Chłodnictwo i Kriogenika

Laboratorium

Chłodziarka termoelektryczna

Łukasz Majchrzak

Mateusz Szymczak

Paweł Wojcieszak

Data wykonania ćwiczenia

25.10.2011

Data oddania sprawozdania

08.11.2011

1.

Cel ćwiczenia

Celem tego ćwiczenia jest zapoznanie się z urządzeniem

chłodniczym, które wykorzystuje efekt termoelektryczny. Zadaniem w
tym ćwiczeniu jest wyznaczenie efektywności chłodniczej tej chłodziarki

2.

Przebieg ćwiczenia

Badanym urządzeniem była chłodziarka termoelektryczna. Po

włączeniu chłodziarki została zmierzona prędkość, z jaką powietrze
wylatywało z zabudowanego gorącego radiatora. Pomiar ten został
wykonany za pomocą anemometru. Pomiary prędkości zostały
powtórzone kilkukrotnie, żeby nie popełnić zbyt dużego błędu. Aby móc
obliczyć strumień objętości powietrza opływającego ten radiator
potrzebne było wyznaczenie pola powierzchni przekroju wylotowego
tego wymiennika ciepła. Następnie po upływie pewnego czasu, podczas
którego ustaliła się temperatura wewnątrz chłodziarki, odczytano

temperatury powietrza przed i za radiatorami, jak i temperaturę samych
radiatorów.

Te

pomiary

zostały

wykonane

przy

pomocy

termoelementów. Później został podłączony watomierz, dzięki któremu
odczytano moc elektryczną pobieraną przez chłodziarkę. Pomiar ten
musiał zostać wykonany na samym końcu, ponieważ działanie
watomierza powodowało fałszowanie wyników pomiaru temperatury.

3.

Dane pomiarowe

Tab. 1. Wyniki pomiaru temperatur po ustaleniu się temperatur

Lp.

t

Opis

-

°C

-

1

21

Powietrze na wlocie do radiatora gorącego

2

36

Radiator gorący

3

28

Powietrze na wylocie z radiatora gorącego

4

15

Powietrze na wlocie do radiatora zimnego

5

11

Radiator zimny

6

15

Powietrze na wylocie z radiatora zimnego

Tab. 2. Wyniki pomiarów prędkości wypływającego powietrza, wymiarów przekroju

wylotowego z radiatora i mocy chłodziarki

Lp.

w

a (Szerokość)

b (Wysokość)

N

-

m/s

mm

mm

W

1

1,75

55

125

52

2

1,83

3

1,81

4

1,86

4.

Obliczenia

Pole przekroju wylotowego z radiatora gorącego

ܣ = 2 ∗ ܽ ∗ ܾ = 2 ∗ 0,055 ∗ 0,125 = 0,014 ݉

ଶ

Wymiary radiatora zostały pomnożone przez 2, ponieważ posiada on dwa

wyloty powietrza

Prędkość średnia

ݓ

ś௥

=

ݓ

ଶ

+

ݓ

ଷ

+

ݓ

ସ

3

=

1,83 + 1,81 + 1,86

3

= 1,83

݉

ݏ

Pierwszy pomiar prędkości został odrzucony, ponieważ zanadto odbiegał od

pozostałych, co mogło spowodować zafałszowanie wyników

Strumień objętości powietrza przepływającego przez radiator gorący

ܸሶ = ݓ

ś௥

∗

ܣ = 1,83 ∗ 0,014 = 0,025

݉

ଷ

ݏ

Strumień ciepła oddawanego przez radiator gorący do przepływającego

przez ten radiator powietrza

ܳሶ

௚

=

݉ሶ ∗ ܿ

௣

∗ ∆

ݐ = ܸሶ ∗ ߩ ∗ ܿ

௣

∗

ሺݐ

ଷ

−

ݐ

ଵ

ሻ

= 0,025 ∗ 1,2 ∗ 1005 ∗

ሺ28 − 21ሻ = 211

ܬ

ݏ

= 211

ܹ

Do tych obliczeń została przyjęta gęstość powietrza w warunkach

normalnych, natomiast ciepło właściwe zostało odczytane z tablic

Strumień ciepła pobieranego przez radiator zimny z wnętrza chłodziarki

ܳሶ

଴

=

ܳሶ

௚

−

ܰ = 211 − 52 = 159 ܹ

Efektywność chłodnicza chłodziarki termoelektrycznej

ߝ =

ܳሶ

଴

ܰ

=

159

52

= 3,05

5.

Wnioski

Efektywność chłodziarki termoelektrycznej w literaturze ma wartość

poniżej jedności. Natomiast wynik powyższych obliczeń jest wyższy. Jest to
prawdopodobnie spowodowane błędną metodą obliczeniową.

Głównymi zaletami termoelektrycznych urządzeń chłodniczych są:

-brak części ruchomych, dzięki czemu są urządzeniami praktycznie
bezawaryjnymi
-bardzo małe gabaryty w porównaniu z innymi urządzeniami chłodniczymi

-brak czynnika chłodniczego
-możliwość szeregowego łączenia ogniw w stosy, przez co można uzyskać
temperatury niższe niż np. w chłodziarkach sprężarkowych
-możliwość zmiany trybu pracy z chłodniczego na grzejny, trzeba tylko
zmienić bieguny prądu na zaciskach zasilających urządzenie

Wadami tych urządzeń są:

-niska efektywność chłodnicza w porównaniu do innych urządzeń
-potrzeba zasilania prądem stałym
-używanie tych urządzeń do otrzymywania dużych mocy chłodniczych jest
nieekonomiczne

Te wady i zalety zdeterminowały miejsca zastosowań tych urządzeń

chłodniczych. Są one stosowane m. in. do chłodzenia procesorów, kamer
termowizyjnych, żywności w lodówkach turystycznych. Współcześnie, aby
zwiększyć efektywność tych urządzeń poszukiwane są jak najlepsze
materiały półprzewodnikowe. Możliwe jest także zastosowanie większych
prądów, jednak to pociąga za sobą zwiększenie ich gabarytów.