Файл: Курсовая на тему Термоэлектрическое охлаждение элементов и устройств ЭВС . РС-71.docx

Создание токоподводов для питания второго каскада термоэлектрического модуля — весьма ответственная задача, так как токоподвод должен удовлетворять двум исключающим друг друга условиям. С одной стороны, он должен обладать достаточным сечением, чтобы в нем не выделялось в значительном количестве джоулево тепло, которое будет создавать вредную тепловую нагрузку на термоэлементы, и, с другой стороны, токоподвод должен обладать большим тепловым сопротивлением, чтобы свес­ти к минимуму приток тепла через него из окружающей среды к термоэлементам.

Электрическое соединение каскадов может производиться последовательно или параллельно. При последовательном соединении каскады (рис. 4, а) разделяются теплопереходами. Соединение верхнего каскада с нижним производится путем замыкания их коммутационных пластин: горячей — верхнего каскада и холодной — нижнего.

Рис. 4. Способы каскадного соединения термобатарей

При параллельном соединении (рис. 4, б) теплопереходы не нужны, так как каждая пара верхнего каскада подключена параллельно к холодным спаям двух пар нижнего каскада. Однако при этом возникает несогласованность по напряжению, так как оптимальные падения напряжения в различных температурных интервалах различны. Это несколько снижает эффективность работы по сравнению с последовательным соединением. Можно соединить параллельно целиком верхний и нижний каскады, что устраняет несогласованность, но тогда необходимы теплопереходы, так как оптимальное число элементов в каскадах будет разное (рис. 4,в).

Для распределения тепла при переходе от одного каскада к другому, при разном числе элементов в каскадах, между теплопереходами каскадов помещают пластину из материала с хорошей теплопроводностью. Теплообмен внешней среды с ТОУ наиболее просто осуществляется воздухом при пропускании его вдоль оребренных коммутационных пластин. Движение воздуха производится как естественной конвекцией, так и принудительной подачей с помощью вентилятора.

Наиболее предпочтительным является теплообмен при естественной циркуляции воздуха, так как при этом не требуется никаких движущихся частей, а также специальных теплоотводящих сред, что обеспечивает наибольшую надежность. Бесшумность работы при таком теплообмене также составляет, в ряде случаев, существенное преимущество. Зазоры между ребрами при естественном теплообмене относительно велики, вследствие чего они мало подвержены засорению. Однако теплоотвод с естественной конвекцией требует очень громоздких и тяжелых оребрений.

Рис. 5. Конструкция трехкаскадного модуля

Перепады температур на таких оребрениях достаточно велики вследствие небольших значений коэффициента теплоотдачи и малого количества воздуха, проходящего через оребрение. Это вызывает сильный нагрев воздуха и повышение средней его температуры между ребрами. Ребра нельзя располагать слишком тесно из-за ухудшения теплоотдачи, что ограничивает величину теплопередающей поверхности. При наличии толстой теплоизоляции для передачи тепла от спаев к оребрению необходимы массивные теплопроводы.

Улучшить теплообмен можно, применив искусственный продув воздуха вентилятором. При этом сильно возрастают коэффициенты теплоотдачи, понижается средняя температура потока (из-за сброса тепла на большее количество воздуха), и ребра можно располагать с очень небольшими зазорами между ними, что позволяет разместить большую поверхность теплоотдачи. Оребрение получается более легким и компактным, но оно более сложно в изготовлении, может засоряться при длительной эксплуатации, требует дорогих узлов — электродвигателя и вентилятора, при работе возникает шум, двигатель потребляет электроэнергию. Наличие движущихся частей вызывает необходимость в специальном уходе за установкой.

Если тепло передается излучением, то для увеличения теплопередачи на излучающие поверхности желательно наносить покрытия с большой степенью черноты. Для локального охлаждения и стабилизации температуры малогабаритных элементов радиоэлектронной аппаратуры отечественной промышленностью разработан и выпускается унифицированный ряд полупроводниковых термоэлектрических модулей типа ТМ.

Параметры некоторых из них приведены в табл. 1-4. Эти модули характеризуются следующей системой параметров:

• Iмакс, А - ток модуля, при котором достигается максимальный перепад температур ∆Тмакс в отсутствии тепловой нагрузки;

• Uмакс, В - напряжение на модуле, при котором достигается ∆Тмакс;

• Qмакс, Вт — холодопроизводительность модуля при максимальном токе и ∆Тмакс = 0;

• ∆Тмакс, К - максимальный перепад температур при 'макс и отсутствии тепловой нагрузки.

Таблица 1. Основные параметры однокаскадных ПТМ.

Таблица 2. Основные параметры двухкаскадных ПТМ

Таблица 3. Основные параметры трехкаскадных ПТМ

Таблица 4. Основные параметры четырехкаскадных ПТМ

На рис. 6 представлены типы маркировок термоэлектрических модулей типа ТМ. В некоторых модулях после максимального значения тока в маркировке указываются конструктивные особенности исполнения:

• М - с повышенной виброустойчивостью;

• С - с антикоррозийным покрытием;

• S - с дополнительной защитой от влаги.