Кпд элемента пельтье

Экология познания. Элементы Пельтье это такие небольшие обычно 4х4 см. Или наоборот, подавая ток, нагреваем одну сторону и охлаждаем другую. Данное свойство элементов Пельтье используют при изготовлении переносных холодильников, но меня в первую очередь больше интересует генераторная способность этих устройств.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект
• TEC1-12706 термоэлектрический модуль Пельтье
• Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение
• Генератор на элементе Пельтье.
• Очень мощный элемент Пельтье TEC1-12715 15,4В, 15А, 367Вт. в наличии
• Эффект Пельтье
• Краткая теория
• Элементы Пельтье в системе отопления

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Модуль Пельтье — непредсказуемый отморозок

Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект

В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC от англ. Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека. В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости.

При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используется контакт двух полупроводников. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды.

Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур. Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора , то температура холодной стороны становится ещё ниже. Достоинством элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей.

Также достоинством является отсутствие шума. Недостатком элемента Пельтье является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла.

В батареях элементов Пельтье [1] возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы.

При этом желательно сглаживать пульсации тока — это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или энергетическая эффективность охладителя не важна.

Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР -амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках , охлаждаемых банкетных тележках, применяемых в общественном питании, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, требуемая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях например в астрофотографии.

Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах. Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Некоторые энтузиасты используют модуль Пельтье для охлаждения процессоров при необходимости экстремального охлаждения без азота. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:.

Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 15 сентября ; проверки требуют 18 правок. Термоэлектрические явления Принципы. Термоэлектрические материалы Термопара Элемент Пельтье Термоэлектрогенератор Радиоизотопный термоэлектрический генератор. Дата обращения 22 июня Дата обращения 20 апреля Электронные компоненты.

Резистор Переменный резистор Подстроечный резистор Варистор Фоторезистор Конденсатор Переменный конденсатор Подстроечный конденсатор Катушка индуктивности Кварцевый резонатор Предохранитель Самовосстанавливающийся предохранитель Трансформатор Мемристор Бареттер.

Электронно-лучевая трубка ЖК-дисплей Светодиод Газоразрядный индикатор Вакуумно-люминесцентный индикатор Блинкерное табло Семисегментный индикатор Матричный индикатор Кинескоп.

Терморезистор Термопара Элемент Пельтье. Категории : Электронные компоненты Преобразователи Холодильник. Скрытая категория: Википедия:Статьи с некорректным использованием шаблонов:Cite web не указан язык. Пространства имён Статья Обсуждение. В других проектах Викисклад. Эта страница в последний раз была отредактирована 1 октября в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Подробнее см. Условия использования. Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Свяжитесь с нами Разработчики Заявление о куки Мобильная версия.

Термоэлектрические явления. Применения Термоэлектрические материалы Термопара Элемент Пельтье Термоэлектрогенератор Радиоизотопный термоэлектрический генератор.

TEC1-12706 термоэлектрический модуль Пельтье

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация.

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого . . По сравнению с кондиционерами — кпд ничтожно.

Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение

В последнее время развелось огромное количество различных электронных устройств, которые я не прочь взять с собой в велопоход. Это и GPS-навигатор, и сотовый телефон а лучше смартфон или КПК , и фотоаппарат, и велофара — она же стояночный фонарь. У кого-то этот список короче, а у кого-то ещё длиннее. В любом случае каждое их этих устройств при работе поглощает электрическую энергию, которую надо либо возить с собой в виде химических источников тока в простонародье батарейках и аккумуляторах , либо вырабатывать в пути. Изучая данный вопрос, я наткнулся на довольно оригинальный способ получить электричество из тепла не применяя сложных механических устройств. С помощью эффекта Пельтье. Не буду подробно описывать тонкости этого эффекта, кто захочет — сам найдет. Вот несколько ссылок:. Единственное, о чём хочу предупредить — не в коем случае не покупать элементы Пельтье у наших продавцов.

Генератор на элементе Пельтье.

Во всем мире идет активный поиск альтернативных экологически чистых источников энергии. В связи с этим, очень актуальным становится использование термоэлектрических модулей для генерирования электроэнергии. Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.

Забыли пароль? Изменен п.

Очень мощный элемент Пельтье TEC1-12715 15,4В, 15А, 367Вт. в наличии

Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока. Устройство и принцип действия элемента Пельтье. Думаю, что только знатоки физики могут понять, как на самом деле работает элемент Пельтье. Для практиков главное, что существует минимальная единица модуля — термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа. При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте.

