как внутри шкафа, так и вне его, и рассчитать соответствующие значения Xq и Х. При этом следует стремиться к максимальной рабочей поверхности батареи S, совместимой с заранее заданными разумными габаритами установки. Этим

достигается минимизация величины д = -. Следует, однако,

считаться с тем, что при чрезмерном уменьшении длина элементов / и их вес могут превысить значения, допустимые техническим заданием. Поэтому для контроля необходимо рассчитывать / и Я по формулам (5.67) и (5.71). Точная величина t на этом этапе расчета еще не известна, но зато здесь можно довольствоваться относительно грубыми оценками Ту и Tq, полагая Ту - TQ2(Tg-Г.

Выбрав разумное значение S, а следовательно, и q, и зная Xq, мы можем из (5.73а) найти Tq. После этого могут быть рассчитаны все коэффициенты квадратного уравнения (5.76); решив его. легко определить точное значение температуры Ту.

Таким образом, мы имеем уже все необходимые входные данные для физического расчета термобатареи: Tq, Ту и q.

В результате этого расчета мы должны определить конструкцию, режим работы, вес и экономические характеристики термобатареи. Для этого прежде всего из формулы (5.67) совершенно точно рассчитываем длину элементов /. В сочетании с определенной выше площадью рабочей поверхности батареи 5 (т. е. поверхностью спаев) эта величина определяет полный объем, заполненный термоэлементами. Однако выбор формы поверхности, и, в частности, компактного или рассредоточенного расположения элементов в батарее остается при этом произвольным. Поэтому этот выбор в основном определяется соображениями удобства, хотя рассредоточение элементов батареи, очевидно, более целесообразно с точки зрения отвода тепла от поверхности спаев.

Далее, формула (5.65) позволяет произвести разбивку батареи на элементы. Разбивка эта, вообще говоря, неоднозначна, т. е. часто оказывается не существенным, выбрать ли большее число элементов т с меньшим поперечным сечением каждого из них, или же ограничиться небольшим их количеством, но соответственно увеличить величину поперечного сечения s. Однако этот вопрос должен решаться в тесной

связи со способом электрического соединения элементов и величиной напряжения V, подводимого к батарее от внешнего источника. Действительно, в согласии с предыдущим, падение напряжения на каждом элементе должно иметь величину V, которая вполне точно определяется формулой (5.37). Поэтому, если, например, все элементы соединены последовательно, то их число просто определяется как отношение

т=-. Некоторый произвол в выборе т и s имеет место

только в том случае, если в батарее используется как последовательное, так и параллельное соединение элементов или групп элементов. В этом случае окончательное решение вопроса должно зависеть от конструктивных особенностей батареи, удобства формовки элементов и т. п.

Пусть, однако, число элементов выбрано, а сечение элемента рассчитано из (5.65). Тогда из (5.60) и (5.61) немедленно получаем величины поперечного сечения каждой из ветвей пары: s и s".

Теперь конструкция батареи полностью определена, так как она целиком задается совокупностью рассчитанных величин /, s, s" и т. Холодильный коэффициент такой батареи определяется формулой (5.38), а величина потребляемой электрической мощности А равна

Вес батареи рассчитывается по формуле (5.71).

Развитая здесь схема расчета термоэлектрической холодильной установки обеспечивает реализацию экстремального режима работы термобатареи, который при данных и Tj характеризуется максимально высоким холодильным коэффициентом. При наиболее целесообразном использовании всех возможностей теплоотвода рабочий интервал температур Tq и Tj должен достигать при таком расчете минимального значения, совместимого с данным режимом работы и заданной экономической разностью температур Т-Г. Это обстоятельство существенно отличает приведенную методику расчета от некоторых других вариантов [27, 28], в которых связь конструкции батареи с проблемой теплоотвода учтена не полностью. С другой стороны, как показал Наер [29], можно получить, по-видимому, несколько больший холодильный

коэффициент, если строго в соответствии с реальными условиями считать фиксированным интервал - Т, а и выбирать из условия максимума холодильного коэффициента (5.19) при дополнительном условии (5.75). Повышение экономичности процесса в этом случае получается от того, что рабочий перепад температур на термопаре оказывается несколько меньшим, и обусловленный этим обстоятельством выигрыш в К оказывается настолько ощутимым, что даже несколько перекрывает проигрыш вследствие отклонения от условий экстремума. Все же результирующий эффект не настолько велик, чтобы оправдать значительное усложнение расчета, существенно связанное со спецификой теплоотвода и использующее по необходимости самые общие оценки экономических характеристик батарей (5.19) и (5.18). Тем не менее, этот пример интересен в том отношении, что он иллюстрирует чрезвычайно высокую чувствительность термоэлектрических установок к любым изменениям в режиме работы.

.Весьма чувствительны эти схемы и к любым колебаниям внешних температур. Поэтому, если и по тем или иным причинам отклоняются от расчетных значений, то в конструкции батареи во избежание резких изменений ее экономических показателей должны быть предусмотрены такие регуляторы напряжения или добавочные блоки термоэлементов, которые придавали бы ее работе гибкость и позволяли в той или иной степени компенсировать вредное действие отклонений от расчетного режима.

§ 6. Каскадное охлаждение

Общая характеристика схемы и режим работы отдельных элементов. Выше мы рассмотрели работу термоэлемента в процессе охлаждения и выяснили условия наиболее экономичного его использования. При этом оказалось, что холодильный коэффициент быстро падает с увеличением Д7 и при Д7=Д7п1ах обращается в нуль. В связи с этим возникает вопрос, нельзя ли добиться повышения К и ДТщах. если использовать каскадную схему охлаждения (рис. 12), в которой каждый элемент работает в значительно меньшем интервале температур, чем вся система. Простые физические соображения показывают, что возможность изменять Qq и Qj