Каскадирование
Одним из преимуществ термоэлементов Эттингсгаузена является возможность их каскадирования путем использования термоэлемента специальной формы. Схема, поясняющая эту возможность, приведена на рис.3.33. Она содержит набор прямоугольных элементов, размеры которых выбираются таким образом, чтобы при их расположении друг над другом достигалось обычное каскадное охлаждение.
а) модель из прямоугольных термоэлементов Эттингсгаузена; б) модель из сплошного материала, эквивалентная большому числу прямоугольных термоэлементов Эттингсгаузена.
При этом предполагается, что тепло, генерируемое каждым из элементов, равномерно распределяется по холодной грани находящегося под ним элемента. Если размер термоэлементов в направлении у (их длины) одинаков, то при ряде упрощающих допущений к каждому из элементов может быть приложено одинаковое электрическое напряжение, т. е. все термоэлементы могут иметь общий источник питания. Можно также допустить, что распределение потенциалов на горячих и холодных гранях термоэлементов приблизительно одинаково, поэтому наличие электрического контакта между термоэлементами не приводит к существенному искажению распределения тока и температуры. Таким образом, каскадирование сводится к изготовлению охлаждающего термоэлемента, у которого боковые грани должны иметь специальную форму.
Расчет формы боковых поверхностей, при которых достигается максимальное охлаждение, явился предметом исследования в ряде работ [143, 149, 150, 165, 174]. Для случая [174], когда свойств материала термоэлемента не зависят от температуры, плотность тока постоянна во всем объеме; a, b< При известных а(Т), к(Т), Q1 задачи решаются численными методами. Варианты расчета охладителей Эттингсгаузена приведены в работах [137, 138, 144, 146, 153, 187, 188]. Последовательное изложение теории холодильников Эттингсгаузена приведено в книге Хармана и Хонига [156] и в [92].
