki N. Rational conditions and prospects for two-stage cooling module use // Journal of Thermoelectricity. – 1998. – N 2. - P. 39-42. 30. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Ivanov G. A. The optimal control theory for thermoelectric cooler design // Proc. of the XIIth International Conf. on Thermoelectrics. – Yokohama (Japan) – 1993. – P. 412-415. 31. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Study On cooler design in magnetic field for low themperature cascades // Proc. of the XIIIth International Conf. on Thermoelectrics. – Cansas (USA). – 1994. – P. 154-156. 32. Anatychuk L.I., Razinkov V.V., Vikhor L.N. Combined cooler design by optimal control theory method // Proc. of the XIIIth International Conf. on Thermoelectrics. – Cansas (USA). – 1994. – P. 166-171. 33. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Optimal functions of magnetic field for the Peltier coolers // Proc. of the XIVth International Conf. on Thermoelectrics. – St-Petersburg (Russia). - 1995. – P. 461-463. 34. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Kuznetsov A.V., Letiuchenko S.D. Functional-gradient materials for thermoelectric energy converters // Proc. of the XIVth International Conf. on Thermoelectrics. – St-Petersburg (Russia). - 1995. – P. 7-9. 35. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Nikolayev Yu.V. Stage thermoionic and thermoelectric energy converter // Proc. of the XIVth International Conf. on Thermoelectrics. – St-Petersburg (Russia). - 1995. – P. 369-371. 36. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Optimal control in stage thermoelectric generator design // Proc. of the XIVth International Conf. on Thermoelectrics. – St-Petersburg (Russia). - 1995. – P. 372-375. 37. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Functional-gradient materials as a step forward in the thermoelectric material science development // Abstract booklet I Int. School-Conf PPMSS’95. – Chernivtsi (Ukraine). – 1995. - P. 24. 38. Anatychuk L.I., Luste O.J., Vikhor L.N. Optimal functions as effective method for thermoelectric devices design // Proc. of the XVth International Conf. on Thermoelectrics. – Pasadena (USA).-1996. – P. 223-226. 39. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Misawa K., Suzuki N. Rational conditions and prospects for two-stage cooling module use // Proc. of the XVth International Conf. on Thermoelectrics.–Pasadena (USA).-1996.–P.298-300. 40. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Computer design of thermoelectric functionally graded materials // Proc. of the IVth International Symposium on FGM. - Tsukuba (Japan). – 1996. - P. 501-508. 41. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Low-temperature thermoelectric cooling under optimal legs inhomogeneity in the optimal nonuniform magnetic field // Proc. of the XVIth International Conf. on Thermoelectrics. – Dresden (Germany). - 1997. – P. 396-400. 42. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Functionally graded materials and new prospects for thermoelectricity use // Proc. of the XVIth International Conf. on Thermoelectrics. – Dresden (Germany). - 1997. – P. 588-591. 43. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Functionally graded semiconducting materials for thermoelectricity // Abstract booklet II Int. School-Conf PPMSS’97. – Chernivtsi (Ukraine). – 1997. - P. 259. 44. Vikhor L.N. Thermoelectric materials with programmable inhomogeneity. Design, technology, application // Proc. of IXth Int. Conf. Of Modern Materials &Technologies CIMTEC’98. Vol. L “Innovative materials in advanced energy technologies” - Florence (Italy). – 1998. - P.228-232. 45. Poinas P., Vikhor L., Lenoir B., Dauscher A., Scherrer H. Solar thermoelectric generators based on advanced thermoelecric materials // Proc. of the XXIth International Conf. on Thermoelectrics. – Long Beach (USA). - 2002. – P. 621-624. 46. Anatychuk L.I., Vikhor L.N. Physics and methods of FGTM design // Proc. of the XXIIth International Conf. on Thermoelectrics. – La Grande Motte (France). - 2003. – P. 425-428. 47. Vikhor L.M., Okhrem V.G., Okhrem O.A. Thermoelements with lateral heat exchange // Proc. of the XXIIth International Conf. on Thermoelectrics. – La Grande Motte (France). - 2003. – P. 493-496. 48. Anatychuk L.I., Vikhor L.N., Kushneryk L.Ya., Lubarshchuk L.P. Rational field of application for combined thermoelectric cooling devices // Journal of Thermoelectricity. – 1994. – N 1. - P. 16-26. Список цитованої літератури 49. Самойлович А.Г., Коренблит Л.Л. Современное состояние теории термоэлектрических и термомагнитных явлений в полупроводниках // УФН. – 1953. - Т.49, N 2. - C. 243-272; 1953. – T.49, N3. – C. 337-383. 50. Баранский П.И. Объемный эффект Пельтье в германии // ЖТФ. – 1958. - T. 28, N 2. - C. 225-230. 51. Баранский П.И., Комухаев Э.И. Объемно-градиентная ЭДС при наличии тока в германии // ЖТФ. – 1958. – Т. 28, N 9. – С. 1896-1904. 52. Баранский П.И. Объемно-градиентный эффект Томсона // ФТТ. – 1960. – T. 2, N 3. – С. 445-462. 53. Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. - М.-Л.: AH CCCP, 1960. – 188 c. 54. Анатычук Л.И., Семенюк В.А. Оптимальное управление свойствами термоэлектрических материалов и приборов. – Черновцы: Прут, 1992. - 263 с. 55. Вайнер А.Л. Термоэлектрические охладители. – M.: Радио и связь, 1983. - 176 с. | 