Предельный относительный расход, при котором Дя = О, в зависимости от I* определяется как

Влияние гидравлического сопротивления на напор-расходную характеристику приведено на рис. XV. 7. При конструировании канал считается удовлетворительным, если * =0,1 -т- 0,25.

Термоэлектромагнитный КПД иасоса определяется как КПД термоэлемента, нагруженного на сопротивление канала, генерирующего противоЭДС:

*1тэм

1 + (1-М)2,фГ,

(1 - М ) ZTi

2 Г,

При наибольшей механической мощности М = 0.5 и наибольшем КПД

%эм = 0,25()-

+0ЗД(1-0.25>) -

Приближенно можно считать и соответственно

Добротностью канала

(XV.41) (XV.42)

{XV.43) (XV.44)

о ст + Го ct(Wc

j/r , , V

(XV.45)

Оптимизация {XV.37) по значению отношения сопротивления термоэлемента к сопротивлению канала, при котором достигаются максимальные добротность и КПД, дает

2 - ?Р

. ст Y ,

\ с ст + с А с с /

(XV.46)

Коэффициент добропюсти и КПД преобразования тем больше, чем меньше электрические сопротивления замыкающих шин и чем больше термическое сопротивление и электрическое сопротивление стенок канала.

Термоэлектромагннтный КПД в режиме максимальной мощности и режиме максимального КПД отличаются незначительно и могут быть приняты равными друг другу,

2. Материалы для термоэлектрических насосов

Термоэлектрические материалы. Требования К материалам для термоэлементов термоэлектрического насоса совпадают с обычными требованиями для материалов термоэлектрических генераторов. Материалы должны обладать высокими значениями добротности Z, высокой температурой плавления для расширения интервала рабочих температур, малой упругостью паров и стабильностью в заданном интервале температур, высокой механической прочгюстью.

Для низкотемпературных насосов (77-200 К) наиболее приемлемыми являются сплавы Bi-Sb; при температурах 200-550 К - тройные соединения на основе BiaTCj - SbTeg, BijTeg - BigSes-При более высоких температурах в основном используются РЬТё GeTe, РЬТе - SnTe и сплавы Ge-S1. Могут применяться и другие материалы и сплавы, разработанные для термоэлектрических генераторов.

Кроме полупроводниковых представляют интерес и металлические сплавы: хромель, копель, алюмель и Константан. Несмотря на их относительно низкие термоэлектрические параметры, сплавы обладают повышенной механической прочностью ч широком интервале температур.

Материалы для токозамыкающих шин. Наиболее приемлемыми являются серебро, медь, алюминий, обладающие высокой электропроводностью. Применение серебра целесообразрю только при необходимости обеспечить высокую пластичность контактов. Шины

23 I

используются при работе Ь Широким ййТервале температур, поэтому при их конструировании необходимо учитывать возрастание их сопротивления с ростом температуры. Коэффициент теплопроводности меди, серебра и стали изменяется с температурой незначительно, теплопроводрюсть алюминия возрастает в интервале О-400° С приблизительно в 1,6 раза. При высоких температурах серебро испаряется интенсивнее меди, а медь окисляется и взаимодействует с парами теллуридов. Поэтому для медных шин целесообраз1ю использовать защиту слоем железа. Контакт шин с термоэлементами осуществляется через промежуточные слои, исключающие диффузию материала шины в термоэлектрический материал. Промежуточные слои в зависимости от материалов термоэлементов - никель, железо, вольфрам и др.

Материалы для рабочего канала. Эта материалы должны отличаться стойкостью к воздействию прокачиваемой среды, прочностью при мехашческнх и термических воздействиях, достаточно высокой теплопроводностью для переноса тепла от прокачиваемой жид1 кости к термоэлементу, высокий электропроводгюстью для дости-

Таблица XV.1

Материалы канала термоэлектрического насоса и прокачиваемые жидкости

Р мкОмсм

Р мкОмсм

800 ГС

Рис. XV.8. Температурные зависимости удельного электросопротивления жидких металлов:

/ - В1- 2 - Hg; 3 - PbBi (56,5% Bi); * - NaK (78% К): 5 - NaK (56% К): 6 - In; 7 - К: 8 - Na: S - Pb.

кг/м-* 1000

Na,K,Ll,Ga,NaK

Sn,Pb,Hg,Bi,PbBi

10000

8000

6000

Рис. XV.9. Зависимость плотности жидких металлов от температуры:

7 - Нв; 2 - Nrn 3 - Pb; 4 - NaK (- 45% К); 5 - PbBi (56,5 / Bi): £ - nIk (~77%K): S - K; 9 - Ga; W - LI; tt - Sn.

жения минимальных потерь при протекании тока через канал. Рекомендуемые материалы и соответствующие им прокачиваемые жидкости сведены в табл. XV. 1.

Прокачиваемые жидкогги. Основными рабочими жидкостями для термоэлектрических насосов являются расплавленные металлы и их сплавы. Чаще всего используются расплавленные натрий, калий и их сплавы, литий, ртуть и сплавы свинца с висмутом. Основные свойства этих веществ и некоторых других приведены в графиках на рис/XV. 8 - XV. 13.

X Вт/(м-К)

с Д /(кг-Ю

200 400 600 ГС

200 400

Рис, XV. 10. Температурные зависимости теплопроводности жидких металлов:

у - Na; г - К: 3 - LI: 4 - Sn; J - NaK t~45% К): 6 - NaK (Б6,Б% К); 7 - NaK (78% К); 8 - Hg; 9 - Pb; 10 - Bi; It - PbBl (56.5% Bi).

Рис. XV.II. Зависимость теплоемкости жидких металлов от температуры:

/ -Li;2-Na; 3-Sn; 4 - NaK (-45% Ю; ЯNaK (78% К); 6-К; 7 -В1; 8 - РЬ; 9 - PbBi (56.5% Bi); 10 - Hg.

Натрий может применяться в широком интервале температур, обладает высоким коэффициентом теплоотдачи, высокой теплопро-водгюстью, малой вязкостью, что требует малой энергии для прокачки; не взаимодействует с нержавеющими и малоуглеродистыми стаАями в широком интервале температур, имеет большую электропроводность и может применяться для увеличения электропроводности электрических стальных шин при высоких температурах. Однако натрий активно окисляется, поэтому контур теплоносителя надо тщательно герметизировать. Образование окиси натрия в виде шлака приводит к закупорке канала и способствует коррозии. Натрий бурно реагирует с водой, менее энергично - со спиртами и эфи-рами. При комнатной температуре не реагирует с углеводородами. Плавится при 98° С, поэтому запуск системы, наполненной натрием, должен производиться после предварительного ее подогрева. При затвердевании уменьшается в объеме на 21,5%!

10 м/

О 200 400 600 800 1000 ГС

Рис. XV. 12. Зависимость кинематической вязкости жидких металлов от температуры:

, Ga; 2 LI; 3 - NaK (-45% К); 4 - NaK (-78% К); - PbBi (56 5% Bi); 6 - Bi; 7 - К: 8 - Na; 9 - Pb: 10 - Sn; - Hg.

Ph mm pTCT.

7

Рис. XV. 13. Зависимость давлегшя насыщенных паров ряда жидких металлов от температуры:

/ - Sn; 2 РЬ; 3 - Li; 4 - Na; 5 - К; 6 - Hg.