Способ определения оптимального тока термоэлектробатарей Советский патент 1980 года по МПК H01L35/28 

I

Изобретение касается термоэлектрического приборостроения и может быть использовано для определения оптимального тока питания термоэлектрических устройств.

Для обеспечения режима максимальной холодопроизводительности необходимо пропускать через термоэлектробатарею ток Лц.., величина которого определяется параметрами термовещества, конструкцией термоэлектробатарей и температурой окружающей среды. Наличие оптимального тока обусловлено эффектом Пельтье и эффектом Джоуля, причем эффект Пельтье пропорционален току в первой степени, а эффект Джоуля - во второй степени. Эффект Джоуля снижает холодопроизводительность и при больших значениях тока может снизить ее до нуля.

Известен способ определения оптимального токаЗо аналишческим путем 1.

3 .. д:тк . ig om -ps -л

где оС - средний коэффициент термоЭДС

TX - температура теплопоглащающих спаев термоэлемента;

Т - сопротивление термоэлемента; 1Г -- коэффициент Пельтье.

Как правило, термоэлементы в термоэлсктробатареях соединены пос.педовательно, следовательно оптимальный ток термоэлеменга принимается как оптимальный и для всей термоэлектробатареи.

Недостатком этого способа является низкая точность, так как параметры термоэлементов отл№ аются ОДШ1 от друг-ого и точность их определения лежит в пределах + 15%, следовательно, определение оптимального тока может быть осуществлено с такой же точ}1остью.

Известен способ определения оптимального тока, заключающийся в пропускании через термоэлектробатарею электрического тока и измеренш максимального перепада температуры 2.

На фиг. 1 представлена зависимость перепада температуры на термоэлектробатарси о г тока;(ток, при котором перепад температуры будет максимальным, является оптимальным); на фиг. 2 - зависимость тока от вром.ни.

Однако, этот способ требует большого времени, так как процесс определения оптим;шьного тока связан с измерением температур при различных токах. Теллпература измеряется при установившемся режиме, т.е. через 1520 мрш, после подачи питания, следовательно, на определение велич1шы оптимального тока требуется 1,5-2 ч, что в условиях серийного производства недопустимо.

Целью изобретения является сокращение времени определения оптимального тока термоэлектробатареи.

Это достигается тем, что через термоэлектробатарею пропускают двуполярные импульсы с фиксированным значением амплитуды тока путем изменещ1Я длительности разнополярных частей импульса, например, пропорционально скорости изменения разности температур на горячих и холодных спаях, устанавливает разность температур равной нулю и определяют значение оптимального тока по соотношению

(где i - длительность импульса тока;

At - разность длительностей разнополярных частей импульса; 3 - заданное значение амплитуды тока

импульса,

Так как охлаждение происходит менее эффективнее, чем нагрев, то через термоэлектробатарею пропускают двуполярные импульсы тока (см. фиг. 2) постоянной амлитуды с различной длительностью, причем длительность импульса нагрева должна быть несколько меньше длительности импульс§ охлаждения при абсолютной разности температуры на спаях термоэлектробатареи.

Количество тепла на теплопоглащаюшлх спаях: ri - ) -г

J.I K-K(T,-V (2 Количество тепла на тетшовьщеляющюс спаях;. „,

Q -diT i+ i -R-Kar-V:. сз

в предлагаемом способе, изменяя длительности импульсов охлаждения и нагрева, устанавливают Tj. - Т).

При питании термоэлектробатареи двуполярными импулвсами тока один из спаев то охлаждается, io нагревается, причем его средняя температура равна температуре второго спая, который находится в тепловом контакте с теплообменником, температура которого постоянна.

Приравнивая мощность нагрева и охлаждения с учетом длительности импульсов, будем иметь

Qo -QrU(4

где i - длительность импульса охлаждения;

i.,2 длительность импульса нагрева; t - период подводимого тока

(5)

ii.- а

t °

ю-и-т ° t

ая (5) относительно

и зная, что

TV, получим

Х

Y-il

2

(6)

U duf-r d-Ji.

,

-а

тогда

опт

-Jbl

V,23опт

-, --Ц„

Отсюда

(7)

опт Sut Это выражение позволяет сделать вывод о

том; что Зд можно определить, измерив разность длительностей импульсов нагрева и охлаждения, зная -t и 3 , которые задаются установкой и являются постоянными величинами.

Для определения оптимального тока по предлагаемому способу термоэлектробатарею устанавливают одним спаем на теплообменник, пропускают через нее широтномодулированные двуполярные импульсы тока, измеряют разность температуры на спаях термоэлектробатареи, устанавливают соотношение длительностей разнополярных импульсов, при которой разность температуры на ее спаях равна нулю, определяют разность длительностей разнополярных импульсов и по ней судят об оптимальном токе испытываемой термоэлектробатареи по соотношению (1).

Предлагаемый способ может быть реализован на установке, которая содержит теплообменник, измеритель разности температуры на спаях термоэлектробатареи (например, дифферендиальная термопара) и модулятор широтномодулирова1шых импуЛьсов нагрева и охлаждения, к выходу которого подключается термоэлектробатарея.

Для определения оптимального тока термоэлектробатарей предлагаемым способом требуется время не более 10 мин, в то время, как существующий способ требует в 6-8 раз большего времени.

Формула изобретения

Способ определения оптимального тока термоэлектробатарей путем пропускания через них тока, отвода тепла от горячих спаев и измерения разности температур на спаях, о тличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, через термоэлектробатарею пропускают двуполярные импульсы с фиксированным значением амплитуды путем 57362 изменения длительности разнополярных частей импульсов, например, пропорционально скорости изменения разности температур на горячих и холодных спаях, устанавливают разность температур равной нулю и определяют значение оптимального тока по соотношению где i - длительность импульса тока; д-k - разность длительностей разнополяркьгх частей импульса; 5 ° 3 заданное эначение амплитуды тока импульса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Цветков Ю. Н. Судовые термоэлектрические охлаждающие устройства. Л., Судостроение, 1972, с. 17. 2.Цветков Ю. Н. Судовые термоэлектрические охлаждающие устройства. Л., Судостроение, 1972, с. Ю5 (прототип).