4 / 11
Оценка применимости термоэлектрической холодильной машины для термостабилизации…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 5
51
Соотношение между площадями поперечного сечения ветвей имеет вид
2 1
1 2
0,730.
m
В данных условиях эксплуатации холодопроизводительность (количество теп-
лоты, снимаемой с ФЧЭ ФПУ) принята
1
1 Вт,
Q
а температуры спаев: горячего,
сбрасывающего теплоту АХ,
Т
0
= 63 K,
холодного, принимающего теплоту от ФПУ,
Т
1
= 60 K. Принятая температура горячего спая соответствует температуре плавле-
ния азота в тройной точке. Отметим, что в оценочных расчетах принимается, что
теплообмен между ФПУ и холодным спаем, а также между АХ и горячим спаем
соответствует граничным условиям IV рода. В действительности температуры спа-
ев зависят от характера теплообмена с соответствующими средами.
Бортовая сеть космического аппарата обеспечивает для ТЭХ напряжение
V
=
2 В,
длина ветвей (она же толщина холодильника за вычетом изоляции и тол-
щин коммутационных пластин между каскадами)
1 2
5 мм.
l
l
В целях снижения
габаритных размеров холодильника необходимо уменьшать длину ветвей, но при
этом ухудшаются условия теплообмена между спаем и окружающей средой (при-
дется снимать большую плотность теплового потока
1
q
от ФПУ и отдавать боль-
шее значение
0
q
криогенному аккумулятору) и увеличиваются нежелательные теп-
лопритоки от горячего спая к холодному. Рекомендуемая длина ветвей
3 мм.
l
При этом падение напряжения на элементе составляет
1 2 0 1
0 1
0
0 1
(
)(
) 1 0,5 (
) 0,012 В.
1 0,5 (
) 1
T T
z T T
v
z T T
При определении холодильного коэффициента машины принято, что тер-
моэлектрическое охлаждающее устройство может работать в двух основных
режимах — максимального холодильного коэффициента
max
и максимальной
холодопроизводительности
max
.
Q
В первом случае прибор наиболее эффектив-
но будет преобразовывать потребляемую электрическую энергию в «холод», во
втором случае в ущерб экономичности может быть получено наибольшее по-
нижение температуры. Поскольку в рассматриваемой задаче необходимо обес-
печить небольшой перепад температур, устройство должно работать в режиме
max
,
для которого справедлива формула:
0 1
0 1
1
max
0 1
0 1
1 0,5 (
)
0,141.
1 0,5 (
) 1
z T T T T
T
T T
z T T
При получении данной формулы использовали модель, в которой не учиты-
вался эффект Томпсона. В настоящем случае этот эффект будет пренебрежимо мал
из-за невысокой разности температур; потребляемая термобатареей мощность
1
max
7,12Вт,
QW
рабочий ток
3,55 А.
WI
V