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

Термозлектрические характеристики некоторых полупроводниковых соединений, применяемых в термоэлектрогенераторах, при комнатной температуре

Соединение

Коэффициент термоэдс Oj, мкв/град

Электрическая проводимость

ст, 1/омсм

Коэффициент теплопроводности X, вт/см-град

Коэффициент добротности г.10", 1/град

Температура плавления Г К

ZnSb (р-тип)

0,020

0,70

PbS (п-ТИП)

0,022

1387

PbSe (я-тип)

1100

0,024

1,35

1361

РЬТе (п-тип)

1500

0,028

1,50

1203

BijTea (п-тип)

1000

0,018

2,00

BiaScg (п-тип)

0,014

0,80

SbaTeg (р-тип)

3000

0,032

0,90

РЬТе-PbSe (п-тип)

0,012

1,80

BijTes-BijSeg (п-тип)

1000

0,012

3,00

BisTcg-SbaTe, (р-тип)

1500

0.014

2,80

MnSia (р-тип)

При температуре Т=---973° К 67 0,022

0,093

CrSij (р-тип)

При температуре Т=773° К 100 0,030

0,05

MoSia (р-тип)

При температуре Г=1773° К 46 700 0,470

0,04



§ 6. основы РАСЧЕТА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ, ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Инженерный расчет термоэлектрических устройств связан с известными трудностями, которые заключаются в том, что термоэлементы одновременно представляют собой и один из участков электрической цепи, и теплопередающее звено. Тесная взаимосвязь между электрическими и теплофизическими процессами требует при расчете термоэлектрических систем одновременного учета как электрических, так и теплотехнических параметров. Кроме того, процесс теплопередачи через термоэлемент оказывается значительно более сложным, чем обычные процессы теплопроводности, с которыми приходится встречаться в судовых тепло-обменных аппаратах. Это объясняется тем, что тепловой поток, проходящий через термоэлемент, не остается постоянным по его высоте. Последнее объясняется наличием распределенных и сосредоточенных источников и стоков теплоты, обусловливаемых термоэлектрическими эффектами.

Выше были рассмотрены основные теоретические зависимости, которые могут быть использованы для расчетной оценки основных характеристик термоэлементов, применяемых как в качестве источников электроэнергии, так и для целей направленного переноса теплоты. Эти классические зависимости, достаточно наглядно иллюстрирующие взаимосвязь термоэлектрических процессов, основываются, однако, на предположении постоянства термоэлектрических характеристик полупроводниковых веществ в рассматриваемом диапазоне температур. Такое предположение дало возможность значительно упростить основные теоретические зависимости и в большинстве случаев сохранить приемлемую для практических целей точность результатов расчета.

На основании предположения о постоянстве термоэлектрических параметров вещества в некотором диапазоне температур теплота Томсона оказывалась равной нулю, а теплота Джоуля, выделяющаяся в термоэлементе, рассматривалась как состоящая из двух половин: одна половина возвращалась к горячему, другая - к холодному спаям термоэлемента.

Указанное предположение оказывалось оправданным, пока и поскольку перепад температур на термоэлементе был относительно небольшим. Однако при значительных температурных перепадах предположение о постоянстве as, а п % в рассматриваемом интервале температур может привести к погрешностям в расчете, которые в ряде случаев недопустимы. В связи с этим возникает необходимость в более точных формулах расчета.

Практически наибольшие перепады температур имеют место в термоэлементах, используемых в качестве генераторов.



По-видимому, тенденция к увеличению перепада температур сохранится и далее, по крайней мере в транспортной энергетике, так как в этой области чаще всего оказывается целесообразным упрощение конструкции термоэлектрогенератора путем уменьшения количества каскадов, даже если это приводит к некоторому уменьшению к. п. д.

В других случаях увеличение перепада температур может быть следствием стремления к более высоким значениям максимальной температуры, а следовательно, к более высоким значениям к. п. д. идеального цикла Карно, что также приводит к увеличению эффективности термоэлектрогенератора.

Несколько иная картина наблюдается в случаях, когда термоэлементы используютсявкачестве охлаждающих устройств или



Рис. 24. Диаграмма энергетического баланса термоэлемента, используемого в качестве источника электроэнергии при as=as (Т); с = с (Т); Х = Х(Г); т=т(Г)

тепловых насосов. Обычно в однокаскадных термоэлементах подобного типа перепады температур на полупроводниковых стержнях не выходят за пределы 50 град, а в многокаскадных -г. 80-j-100 град. При этих условиях можно использовать приведенные ранее основные теоретические зависимости с достаточной для практических целей точностью.

Поскольку на основании приведенных выше соображений при расчете термоэлектрогенерирующих устройств следует считать as, а и X зависящими от температуры полупроводниковых веществ, в выведенные ранее формулы необходимо внести соответствующие уточнения [21], [34], [170]. Эти уточнения сводятся к определению долей теплоты Томсона и Джоуля, подводимых к горячим и холодным спаям, и введению в формулы среднеинтегральных значений as, о, % и г для заданного температурного интервала.

Распределение потоков энергии в термоэлементе, являющемся источником электроэнергии, для данного случая показано на диаграмме рис. 24. 62



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



0.0011