ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термоэлектрическое охлаждение и нагрев из "Циклы схемы и характеристики термотрансформаторов " Остановимся на специфическом методе охлаждения, в котором используется эффект Пельтье, — термоэлектрическом охлаждении. [c.189] В технике давно и достаточно широко применяется эффект возникновения термо-э. д. с. в спаянных проводниках, когда места спаев находятся при различных температурах (эффект Зеебека). [c.190] Достижения в области создания электрических элементов, использующих эффект Зеебека, привели также к прогрессу в использовании термоэлектрического эффекта Пельтье. Сущность последнего заключается в появлении теплового потока на спаях пары материалов при прохождении электрического тока. Если температура холодного спая станет ниже окружающей среды, то такой термоэлемент начинает выполнять функции холодильной установки, способной трансформировать тепло источника низкой температуры Т х в тепло, передаваемое теплоприемнику высокой температуры Тг. [c.190] Простота реализации процесса переноса тепла от более холодного тела к более нагретому, отсутствие каких-либо движущихся частей, щума, холодильного агента в термоэлементе Пельтье делают его чрезвычайно перспективным генератором холода. [c.191] В конце 40-х и в начале 50-х годов акад. А. Ф. Иоффе и его учениками была проведена исключительно важная работа по исследованию и разработке теории термоэлектрического охлаждения. Батареи, элементами которых явились полупроводники (тройные сплавы висмута, теллура, сурьмы, селена), дали значительно лучшие результаты. На этой базе была впервые сконструирована и испытана серия охлаждающих устройств (термоэлектрические холодильники, гигрометры, термостаты и др.) [24, 25]. [c.191] Следовательно, существует сила тока, соответствующая максимальному значению холодопроизводительности термоэлемента О/макс- с другой стороны, максимальная разность температур между горячим и холодным спаями наступает в том случае, когда QI стремится к нулю. [c.192] В целях экономии полупроводниковых материалов целесообразно применять возможно меньшие высоты термоэлемента. Однако при слишком малом значении I начинают сильно влиять контактные сопротивления, и эффективность батареи уменьшается. Во многих случаях высоту термоэлемента целесообразно выбирать равной 1,5—2,5 мм. [c.192] В последнем выражении через а, Я и р соответственно обозначены удельные термо-э. д. с., коэффициенты теплопроводности и удельные сопротивления ветвей термоэлемента. [c.192] Исследования показывают, что из чистых металлов невозможно составить пару, обеспечивающую существенную разность температур для этих пар г слишком мало. Значительно лучшие значения г дают полупроводниковые материалы на основе сурьмы, теллура, висмута, селена и небольшого количества присадок. [c.193] Полупроводниковые сплавы, изготовленные методом направленной кристаллизации, позволяют получать в настоящее время значения г от 3,0-10-3 до 3,4.10-3 к- ,что обеспечивает достижение довольно большой разности температур спаев. Так, для указанных полупроводниковых сплавов достигнута максимальная разность температур 70—75 К, если охлаждение ведется от температуры 300 К. [c.193] На рис. 7-15 показана зависимость достижимой разности температур при охлаждении от температуры 300 К в одном каскаде в зависимости от значения коэффициента добротности материала. [c.193] На рис. 7-16 представлена зависимость между максимальным холодильным коэффициентом и разностью температур на спаях для различных значений коэффициента добротности г, рассчитанная для температуры горячего спая Гг=300 К. [c.194] При рассмотрении рис. 7-16 следует еще раз подчеркнуть, что поддержание на спаях разности температур, близкой к максимальной, приводит 1к весьма низкой энергетической эффективности, и при достижении максимальной разности температур холодопроизводительность становится равной нулю. Поэтому термоэлектрическое охлаждение перспективно при сравнительно небольших разностях температур и для небольшой производительности (микрохолодильники) в последних энергетическая эффективность во многих случаях не играет существенной роли. [c.194] Не останавливаясь на выборе тока, обеспечивающего оптимальное значение холодильного коэффициента, и на выборе числа спаев в батарее, соединенных последовательно, укажем только, что для упрощения конструкции приходится обычно использовать сравнительно низкие напряжения (до 10—12 В). Переход к более высокому напряжению приводит к необходимости либо увеличивать высоту термоэлемента, отчего возрастает расход полупроводникового материала, либо применять большее число спаев (более 100), что затрудняет изготовление термоэлектрических батарей. [c.194] На рис. 7-17 показано устройство термоэлектрической батареи, питаемой постоянным током низкого напряжения (обычно 4—10 В), проходящим последовательно по коммутационным пластинам М и полупроводниковым парам лир. [c.195] Описанные выше термоэлектрические полупроводниковые батареи различной производительности выпускаются во многих странах. На их базе возможно конструирование как микрохолодильников, так и раз-.пичных охлаждающих приборов. [c.195] Для повышения разности температур и эффективности термоэлектрических устройств применяют каскадные схемы в них горячие спаи последующего каскада охлаждаются холодными спаями предыдущего. [c.195] Как показывает анализ [62], применение трех каскадов позволяет увеличить по сравнению с одним каскадом как КПД т), так и температурную эффективность при дальнейшем увеличении числа каскадов рост эффективности практически уже не происходит. [c.195] Вернуться к основной статье