Эффект Пельтье

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Элементы Пельтье называются специальные термоэлектрические преобразователи, работающие по принципу Пельтье. Ни для кого не секрет, что электронные устройства при работе греются. Нагрев отрицательно влияет на процесс работы, поэтому, чтобы как-то охладить приборы, в корпус устройств встраивают специальные элементы, называющиеся по имени изобретателя из Франции — Пельтье. Это малогабаритный элемент, который может охлаждать радиодетали на платах устройств.

Элементы Пельтье называют специальные термоэлектрические Пельтье ? Сегодня вряд ли это возможно, так как элементы имеют низкий КПД.

Краткая теория

Эффект Пельтье — это процесс, сопровождающийся появлением разницы температур на двух различных материалах при прохождении по ним электрического тока. Впервые объяснён академиком и изобретателем Ленцем. Иоффе за грандиозный труд по развитию термоэлектричества в СССР и доведения результатов исследований до сведения общественности.

Элементы Пельтье в системе отопления

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Установка её в Москвич. Своими руками.

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация. Это работает и в обратную сторону — если одну сторону нагревать, а другую охлаждать — вырабатывается электричество.

Прибавляем к получившемуся 53 Вт поглощаемых на холодной стороне, получаем Вт. Итого: на холодной отбираем 53 Вт, на горячей выделяем Вт. При понижении нагрузки КПД растет.

Элемент пельтье разница температур

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Содержание

Принцип действия [ править | править код ]

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используется контакт двух полупроводников.

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута Bi₂Te₃ и твёрдого раствора SiGe), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу — противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 °C.

Достоинством элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования. Также достоинством является отсутствие шума.

Недостатком элемента Пельтье является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД, а элементы Пельтье нашли широкое применение в технике, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал для элемента Пельтье же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами — хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

В батареях элементов Пельтье [1] возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.

Применение [ править | править код ]

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, охлаждаемых банкетных тележках, применяемых в общественном питании, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, требуемая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии).

Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 градусов ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 °C для одностадийных холодильников и до −120 °C для двухстадийных).

Некоторые энтузиасты используют модуль Пельтье для охлаждения процессоров при необходимости экстремального охлаждения без азота. [2] [3] До азотного охлаждения использовали именно такой способ.

«Электрогенератор Пельтье» (более корректно было бы «генератор Зеебека», но неточное название устоялось) — модуль для генерации электричества, термоэлектрический генераторный модуль, аббревиатура GM, ТGM. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:

1. непосредственно преобразователь разницы температур в электричество на модуле Пельтье,
2. источник тепловой энергии для нагрева преобразователя (например, газовая или бензиновая горелка, твердотопливная печь и т. д.)

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Содержание

Принцип действия [ править | править код ]

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используется контакт двух полупроводников.

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута Bi₂Te₃ и твёрдого раствора SiGe), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу — противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 °C.

Достоинством элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования. Также достоинством является отсутствие шума.

Недостатком элемента Пельтье является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД, а элементы Пельтье нашли широкое применение в технике, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал для элемента Пельтье же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами — хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

В батареях элементов Пельтье [1] возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.

Применение [ править | править код ]

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, охлаждаемых банкетных тележках, применяемых в общественном питании, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, требуемая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 градусов ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 °C для одностадийных холодильников и до −120 °C для двухстадийных).

Некоторые энтузиасты используют модуль Пельтье для охлаждения процессоров при необходимости экстремального охлаждения без азота. [2] [3] До азотного охлаждения использовали именно такой способ.

«Электрогенератор Пельтье» (более корректно было бы «генератор Зеебека», но неточное название устоялось) — модуль для генерации электричества, термоэлектрический генераторный модуль, аббревиатура GM, ТGM. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:

1. непосредственно преобразователь разницы температур в электричество на модуле Пельтье,
2. источник тепловой энергии для нагрева преобразователя (например, газовая или бензиновая горелка, твердотопливная печь и т. д.)

Блог технической поддержки моих разработок

Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье – возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.

Устройство и принцип действия элемента Пельтье.

Думаю, что только знатоки физики могут понять, как на самом деле работает элемент Пельтье. Для практиков главное, что существует минимальная единица модуля – термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа.

При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте. В результате, участок полупроводника, примыкающий к n-p переходу, будет охлаждаться, а противоположный участок – нагреваться. Если поменять полярность тока, то на оборот, n-p участок будет нагреваться, а противоположный – охлаждаться.

