Эффективность термоэлемента

В данной лекции речь пойдет о термоэлектрических характеристиках материалов на основе теллурида висмута. Известно, что основные эксплуатационные показатели термоэлектрических устройств (максимальный перепад температуры на холодильной термобатарее, максимальный холодильный коэффициент, коэффициент полезного действия генераторной термобатареи) определяются термоэлектрическими параметрами п- и /7-ветвей термоэлементов коэффициентом термоЭДС а, электропроводностью а и теплопроводностью к. В выражения для эксплуатационных показателей эти параметры входят в виде обобщенной величины 2т.э Г, называемой критерием Иоффе, где 2т.э - термоэлектрическая эффективность термоэлемента Т - абсолютная температура, причем [c.39]

Термоэлектрический эффект. При пропускании электрического тока по цепи, состоящей из двух разных проводников, спаянных друг с другом, один из спаев охлаждается, а другой нагревается (эф кт Пельтье). В случае применения вместо обычных металлов полупроводников термоэлектродвижущая сила которых во много раз превышает соответствующие значения для металлов, открывается перспектива использования термоэлектрического охлаждения для получения низких температур. Для этой цели должны быть созданы батареи эффективных термоэлементов, изготовленных из полупроводников. [c.654]

Эффективность термоэлементов оказывает значительное влияние на максимальную разность температур (рис. 8, в). [c.22]

Максимальное охлаждение холодного спая термоэлемента без внешней нагрузки является важной характеристикой термоэлемента. Величина зависит только от двух параметров температуры холодного спая и коэффициента 2, который по существу представляет термоэлектрическую характеристику использованного вещества. Величину г называют эффективностью термоэлемента. При 2 1,5 10 гра<9 и температуре горячего спая 20° максимальная разность температур горячего и холодного [c.21]

Регенерация широко используется в технических системах трансформации тепла. Как и каскад, она в идеальном случае обеспечивает те л<е энергетические характеристики, что и соответствующий по температурам цикл Карно. В реальных условиях при использовании меньших отношений давлений удается в ряде случаев получить существенный выигрыш в эффективности трансформаторов тепла. Только 13 трансформаторах тепла, основанных на нециклических процессах в твердом теле (например, в полупроводниковых термоэлементах), регенерация тепла не используется, так как необходимое для нее движение потока рабочего тела не удается организовать. [c.19]

Термоэлемент по своей природе является тепловым устройством, и потому он чрезвычайно малоэффективен (эффективность <10" ) для измерения очень малых изменений температуры в ИК-спектрофотометре, [c.20]

Время ответной реакции на изменение сигнала у термоэлемента больше, чем у квантового приемника. Однако чувствительность термоэлемента не зависит от длины волны, за исключением длинноволнового излучения (более 30 мкм), где эффективность чернения падает. Для дальней ИК-области более эффективен пневматический приемник. [c.21]

Применяя современные термоэлементы, можно получить разность температур Г,—Г,=20... 60 С. Однако по энергетической эффективности термоэлектрические охлаждающие устройства существенно уступают парокомпрессионным холодильным машинам, из-за чего они не нашли широкого промышленного применения. Вместе с тем благодаря высокой надежности, конструктивной простоте, компактности, бесшумности, долговечности термоэлектрические охлаж дающие устройства используют там, где предпочтение отдают указанным качествам,— в установках специального назначения, охлаждаемых барах-холодильниках, транспортных холодильниках небольшой емкости, водоохладителях, кондиционерах специального назначения. [c.14]

