§ 4. ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ

Для питания термоохлаждающих приборов могут быть с успехом использованы термоэлектрические генераторы, с которых, как известно, можно снимать постоянный ток большой силы при низком напряжении. Для нормальной работы термоэлектрогенератора между его холодным и горячим спаями необходимо поддерживать разность температур. В этом случае величина тока, снимаемого с генератора в нагрузку, будет определяться соотношением:

где а — сумма термоэлектродвижущих сил обеих ветвей термоэлемента; температура горячих спаев термоэлемента; температура холодных спаев термоэлемента; сопротивление нагрузки, на которую включен термозлектрогенератор; внутреннее сопротивление термоэлемента.

Полезная мощность, отдаваемая термоэлектрогенератором в нагрузку, будет равна

где

И, наконец, к. п. д. термоэлектрогенератора при условии отдачи максимальной мощности в нагрузку будет равен

где величина, характеризующая термоэлектрические свойства используемых материалов.

Таким образом, коэффициент полезного действия термоэлектрогенератора полностью определяется разностью температур на концах термоэлементов, величиной, определяющей качество используемых веществ, и отношением сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению термоэлектрогенератора.

В полупроводниковых веществах, используемых в настоящее время в термоэлектрогенераторах

В реальных условиях эксплуатации термоэлектрогенераторов температура горячего спая не превышает 400°. При более высоких температурах ускоряются процессы диффузии припоев в материал полупроводников, что в конеч ном итоге сокращает срок службы термоэлектрогенератора.

При разности температур между холодными и горячими спаями в 300° к. . п. д. термоэлектрогенератора оказывается равным 3—5%.

Рис. 53. Схема сопряжения термоэлектрогенератора с термоэлектрическим холодильником.

Конструктивное оформление термоэлектрогенератора, предназначенного для питания термоохлаждающих приборов, зависит от требуемых электрических параметров, используемого источника тепла, системы теплоотвода и ряда других исходных данных.

Представляет интерес единое конструктивное сопряжение термоэлектрогенератора с термоохлаждающим прибором, что иллюстрируется рис. 53, а на рис. 54 приводится общий вид одного из вариантов такого прибора. Здесь термоохлаждающий прибор 1, например микрохолодильник для лабораторных целей, горячими спаями 2 своей термоэлектрической батареи 3 контактирует с теплоотводящей системой 4, представляющей собой полый цилиндр, в который через штуцера 5 подается проточная вода. С противоположной стороны с теплоотводящей системой сопрягаются холодные спаи 6 батареи термоэлектрогенератора 7. С горячей стороны батареи термогенератора 8 прикреплен нагревающий элемент 9, благодаря которому создается требуемая разность температур на термозлектрогенераторе. При этом в качестве источника первичного

Рис. 54. Общий вид сопряженного термоэлектрогенератора с термохолодильником.

напряжения, питающего нагреватель термогенератора, может быть использован аккумулятор, сеть или любой другой источник электроэнергии постоянного или переменного тока. Таким образом, в данном случае термозлектрогенератор является одновременно и преобразователем тока.

В описанной системе термоэлектрогенератор является не только источником электроэнергии, питающей термоохлаждающую батарею, но и может быть использован для плавной регулировки величины охлаждения. Действительно, если изменить величину тока, питающего нагреватель термоэлектрогенератора, будет меняться температура на горячих спаях батареи; соответственно этому изменится величина проходящего через охлаждающую батарею тока.

Несмотря на то что подобное устройство будет работать с очень малым коэффициентом полезного действия, его практическое использование в ряде случаев является вполне целесообразным.

В том случае, если заданный срок службы термоохлаждающего устройства невелик и исчисляется минутами, в качестве источника тепла для термогенератора может быть использована пирошашка с требуемым временем горения.