Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [12] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

в таком случае

f Мо-1 dT J М.+1 * Т

Qk.k = С,-.ке вт.

Для бесконечного числа каскадов

Qr.k - Qx.k 1 . Гх

г Мо-1 dT

J м„+1 • г

1 К"1 + Г,р-1

(30)

Анализ формулы (30)* показывает, что в случае использования термоэлектрических батарей в качестве источников электроэнергии увеличение к. п. д. при переходе от одного каскада к fe-кзскадам оказывается незна-

чительньм, даже если добротность г применяемых полупроводниковых материалов неве-

лика. Например, при -- =

=0,25(Гх=303° К, Г,= 1203° К) к. п. д. термоэлектрогенератора, состоящего из -каскадов, лишь в 1,1 раза превышает к. п. д. однокаскадного термоэлектрогенератора. При меньших отно-т

шениях выигрыш в к. п. д.

Рис. 15. Расчетные схемы одно-и многокаскадного термоэлементов, используемых в качестве источников электроэнергии

оказывается еще менее значительным. Однако существуют и весьма серьезные доводы в пользу многокаскадных термоэлектрогенераторов. В случае широких температурных интервалов {АТ==Т-Т), а также возможности применения различных материалов, имеющих наибольшую эффективность в каждом интервале температур, многокаскадные термоэлементы имеют, несомненно, больший к. п. д., чем однокаскадные системы.

Существенные различия наблюдаются и в эффективности методов ступенчатого и непрерывного каскадирования термоэлементов.

Формула (30) впервые предложена Зенером и в настоящее время повсе-JJwHO иоюльзуется для расчета к. п. д. каскадных термоэлементов. {Прим.



Обычно, если сравнивать многокаскадные термоэлектрические системы, показанные на рис. 15, а и б, расчетный к. п. д. термоэлементов с непрерывным каскадированием при прочих неизменных условиях будет равен или меньше к. п. д. термоэлементов со ступенчатым каскадированием.

Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее.

Предположим, что имеются два многокаскадных термоэлемента: термоэлемент со ступенчатым (рис.15, п) и термоэлемент с непрерывным (рис. 15, б) каскадированием, р- и п-стержни которых имеют одинаковые сечения. Будем исходить из условия, что отно-

Fn Fn

шения сечений стержней р и /" и величины сопротивлений нагрузки и выбраны таким образом, что при заданных условиях обеспечивается максимальный к. п. д. системы. Условимся также считать, что.температура на границе каскадов фиксирована

соответствующим выбором, отношения ~-. Предположим также,

что термическое сопротивление электрической изоляции между каскадами равно нулю. Чтобы термоэлемент а превратить в термоэлемент б (рис. 15), необходимо:

- изменить сопротивления нагрузки и R так, чтобы сила тока в обоих каскадах оказалась одинаковой;

р i

- изменить отношения - и -4- таким образом, чтобы по-

F I

р р

стоянное значение температуры на границе каскадов сохранилось.

В этом случае термоэлемент рис. 15, б окажется эквивалентным термоэлементу рис. 15, а, а его сопротивление нагрузки можно считать равным сумме Ri + R- Совершенно естественно, что если

первоначально значения , R и R были выбраны из расчета

максимального к. п. д., то отклонение от их оптимальных значений при переходе от схемы а к схеме б вызывает его уменьшение. Таким образом, подтверждается сделанный ранее вывод о том, что система с непрерывным каскадированием при прочих равных условиях по эффективности уступает системе со ступенчатым каскадированием. Правда, лишь при условии равенства нулю термического сопротивления электрической изоляции между каскадами.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

. В термоэлементах охлаждающих устройств, основанных на использовании эффекта Пельтье, при прохождении тока имеют место процессы поглощения теплоты на одних спаях и выделение теплоты на других [17]. 40



в случае термоэлектрических охлаждающих устройств электрическая энергия постороннего источника расходуется для переноса теплоты от одних спаев к другим.

Составим в соответствии с диаграммой рис. 16 уравнение энергетического баланса термоэлемента для термоэлектрического охлаждающего устройства.

Используя принятые ранее обозначения, запишем уравнение энергетического баланса для горячих спаев:

Qr == Qnr - Qt + em.

Аналогичное уравнение для холодных спаев имеет вид:

Qx = Qnx--QT-4Qj вт.

Вычитая из первого уравнения второе, получим Р = Qr-Qx = Qnr - Qnx-f Qj em, где P - мощность, затрачиваемая от постороннего источника, вт.


QS Ох

Рис. 16. Диаграмма энергетического баланса термрэлемента, используемого в качестве охлаждающего устройства

В случае термоэлектрического охлаждающего элемента его энергетическая эффективность определяется холодильным коэффициентом, который представляет, собой отношение тепловой энергии, поглощаемой за единицу времени холодными спаями из окружающей среды, к затрачиваемой электрической мощности:

С?х =

9пх-<?т-<?

(31)

<?Пг - <?пх + Qj

Подставим в- формулу (25) выражения входящих в- нее величин, вт:

Qnx = a.sxIT„; QT = x(r,-r); Qnr = ccsrIT,;



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [12] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0074