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

электроизоляции между соседними термоэлектрическими батареями и термоэлементами. Эти потери, естественно, находятся в прямой зависимости от температурного напора, суммарной поверхности и толщины слоя электроизоляционного материала и еще раз доказывают необходимость максимального увеличения доли активной поверхности термоэлектрических батарей от суммарной поверхности теплообмена.

При разработке конструкции термоэлектрических устройств, особенно термоэлектрогенераторов, этим вопросам следует уделять должное внимание.




ШУНТИРОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ СЛОЯМИ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

В зависимости от количества последовательно соединенных термоэлементов, уровней температур, физических свойств используемых электроизоляционных материалов, а также конструктивных факторов в термоэлектрических батареях может иметь место шунтирование термоэлектрической цепи изоляцией.

Схемы, иллюстрирующие это явление, показаны на рис. 65 и дополнительных пояснений не требуют. Однако необходимо отметить, что пока и поскольку речь идет о термоэлектрических устройствах,рассчитанных на относительно небольшие мощности и работающих при относительно низких температурных уровнях, уменьшение эффективности термоэлектрических устройств оказьшается очень небольшим.

При разработке термоэлектрических устройств большой мощности, работающих при высоких уровнях температур (термоэлектрогенераторы), потери энергии оказываются неприемлемо большими и резко уменьшают эффективность термоэлектрических устройств. Весьма неблагоприятен тот факт, что большинство существующих электроизоляционных материалов характеризуется


Рис. 65. Схемы электрических цепей термоэлементов с изоляцией: а-конструктивная схема; б - термоэлектрогенератор; в- термоэлектрическое охлаждающее устройство; г - термоэлектрический тепловой насос



резким уменьшением электросопротивления при высоких температурах. В этой связи выбор электроизоляционных материалов и тщательная разработка конструкции термоэлектрического устройства приобретают особенное значение.

Низкие электроизоляционные свойства материалов при высоких температурах и несовершенство конструкции термоэлектрического устройства, помимо уменьшения эффективности последнего, могут привести к замыканию термоэлектрической цепи на корпус устройства, что в судовых условиях чревато серьезными последствиями.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ВЛИЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ

Физическая природа термоэлектрических процессов такова, что они не связаны с физико-химическими изменениями, происходящими в материале. Практически это позволяет считать возможным получение очень больших длительностей работы. Вместе с тем физико-химический состав термоэлектрических материалов может зависеть от давления, температуры и контакта термоэлементов с веществами, химически взаимодействующими с полупроводниковыми материалами. Поэтому при разработке конструктивных мероприятий, направленных на устранение влияния окружающих условий на полупроводниковые материалы, следует учитьшать многие факторы. Наиболее простым техническим решением этой проблемы следует считать размещение батарей термоэлементов в герметичных эвакуированных или заполненных инертным газом (или восстановительной средой) кассетах.

В ряде случаев, например при использовании материалов типа РЬТе при высоких температурах (термоэлектрогенераторы), уже около 773° К наблюдается сублимация молекул вещества. При этом молекулы, испаряющиеся с горячих участков термоэлементов, диффундируют в менее нагретые области и осаждаются на поверхностях, в результате чего происходит изменение размеров термоэлементов и одновременное ухудшение их термоэлектрических свойств. При использовании материалов, у которых при рабочих температурах происходит сублимация основы или примеси, вокруг термоэлементов необходимо создание некоторого извьочного давления газа.

Другим конструктивным решением, при помощи которого может быть устранено влияние окружающих условий и сублимации на длительность работы термоэлементов, является нанесение на поверхность термоэлектрических батарей герметизирующих покрытий [87].




КОМПЕНСАЦИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ БАТАРЕЙ

В процессе работы вокруг термоэлектрических батарей образуется магнитное поле, которое в большинстве случаев может влиять на работу аппаратуры и приборов, что в судовых условиях совершенно недопустимо.

Простейший метод борьбы с этим недостатком заключается в создании вокруг термоэлектрического устройства специального магнитного экрана. Такое решение, однако, не может считаться удачным, так как обусловливает некоторое увеличение габаритов и веса устройства. Более оптимальным является метод взаимной компенсации магнитных полей термоэлектрических цепей, которая достигается при бифилярном прохождении тока. Схема расположения термоэлементов в батарее, обеспечивающая самокомпенсацию магнитного поля, показана на рис. 66.

Однако следует иметь в виду, что бифилярное течение тока не позволяет полностью скомпенсировать магнитное поле. Только применяя дополнительные компенсирующие витки, по своей форме повторяющие расположение термоэлементов в батарее, можно решить эту задачу полностью.

Размещая компенсирующие витки параллельно плоскости термоэлектрической батареи и пропуская по ним ток в направлении, противоположном току в термоэлектрических батареях, можно добиться полной компенсации магнитного поля [17].

§ 9. ХАРАКТЕР НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛОСКИХ И КОЛЬЦЕВЫХ ТЕРМОЭЛЕМЕНТАХ

В любом конструктивном исполнении термоэлемент представляет собой многослойную конструкцию, отдельные слои которой во время работы имеют различную температуру. При некотором различии теплофизических свойств, а также механических характеристик материалов такое положение приводит к возникновению напряжений, характер которых довольно сложен [14], [34, 35].

Выведем некоторые расчетные зависимости для плоских термоэлектрических батарей, приняв следующие допущения:

1. Толщины коммутационных пластин и слоя полупроводникового вещества соизмеримы и их смещение относительно друг друга отсутствует.

Рис. 66. Схема расположения термоэлементов в батарее, обеспечивающая самокомпенсацию магнитного поля



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



0.0013