Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Заключение

Итак, в книге рассмотрен ряд термоэлементов, которые в настоящее время, в основном, формируют элементную базу термоэлектричества. Они представляют набор наиболее известных и наиболее характерных типов термоэлементов, которые используются или могут быть использованы для создания термоэлектрических преобразователей энергии и, соотвественно, термоэлектрических приборов на их основе. Среди приведенных термоэлементов (их пятьдесят) есть широко известные, которые находят многочисленные применения; есть термоэлементы весьма ограниченного применения; есть и такие, которыми демонстрируется только возможность реализации физических идей или эффектов для создания термоэлектрических преобразователей энергии.

Наиболее широко известны термопарные термоэлементы. Им уделено в книге наибольшее внимание. Такие термоэлементы наиболее изучены, их описание в литературе встречается наиболее часто. Физические модели таких термоэлементов весьма подробны, они рассмотрены во всех режимах работы, найдены аналитические выражения для их описания, а для случаев, когда их получить не удается, разработаны соответствующие программы для компьютерных расчетов. И поскольку термопарные термоэлементы находят наибольшее практическое применение, то и материал в книге, им посвященный, также наибольший.

Значительно меньше данных о термоэлементах, основанных на использовании эффектов Нернста-Эттингсгаузена и Этингсгаузена. Сведения о таких термоэлементах получены для весьма упрощенных моделей в режимах генерации ЭДС, тока и охлаждения. Приблизительно на таком же уровне находится и глубина исследований анизотропных термоэлементов. Некоторые подробности о свойствах таких термоэлементов были найдены благодаря их специфическим особенностям, вызвавших повышенный интерес у исследователей.

Вихревые, короткозамкнутые термоэлементы и пьезотермоэлементы только начинают изучаться, поэтому сведения о них незначительны, а о термоэлементах, принцип работы которых основан на эффектах при больших градиентах температуры, сведений еще меньше. Фактически состояние изучения термоэлементов при больших градиентах температуры находится на этапе исследования самих термоэлектрических эффектов. Результаты таких исследований изложены в монографии Л.Анатычука и Л.Булата “Полупроводники в экстремальных температурных условиях” (издательство “Наука” Санкт-Петербург, 2002 г.).

Анализируя таким образом состояние дел в элементной базе термоэлектричества и в термоэлектричестве в целом , можно сделать некоторые заключения, суть которых излагается ниже.

Общеизвестно, что в последние десятилетия центральная проблема термоэлектричества сформулирована как проблема улучшения добротности материалов для термопарных элементов с целью повышения их КПД и холодильного коэффициента. К сожалению, многочисленные усилия, затраченные на решение этой задачи должного успеха не дали. Поэтому особую актуальность приобретает задача изыскания путей повышения эффективности термоэлектрического преобразования энергии не только за счет улучшения качества термоэлектрического материала (что несомненно важно), но и путем использования новых физических явлений или рационального применения уже известных явлений для создания усовершенствованных, более эффективных, термоэлементов.

Такая задача может решаться несколькими путями.

Во-первых, путем более глубокого изучения свойств известных термоэлементов, которое достигается, в частности, при уменьшении модельных ограничений иногда не оправданых и введенных только для упрощения расчетов. Например, отказ от модельного ограничения однородности материалов ветвей привел к необходимости учесть объемные эффекты, которыми при разумном их использовании создаются предпосылки для увеличения эффективности термоэлектрического преобразования энергии. Так, при оптимальном использовании объемных эффектов в трехкаскадном генераторе, изготовленном из традиционного материала на основе Bi-Te, Pb-Te, Ge-Si, КПД возрастает до 20%. На 30-40% возрастает и КПД проницаемых термопарных элементов с программируемой пространственной неоднородностью по сравнению с термоэлементом из сплошных однородных ветвей. И этим не ограничиваются возможности улучшения свойств известных термоэлементов. Поэтому остаются перспективными дальнейшие исследования известных термоэлементов для выявления их новых свойств в более корректных модельных приближениях.

Во-вторых, путем создания новых типов термоэлементов, которые образуются при рассмотрении коллективного воздействия физических полей на известные термоэлементы или при использовании более сложных термоэлектрических сред. Например, путем применения функциональноградиентных сред в термоэлементах Нернста-Эттингсгаузена, в анизотропных термоэлементах, а также в других типах термоэлементов, где до настоящего времени применяется только однородная среда. Или путем использования магнитного поля в пьезотермоэлементах, в короткозамкнутых термоэлементах или искусственно-анизотропных термоэлементах. Помимо ожидаемого возрастания эффективности коллективное воздействие физических полей на термоэлементы приводит к возрастанию их функциональных возможностей, что особенно привлекательно для создания преобразователей информации, все более широкоиспользуемых в измерительной технике.

В-третьих, путем использования обобщенной теории термоэлектрического преобразования энергии для создания принципиально новых типов термоэлементов. Особо привлекательной в этом направлении является задача создания термоэлементов в виде спиральных структур, которые подобны электротехническим изделиям. Такая аналогия между термоэлектрическими и электротехническими преобразователями энергии открывает интересные возможности для создания комбинированных устройств термоэлектрической и электромагнитной природы. Особую новизну в принципе работы таких термоэлементов следует ожидать от особенностей термоэлектрического преобразования в динамических режимах, которые, как показывают исследования, содержат новые потенциальные возможности повышения эффективности термоэлементов.

Естественно, перечисленным не ограничиваются возможности расширения элементной базы термоэлектричества и улучшения качества термоэлементов. Важным явлется то обстоятельство, что перечисленные пути демонстрируют возможности дальнейшего прогресса в термоэлектричестве не только за счет роста добротности материалов, но и путем привлечения новых физических эффектов и явлений.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ/Л.И.Анатычук. Институт термоэлектричества Киев, Черновцы, 2003

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????