Режимы работы

Холодильный коэффициент

Теплопроизводительность, Вт

Общие соотношения

г/г„ - /2 - kт

1Щ + elAT

(33)

Режим максимальной энергетической эффективности е^,

W- ДГ (тИ + 1)

(34)

Режим максимальной холодопроизво-дительностиС

(35)

Режим минималь-

ного тока /

(36)

Режим тепловой изоляции 1

Промежуточный режим e jQ

(37)

Принудительный режим (йТ=Т---Го<0)

IR-eT

(38)

Режим минимальной температуры

е = 0

(39)

о min

Q = Qo + tr =

/2/?

/?(М+1)(Л4-1)2 (41)

Г7-0 +

+-]--2- (42)

2ДГ 2Л7

(43)

(44)

(45)

(46)

eTTo

(47)

Параметры термоэлементов*

электрическая проводимость

коэффициент теплопроводности

-=(Р + )/2. (49)

коэффициент термо-э. д. с

эффективность

характеристика а/=К1+0.52(Г+Л) , сопротивление

(48)

Полупроводниковый термоэлемент.

(53) / - спай; 3 - коммутационные

пластины.

оптимальное соотношение размеров ветвей

(54) (55)

те плопроводность

максимальный перепад температур Д^тах -Т-Т, , =Zr o /2 = {УХ+Ш-- 1) V2Z. (57)

(56)

Под параметрами вр, е^, х^, х^, а^, а„ понимаются их средние значения в интервале температур Го ... Г.

бований и определяет чрезвычайную гибкость конструкций приборов термоэлектрического охлаждения.

Ввиду встречающегося на практике разнообразия рабочих условий число возможных режимов работы достаточно велико. Краткие характеристики некоторых из них приведены ниже. Основные соотношения, характеризующие эти режимы, сведены в табл. 1. При этом все режимы в определенном смысле являются проектировочными, кроме режима максимальной холодопроизводи-тельности.

Режим максимальной энергетической эффективности характеризуется наименьшими затратами мощности для выработки заданного количества холода и представляет наибольший практический интерес

при проектировании устройств средней и большой холодопроизводи-тельности, поскольку параметры современных термоэлементов еще не обеспечивают столь высокий холодильный коэффициент, чтобы им можно было поступиться в пользу экономии материала. Режим бтах является универсальным в том смысле, что его реализация благоприятствует оптимизации различных характеристик термоэлектрических охладителей.

Режим максимальной холодопроизводительности может применяться лишь тогда, когда для ускорения процесса бхлаждения или достижения более низкой температуры можно допустить повышенный расход электроэнергии. Это же относится к различного рода малогабаритным охладителям и термостатам, где требования экономичности отступают на второй план. В этом режиме максимум холодопроизводительности (при фиксированной температуре, холодного спая) не зависит от разности температур на сторонах термобатареи. Рабочий ток режима Qomax имеет наибольшую величину, поскольку его дальнейшее увеличение приводит к снижению холодопроизводительности и темпа охлаждения. Режим Qo max можно реализовать, хотя и не всегда в полной мере, в любом устройстве, а также легко зафиксировать по минимальной температуре.

Режим минимального тока является промежуточным относительно режимов бтах И Qo max, НО ПО характеру нагрузочных характеристик аналогичен режиму ешах. Режим /min определяет наименьший ток при обеспечении заданных разности температур и холодопроизводительности. Расчетные соотношения этого режима предполагают высоту термоэлементов не менее 5 мм, при которых характеристики реального термоэлемента близки к идеальным.

Режим тепловой изоляции (тепловой ключ) применяется в качестве промежуточного при регулировании температурных условий термобатареи. В этом режиме полезная холодопроизводительность отсутствует, а величина тока Ii достаточна лишь для компенсации внешних теплопритоков к объекту охлаждения.

Промежуточный режим может оказаться рациональным при создании мощных охлаждающих установок, использующих большое количество термоэлектрического материала. Приведенные в табл. 1 формулы соответствуют одному из промежуточных режимов, при котором холодильный коэффициент снижен не более, чем на 10%

по сравнению с режимом бтах-

Принудительный режим охлаждения имеет место, когда температура объекта, от которого отводится тепло, выше температуры горячих спаев термобатареи В этом режиме батарея работает как термогенератор. Поэтому и при отсутствии напряжения на внешнем источнике питания ток в ее цепи будет отличным от нуля. В этом случае имеет место значительная интенсификация теплообмена охлаждаемого объекта с охлаждаемой средой.

Режим минимальной температуры соответствует отсутствию тепловой нагрузки на холодные спаи термобатареи (например, вакуум) и рабочему току режима Qo max (при АГ=АГтах режимы бтах и Qomax совпадают и их токи становятся равными). Максимальное снижение температуры, достигаемое в режиме Го min, определяется параметрами (добротностью Z) термоэлементов при оптимальном соотношении сечения их ветвей. Особое значение этот режим имеет для глубокого охлаждения, в том числе при употреблении каскада, поскольку любая однокаскадная батарея обладает определенным пределом снижения температур.