Существует и обратный эффект. При нагревании одной из сторон термопары, вырабатывается электрический ток.

Для практического применения энергии поглощения тепла одной термопары недостаточно. В термоэлектрическом модуле используется много термопар. Электрически их соединяют последовательно. А конструктивно – так, что охлаждающие и нагревающие переходы расположены на разных сторонах модуля.

Термопары установлены между двух керамических пластин. Соединяются они медными шинами. Количество термопар может доходить до нескольких сотен. От их количества зависит мощность модуля.

Разность температур между горячей и холодной стороной модуля Пельтье может достигать 70 °C.

Надо понимать, что термоэлектрический модуль Пельтье снижает температуру одной стороны, относительно другой. Т.е. чтобы холодная сторона имела низкую температуру, необходимо отводить тепло от горячей поверхности, снижая ее температуру.

Для увеличения перепада температур, возможно последовательное (каскадное) соединение модулей.

Применение.

Термоэлектрические модули Пельтье применяются:

• в небольших бытовых и автомобильных холодильниках;
• в охладителях воды;
• в системах охлаждения электронных приборов;
• в термоэлектрических генераторах.

Я, используя элемент Пельтье, сделал холодильник для вина.

Достоинства и недостатки модулей Пельтье.

Как-то неправильно сравнивать элементы Пельтье с компрессорными охлаждающими установками. Совсем разные устройства – большая механическая система с компрессором, газом, жидкостью и маленький полупроводниковый компонент. А больше сравнивать не с чем. Поэтому достоинства и недостатки модулей Пельтье весьма условное понятие. Есть области, в которых они не заменимы, а в других случаях их применение совершенно нецелесообразно.

К достоинству элементов Пельтье можно отнести:

• отсутствие механически движущихся частей, газов, жидкостей;
• бесшумная работа;
• небольшие размеры;
• возможность обеспечивать как охлаждение, так и нагревание;
• возможность плавного регулирования мощности охлаждения.

• низкий кпд;
• необходимость в источнике питания;
• ограниченное число старт-стопов ;
• высокая стоимость мощных модулей.

Параметры элементов Пельтье.

• Qmax (Вт) – холодопроизводительность, при максимально-допустимом токе и разности температур между горячей и холодной сторонами равной 0. Считается, что вся тепловая энергия поступающая на холодную поверхность, мгновенно, без потерь передается на горячую.
• Delta Tmax (град) — максимальная разность температур между поверхностями модуля при идеальных условиях: температура горячей стороны – 27 °C и холодная сторона с нулевой отдачей тепла.
• Imax (А) – ток, обеспечивающий перепад температур delta Tmax.
• Umax (В) – напряжение, при токе Imax и разности температур delta Tmax.
• Resistance (Ом) – сопротивление модуля постоянному току.
• COP (Сoefficient Of Рerformance) – коэффициент, отношение мощности охлаждения к электрической мощности, потребляемой модулем. Т.е. подобие кпд. Обычно 0.3-0.5.

Эксплуатационные требования к элементам Пельтье.

Модули Пельтье – капризные устройства. Их применение сопряжено с рядом требований, не выполнение которых приводит: к деградации модуля или выходу из строя, снижению эффективности системы.

• Модули выделяют значительное количество тепла. Для отвода тепла должен быть установлен соответствующий радиатор. Иначе:

• Невозможно достичь нужной температуры холодной стороны, т.к. элемент Пельтье снижает температуру относительно горячей поверхности.
• Допустимый нагрев горячей стороны как правило + 80 °C ( в высокотемпературных до 150 °C). Т.е. модуль может просто выйти из строя.
• При высоких температурах кристаллы модуля деградируют, т.е. снижается эффективность и срок службы модуля.

Важен надежный тепловой контакт модуля с радиатором охлаждения.

Источник питания для модуля должен обеспечивать ток с пульсациями не более 5%. При более высоком уровне пульсаций эффективность модуля снизится, по некоторым данным на 30-40%.

Не допустимо, для управления элементом Пельтье, использовать релейные регуляторы. Это приведет к быстрой деградации модуля. Каждое включение – выключение вызывает деградацию полупроводниковых термопар. Из-за резких изменений температуры между пластинами модуля возникают механические напряжения в местах спайки с полупроводниками. Производители элементов Пельтье нормируют количество циклов старт-стопов модуля. Для бытовых модулей это порядка 5000 циклов. Релейный регулятор выведет из строя модуль Пельтье за 1-2 месяца.

