ДЛЯ этого необходимы весьма большие температуры (1200- 2500С), которые достижимы лишь в специальных атомных реакторах.

При меньших температурах (до 500С) более выгодны, по-видимому, термоэлектрические батареи [18, 19]. Возможно также, что в некоторых случаях наиболее целесообразным вариантом окажется одновременное использование и тех. И других, что позволит добиться максимальной эффективности процесса в любой температурной области. Кроме того, следует иметь в виду, что с точки зрения веса и габаритов установки термоэлектрические батареи имеют некоторое преимущество, а это может оказаться решающим фактором в оценке сравнительных достоинств преобразователей атомной энергии при использовании их на космических кораблях [20]. Наконец, не следует упускать из виду и то обстоятельство, что появление термобатарей с к. п. д. 8-10% (в отличие от достигнутого в настоящее время устойчивого к. п. д. 5-6%) не только способствовало бы решению проблемы использования атомной энергии, но и произвело бы полный переворот в малой энергетике.

Таким образом, перспективность .использования термобатарей в качестве холодильников, отопительных устройств и генераторов постоянного тока не вызывает сейчас никаких сомнений. В связи с этим особый интерес представляет решение двух задач:

1. Исследование экономических характеристик термобатарей, изготовленных из данных материалов, и определение условий наиболее рационального их использования.

2. Отыскание эффективных методов подбора материалов с хорошими термоэлектрическими свойствами, а также способов повышения их качества.

Приближенное решение первой задачи, выполненное Аль-тенкирхом [21, 22] в 1909-1911 гг., справедливое для металлических проводников, показало невозможность использования последних в технических целях. Именно поэтому поиски экономически приемлемых материалов были начаты лишь в последние годы в связи с развитием техники полупроводников. Решение второй задачи, выполненное А. Ф. Иоффе [15], позволило придать этим поискам целенаправленный характер. Поскольку в настоящее время есть все основания полагать, что широкое использование термоэлектрических устройств

В технике и быту - дело недалекого будущего, строгое решение первой задачи в применении к полупроводниковым материалам снова становится весьма актуальным.

В настоящей работе мы ставили себе целью получить возможно более точное решение этой задачи и выразить полученные результаты в форме, удобной для непосредственного практического использования. Следует указать, что полное решение указанной задачи включает в себя также и теплотехнический расчет, деталей которого мы здесь касаться не будем, так как он ничем не отличается от обычных теплотехнических расчетов поверхностей охлаждения, их оребре-ния, веса и пр. Поэтому в дальнейшем мы будем предполагать обеспеченным отвод тепла в необходимых количествах, а в соответствующем месте укажем на связь приводимого расчета с реальными возможностями теплоотвода и теплообмена. Мы оставляем в стороне также и вопросы, связанные с вредным действием скачков температуры на контактах и в местах съема тепла. Эти вопросы тесно связаны со спецификой конкретных термоэлектрических установок.

Таким образом, настоящее исследование касается собственно термоэлектрической части устройств, т. е. самой термобатареи, и связано с расчетом ее наилучшей конструкции, различных режимов работы и экономических показателей.

Такого рода расчеты чрезвычайно осложняются тем обстоятельством, что всякий термоэлектрический процесс, как уже указывалось выше, сопровождается необратимыми процессами теплопроводности и выделения джоулева тепла. Эти процессы значительно понижают экономичность термоэлектрических устройств; чтобы учесть их влияние, приходится решать сложную вспомогательную задачу, связанную с исследованием теплового потока, протекающего через проводник, в котором идет ток. Решение этой задачи составляет содержание первой главы настоящей работы. Результаты исследования дают возможность оценить затем экономические характеристики процессов охлаждения, отопления и генерации тока, которые исследуются в следующих трех главах. Они позволяют также оценить точность полученных в результате этого исследования конечных выражений и провести последовательный анализ затрагиваемых вопросов в рамках первого приближения.

Глава, посвященная термоэлектрическому охлаждению, имеет больший объем, чем следующие за ней главы. Это объясняется, с одной стороны, значительным подобием рассматриваемых в этих трех главах вопросов и общностью метода исследования, так что некоторая часть результатов, приводимых в последних главах, не нуждается в подробном доказательстве. С другой стороны, исследование различных схем охлаждения и, в меньшей мере, отопления оправдано их эффективностью, в то время как для генераторов подобный анализ теряет свою значимость, и мы сочли возможным его опустить.

Обращает на себя внимание тот факт, что, независимо от конструкции батареи и ее назначения, предельная эффективность термоэлектрического процесса всегда единообразно выражается через некоторый универсальный параметр качества термопар М, (или а), от которого в конечном счете зависит рентабельность и целесообразность применения термобатарей вообще. Поэтому не следует думать, что то или иное конструктивное решение может радикально повысить экономичность процесса и тем самым разрешить проблему, которая в действительности может быть решена только удачным подбором и совершенствованием качества полупроводниковых материалов, идущих на изготовление термопар. Однако и пренебрежение к вопросам точного расчета термобатарей также совершенно недопустимо. Несмотря на кажущуюся простоту устройства и эксплуатации, термоэлектрические батареи в действительности чрезвычайно чувствительны ко всякого рода изменениям в режиме работы. Вследствие этого вычислительная ошибка или отклонение фактических условий работы от расчетных могут привести к таким изменениям всех экономических характеристик, которые сведут к нулю преимущества термопар сколь угодно высокого качества. Именно это обстоятельство уже не раз приводило некоторых исследователей ко всякого рода ложным или ложно истолковываемым эффектам.

Поэтому, останавливаясь на рассмотрении различных схем охлаждения, отопления и генерации тока, мы старались в каждом случае выделить общие формулы, стандартизирующие схему расчета и выясняющие влияние разных факторов на экономические показатели этих устройств.

Принципиальная схема расчета всюду выделялась особо, а ее связь с теплотехническим расчетом четко оговаривалась.