Составная термопара
Увеличение КПД термоэлементов достигается как путем применения термоэлектрических материалов с высокими значениями Z, так и увеличением разности температур T1 - Т2 для достижения более высоких значений рс (см. формулу (2.16)). Однако, расширение рабочего интервала температур приводит к возрастанию КПД только при одновременном сохранении высоких значений Z. Известные в настоящее время материалы обладают существенной зависимостью Z от температуры, поэтому наибольшие значения добротности обеспечиваются ими в относительно узком интервале температур. В связи с этим целесообразно применение каскадирования, при котором ряд термоэлементов устанавливается друг над другом, образуя единую последовательную тепловую цепь. В этих условиях для каждого из термоэлементов могут быть подобраны материал и соответственно интервал температур, обеспечивающие наибольшие значения Z. Повышение КПД может быть достигнуто и при изготовлении составного термоэлемента (рис.2.9).
Согласование каскадов термоэлемента производится путем соответствующего выбора их материалов, геометрических размеров и рабочих интервалов температур.
Приближенно согласованность материалов может быть достигнута при условии
Методы расчета каскадных термоэлементов рассмотрены в работах. Описание методов расчета термопарных элементов содержатся также в [14,19,25, 42, 52, 56, 60, 65, 76, 79-81, 104, 105, 109, 110]. Анализ большинства из них приведен в работе [58].
Как правило, методы расчета разработаны для тепловых условий, при которых заданы температуры горячего и холодного спаев термоэлемента. Известны, однако, варианты использования термоэлементов, для которых заданными являются температура холодного спая и значение теплового потока через горячий спай (например, в солнечных генераторах, изотопных генераторах и др.). В этих случаях формулы для определения КПД, мощности и условия оптимизации несколько отличаются от рассмотренных выше. Подробно инженерные расчеты термоэлементов для такого теплового режима приведены в работе [58].