Каскадные термобатареи

Как уже указывалось ранее, увеличение к. п. д. и мощности термопреобразователя часто достигается созданием каскадной схемы термоэлемента. Одна из типичных конструкций каскадной термобатареи. Она состоит из двух термобатарей: среднетемпературной из теллурида свинца и высокотемпературной из сплава Ge—Si, отделенных друг от друга изоляцией. Исследования такой термобатареи, состоящей из 18 высокотемпературных и 32 среднетемпературных термоэлементов, показали, что при общем перепаде температур от 1004 до 204° С ее полная мощность составляла 38,4 вт при к. п. д. 10,8% и весе 0,47 кГ. Ресурсные испытания в течение 5 лет привели к снижению ее к. п. д. до 9%. Недостаток такой схемы — большие термические сопротивления между каскадами, поэтому часто используют другие модификации каскадных термобатарей. В одной из них содержится непосредственный электрический и тепловой контакт материалов через прослойки, в другой этот контакт осуществляется тепловой трубой. В последнем случае при перепаде температур от 1000 до 254° С полезная мощность термобатареи составила 41,7 вт при тепловой мощности 1680 вт. Уменьшение почти вдвое по сравнению с расчетом, выходной мощности в этом случае было вызвано электрическим замораживанием большой части; ТЭГ.

Известен каскадный 2,01дб (см3/сек; термоэлемент, где в качестве низкотемпературных материалов использованы халькогениды сурьмы и висмута, а в качестве среднетемпературных — теллурид свинца для n-типа и теллурид германия для р-типа. Термоэлемент работал в интервале температур 50—550° С, и при этом был получен к. п. д. 11%. Каскадный термоэлемент из этих же материалов, но работающий в интервале 50—700° С, позволил повысить к. п. д. до 13,5%. На основе сплавов Ge—Si р- и п- типов при температурах 30—1150° С был получен к. п. д. 7%, в работе — даже 8,5% в интервале 150—1100° С.

Эти немногочисленные результаты показывают большую перспективность каскадных термобатарей. Но практическое создание промышленных ТЭГ на их основе требует решения многих проблем: выбора прослойки между материалами каскадов, препятствующей взаимодиффузии полупроводников, не дающей заметных переходных тепловых и электрических сопротивлений и сглаживающей разные значения коэффициентов линейного расширения; создания каскадных термоэлементов малой суммарной высоты при допустимой доле коммутационных сопротивлений; выбора материалов тепло- и электроизоляции между каскадами (в схеме каскадирования отдельными термоэлементами), отвечающих тем же требованиям, что и материал прослойки. Успешное решение этих вопросов при удачной компоновке каскадного термомодуля в генераторе позволит создать высокоэффективные ТЭГ.

В том случае, когда ТЭГ должен вырабатывать большой ток при низком напряжении (например, для питания электромагнитных насосов), успешно используются короткозамкнутые ТЭГ. Эти термобатареи обладают меньшими термическими потерями, более просты в изготовлении и надежны в работе. Принципиальные на схеме ветви термоэлемента могут быть выполнены в виде монолитного материала, но чаще применяются в виде параллельно включенных небольшого размера элементов.

Дата публикации: 12.04.2012

Похожие записи:

• Термомодули из пленочных термоэлементов и кольцевая термобатарея
• Термобатареи
• Конструкции отдельных элементов модуля
• Плоские модули и батареи ТЭГ
• Короткозамкнутая конструкция ТЭГ
• Радиальная и шаровая конструкции ТЭГ