Марченко Андрей Сергеевич – аспирант кафедры кондиционирования воздуха.
197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский, 49
Andrei S. Marchenko – Graduate student
Сулин Александр Борисович – доктор технических наук, профессор кафедры кондиционирования воздуха.
197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский, 49
Alexander B. Sulin – Dr. Sc. (Technical), Prof., Department of air-conditioning.
Цель. В статье на основании анализа причин термодинамических потерь в термоэлектрических трансформаторах теплоты показано, что на данном этапе развития термоэлектрического приборостроения внешние потери в реальной системе сопоставимы с внутренними потерями в термоэлементах. Внешние технические потери обусловлены необратимостью процессов в элементах системы. Они определяются ее техническим решением и могут быть снижены благодаря особым подходам к конструированию и проектированию. Методы. Приведены примеры эффективных технических решений термоэлектрических блоков типа «воздух-воздух» и «воздух-жидкость», в которых минимизированы внешние потери за счет применения теплообменников на базе двухфазных термосифонов специальной конфигурации. Для воздушных теплообменников с классическим цельнометаллическим оребрением на основании методики анализа чувствительности выполнены расчеты зависимости эффективности термоэлектрического блока от характеристик теплообменника. Результаты. По результатам расчетов построены зависимости холодопроизводительности термоэлектрического блока, коэффициента преобразования энергии, эксергетического коэффициента полезного действия (КПД) и относительного эксергетического КПД от характеристик геометрии воздушного канала теплообменника. Зависимости холодопроизводительности термоэлектрического блока и коэффициента преобразования приведены в функции от материала и толщины ребра, от межреберного расстояния и от высоты канала воздушного теплообменника. Вывод. В качестве примеров эффективных технических решений предложены тепловые схемы термоэлектрических трансформаторов теплоты с изменением направления тепловых потоков и с теплообменниками на базе двухфазных термосифонов. Классические решения цельнометаллических теплообменников также могут быть оптимизированы на основе методологии анализа чувствительности систем.
Objectives. The present article is based on the examination of the causes of thermodynamic heat loss in thermoelectric heat transformers. It is shown that the external loss in a real system is comparable to the internal loss in thermoelements at the present stage of thermoelectric engineering instrument development. External technical losses are attributed to the irreversibility of processes in system elements. These are determined by their technical resolution and can be lowered by means of specific approaches to design and construction. Methods. Examples of effective technical solutions for thermoelectric units of the "air-to-air" and "air-to-liquid" types, in which external losses are minimised due to the application of heat exchangers based on two-phase thermosyphons of special configuration, are given. For air coolers with a classic all-metal fin design based on the sensitivity analysis method, the dependence of the thermoelectric unit efficiency on the heat exchanger characteristics was calculated. Results. As a result, calculations of the dependence of cooling unit refrigeration capacity on the energy transformation ratio, power transfer coefficient, energy conversion efficiency (ECE) and the relative energetic efficiency of ECE were performed based on the characteristic of the heat exchanger air passage geometry. There is a dependence relationship between the thermoelectric conversion cooling unit refrigeration capacity and transformation ratio within the function of material and thickness of the ribs on the intercostal distance and on the height of the air heat exchanger channel. Conclusion. Examples of the proposed effective thermal circuit technical solutions are based on thermoelectricheat transformers with heat flow direction change and with heat exchangers, which are based on two-phase thermosyphons. Classical solutions of all-metal heat exchangers can also be optimised on the basis of the sensitivity analysis methodology.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.