Проницаемые термоэлементы
Проницаемые термоэлементы выполнены из ветвей, у которых вдоль направления теплового потока и электрического тока сделаны сквозные отверстия или поры (рис.1.8). Через них пропускают теплоноситель (газ или жидкость). Иногда сквозные каналы расположены в коммутационных пластинах и частично в ветвях термоэлементов вдоль коммутационных пластин. Этим достигается улучшение отвода тепла от потоков жидкости или газа у горячей и холодной частей ветвей.
В режиме генерации ЭДС и тока (рис.1.8а) теплоноситель с горячей температурой TQ вводится в каналы 2. В результате теплообмена горячие спаи п и р-ветвей нагреваются. Однако, проходя по каналам, теплоноситель также отдает часть тепловой энергии ветвям. В результате используется тепловая энергия теплоносителя при температуре более низкой, чем температура горячего спая Т1 и эффективность термоэлемента возрастает. При этом TQi > Tx и TQ > T2. Проницаемые термоэлементы позволяют более эффективно использовать тепловую энергию теплоносителя.
Режим термоэлектрического охлаждения показан на рис.1.8б. Теплоноситель, вводится в каналы через теплые коммутационные пластины с температурой Т2. Обычно вначале температура теплоносителя TQ = T2. При пропускании через термоэлемент электрического тока, его холодные спаи охлаждаются, а также охлаждаются ветви до некоторых промежуточных температур между Т0 и Т2. При прохождении теплоносителя через каналы его температура постепенно снижается. Выходя из каналов, теплоноситель приобретает температуру TQ0 , которая близка к температуре холодных спаев Т0. Таким образом, охлаждение теплоносителя происходит не только у холодных спаев, но и в объеме ветвей термоэлемента, что может улучшить охлаждение.
В режиме термоэлектрического нагрева (рис.1.8в), теплоноситель пропускается через каналы со стороны холодных концов ветвей с температурой Т2. Обычно вначале температура теплоносителя TQ = T2. По мере прохождения через каналы теплоноситель перемещается в части ветвей со все большей температурой и также разогревается. При выходе из каналов теплоноситель приобретает максимальную температуру TQ, которая близка к температуре Т1 горячих спаев ветвей термоэлементов. Развитые поверхности теплообмена и съем тепла из внутренних частей ветвей способствуют увеличению эффективности термоэлемента.
Проницаемые термоэлементы основаны на том же принципе работы, что и термоэлементы с боковым теплообменом. Разница состоит в увеличении поверхности теплообмена путем использования внутренних частей ветвей термоэлемента.
Более высокую эффективность можно получить при использовании проницаемых составных ветвей и еще лучшую при использовании функционально-градиентных материалов.
Теория и экспериментальные применения проницаемых термоэлементов изложены Котырло и Лобунцом в монографиях [47,48]. Такие термоэлементы впервые предложены Зориным [61,62]. Поэтому такие термоэлементы можно назвать термоэлементами Зорина.