К тому же элемент Пельтье обладает высокой теплопроводностью между поверхностями. При выключении, тепло радиатора горячей стороны, через модуль будет передаваться на холодную сторону.

Недопустимо, для регулирования мощности на элементе Пельтье, использовать ШИМ модуляцию.

Чем надо питать элемент Пельтье источником тока или напряжения? Обычно используют источник напряжения. Он проще в реализации. Но вольт-амперная характеристика модуля Пельтье нелинейная и крутая. Т.е. при небольшом изменении напряжения ток меняется значительно. И вдобавок, характеристика меняется при изменении температуры поверхностей модуля. Надо стабилизировать мощность, т.е. произведение тока через модуль на напряжение на нем. Охлаждающая способность элемента Пельтье напрямую связана с электрической мощностью. Конечно, для этого необходим достаточно сложный регулятор.

Напряжение модуля зависит от количества термопар в нем. Чаще всего это 127 термопар, что соответствует напряжению 16 В. Разработчики элементов рекомендуют подавать до 12 В, или 75% Umax. При таком напряжении обеспечивается оптимальная эффективность модулей.

Модули имеют герметичное исполнение, их можно использовать даже в воде.

Полярность модуля отмечена цветами проводов – черный и красный. Как правило, красный (положительный) провод расположен справа, относительно холодной стороны.

Мною был разработан контроллер элемента Пельтье для холодильника, удовлетворяющим всем этим требованиям. Он:

• Вырабатывает питание для элемента Пельтье с пульсациями не более 2%.
• Стабилизирует на модуле электрическую мощность, т.е. произведение тока на напряжение.
• Обеспечивает плавное включение модуля.
• Регулировка температуры происходит по принципу аналогового регулирования, т.е. плавного изменения мощности на элементе пельтье.
• Контроллер разработан для холодильника, поэтому математика регуляторов учитывает инерционность охлаждения воздуха в камере.
• Обеспечивает контроль температуры горячей стороны модуля и управление вентилятором.
• Имеет высокий кпд, широкие функциональные возможности.

Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706.

Это самый распространенный тип элемента Пельтье. Используется во многих бытовых приборах. Не дорогой, с неплохими параметрами. Хороший вариант для изготовления маломощных холодильников, охладителей воды и т. п.

Характеристики модуля TEC1-12706 привожу в переводе на русский из документации TEC1-12706.pdf компании производителя – HB Corporation.

Технические параметры TEC1-12706.

Обозначение	Параметр	Значение, при температуре горячей стороны
25 °C	50 °C
Qmax	Холодопроизводительность	50 Вт	57 Вт
Delta Tmax	Разность температур	66 °C	75 °C
Imax	Максимальный ток	6.4 А	6.4 А
Umax	Максимальное напряжение	14.4 В	16.4 В
Resistance	Сопротивление	1.98 Ом	2.3 Ом

Графические характеристики.

Габаритный чертеж модуля TEC1-12706.

Обозначение	Размер
A	40 мм
B	40 мм
C	3. 8 мм

Рекомендации по эксплуатации.

• Максимально – допустимая температура 138 °C.
• Не допустимо превышение значения параметров Imax и Umax.
• Срок службы 200 000 часов.
• Параметр частота отказов основан на длительных испытаниях с выборкой 0.2%.
• Производитель — HB Corporation.

Пример разработки на элементе Пельтье — холодильник для вина.

принцип работы, области применения, сборка

Исследовательская часть

Собственно, почему элемент Пельтье? Гораздо логичнее приобрести фонарик с мышечным приводом («жужелицу»), солнечными батареями, или, на худой конец, построить ветряк. Раньше я тоже думал, что вполне можно обойтись «жужелицей». Но в ней очень много движущихся деталей, которые сделаны дядюшкой Ляо из дешевого пластика. Первая поломка в условиях Большого Песца – и ты остаешься без электричества. Хорошо, спросите вы, почему не солнечные батареи? Там нет движущихся частей. Согласен, отвечу я, но в условиях ядерной или вулканической зимы или под двухметровым бетонным перекрытием убежища солнышко не так-то легко поймать.

Ветряк? А какой площади должны быть его лопасти для того, чтобы он мог крутиться даже от слабого ветра? Движущиеся детали, опять же. Ветряк годится для стационарной установки при оборудовании долговременного укрытия.

