чтобы можно было по желанию включать большую или меньшую часть входящих в нее элементов, т. е. варьировать эффективное значение 5, то, не изменяя режима работы батареи, от нее можно было бы получать соответственно либо большую, либо меньшую холодопроизводительность.

Обратимся теперь к расчету веса термобатареи Р, который, очевидно, выражается по формуле

Р=т{Dls-Ь D"ls") = mis(d-f . (5.70)

где D и D" - удельный вес проводников пары. С учетом (5.21) и (5.61) получим из (5.70):

P=mls-J - = Dlsm = DIS. (5.71)

Здесь D играет роль некоторого эффективного удельного веса.

Нетрудно убедиться, что существует универсальная связь между холодопроизводительностью батареи и ее весом, которая вытекает из формул (5.66) и (5.71):

Qo = (Ж - t). (5.72)

Из этой формулы следует, что холодопроизводительность батареи, работающей в данном интервале температур, прямо пропорциональна ее весу и обратно пропорциональна квадрату длины термоэлементов. Мы увидим ниже, что этот вывод имеет самый общий характер и распространяется на все другие системы термоэлектрического охлаждения.

Но это означает, что уменьшение длины элементов при том же весе позволяет резко увеличить холодопроизводительность и, наоборот, при заданной холодопроизводительности значительно уменьшить расход материалов. Казалось бы, что при расчете термоэлектрических батарей охлаждения следует стремиться к возможно меньшему значению /. Однако это не так. Как видно из (5.67) и (5.69), / однозначно связано с величинами плотности потока и q-, т. е. с теплом, которое необходимо снимать ежесекундно с каждой единицы поверхности холодных и горячих спаев. Поэтому уменьшение / влечет за собой необходимость повышения о " i-

т. е. интенсификацию теплоотвода. Но это уже чисто теплотехническая задача: при данной поверхности теплосъема и данных средствах теплоотвода всегда существует предельно достижимая величина плотности теплового потока. Сколь бы ни был удачен способ оребрения и обдува поверхностей теплосъема, соответствующее ему значение коэффициента теплопередачи X всегда конечно и связано с соответствующими тепловыми потоками простыми соотношениями:

Qo = \(Ti-tq), (5.73а)

Qi = \(Ti-T,). (5.736)

Можно было бы попытаться увеличить и qy за счет увеличения паразитных температурных перепадов 7 - Tq и Ту - Т. Однако этот путь непригоден, так как он приводит к возрастанию рабочего интервала температур Ту - Tq = = (Ту - Т)-\-(Tg - T-\-(Ti - Tq) и к соответствующему (весьма значительному) уменьшению холодильного коэффициента. При этом зависимость К от Ту - Tq носит столь резкий характер, а интересы экономичности процесса настолько преобладают над всеми прочими, что тепловой поток следует не увеличивать, а наоборот, уменьшать до минимума в той мере, в какой это позволяют сделать увеличивающиеся габариты и вес термобатареи. Это означает, что если нам задана, как это обычно бывает, необходимая величина холодопроизводительности Qq, то площадь батареи следует делать такой, чтобы было возможно меньше. Тем же целям служит, конечно, и интенсификация теплопередачи (повышение x).

Уменьшение паразитных разностей температур, которое достигается чисто теплотехническими средствами (развитие поверхностей теплосъема и улучшение теплоотвода) в пределе, т. е. при о~ приближает нашу реальную си-

стему к идеальной, так как Ту-Tq-T-7 = const. На практике же Ту - Tq всегда заметно больше, чем фактическая разница температур между средой и охлаждаемым объемом (Tg-Tf); это всегда следует иметь в виду при оценке реальных возможностей термобатарей.

Для реализации расчетного режима работы термобатлреи необходимо, чтобы система теплоотвода действительно обеспечивала съем тепла в нужных количествах. Поэтому, при-

откуда

4тГ - 1) = >-! (71 - Т,), (5.746)

Эти соотношения являются основным связующим звеном между физической и теплотехнической частью расчета термобатареи охлаждения. Ими определяется взаимосвязь двух искомых температур: и Tq. Пусть, например, Tq известна. Тогда 7i находится с помощью (5.75) как корень квадратного уравнения:

Г, + TqM-1(7,- Tq) Ж] + [TgM-k{T,-TQ)] Tq = 0.

(5.76)

Что же касается температуры Tq, то она легко рассчитывается из (5.73а), после того как определена минимальная плотность потока q. Опираясь на вышеизложенные соображения, можно предложить следующую схему расчета термоэлектрического теплового насоса.

Методика расчета. Пусть, например, надо рассчитать действующую холодильную установку, которая должна обеспечивать заданную холодопроизводительность Qq, поддерживая между охлаждаемым объемом и наружной средой постоянную разность температур Т- Т. Будем исходить из того, что термоэлектрическая батарея должна работать в режиме максимального холодильного коэффициента. Предполагается, конечно, что все физические константы термопар (а, р, р", k, k", D, D") известны, a техническими условиями определенным образом ограничены размеры установки, ее вес и возможный расход материала.

Теплотехническая часть расчета, которая должна быть выполнена прежде всего, имеет своей целью выбрать наилучший способ оребрения и обдува поверхностей теплосъема

равнивая (5.67) и (5.73а), а также (5.69) и (5.736), находим