0 ~ ли г

термоэлектрического генератора за счет выбора наивыгоднейшей схемы его включения, будет:

(23)

причем, мощ{10сть, отдаваемая в аккумулятор, составит:

(24)

При значениях No, не равных целому числу, число параллельных групп следует брать равным ближайшему целому числу.

в процессе зарядки аккумулятора напряжение на его зажимах изменяется в некоторых пределах. При расчете термоэлектрического генератора в формулы следует проставлять значение U, которое держится на зажимах аккумулятора в течение наибольшего промежутка времени.

Пример 2. Определить схему включения 168 хроме.-.-констан-тановых термопар, развивающих каждая термо-э. д. с. 0.0356 в и имеющих сопротиЕленне 0,01 ом при использовании их для зарядки аккумулятора, согласно зарядным кривым которого большую часть времени зарядки U = 1,55 о.

Подставляя приведенные выше данные в формулу (22), получаем:

168.0,0356 2-1,55

:1,9.

Выбираем N = 2, М = 84. Зарядный ток при этом по формуле (20) будет:

, 2(84-0,0356 - 1,55)

84-0,01

= 3,43 а.

в то время как при включении всех термопар последовательно он равнялся бы

168-0,0.56 - 1,55 168-0,01

= 2,59 а.

Таким образом, выбор правильной схемы включения позволяет повысить зарядный ток более чем на 30% по сравнению с током, получающимся при последовательном включении термопар.

8. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

Повышать значения коэффициента -ц, т. е. увеличивать долю тепла, выделяющегося при горении, протекающую через термопары, можно не только увеличивая число термопар, но также путем соответствующего выбора геометрических размеров последних. В § 2 при выводе формул,

определяющих к. п. д. термопары tj и максимальную мощность, Отдаваемую генератором, температуры спаев и принимались заданными. В действительности температуры эти зависят от температур горящих газов, обогревающих горячие спаи термопар и от температуры воздуха или жидкости, обтекающей их холодные спаи 2. з также материалов и геометрических размеров термопар, площади, подвергающейся нагреванию у горячих спаев, и площади крыльев охлаждения.

В термоэлектрических генераторах с к. п. д. порядка нескольких процентов поток тепла, обусловленный теплопроводностью термопар Р, по меньшей мере в 6 раз превосходит количество тепла Р, участвующего в процессе преобразования тепловой энергии в электрическую,-и потому последним при ориентировочных подсчетах можно пренебречь.

Путь потока тепла Р можно представить себе в виде последовательного соединения трех тепловых сопротив-1

лений: первого

-при переходе тепла от газов к горя-

чему концу термопары, второго- - при переходе тепла

по самой термопаре и третьего

- при переходе тепла

от холодного конца термопары в окружающую среду. Здесь и - площади соприкосновения горячего и холодного спаев термопар с нагревающей и охлаждающей средами, выраженные в а , и - соответствующие коэффициенты теплопередачи, представляющие собой количество тепловой энергии в вт, протекающей через 1 мм поверхности при разности температур этой поверхности и окружающей среды в 1°С, а х - теплопроводность термопары, определяемая по формуле (2).

На эти тепловые сопротивления воздействует разность температур -t. Подобно электрическим напряжениям в цепи перепады температур на отдельных участках будут при этом распределяться пропорционально тепловым сопротивлениям этих участков и, следовательно,

1 1 x

(25)

где / - длина проводника термопары, принимаемая одинаковой для обоих проводников; 2 - сечение одного из них (выбранного произвольно)

(26)

Коэффициент р введен только для более краткой записи формул.

Не выводя формулы для полного к. п. д. термоэлектрического генератора \ещ - Ъ1г рассмотрим практически важную зависимость максимальной мощности, отдаваемой генератором, от соотношения геометрических размеров термопар, крыльев охлаждения и пластин у горячих спаев, с учетом того, что заданными являются темпер,.туры горячих газов и охлаждающего воздуха или воды /j-Формула (19) дает величину наибольшей полезной мощности, которую можно получить от термоэлектрического генератора, составленного из термопар, развивающих термо-э. д. с. и имеющих сопротивление , Изменяя соотношение между длиной проводников термопар и их сечением, можно в известных пределах изменить и г термопар, а следовательно, и мощность, которую может отдавать генератор. Эта мощность, как видно из формулы (19) будет тем больше, чем больше и чем меньше г.

В свою очередь тем больше, чем больше разность температур горячего и холодного спаев термопары - t, как это видно из формулы (4). При заданных температурах 1 и 2 и площадях крыльев охлаждения и пластин у горячих концов термопар разность - (25), а следовательно, и величина будут тем больше, чем больше отношение длины проводников термопары к их сечениям, причем по мере увеличения этого отношения сначала растет быстро, а затем все медленнее и медленнее. Так как, с другой стороны, при увеличении отношения длины проводников термопары к их сечениям увеличивается сопротивление термопары, то, очевидно, должно существовать наивыгоднейшее соотношение между длиной и сечением проводников, при котором термоэлектрический генератор может отдавать наибольшую мощность.

Наивыгоднейшее соотношение длины проводников термопар к их сечениям, при котором величина Pq, опре-

деляемая формулой (19), будет иметь наибольшее значение, определяется условием

(27)

Подстановка (27) в (25) показывает, что при выполнении этого условия разность температур спаев термопары равна половине разности температур обтекающих их горячих и хололных газов.

Из формул (26) и (27) видно, что при увеличении площадей крыльев и пластин и уменьшается величина наивыгоднейшего отношения длины к сечению. Так как при этом уменьшится сопротивление термопары, а разность температур на ее концах, а следовательно, и останутся прежними, то от нее можно будет получить соответственно большую полезную мощност.з.

