Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Охлаждение при питании термоэлементов зависящим от времени током

Анализ переходных процессов в термоэлектрическом холодильнике при его питании постоянным током показывает, что наибольшие перепады температуры могут быть достигнуты в стационарном режиме при значении тока, равном оптимальному. При токах, больших оптимального, как уже отмечалось, достигается большее быстродействие, однако при этом охлаждение кратковременно при перепадах, меньших стационарного.

Возможности получения более глубоких охлаждений реализуются при питании термоэлементов зависящими от времени токами. Исследованию таких режимов посвящен ряд работ [10, 11,12,21,36, 101, 109,123, 166]. Из них, в частности, следует, что при использовании нарастающих во времени токов максимальное снижение температуры нестационарного режима может приближаться к стационарному, если ток нарастает по степенному, или экспоненциальному, закону. В работе [11] при использовании степенной зависимости тока от времени



Для более точных расчетов необходимо учитывать температурную зависимость коэффициента Пельтье П = аТ, теплоемкость спая, теплообмен с окружающей средой. Экспериментально в режиме экстремального тока получено охлаждение, в 1.35 раза превышающее стационарное.

Комбинированный режим. По этому режиму через термоэлемент вначале пропускается оптимальный ток до установления стационарного режима, затем подается импульс тока, вызывающий дополнительное охлаждение.


Впервые комбинированный режим был реализован Л.С.Стильбансом и Н.А.Федоровичем [109]. При пропускании через термоэлемент, находящийся в стационарном режиме (J = = jopt, ATmax = 40°C) тока, в два раза превышающего оптимальный, получено дополнительное охлаждение на 12° С. Математическое описание комбинированного режима для простейшей модели, учитывающей только тепло Джоуля в объеме термоэлемента и эффект Пельтье на границе, приведено в работе [123]. Получены выражения для температуры спая в зависимости от времени и тока. Ток через термоэлемент в зависимости от времени описывается функцией


Функция T(t, j0) описывает переходный процесс в термоэлементе при токе j0 до включения импульса тока. Изменения температуры спая для различных Kj и m1 приведены нарис.3.23. Для начальных моментов времени получены температуры, большие оптимальных (т.е. получено дополнительное к оптимальному снижение температуры). Необходимо, однако, иметь в виду, что формула (3.167) ненадежна для описания охлаждения в начальные моменты времени при t>tin из-за расходимости рядов. Кроме того, в модели не учтено сопротивление спая.



Охлаждение при многоступенчатом комбинированном режиме. Дополнительное охлаждение от импульсов тока прямоугольной формы может быть получено при их последовательном воздействии. На термоэлемент, предварительно охлажденный оптимальным током, подается импульс тока, приводящий к максимальному дополнительному охлаждению. После окончания первого импульса подается второй, большего значения и меньшей продолжительности, так, чтобы, охлаждение, вызванное первым импульсом, можно было считать стационарным. Второй импульс также приводит к дополнительному, более глубокому охлаждению. Повторяя эти же условия для третьего и дальнейших импульсов, можно получить дополнительное охлаждение от многоступенчатого тока. Экспериментально такой режим был подобран в работе [161] (рис.3.25). Анализ многоступенчатого режима проведен в работе [10].

При учете сопротивления контакта относительное охлаждение для 1-й ступени импульса тока


Охлаждение в режиме оптимальный ток-экстремалъный ток. Для этого случая [35]


Экспериментальные значения превышения над стационарным охлаждением в зависимости от длительности импульса приведены на рис.3.26: получено наибольшее охлаждение, в 1.5-1.6раза превосходящее ATах.

Отметим существенное влияние теплоемкости тепловой нагрузки на эффективность нестационарного охлаждения. Для массивных охлаждаемых объектов с большим коэффициентом теплопроводности, например металлов [10], эффект охлаждения практически отсутствует. У веществ с малым коэффициентом теплопроводности (изоляторов) может быть охлажден только тонкий слой, прилегающий непосредственно к холодному спаю. Этими причинами в первую очередь ограничиваются возможности широкого применения нестационарного охлаждения.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ/Л.И.Анатычук. Институт термоэлектричества Киев, Черновцы, 2003

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????