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

Ориентировочные значения термоэлектрических характеристик некоторых жидких полупроводииковых соединений

Соединение

Коэффициент термоэдс Uj, мне/град

. О -

СП L М tJ Я П- О

Коэффициент теплопроводности при различных температурах

в точке плавления

В области жидкости

Т. °к

Я, 10 " вт/м-град

1373

0,08-ь0.10

1473

0,12-4-0,14

CuaS

1573 1673 1773 1873

0,16-f-0.19 0,19-0,22 0,23-ь 0,27 0,27-0,31

75% Cu2S--25% Cu2Te

50% CUaS-50% CuaTe

25% CuaS-75% CuTe

CugTe

1500

ГАЗООБРАЗНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Основной недостаток твердых и жидких термоэлектрических материалов заключается в том, что в термоэлементах, изготовленных из них, ббльшая часть теплоты передается теплопроводностью от горячих к холодным спаям. Поэтому вполне естествен интерес к системам, имеющим между горячим и холодным источниками газ или откачанное до глубокого вакуума пространство. В этом случае перенос теплоты теплопроводностью может быть уменьшен до минимума. Однако при этом изменится и качественная сторона физических процессов.

Действие описанного преобразователя тепловой энергии в электрическую основано на явлении эмиссии электронов, открытом Эдисоном в 1881 г. Поэтому в отличие от термоэлектрических они носят название термоэмиссионных. На отдельных лабораторных образцах термоэмиссионных генераторов были получены значения удельных мощностей по катоду 10-е-15 вт/см при напряжении 1-2 е. Максимальный к. п. д. термоэмиссионного метода



преобразования энергии при температуре катода около 2000° К и анода 1000° К составляет примерно 20%. Такое значение к. п. д. позволяет считать термоэмиссионный метод прямого преобразования энергии весьма перспективным.

Уровни температур катода и анода, характерные для термоэмиссионных преобразователей энергии, лежат несколько выше диапазона температур, наиболее целесообразного для использования термоэлектрогенераторов. Поэтому серьезного внимания заслуживают различные сочетания термоэмиссионного и термоэлектрического преобразователей энергии, в которых последние служат утилизаторами теплоты, отводимой от анодов.

Конструктивно такие системы могут быть выполнены как совмещенными, так и раздельными. В первом случае передача теплоты от анода к горячим спаям термоэлементов осуществляется теплопроводностью, во втором - посредством теплоносителя. По электричеству обе системы могут быть соединены последовательно либо параллельно, нагрузка может быть общей или раздельной [100].

Суммарный к. п. д. комбинированного термоэмиссионно-термо-электрического процесса преобразования энергии может быть определен по формуле

Ч1комб ~ Цтэы. г ~Ь 11тэ. г(1 Цгэы. г)>

где Г1,э„ г - К. П. Д. термоэмиссионного преобразователя энергии;

11т9. г - к. п. д. термоэлектрического преобразователя энергии.

Эффективность комбинированного преобразователя энергии уже в настоящее время может быть достаточно высокой. Так, при Г1„„. j=20% и rjra-r = 10% г1комб 28%. Эти данные в будущем позволят рассчитывать на возможность применения термоэмиссионно-термоэлектрических установок в качестве главных энергетических установок на судах различных типов.

§ 5. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

В настоящее время известно большое количество различных полупроводниковых веществ и соединений, однако ни одно из них не обладает достаточно высокими термоэлектрическими характеристиками в широком диапазоне температур (АГ >» > 300 град). Поэтому в зависимости от абсолютных значений температуры и разности температур между горячими и холодными спаями для изготовления термоэлементов приходится использо-



вать различные полупроводниковые материалы, причем если эффективность единичного термоэлектрического каскада оказывается недостаточной и при этом полезный перепад температур ДГ = Tj. - Тх велик, приходится обычно применять термоэлектрические каскады [57, 58].

Именно по этой причине вопрос о выборе полупроводникового вещества для заданного температурного перепада, равно как и вопрос об оптимальном количестве каскадов термоэлектрических устройств вообще и термоэлектрогенераторов в частности, является основным при разработке этих устройств. При этом необходимо


W 0.8

Ofi 0,1 0.2

712 т тЗ 873 1073 т°к

273 173 673 873 1073 ГК

Рис. 23. Зависимость параметра гТ от Т для некоторых полупроводниковых материалов: а - р- и б - п-типов.

/ - BijTea; 2 - РЬТе; 3 - SnTe (PbSnTe); 4 - GeSi

учитывать и ряд других факторов: наличие разработанных методов коммутации, стоимость и дефицитность материалов, их физические характеристики, такие, как:

- температура плавления;

- упругость паров;

- диффузионные свойства примесей и материал-матрицы;

- окисляемость;

- механическая прочность;

- коэффициент теплового расширения и др.

К числу наиболее изученных термоэлектрических материалов, нашедших применение в термоэлектрических устройствах, относятся различные одно- и многокомпонентные химические соединения и сплавы, в состав которых обычно входят и элементарные полупроводники. Характеристики некоторых из этих материалов приведены в табл. 5.

Для оценки оптимального температурного диапазона термоэлектрических материалов на рис. 23 приводятся графические зависимости zT = f {Т), которые могут быть использованы для ориентировочных расчетов характеристик термоэлементов, изготовленных из наиболее широко используемых термоэлектрических веществ [48-50], [129].



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



0.0009