ставленной из сернистого свинца и сплава цинк + сурьма при разности температур 400° С, развивающей термо-э. д. с. 300-400 мкв на 1°С, может быть порядка 107о. Однако даже в условиях лабораторных испытаний от нее удалось получить к. п. д. всего лишь 7%, так как не удалось в достаточной степени снизить переходное сопротивление горячего спая.

Таблица 4

Трпмо-ч д. с. термопар из новых материалов в зависимости от при <д, = 20° С

Таблица 5

Максимальный к. п. д. в процентах различных термопар в зависимости от tt при 11 = 20 С

Поиски более эффективных материалов пока еще не дали желаемых результатов. Все известные материалы термопар, развивающие 400-500 мкв на 1°С, пригодные для работы при температурах порядка 700-900° С, обнаруживают настолько сильное отклонение от закона Видемана-Франца, что позволяют получить к. п. д. всего лишь несколько процентов.

5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ГЕНЕРАТОРЕ

Термоэлектрический генератор состоит из блока термопар, электрически соединенных между собой, нагревателя, обеспечивающего приток тепла к их горячим спаям, и системы охлаждения их холодных спаев. Схематически устройство термоэлектрического генератора изображено на фиг. 6.

Число термопар в генераторе стремятся брать возможно меньшим, соединяя их все последовательно. Большое число соединенных параллельно-последовательно термопар нежелательно из-за увеличения числа спаев, усложняющего сборку генератора и уменьшающего надежность его работы. Однако при использовании генератора для нескольких различных видов работы иногда предусматривается переключение групп термопар параллельно друг другу.

Термоэлектрический генератор

обычно работает в двух основных режимах: на постоянную по величине активную нагрузку и в качестве источника питания при зарядке аккумуляторных батарей. Общий к. п. д. термоэлектрического генератора, понимаемый, как отношение полученной полезной мощности к количеству тепловой энергии, выделяющейся в единицу времени в результате сгорания топлива, можно представить в виде:

\бщ=-п-\, (И)

где Tj - коэффициент, показывающий, какая часть выделившейся при горении тепловой энергии проходит через термопары; TJ - к. п. д. блока термопар, представляющий собой отношение полученной полезной мощности к количеству тепловой энергии, проходящей в единицу времени через термопары. Условия, при которых TJ достигает своего максимального значения [-П], были рассмотрены в § 2. Если, как это имеет место в современных термоэлектрических генераторах, лишь незначительная часть тепловой энергии, протекающей через термопары, преобразуется в электри-

Фиг. 6. Схематическое изображение устройства термоэлектрического генератора.

ТП-термопары; К-металлические крылья, прикрепленные к термопарам для увеличения площади о.\лаждсния их холодных концов.

ческую, то Tfj практически не зависит от электрической схемы соединения термопар и нагрузки, так как в основном определяется независящим от последних потоком тепла через термопары, обусловливаемым их теплопроводностью.

6. РАБОТА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА НА ПОСТОЯННУЮ АКТИВНУЮ НАГРУЗКУ

На фиг. 7 показана схеыа включения термоэлектрического генератора на постоянную по величине активную на-rpysify. Активной нагрузкой, для питания которой используется термоэлектрический генератор, обычно являются цепи накала ламп или первичная обмотка вибропреобразователя. При этом заданным оказывается не только сопротивление R, но и мощность Р, которая должна в ней расходоваться, а следовательно напряжение U на нагрузке и ток /, протекающий через нее. Необходимое число К термопар, каждая из которых имеет внутреннее сопротивление г и развивает термо-э. д. с. е, нетрудно подсчитать, исходя из выражения для тока /, написанного для схемы фиг. 7:

(.5)

R+Kr

откуда

в/ - 1г

(16)

Фиг. 7. Схема включения термоэлектрического генератора на активную нагрузку R.

Из формулы (16) видно, что чем меньше внутреннее сопротивление термопар, тем меньшее число их требуется для получения заданной мощности, а также, что термопары, имеющие

, вообще не могут быть использованы в данном случае. Из того же выражения следует, что при питании цепей накала число необходимых термопар будет зависеть от выбора схемы соединения нитей накала, которая определяет значение сопротивления нагрузки R. Для радиолюбителя практически может оказаться интересным выяснить, как выгоднее соединить между собой К готовых термопар для питания определенной нагрузки, например при использовании термопар, применявшихся ранее для питания другой нагрузки.

Термоэлектрический генератор, рассчитанный для питания постоянной нагрузки по формуле (16), не будет,

вообще говоря, отдавать в вту нагрузку наибольшую полезную мощность, которую можно получить от него. Если К термопар, питающих активную нагрузку R, соединить в N параллельных групп по Л1 = термопар, соединенных последовательно в каждой, то ток, протекающий через нагрузку, будет:

R+ м

М N

т , г

к + N

(17)

Обозначим через Nq то значение, при котором знаменатель последнего выражения будет иметь наименьшее значение, а ток через нагрузку наибольшее:

(18)

Используя формулы (17) и (18), находим, что максимальная мощность, которую можно получить от к термопар, будет:

.= = ж.Д7=#, (19)

откуда видно, что величина максимальной полезной мощности Ро, которую можно получить от термоэлектрического генератора, не зависит от нагрузки, если только No получается равным целому числу.