При заданных температурах окружающих сред теплообмен на спаях является основным фактором, определяющим максимальные значения энергетических показателей ТТН. Это связано с тем, что при фиксированных значениях температур окружающих сред величина термических сопротивлений между спаями и окружающими средами будет определять температурный режим работы термобатареи. Очевидно, что при уменьшении термических сопротивлений или, что одно и то же, при интенсификации теплообмена между спаями и окружающими их средами энергетические показатели ТТН монотонно возрастают. На рис. 6 показано влияние теплоотдачи на спаях на характеристики ТТН в режиме максимальной холодопроизводительности, а на рис. 7 в режиме максимальной энергетической эффективности [641. Графики построены для условий 01 = 0,82, 02 = 0,9. Представленные на рис. 6 и 7 результаты показывают, что увеличение коэффициентов теплоотдачи оказывает значительное влияние на рост производительности и коэффициента энергетической эффективности ТТН практически лишь до определенного предела, который приблизительно соответствует В1, 2 = 15 н- 20. При таких значениях В перепады температур между спаями и окружающими средами настолько малы, что их изменение практически не сказывается на величине энергетических характеристик ТТН. Предельные значения параметра В могут быть оценены для любых величин 01 и 0 2- Расчеты показывают, что при характерных для практики значениях 01 и 0 предельные величины В1, 2 близки к указанным выше. 0)временные ТТН изготовляются из термоэлементов с высотой порядка 5-10 м, теплопроводность наиболее распространенных термоэлектрических материалов составляет величину [c.29]

Выражения (4-21), (4-22) показывают, что увеличение относительной площади сечения изоляционных прослоек 5 уменьшает величину Е ф, что в свою очередь приводит к снижению тепло- и холодопроизводительности и коэффициентов энергетической эффективности ТТН. Однако отсюда не следует делать поспешного заключения о том, что при конструировании термобатареи всегда надо стремиться к максимальной плотности расположения термоэлементов. Ведь кроме указанного выше фактора, увеличение площади сечения прослоек увеличивает общую теплоотдающую поверхность термобатареи, что приводит к уменьшению паразитных перепадов температуры между спаями и окружающими их средами. При этом, если фиксированы температуры окружающих сред, то уменьшается общий рабочий перепад температур между холодными и горячими спаями, а следовательно, улучшаются все энергетические показатели ТТН. [c.56]

Таким образом, увеличение площади сечения изоляционной прослойки (или, что то же самое, уменьшение коэффициента упаковки 5у) оказывает два взаимно противоположных влияния на производительность и коэффициенты энергетической эффективности ТТН, с одной стороны, уменьшая их, с другой — увеличивая. Это позволяет сделать вывод о том, что может существовать оптимальная плотность расположения термоэлементов, при которой достигаются максимальные энергетические характеристики ТТН [36, 37]. [c.56]

В общем случае термоэлектрический генератор представляет собой радиоизотопный источник тепла, на поверхности которого расположены элементы термоэлектрического преобразователя и конструктивные связи, остальная поверхность окружена изоляцией. Элементы преобразователя соединяются с конструктивными узлами генератора, которые рассеивают тепло в окружающее пространство. Выходное напряжение в подобных источниках пропорционально температурному перепаду и числу последовательно соединённых пар термоэлементов. Для лучших полупроводниковых материалов термо-ЭДС существенно выше, чем для металлов, и равна примерно 1 мВ/град. Термоэлектрический материал р- и п-ветвей характеризуется тремя величинами коэффициентом термо-ЭДС (а), удельной электропроводностью (сг) и коэффициентом теплопроводности (Л). Основным параметром, определяющим эффективность полупроводникового термоэлектрического материала, является его добротность Z = а сг/Л. [c.268]

К такому же выводу можно прийти, если проанализировать соотношения для производительности и коэффициентов энергетической эффективности ТТН, записанные при заданных температурах окружающих сред с учетом изоляционных прослоек между термоэлементами. Эти соотношения совпадают с уравнениями (2-3) — (2-6), если ввести эффективные значения коэффициентов теплопроводности и теплоотдачи, учитывающие наличие изоляционных прослоек Хдф и азф = = (1 -(- 5), где 1 — приведенный коэффициент теп- [c.56]

