Термоэлектрические холодильники, страница 5

4.  Область применения.

Термоэлектрические охладители используют во многих отраслях современной техники. Сравнение с традиционными охладительными устройствами по энергетическим и массогабаритным показателям: радиоаппаратура, электронные компоненты и оборудование (высокая плотность выделения тепловой энергии), авиация, космические аппараты, суда, подводные лодки, бытовые холодильники и кондиционеры, автомобильные, ледогенераторы и т.д. При 260…300 К холодопроизводительность равна 30…40 Вт, до 500 Вт - из-за малых габаритов. В интервале 250…150 К – каскадное включение охладителей при очень низкой холодопроизводительности, но больше 300 Вт каскадное термоэлектрические охладители неэффективны. 

          Другая область применения – нагрев и термостатирование. Интенсификация теплообмена – установка термоэлектрической батареи между прибором и теплоотводящим элементом.

Холодильный коэффициент

Холодильный коэффициент термобатареи характеризует эконо­мичность ее работы. Он пред­ставляет собой количество получаемой холодопроизводительности при затрате еди­ницы мощ­ности, т. е.

где Qo - холодопроизводительность, Вт;

W - потребляемая мощность, Вт.

Выражение Q₀ получено нами ранее из уравнения теплового баланса холодных спаев. Чтобы проанализировать функциональную зависимость холодильного коэффициента от раз­личных фак­торов, необходимо выразить W через те же известные величины.

Поскольку переносчиком тепла в термобатарее является постоян­ный электрический ток, то за­трачиваемая на холодопроизводитель­ность мощность определяется потерей мощности электри­ческого тока в термобатарее. Основная потеря мощности электрического тока, проходящего через термобатарею, слагается из двух потерь:

W₁ — потери мощности в виде выделяющейся теплоты Джоуля;

W₂ — потери мощности на преодоление т. э. д. с. Таким образом,

 (92)

холодильный  коэффициент является функцией' трех переменных: перепада темпера­турсилы тока и характеристики эффективности термоэлементов Z. Не­трудно заметить, что с увеличением перепада температур (At) холодильный коэффициент термо­батареи уменьшается. Это говорит о том, что применять термо­батарею следует, пре­жде всего, там, где по условиям эксплуатации требуется незначитель­ный перепад темпера­тур между нагреваемой средой и охлаждаемой.

Для того чтобы получить зависимость холодильного коэффициента только от двух пере­мен­ных, перепада температур и величины Z, исключим из выражения (92) силу тока /, т. е. будем все время питать термобатарею таким оптимальным током, который обеспе­чивает нам наиболь­шую экономичность. Для этого   возьмем   частную    производную   и, приравняв ее нулю,  после преобразова­ний   получим

 (93)

Подставив полученное выражение I_опт вместо I в (92), в окончательном результате

имеем

                                                                (94)

Характер этой зависимости отражен на рис. 40, из которого видно, что экономичность работы термобатареи возрастает с умень­шением перепада температур и увеличением харак­теристики эф­фек­тивности термоэлементов. При перепадах температур холо­дильный коэффици­ент термобатареи может превышать холо­дильный коэффициент компрес­сионного холодильного агрегата.