ЭФФЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ДЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТЕПЛОТЫ

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. 

1. Dongliang Zhao, Gang Tan.A review ofthermoelectriccooling: materials, modeling and applications. AppliedThermalEngineering, Volume 66, Issues 1–2, May 2014, Pages 15-24.

2. Diana Enescu, Elena OtiliaVirjoghe. A review onthermoelectric cooling parameters and performance. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 38, October 2014,Pages 903-916.

3. . Булат Л.П. Термоэлектрическое охлаждение: Состояние и перспективы // Холодильная техника, №5, 1999, с. 12-14.

4. Бродянский В.М., Фратшер В, Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. – М.: Энергоатомиздат, 1988.-288с.

5. Sulin A.B. New approach to thermoelectric air-cooled subunit configuration // 14th Int. Conf. onThermoelectrics, St.Petersburg, 1995, pp.453-454.

6. Патент РФ 2112908//Термоэлектрический блок (варианты)//СулинА.Б., Емельянов А.Л., Мощенко В.И., НазарцевА.А. Опубл. в БИ № 16. 10.06.98, с. 363.

7. Gang Tan, Dongliang Zhao. Study of a thermoelectric space cooling system integrated with phase change material. AppliedThermalEngineering, Volume 86, 5 July 2015, Pages 187198

8. Dongliang Zhao, Gang Tan. Experimental evaluation of a prototype thermoelectric system integrated with PCM (phase change material) for space cooling. Energy, Volume 68, Issuenull, Pages 658-666

9. Syed IhtshamulHaq Gilani, Muhammad Hammad Khan, William Pao. Thermal Comfort Analysis of PMV Model Prediction in Air Conditioned and Naturally Ventilated Buildings. EnergyProcedia. Volume 75, August 2015, Pages 1373–1379

10. Steven P. Benn, Leonard M. Poplaski, Amir Faghri, Theodore L. Bergman. Analysis of thermosyphon/heat pipe integration for feasibility of dry cooling for thermoelectric power generation. AppliedThermalEngineering,Volume 104, 5 July 2016, Pages 358-374

11. Ashwin Date, Abhijit Date, Chris Dixon, AliakbarAkbarzadeh. Theoretical and experimental study on heat pipe cooled thermoelectric generators with water heating using concentrated solar thermal energy. SolarEnergy,Volume 105, July 2014, Pages 656-668

12. Wei Jieting1,a, Xiong Linchang2,b, Wang Hao1,c. The Study of Thermoelectric Power Generation in The Cooling of Fin and Vibration Heat Pipe. 2012 International Conference on Future Electrical Power and Energy Systems

13. AnjanSarkar, Swarup K. Mahapatra. Role of surface radiation on the functionality of thermoelectric cooler with heat sink. AppliedThermalEngineering, Volume 69, Issues1–2, August 2014, Pages 39-45.

14. Xiao Wang, Jianlin Yu, Ming Ma. Optimization of heat sink configuration for thermoelectric coolingsystem based on entropy generation analysis. International Journal of Heat and Mass Transfer. Volume 63. August 2013, Pages 361-365

15. Lin Zhu, Hongbo Tan, Jianlin Yu. Analysis on optimal heat exchanger size ofthermoelectriccoolerfor electroniccoolingapplications. EnergyConversionandManagement, Volume 76, December 2013, Pages 685-690.

16. MatthieuCosnier, Gilles Fraisse, Lingai Luo. An experimental and numerical study of a thermoelectric air-coolingandair-heating system. InternationalJournalofRefrigeration, Volume 31, Issue 6,September 2008, Pages 1051-1062.

17. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Гурьева Л.В. Оптимизация теплообменных процессов и систем. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 192 с.