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

Рассмотрим влияние количества каскадов на эффективность работы термоэлектрического теплового насоса. Распределение потоков энергии для многокаскадного термоэлектрического теплового насоса показано на диаграмме рис. 20.

"l/i) Uj----"


Рис. 20. Диаграмма энергетического баланса многокаскадного термоэлемента, используемого в качестве теплового насоса

Составим уравнения энергетического баланса для горячих и холодных спаев каждого из каскадов. Для первого каскада

Qri = Qnri-QTi + 4-Qji «" Аналогично для второго каскада

Qr2 = Qnr2-Qt2 + 4" Qj2 в";

Qk2 = Qtt.2 + Qt2-4-Q

Т2 2"J2 вт.



Наконец, для i-ro каскада

На работу каждого из каскадов от постороннего источника расходуется мощность

Рх = Qri-Qxi чт; Р = Qv2 - Qx2 вт;

Pi Qn - Qxi вт.

Поскольку Q,2 = Qxi; Qr3 Qx2 • • Qn =

S P - Pi + P + • • • + Р,- = Qn

Qx a-i). ™ Qxi em.

Таким образом, зависимость для определения коэффициента эффективности многокаскадного термоэлектрического теплового насоса приобретает вид

о Qn Qn

<3т. к - V-I г,

Qn-Qxi Примем, что для -го каскада

Qx. к = Q. к - Рк = Q. к ( 1 - ) = Qr. к ( 1 - ) em.

Если предположить, что i ->оо, - Т = dT и *" " -

<?т. к niax

(М - 1) 1 М zT

Следовательно, если

Qx.K = Qr.Ke

(М-1) J М zT

J "г

М М zr

т. Ki

.оо = 1-

(46)

(47)

Из формулы (47) следует, что эффективность теплового насоса многокаскадного типа при небольших перепадах температур и при условии, что полупроводниковый материал характеризуется относительно большими значениями коэффициента добротности z,

4 Ю. г. Манасян, 2005. 49



несколько больше эффективности однокаскадного теплового насоса. При увеличении температурного перепада преимущества многокаскадного термоэлемента становятся более ощутимыми, однако до известного предела. Поскольку с увеличением количества каскадов конструкция термоэлемента значительно усложняется, больше двух-трех каскадов применять нецелесообразно.

ШАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Эффективность термоэлектрических материалов, а следовательно и термоэлектрических устройств, определяется главным образом температурным перепадом АГ = Гр - Г и термоэлектрическими свойствами полупроводниковых материалов. Естественно, что даже при использовании одного и того же материала могут наблюдаться существенные отклонения от максимально достижимых значений эффективности в зависимости от технологии изготовления вещества, способа коммутации и условий работы термоэлемента. Эти факторы будут рассмотрены в соответствующих разделах, здесь же мы ограничимся рассмотрением физических характеристик материалов и анализом их влияния на термоэлектрическую эффективность [34], [62].

При оптимальных геометрических размерах стержней термоэлемента параметры, характеризующие эффективность термоэлектрического устройства (коэффициенты термоэдс, теплопроводности и удельной электрической проводимости), могут быть объединены в один универсальный параметр z, получивший наименование коэффициента добротности:

г - , 1/град.

I 1/ Л-Л/ «

Поскольку при фиксированных значениях температур холодного и горячего спаев термоэлемента его эффективность определяется величиной коэффициента добротности, основная задача состоит в подборе или создании таких полупроводниковых материалов, которые характеризовались бы максимальной величиной этого параметра во всем рабочем диапазоне температур от Гх до Гг- Иными словами, для обеспечения наибольшей эф(}ктивности полупроводникового материала необходимо получение максимальных среднеинтегральных значений as и о и минимальных значений Я, в заданном интервале температур. При этом необходимо учитывать, что tts входит в формулу в квадрате. Поэтому его влияние на величину коэффициента добротности оказывается более существенным, чем влияние величин а и Я,.

Все величины, определяющие значения коэффициента добротности полупроводниковых веществ, зависят от концентрации сво-50



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



0.006