Расчёт термоэлектрических охлаждающих устройств Расчёт охлаждающей термобатареи в режиме максимального холодильного коэффициента

Иногда требуется произвести расчёты основных параметров термобатареи при заданных условиях эксплуатации и заданной холодопроизводительности при использовании полупроводникового вещества с известными характеристиками. Такими параметрами являются:

– холодильный коэффициент;

– мощность, которую будет потреблять термобатарея из сети;

– теплота, выделяемая на горячих спаях;

– падение напряжения на одном термоэлементе;

– число термоэлементов;

– сопротивление одного термоэлемента и всей термобатареи;

– соотношение между длиной и сечением ветвей.

В табл. 1 представлены результаты и порядок расчёта конкретной термобатареи на основании следующих исходных данных: добротность материала Z = 2.810 K; коэффициент термоЭДС  = 3.710 B/K; коэффициент электропроводности  = 810⁴ Ом м; требуемая холодопроизводительность Q₀ = 20 Вт; условия эксплуатации Т_х = 280 K, Т_г = 310 K; источник питания U_п = 12 В.

Таблица 1

№ пп	Определяемая величина	Расчётная формула	Резуль-тат расчёта
1	Вспомогательный коэффициент	М =	1.35
2	Холодильный коэффициент	max =	0.96
3	Мощность Р, Вт	P = Q0 / max	21
4	Теплота горячих спаев Qг, Вт	Qг = P + Q0	41
5	Падение напряжения U0, В	U0 =	0.043
6	Число термопар	N = Uп / U0	280
7	Оптимальный ток Iопт, А	Iопт = P / Uп	1,75
8	Сопротивление термобатареи R, Ом	R =	5,1
9	Сопротивление термопары R0, Ом	R0 = R / N	0,0182
10	Соотношение длины и сечения ветви	l / S = у^.R0 / 2	728
11	Сечение ветви, мм^2	S = l / N	5,5

Отметим, что режим максимального холодильного коэффициента в практических целях используется достаточно редко.

Подчеркнем также, что расстояние l между спаями термоэлемента обычно не превышает 2 мм, поскольку при малых длинах возникают слишком большие теплопритоки с горячего спая на холодный. Чрезмерное же увеличение длины приводит к излишнему расходу материала и увеличению хрупкости конструкции.