В ряде случаев при заданных величинах производительности, температур окружающих сред и коэффициентов теплоотдачи на спаях необходимо определить зависимость между количеством полупроводникового материала и максимальным коэффициентом энергетической эффективности, достигаемым при заданных условиях. Расчет такой зависимости необходим для экономически обоснованного выбора конструкции термобатареи с оптимальным расходом полупроводникового материала [41. С увеличением количества полупроводникового материала увеличиваются и капитальные затраты на конструкцию. Однако при этом повышается коэффициент энергетической эффективности ТТН, т. е. снижается количество потребляемой электроэнергии и, следовательно, уменьшаются эксплуатационные расходы. Если не существует ограничений на размеры термобатареи, расход полупроводникового материала должен быть выбран исходя из минимума суммарных затрат на ТТН, для чего и возникает необходимость сопоставления объема термоэлементов соответствующей ему величине максимального коэффициента энергетической эффективности. [c.76]

При увеличении каждого из этих параметров величины коэффициентов энергетической эффективности е и монотонно возрастают и в пределе стремятся к своему максимальному теоретическому значению, которое определяется только температурами окружающих сред и параметром термоэлектрической добротности термоэлементов. Эти предельные значения для е и х выражаются следующим образом [c.78]

В стационарных условиях при отсутствии теплоотдачи с боковой поверхности геометрическая форма ветвей элементов не влияет на их характеристики. В условиях нестационарного режима рма элемента, определяющая распределение плотности тока по высоте, будет существенно сказываться на эффективности. Поэтому в общем случае задача о нахождении оптимального управления сводится к нахождению зависимости / (/, х) = 1 ( )-/а (лг) при этом распределение температуры внутри термоэлемента определяется уравнением теплопроводности для обобщенного конуса. [c.107]

Величина максимального коэффициента энергетической эффективности ТТН при одновременном росте высоты термоэлементов (Р — 0) и площади термобатареи (6, N 0) монотонно повышается, стремясь к своему теоретическому пределу. Этот предел определяется соотношениями (5-21), (5-22) и зависит только от начальных температур потоков и термоэлектрической добротности материала термопар. [c.145]

Задана высота термоэлементов, из которых собирается термобатарея. При этом, если известны все остальные указанные выше исходные данные, то как следует из выражений (8-8), (8-9), (8-21), (8-22), (9-3) коэффициент энергетической эффективности будет зависеть только от двух переменных — безразмерной плотности тока V и безразмерной площади термобатареи N. [c.145]

Иногда при расчете и проектировании ТТН одним из исходных данных является площадь термобатареи. В этом случае задачей расчета является определение оптимальной высоты термоэлементов и оптимальной плотности тока питания, которые обеспечивают максимальный коэффициент энергетической эффективности при всех остальных заданных параметрах ТТН [18, 19]. Площадь термобатареи обычно заранее задается в тех случаях, когда по условиям работы ТТН габариты его непосредственно связаны с габаритами охлаждаемого или нагреваемого объекта, поверхность которого ограничена. [c.148]

При технико-экономическом анализе различных вариантов конструкции термоэлектрического охладителя возникает необходимость определить зависимость между величиной максимального коэффициента энергетической эффективности и расходом полупроводникового материала. Одновременно при этом нужно рассчитать высоту термоэлементов и ток питания, которые при всех указанных выше исходных данных обеспечивают для каждого значения объема термоэлементов максимальную величину е. Так как с увеличением объема полупроводникового материала в термобатарее растет величина коэффициента энергетической эффективности, полученные в данном расчете результаты позволяют производить экономически обоснованный выбор конструкции термобатареи с оптимальным объемом полупроводниковых материалов. Если задаться последовательно несколькими значениями объема V термоэлектрического материала в термобатарее, то для каждого из них нахождение оптимальных величин плотности тока и одного из геометрических размеров, скажем, высоты термоэлементов, также представляет собой задачу на нахождение [c.148]

Рис. 38. Влияние высоты термоэлементов на энергетическую эффективность ТТН с заданной площадью термобатареи = = 0 = 0,6 т = 0,5 г = 0,25 N = З)

Рис. 39. Влияние высоты термоэлементов на энергетическую эффективность ТТН с заданным объемом полупроводникового материала (в" = = 0,6 т = 0,5 т = 0,25 Р = 5)

Рис. 40. Зависимость коэффициента энергетической эффективности ТТН от площади термобатареи при постоянной высоте термоэлементов (р = 0,2 = 02 = 0,6 т = 0.5 т) = 0,25)

