Термоэлектрическое охлаждение получило признание во многих отраслях современной техники. Благодаря большим удобствам в эксплуатации и удовлетворительным массоэнергетическим характеристикам термоэлектрические холодильники широко используются для обеспечения необходимых температурных режимов самых различных приборов и аппаратов.

Однокаскадные полупроводниковые батареи позволяют получить максимальное снижение температуры на 70 ... 75 К относительно 300 К. Дальнейшее понижение температуры осуихествляется каскадным соединением термобатарей.

Принцип каскадирования, сохраняя все достоинства термоэлектрического метода, позволяет решать два круга задач:

- добиться значительно более глубокого охлаждения, чем в однокаскадном варианте,

- повысить энергетическую эффективность процесса преобразования электричества в холод.

Первые исследования каскадных батарей были проведены Институтом полупроводников АН СССР в 1954 г. В настояихее время каскадные холодильники применяются в радио- и измерительной технике, кибернетике, электронике, приборостроении и существенно улучшают характеристики элементов и устройств, делают их работу надежной и стабильной, повышают быстродействие, помехоустойчивость и т. п. Кроме того, каскадирование термоэлементов открывает пути решения насуихной задачи - миниатюризации низкотемпературных источников холода.

Несмотря на это, проблемы каскадного охлаждения в литературе освещены недостаточно, а ряд специфичных вопросов требует уточнения и дальнейшей разработки. Автор стремился в какой-то мере восполнить существующий пробел и привести накопленный материал в систему, которая была бы по возможности оптимальной для решения практических задач низкотемпературного охлаждения на полупроводниковых термоэлементах.

Много полезного дали автору совместные исследования, проведенные с к. т. н. Ю. Е. Спокойным, к. т. н. М. Н. Сомкиным и Э. М. Лукишкером, и обсуждения ряда вопросов с к. т. н. Г. М. Коновенко, д. т. н., проф.

Н. в. Коломойцем и д. т. н., проф. В. А. Наером, которым автор очень благодарен. Большую благодарность автор приносит товарищам по работе Ф. Д. Френкель, М. Д. Андропову, Н. Н. Прошкину, В. П. Зайкову, В. Ю. Водолагину, С. В. Андрущенко, А. Н. Куранову, Н. А. Макаркину, способствовавшим практическому созданию и внедрению описанных каскадных устройств, и Т. М. Филадоровой, оказавшей большую помош^ь при подготовке рукописи.

Автор глубоко признателен д. ф.-м. н., проф. Л. С. Стильбансу, стимулировавшему написание данной книги и взявшему на себя труд по ее рецензированию.

Являясь одной из первых попыток комплексного рассмотрения широкого круга вопросов каскадирования термоэлектрических батарей, данная работа, очевидно, не лишена недостатков, указания на которые автор примет с благодарностью. Отзывы и замечания можно присылать в издательство Советское радио по адресу: Москва, 101000, Главпочтамт, а/я 693.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

с -отношение теплопроводностей термоэлемента и теп-лоперехода

D - диаметр ветви термоэлемента

е - коэффициент термо-э. д. с.

Е - коэффициент Эттингсгаузена

F - площадь

G -вес (масса)

Н - напряженность магнитного поля / - номер каскада k - теплопроводность Кф - коэффициент формы кривой тока (форм-фактор) / - токовая длина (высота) ветви термоэлемента

N - число каскадов п - число термоэлементов QjXQus - теплота Джоуля, Пельтье, Эттингсгаузена

Qo, Q - холодо- и теплопроизводительность

0, q - удельная холодо- и теплопроизводительность

5, s - ллощадь сечения термоэлемента и его ветви

Г, Го, Тс, f -температура горячего спая (текущая), холодного спая, окружающей среды и средняя температура

AT - перепад температур

и - напряжение

W - потребляемая мощность

Z - термоэлектрическая эффективность

Ze - гальваномагнитная эффективность

а - коэффициент теплоотдачи

Р -кратность термоэлементов (токов) в каскадах Y - плотность 6 - толщина

Е - холодильный коэффициент X - удельная теплопроводность

рк - контактное сопротивление а - удельная электрическая проводимость П - коэффициент Пельтье