Исследование влияния сопутствующих тепловых и термоэлектрических эффектов на характеристики термомодулей и уточнение методик расчета генераторов и охладителей

• Автор: Новиков, Анатолий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Миасс
• Количество страниц: 120 с.

Глава 1. Анализ состояния работ и обзор научно - технической литературы по данному направлению

1.1 Проблемы и решения при разработке термоэлектрических генераторов

1.2 Проблемы и решения при разработке термоэлектрических

* охладителей

1.3 Конкретные задачи настоящего исследования

Глава 2. Уточнение методик расчета энергетических характеристик

термомодуля при работе в режимах генератора и холодильника

2.1 Методика расчета характеристик термомодуля в режиме

генератора

2.1.1 Постановка задачи

2.1.2 Вывод расчетных соотношений и методика расчета

2.1.3 Расчетное исследование характеристик термомодуля
2.1.4 Экспериментальные исследования характеристик термомодуля
2.2. Методика расчета характеристик термомодуля в режиме
охлаждения
2.2.1 Постановка задачи
2.2.2 Вывод расчетных соотношений и методика расчета
2.2.3 Сравнение расчетных и экспериментальных характеристик термомодуля
Глава 3. Исследование характеристик термомодулей, изготовленных с применением композиционных диффузионно - твердеющих припоев
3.1. Надежная коммутация термоэлементов как важный фактор обеспечения эффективности термомодулей
3.2. Тепловые и электрические свойства некоторых составов диффузионно-твердеющих припоев
3.3. Исследование характеристик термомодулей, изготовленных с
применением диффузионно - твердеющих припоев
Глава 4. Проектирование и расчет характеристик термоэлектрических
преобразователей
4.1 Солнечная термоэлектрическая батарея для системы электроснабжения космического аппарата
4.1.1 Проблемы проектирования солнечных концентраторов
4.1.2 Методика расчета параметров концентратора
4.1.3 Методика расчета термоэлектрического генератора
4.1.4 Расчет характеристик термобатареи
4.2 Термоэлектрический источник питания для отопительных
котлов
4.3 Автономный термоэлектрический холодильный агрегат
Заключение и выводы
Список литературы
Приложение

Работа относится к одному из направлений физики конденсированного состояния - практической реализации термоэлектрических эффектов, возникающих в проводящих материалах под воздействием тепловых потоков или при протекании электрического тока. Практика проектирования термоэлектрических преобразователей показывает, что их энергетические характеристики определяются не только свойствами полупроводниковых материалов, но и побочными тепловыми и электрическими эффектами, сопутствующими их конструктивному исполнению. Поскольку эти эффекты во многом взаимосвязаны, то при создании термоэлектрических преобразователей возникает необходимость рассмотрения помимо чисто проектных задач также термодинамических, физических, а иногда и химических аспектов процессов, протекающих как в материалах, так и устройствах.
Настоящее исследование решает задачи учета сопутствующих эффектов в термомодулях при практическом использовании термоэлектричества.
Актуальность темы. Развитие термоэлектрического способа преобразования энергии с момента предложенной А.Ф. Иоффе идеи использования для этой цели полупроводниковых материалов [1] характеризуется всплеском научно-технических исследований и инженерных разработок в начале второй половины XX столетия с последующим спадом научной и технической активности к концу столетия. Объективно это было обусловлено как техническими и технологическими трудностями, возникшими при практической реализации термоэлектрического способа преобразования энергии, так и успехами и преимуществами альтернативных направлений (машинный, фотоэлектрический способы для получения электричества, компрессионный на основе фреонов - для получения холода).

А(ф = и,- {х) - перепад температуры, реализующийся на гранях термомодуля, и определяющий внешние тепловые (рабочие) характеристики термомодуля (<2г, Ох ).
Рис. 2
Также как и для режима генератора все формулы расчета характеристик термомодуля в режиме холодильника строятся для одного термоэлемента с последующим умножением на соответствующее количество термоэлементов. Электрическая модель соединения термомодуля с источником питания и модель распределения теплоты Пельтье приведены на рис. 2.17:
О'п. 0+

О 112 0+п1 О п) <2п2 0+п1 О п2
Модель распределения теплоты Пельтье
Рис. 2
ЭДС в термомодуле возникает вследствие термоперепада, создаваемого теплотой Пельтье при протекании тока от источника питания. Если на мгновение представить, что ЭДС источника питания исчезла, то по цепи будет протекать обусловленный : ЭДС термомодуля ток противоположного