Уніфіковані ряди термобатерей
УНІФІКОВАНІ РЯДИ ТЕРМОБАТЕРЕЙ
В останні роки все більш широке застосування находять уніфіковані і стандартизовані ряди термоелектричних батерей (модулів). Такі ряди в загальному випадку можуть містити декілька підрядів модулів, розрахованих на різні струми (l/s). В середині кожного підряду є декілька модулів з різним числом термоелементів. Модулі ряду поодинці або в різних комбінаціях можуть забезпечувати широкий діапазон холодовиробництва в різних умовах роботи. Можлива також побудова на базі модулів ряду каскадних термобатерей.
У даний час найбільш відпрацьованими та вживаними є ряди модулів типу «Селен», «ТБМ», «Мікрон», ТЕМО і ТЕБ.
Термоелектричні модулі «Селен». Основною експлуатаційною особливістю модулів цього типу є відносно великий робочий струм більшості модифікацій ряду. Тому їх використання раціональне перш за все в умовах, коли отримання струмів в декілька ампер не пов’язане з суттєвими труднощами. Модуль С1 великої потужності призначений для використовування в установках охолоджування повітря (газів) і рідин. Модулі С2 і С3 являются батереями середньої потужності і рекомендуються для компонування невеликих кондиціонерів, холодильних камер і охолоджувачів вузлів електронної апаратури. Термобатереї С4 і С5 мають малу потужність і можуть застосовувутися для охолоджування камер невеликої місткості, охолоджувачів елементів радіоапаратури, а також в термостатуючих пристроях. Модуль С6 найменш потужних і використовується в основному для охолоджування малогабаритних об’єктів.
Використовування термобатерей типу «Селен» передбачає механічне притискання модуля через теплопровідні середовища (клей пасти, і т. п.) до об'єктів охолодження і тепловідводів.
Вибір термобатереї спирається на дані оптимального розрахунку. Розрахункові значення фізичних параметрів термобатереї складають: =600 См/см, *=14,5•10-3 Вт/(см•К), =203 мкВ/К *=1,7•10-3*). Якщо питання оптимізації пристрою несуттєві, термобатерею можна вибирати на основі загальних співвідношень розрахунково-графічним методом. Стандартне холодовиробництво батереї «Селен» відповідає =30 К (по спаям) при струмі і температурі гарячого спаю =298 К. Даний режим використовуєтся при есплуатації більшості термоелектричних охолоджувачів. В умовах, відмінних від приведених, перерахунок холодовиробництва здійснюється наступним чином. При =30 К , а при =0 . Холодильний коефіцієнт змінюється від при =30 К до при =0 ( – холодильний коефіцієнт в стандартному режимі).
Рис. 1. Номограма для розрахунку термобатерей «Селен»
*) Параметри знайдені шляхом обробки даних номограммы рис. 1
На рис. 1 приводиться номограма для розрахунку холодовиробництва термобатерей типу Сl. Її можна використовувати також для визначення характеристик модулів С2 – С5. При цьому масштаби змінюються наступним чином: 1 А на номограмі Сl відповідає 0,3 А для модулів С2 і 0,16 А – для модулів С3, С4 і С5; 1 Вт на номограмі Сl відповідає 0,432 Вт для модулів С2, 0,222 Вт – для СЗ, 0,1107 Вт – для С4 і 0,64 Вт – для модулів С5.
Термоелектричні мікромодулі ТБМ. Слабкострумові модулі ТБМ (рис. 2) розроблені як охолоджувачі елементів мікроелектроніки. Найбільш вживані дві модифікації: ТБМ-2м і ТБМ-к, що розрізняються, в першу чергу, властивостями матеріалу, що використовується. Модулі містять по 18 термоелементів. Вірогідність безвідмовної роботы оцінюється в 0,9.
Можливі модифікації вказаних модулів, що складаються з термоелементів різних розмірів і ефективностей і виконані з керамічними або гофрованими теплопереходами. Наприклад, один з різновидів модулів ТБМ-к з керамічними теплопереходами містить сім термоелементів з гілками діаметром 0,9 мм і заввишки 5 мм. Оптимальний пристрій на термобатереях ТБМ-к будується з використанням наступних даних: =210 мкB/K, =1200 См/см, *=19•10-3 Вт/(см•К), *=2,75•10-3 К-1, =0,065 Ом, *=25•10-3 Вт/К.
Рис. 2. Мікробатерея ТБМ
Вибір модулів проводиться за допомогою характеристик навантажень рис. 3 і 4 (для ТБМ) і рис. 5 (для ТБМ-к). Графіки відповідають температурі тепловідводу 300 К. Для вибраних значень струму і перепаду температури по характеристиці навантаження (рис. 5) визначається холодовиробництво одного модуля і необхідна кількість модулів. Залежності і слугують для визначення напруги і споживаної потужності.