Во всех приведенных выше соображениях предполагалось, что температуры газов и заданы независимо от того, какова теплопроводность термопары. При достаточно больших площадях и наивыгоднейшими окажутся согласно условию (27) размеры термопары, соответствующие настолько большой ее теплопроводности, что поток тепла через термопару будет заметно понижать температуру ti и повышать t. Такой выбор размеров термопар может привести уже не к увеличению, а к уменьшению отдаваемой ею полезной мощности.

Если как горячие, так и холодные спаи термопар находятся в одинаковой среде (газообразной или жидкой), то с достаточной для расчета точностью можно принимать ar=az=a. При температуре воздуха около 20° С и температуре охлаждающих крыльев порядка 50° С этот коэффициент теплопередачи а составляет примерно 20-i-40-10 вт мм°С. Коэффициенты теплопередачи а для текущей воды колеблются в пределах от 230-10 до 2 300.10-6 вт1мм2°С.

Для увеличения площади нагрева горячие концы термопар можно утолщать, удлинять или прикреплять к ним пластины из металла с высокой теплопроводностью. Концы проводников термопары можно при этом не соединять между, собой непосредственно, если металл пластины является также хорошим проводником. Как уже говорилось в § 1, третий металл, включенный в термопару так, что места его соединения с проводниками термопары находятся при оди-

Фиг. 10. Термопара,

наковой температуре, не будет влиять на термо-э. д. с. термопары.

На фиг. 10 показано соединение проводников термопары, применявшейся в одном из типов термоэлектрических генераторов. Здесь проводники, составляющие термопару, выполнены в виде трубок, соединенных между собой шайбой из третьего металла, внутри которых горит газ. Можно также использовать общую для ряда термопар пластину, но в этом случае между нею и термопарами должны быть помещены изоляционные прокладки для того, чтобы горячие спаи термопар не оказались замкнутыми между собой электрически.

Температура ti для различных типов горелок может колебаться в пределах примерно от 300 до 1 200= С.

Для повышения охлаждения к холодным спаям можно прикреплять значителню большие металлические пластины, чем к горячим, так как в этом случае не приходится считаться с необходимостью размещать все горячие составленная спаи ПО ВОЗМОЖНОСТИ ближе к источнику тен-из двух труб j,a Прикрепленные к холодным спаям пласта-сХьмы I? металла с хорошей теплопроводностью

верхней из (алюминий ИЛИ медь), называемые крыльями, нейзильбера), лопастями ИЛИ ребрами, значительно усили-соеднненных вают охлаждение окружающим их воздухом путем конвекции. Водяное охлаждение весьма эффективно благодаря высокому коэффициенту теплопередачи, который при этом получается, однако устройство его связано с рядом трудностей.

Тепловой режим термоэлектрического генератора, предназначенного для преобразования энергии солнечных лучей в электрическую, имеет некоторые особенности.

Прежде всего в этом случае заданной является не температура ti горячего спая, а поток энергии , падающий на металлическую пластину, соединенную с горячим спаем. Такие пластины обычно размещают в плоском застекленном ящике, называемом коллектором. Поток энергии разветвляется на два, первый из которых будет протекать по термопаре, а затем через охлаждающие крылья, а второй (включая тепловую энергию, уходящую за счет инфракрасного излучения с поверхности металлических пластин) че-

стальной шайбой, внутри которой

горит газ.

pes воздух в ящике коллектора и стенки последнего. Очевидно, что теплопроводность термопар выгодно уменьшать, так как при этом должны будут возрастать разность температур их горячего и холодного спаев - t, а следовательно, и к. п. д. ]. Однако по мере уменьшения теплопроводности термопар все меньшая доля тепловой энергии солнечных лучей, падающих на пластины, будет проходить через термопары, а не через стенки коллектора. Этой долей тг), выраженной в процентах от количества солнечной энергии, падающей на коллектор, определяется эффективность коллектора.

Общий к. п. д. генератора г\ равен произведению эффективности коллектора г на к. п. д. термопар f\. Таким образом, при чрезме>ном уменьшении теплопроводности термопарк. п. д. генератора начнет понижаться, так как хотя к. п. д. преобразования тепловой энергии в электрическую в термопарах будет несколько возрастать, но зато поток тепловой энергии через них резко сократится за счет увеличения потока тепла через стенки коллектора.

Важное значение имеет правильный выбор способа застекления коллектора. Стекло пропускает видимые лучи лучше, чем инфракрасные лучи, которые излучает нагретая металлическая пластина, отдавая, таким образом, значительную часть падающей на нее энергии солнечных лучей. Чем больше слоев стекла, тем меньше из коллектора уйдет энергии с инфракрасными лучами, но тем меньше попадет в него и солнечных лучей, так как последние частично отражаются от каждого слоя стекла, частично поглощаются ими.

Экспериментально установлено, что наилучшие результаты получаются при использовании двух слоев обычного стекла с воздушным промежутком между ними в 1,2 - 1,5 см или четырех слоев специального стекла, слабее отражающего видимые солнечные лучи, расположенных с такими же промежутками. Эффективность коллектора \ во втором случае выше (сплошная кривая 2), как это видно из кривых на фиг. 11, где показана зависимость эффективности коллектора от разности температуры внутри коллектора, т. е. практически от и температуры окружающего воздуха 2. отличающейся от на 10 -20°С.

На той же фигуре приведены кривые изменения общего к. п. д. -rjg генератора, преобразующего сол-