Рис. 41. Зависимость коэффициента энергетической эффективности ТТН от высоты термоэлементов при постоянной площади термобатареи = 8 в" = = 0,6 т = 0,5 т) = 0,2б)

Когда ток в каждом элементе подчиняется соотношению (12-1), вся термобатарея функционируете максимальной эффективностью. Однако, если через элементы термобатареи проходит ток / = 1°, то холодопроизводительность элементов оказывается меньше предельной поэтому для достижения заданной производительности приходится идти на увеличение общего числа термоэлементов или площади термобатареи. Это проявляется особенно сильно, если разность температур АТ = Га — не очень велика. На практике в ряде случаев разность АТ на начальном участке термобатареи может оказаться равной или меньше нуля. При этом соотношение (12-1) теряет смысл, и предложенная в работах [32, 34, 51 ] методика вообще не может быть использована. [c.164]

А.А. Аверкин, Б.М. Гольцман и сотрудники исследовали возможности повышения 2 путем воздействия на зонную структуру материала упругой деформацией [17]. При этом подвергались гидростатическому сжатию поликристаллические образцы термоэлектрических материалов на основе теллурида висмута стандартных составов, а также термоэлемент, приготовленный из них, в котором непосредственно под давлением измеряли максимальный перепад температуры. Оказалось, что при давлении 15 кбар происходит сильный рост электропроводности и, как следствие этого, увеличение 2 до (4-4,5)10 К . Этот результат подтверждался и измерениями на термоэлементе. Причина этого эффекта до конца не выяснена. По-видимому, давление изменяет величины компонент тензора эффективной массы, анизотропной в материалах на основе теллурида висмута. [c.49]

В пространстве печи в шахматном порядке (по стенкам) размещены термоэлементы, являющиеся датчиками регуляторов. Для независимого контроля за ходом процесса установлены автономные датчики, связанные с контрольным прибором температуры, размещенным в распределительном щите. Интенсивность процесса охлаждения выходящих из печи обрабатываемых деталей можно эффективно регулировать установкой регулирующих клапанов в вентиляционной и холодильной камерах. [c.126]

Максимальное охлаждение холодного спая без внешней нагрузки является важной характеристикой термоэлемента. Величина ДГотал зависит ТОЛЬКО ОТ температуры Тх холодного сная и коэффициента 2, который представляет собой термоэлектрическую характеристику вещества полупроводника. Величину 2 часто называют эффективностью термоэлемента [c.21]

ПриZ— 1,5 10 град 1и температуре горячего спая 20° максимальная разность темпера-т)ф холодного спая составляет 45° (рис.8,а). Эффективность термоэлементов в значительной степени зависит от материала, который должен обладать высоким коэффициентом а и большим значением отношения .Металлы характеризуются примерно одинаковым отношением для полупроводников оно меньше, но коэффициент а термоэлектродвижущей силы и, следовательно, эффективность z термоэлемента значительно больше(рис. 8, б). Полупроводники, используемые для охлаждения термоэлементов, характеризуются данными [c.22]

Использование монокристаллов твердых растворов халькогенидов сурьмы и висмута, выращенных по методу Чохральского с подпиткой жидким расплавом в микроохладителях с высокой степенью микроминиатюризации, позволяет существенно расширить диапазон достижимых температур и повысить энергетическую эффективность термоэлектрического охлаждения благодаря высоким термоэлектрическим параметрам монокристаллов. Из-за высокой однородности монокристаллов значительно снижаются технологические отходы при изготовлении термоэлементов [56]. Монокристаллы такого же типа состава (В]1 8Ь г)28ез описаны в [57, 59]. [c.245]

Основной элемент технологии изготовления термоэлектрического модуля, который определяет его качество, - это технология ком-мутации ветвей термоэлемента. Если модуль 40x40 мм содержит 127 пар, то необходимо сделать свыше 500 паек одинаково высокого качества. Причем высокая термоэлектрическая эффективность материала проявляется в полной мере только при качественном выполнении этих паек. [c.86]