Розділ 3. Розрахунок параметрів генераторних гіротропних термоелементів

В [2] наводяться термоелектричні матеріали, які використовуються при виготовленні генераторних гіротропних термоелементів. Для цього вибираються матеріали із найбільшими значеннями коефіцієнта Нернста-Еттінгсгаузена. В таблиці наведені властивості деяких матеріалів для гіротропних термоелементів.

Таблиця.

Властивості матеріалів для термоелементів Нернста-Еттінгсгаузена

Матеріал	Ширина забороненої зони, еВ	Рухливість електронів, См2/(Вс)	Відношення рухливостей un/up	ZH,К-1
Si	1,15	1200	2,8	1,5610-11
Ge	0,73	3600	2,0	8,410-9
Te	0,32	1170	2,1	410-6
PbSe	0,22	900	1,6	210-8
PbTe	0,29	1170	1,4	210-8
Bi2Te3	0,15	800	1,2	6,710-6
InAs	0,40	23000	70	4,110-6
InSb	0,16	65000	80	1,610-4

Результати табл. 1. наведені для середньої температури 400Кпри магнітній індукції приблизно 1 Тл.

На рис. 10 залежність Z_H від температури.

Рис. 11. Залежність добротності від температури [2].

Найефективнішим матеріалом для термоелементів Нернста-Еттінгсгаузена є InSb рис. 11.

ККД виготовлених з нього генераторів може досягати 2-2.5% при індукції 1 Тл і густині енергії 20-22Вт/см². Такі термоелементи, звичайно, не можуть конкурувати із термоелектричними по ККД, проте в деяких випадках, коли суттєвою є швидкодія чи необхідна підвищена напруга їх використання оправдане.

Для розрахунків вибирався матеріал InSb в інтервалі температур 350 – 700 К. На гіротропні термоелементи діяло магнітне поле з індукцією 1 Тл. Для розрахунків ККД використовувалась оптимізована формула (3.2.25) та (3.70) [3, 10]. За даними довідника [2] побудовано залежність значення добротності від температури при В = 1 Тл. Ці значення було апроксимовано та записано у вигляді полінома (3.4.1) та (3.4.2)

Для InSb:

(3.4.1)

Для InAs:

(3.4.2)

Далі у програмі MatCad 14 була написана програма, яка розраховувала значення ККД залежно від температури гарячої сторони термоелемента Т_Г при постійній холодній стороні Т_Х = 350 К.

Рис. 12. Залежність ККД від температури при Т_Х = 350 К та магнітному полі В=1 Тл для InSb. (1- гіротропний термоелемент отимальної форми,

2-спіральний гіротропний термоелемент)

З рис. 12 видно, що при різниці температур між гарячою та холодною стороною термоелемента в 350 К та магнітному полі з індукцією 1 Тл ККД склав приблизно 2.4%, що звісно не може конкурувати з звичайними термоелементами які працюють на ефекті Зеєбека і виготовлені з PbTe або Bi₂Te₃, але в деяких випадках коли переважає питання надійності або створення високих напруг гіротропні термоелементи теж є ефективні. Також видно, що ККД для гіротропного термоелемента оптимальної форми більше на 0.6% більше ніж для гіротропного спірального термоелемента таких же розмірів.