Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [14] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

Электрическая мощность, затрачиваемая на работу каждого из каскадов, определяется как разность

Pi = Qri - Qxi em;

2 = Qr2 - Qk2 em;

Pi = Qu - Qxi em;

Поскольку Q,2 = Qxi; Qr3 = Qx2; • • •; = Qx.(i - i). то

S P = л + P2 + • • • 4 = - Q,, em. "

Следовательно, суммарный холодильный коэффициент каскадного термоэлемента при i -> оо может быть найден по формуле

"Qn-Qx/

Будем считать, что для какого-то -го каскада Qr.K = Qx.K+PK = PK(-%f-+ i) = Pk(J+<?k.x) em.

Если принять, что - = dT - величина бесконечно мат-лая и 1, максимальный холодильный коэффициент -го ка-

скада

о Т М-1

б x. к та

где М = Vl + zTep. Таким образом

dT М + 1

с dT М-1

Qr.K=Py- em (40)

х. к,- 0« = -у- •

Проанализируем формулу для определения холодильного коэффициента каскадного охлаждающего термоэлемента. На основании численных расчетов можно утверждать, что при достаточно большом коэффициенте добротности z полупроводникового материала холодильный коэффициент многокаскадного термоэлемента будет несколько большим или равным холодильному коэффициенту однокаскадного термоэлемента при относительно небольших



перепадах температур. В случае если температуриый перепад приближается к максимально возможному на однокаскадном термоэлементе, холодильный коэффициент многокаскадного термоэлемента будет значительно большим [113-115] *.

Однако следует отметить, что использование термоэлементов с количеством каскадов более трех нецелесообразно, так как холо-допроизводительность третьего каскада становится очень небольшой, не говоря уже о значительном усложнении конструкции охлаждающего устройства.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Если в термоэлементе, используемом в качестве охлаждающего устройства, изменить направление тока на противоположное, то холодные спаи будут нагреваться, а горячие охлаждаться. Значит и в этом случае имеет место перенос теплоты только в направлении, противоположном начальному. Таким образом, термоэлемент в за-


Чг Иг

Рис. 19. Диаграмма энергетического баланса термоэлемента, используемого в качестве теплового насоса

висимости от направления тока может быть использован либо для нагрева, либо для охлаждения некоторого замкнутого объема.

Так же как и в случае термоэлектрического охлаждающего устройства, в термоэлектрическом тепловом насосе энергия постороннего источника используется для переноса теплоты от одних спаев к другим. Диаграмма распределения потоков энергии для термоэлемента, работающего в режиме теплового насоса, показана на рис. 19.

Составим уравнение энергетического баланса для горячих спаев такого термоэлемента:

Qr = Qnr-QT+4-Qi «"

* Особенное значение каскадирования заключается в юзможности таким образом добиться снижения температур больше ДГщах, т- е. использовать предельные возможности однокаскадного термоэлемента. (Прим. научн. ред.)



Аналогичное уравнение для холодных спаев имеет вид

Для определения мощности постороннего источника электроэнергии, расходуемой на работу термоэлектрического теплового насоса, вычтем второе уравнение из первого:

к. п. д. термоэлемента, называемый в этом случае коэффициентом эффективности теплового насоса, как и ранее, представляет собой отношение тепловой энергии, отбираемой от горячих спаев за единицу времени, к затрачиваемой электрической мощности:

<2nr-<2T + 4-2j

Подставляя в эту формулу значения входящих в нее величин, после несложных преобразований получим

0т -

«5г+4--ТГ(г-х)

+ «5Гг-Гх)

(42)

С целью определения оптимального напряжения Uom, при котором достигается максимальное значение коэффициента Sj, продифференцируем уравнение для Sj по U и приравняем первую производную нулю. Решая получающееся квадратное относительно и уравнение, получим:

i- - -«l(rb-j ± а-(гЬ ]/1+4г(Г.-Г.) Не. (43) Из формулы (43) следует, что

..-Цг- (44)

Подставляя это значение в формулу (42), находим максимальное значение коэффициента эффективности:

Ттах -

1 1 Гг + Гх (М-1) 1

2М Гг М гГг J • (4

Как и в случае термоэлектрического охлаждающего устройства, эффективность термоэлемента, используемого в качестве теплового насоса, зависит от идеального к. п. д. цикла теплового насоса, а также величин zTcp и Т, возрастая при их увеличении.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [14] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0071