2. Термоэлектрическая добротность материалов. Температурная зависимость термоэлектрической добротности.

Эффективность термоэлектрических преобразователей энергии определяется в основном эффективностью материала, используемого для изготовления ветвей термоэлементов. Поэтому история развития термоэлектричества - это прежде всего история прогресса термоэлектрического материаловедения.

Хороший термоэлектрический материал должен обладать, на первый взгляд, противоположными свойствами. Наряду с высокими значениями коэффициента термоЭДС, а следовательно, и коэффициента Пельтье, и электропроводности для уменьшения джоулева тепла, материал должен иметь низкую теплопроводность, что способствует снижению теплопереноса от горячего спая термоэлемента к холодному. Параметр, определяющий качество термоэлектрического материала, называется термоэлектрической эффективностью (добротностью) и определяется следующим образом:

Z = ²/æ, (2.1)

где  - коэффициент термоЭДС;  - электропроводность; æ - коэффициент теплопроводности материала.

2. Термоэлектрический способ охлаждения. Применение, преимущества и недостатки.

С тех пор, как полвека назад А.Ф. Иоффе разработал теорию энергетических применений полупроводниковых термоэлементов и обосновал возможность практического применения эффекта Пельтье, термоэлектрические охлаждающие устройства (ТОУ) нашли применение в различных областях жизнедеятельности человека. В ряде случаев в военной технике, медицине, электронной технике и других сферах термоэлектрический способ охлаждения является единственно приемлемым. Это, в частности, связано с тем, что в последние годы значительно увеличился удельный вес полупроводниковых приборов и интегральных схем, для охлаждения и стабилизации температуры которых используются ТОУ. Применение термоэлектрических охлаждающих устройств существенно улучшает характеристики изделий электронной техники, делает их работу надежной и стабильной, повышает быстродействие, помехоустойчивость и т.п.

Термоэлектрические устройства обладают рядом достоинств по сравнению с другими системами охлаждения, а именно: практически неограниченным ресурсом работы, отсутствием хладагентов, надежностью, малыми габаритами и весом, малой инерционностью, бесшумностью, независимостью от ориентации в пространстве, возможностью локального охлаждения, плавного и точного регулирования и статирования температуры путем изменения напряжения питания ТОУ, высокой экологичностью.

Предельную актуальность термоэлектрический способ охлаждения приобретает в настоящее время в связи с подписанием всеми ведущими странами Монреальского протокола 1987 г., обязывающего снижать использование опасных для озонового слоя земной атмосферы фреоносодержащих газовых смесей. Основная область применения подобных газов - холодильная компрессионная техника. Единственная альтернатива на сегодня, и это признано всем мировым научным сообществом, - твердотельные тепловые насосы на полупроводниковых термоэлементах, работающие на эффекте Пельтье.

Основным ограничивающим фактором, сдерживающим массовое применение эффекта Пельтье в системах охлаждения, является недостаточная эффективность этого способа, которая определяется в основном невысокой термоэлектрической добротностью полупроводниковых материалов на основе теллурида висмута. К сожалению, в настоящее время пока еще не найдена альтернатива этим материалам.

В то же время необходимо отметить, что те преимущества, которые дает термоэлектрический способ охлаждения, использованы далеко еще не полностью. Об этом свидетельствует тот факт, что с каждым годом расширяются области применения эффекта Пельтье и увеличивается число новых термоэлектрических приборов.