На фиг. 8 показана схема включения термоэлектриче- ского генератора, работаю- о щего на первичную обмотку вибропреобра.зор.ателя. Генератор для такой нагрузки можно с достаточной точностью рассчитать по формулам для постоянной активной нагрузки. Ток в цепи первичной обмотки вибропреобразователя и напряжение, которое должно на ней падать для того, чтобы в цепи вторичной обмотки получались требуемые напряжение и ток, зависят от конструкции вибропреобразователя и указываю 1ся как его тех-

Фиг. 8. Схема включения термоэлектрического генератора при питании вибропреобразователя.

нические характеристики. Так, например, вибропреобразователь типа ВП-i дает во вторичной цепи ток 10-12 ма при напряжении ПО в, потребляя в первичной цепи 0,33 а при 6 в. Коэффициент полезного действия вибропреобразователя обычно лежит в пределах 40-60%.

Пример 1. Сколько железо-констаитановых термопар длиной 5 см с сечением железного проводника 0,75 мм и константавового 1 мМ . работающих при температуре горячего спая 340° С и холодного спая 50° С, потребуется для питания нитей накала пяти ламп, имеющих напряжение накала 1,2 в, из которых три потребляют по 0,075 а, одна 0.05 а и еще одна 0.025 с?

По данным табл. 1 (интерполяцией) находим термо-э. д. с. железо-константановой термопары = 18,76-2,7= 16,06 мв. По формуле (3) определяем среднюю температуру термопары

340 -f- 50 / = -Y- = 200° С.

По данным табл. 2 принимаем удельное сопротивление железа прн 200° С равным 0,25 ом мм/м и сопротивление константана 0,5 om-mmIm.

По формуле (1) находим сопротивление термопары f 0,25 0,5 \

+ Г ) 0.05 = 0.04 ом.

0,75

Ток, потребляемый всеми лампами при составит 3-0,075 + 0,05 -f- 0,025 = 0,3 а. По формуле (16) находим:

их параллельном включс1;;ш,

0,016 - 0,3. 0.04-

:300.

При параллельном соединении двух ламп, потребляющих 0,075 с, и последовательно с ними трех остальных ламп, тоже единенных между собой параллельно. U = 1,2-2 = 2,4 в; / = 0,075-2----0,075 + 0,05--0,025 = 0,15 а н по формуле (16)

2Д

- 0.016 -0.15-0.04 =240.

И, наконец, при последовательном соединении трех ламп, .югреб-ляющнх по 0,075 а, и параллельного соединения двух остальных ламп

и = 1,2-4 = 4.8 е. / = 0.075 а

0.016-0,075.0,04

= 369.

Таким образом, питание накалов указанных ламп при напвыгод-иейшей схеме их включения можно обеспечить при помощи генератора, составленного из 240 термопар. Максимальная мощность, которую можно получить от такого генератора, определится по формуле (19):

240-0.016 0= 4-0.04 ° 0.384 em,

т. е. при питании указанных ламп, потребляющих 0,36 ет, генератор будет работать почти с оптимальной нагрузкой.

и I I

7. РАБОТА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПРИ ЗАРЯДКЕ АККУМУЛЯТОРА

При использовании термоэлектрического генератора для зарядки аккумулятора схема его включения будет иметь вид, изображенный нп фиг. 9. В этом случае заданным является только напряжение, развиваемое генератором, которое должно превышать напряжение на зажимах зар-яжен-ного аккумулятора. Величину зарядного тока желательно получить возможно большей, и потому, если термоэлектрический генератор предназначается как для работы на постоянную активную нагрузку, так и для зарядки аккумулятора, возникает вопрос о наивыгоднейшей схеме соединения образующих его термопар в этом режиме работы. Очевидно, что зарядный ток, посылаемый генератором, состоящим из N параллельных групп по М термопар в каждой, в аккумулятор, напряжение на котором V и внутреннее сопротивление которого г а будет:

Me, - [/ R (Me, - Щ

Фиг. 9. Схема включения термоэлектрического генератора для зарядки аккумулятора.

(20)

так как величиной (не превосходящей сотых долей

ома) по сравнению с величиной (имеющей порядок ома),

можно пренебречь.

Наибольшее значение зарядного тока получится при

(21)

(22)

где Mq и Nq -наивыгоднейшее число групп и термопар в группе.

Из формул (20) -(22) находим, что максимальный зарядный ток, который может быть получен от данного