Элемент пельтье своими руками

Изготовить устройство в домашних условиях практически невозможно, тем более это не имеет особого смысла, учитывая его невысокую рыночную стоимость.

Но большинство умельцев все же предпочитает мастерить элемент пельтье своими руками, ссылаясь на ряд его достоинств:

1. Компактность, удобство установки на самодельное электронное плато.
2. Отсутствие движущихся деталей, что увеличивает сроки его эксплуатации.
3. Возможность соединения нескольких элементов в каскадной схеме для снижения очень больших температур.

Тем не менее, пельтье своими руками имеет определенные недостатки: низкий коэффициент полезного действия (КПД), необходимость подачи высокого тока для получения заметного перепада температуры, сложность отведения тепловой энергии от охлаждаемой поверхности.

Рассмотрим на примере схем, как сделать пельтье своими руками:

• Задействовать его в качестве детали термоэлектрического генератора, согласно рисунку подключения.
• Собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920 (рисунок 1).

Рисунок 1. Элемент пельтье своими руками: универсальная схема

Далее стоит следовать простой инструкции, как сделать пельтье своими руками:

1. Подать на вход получившегося преобразователя напряжение диапазоном 0.8-5.5В, чтобы иметь на выходе стабильные 5В.
2. При использовании устройства обычного типа — поставить лимит температуры нагреваемой стороны в 150 градусов.
3. Для калибровки — в качестве источника тепла использовать емкость с кипящей водой, которая точно не нагреется свыше 100 градусов.

Описание технологии и принцип действия

Способ работы термоэлектрического охладителя достаточно прост. Эффект пельтье своими руками основывается на контакте двух проводников тока, обладающих разным уровнем энергии электронов в зоне своей проводимости.

Рисунок 2. Принцип действия элемента

При подаче электротока через такую связь, электрон приобретает высокую энергию, позволяющую ему перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости второго полупроводника. Когда эта энергия поглощается, происходит остуживание места охлаждения проводников (рисунок 2).

При протекании процесса в обратном направлении — реакция приводит к нагреванию контактного места и обычному тепловому эффекту.

Посмотрев пельтье своими руками видео, можно сделать определенные выводы о принципе его действия:

1. Величина подаваемого тока будет пропорциональной степени охлаждения — если с одной стороны модуля сделать хороший теплоотвод, при использовании радиаторных схем, его холодная сторона обеспечит максимально низкую температуру.
2. При смене полярности тока — нагревающая и охлаждающая плоскости меняются метами.
3. При контакте объекта с металлической поверхностью, он становится настолько мал, что его нельзя увидеть на фоне омического нагрева, других эффектов теплопроводности, поэтому на практике применяют два полупроводника.
4. Благодаря разнообразному количеству термопар — от 1 до 100, можно добиться практически любого показателя холодильных мощностей.

Технические характеристики элемента пельтье

Компонент получил широкое применение в различных холодильных схемах.

Что неудивительно, так как пельтье своими руками имеет следующие технические характеристики:

1. Способен достигнуть низких температур, что служит отличным решением для охлаждения электрических приборов и тех оборудования, подвергающегося нагреву.
2. Прекрасно выполняет работу обычного куллера, что делает возможным его установку в современные звуковые и акустические системы.
3. Абсолютно бесшумен — в процессе работы не издает никаких посторонних и интенсивных звуков.
4. Обладает мощной теплоотдачей при сохранении нужной температуры на радиаторе достаточно продолжительное время.

Термоэлектрический модуль

Элементы Пельтье применение нашли в устройстве, состоящем из множества полупроводников p и n типов. В отличие от транзисторов и диодов, переходные области находятся на границе металла с полупроводником. В модуле Пельтье элементы в большом количестве располагаются между керамическими пластинами, что позволяет сделать устройство мощней.

Каждый элемент содержит 4 перехода на контакте полупроводник-металл. Когда электрическая цепь замкнута, электроны перемещаются от минуса батареи питания к плюсу, проходя через все переходы.

На первом переходе термоэлектрического модуля (ТЭМ) между медной шиной и р-полупроводником в последнем выделяется тепло, так как поток зарядов попадает в область с меньшей энергией.

На другом контакте в полупроводнике поглощается энергия, поскольку электроны «высасываются» электрическим полем, совпадающим с направлением их движения. Там происходит процесс охлаждения.

На третьем контакте энергия электронов поглощается, поскольку полупроводник типа n имеет энергию больше, чем металл.

На четвертом переходе выделяется тепло, так как электроны снова тормозятся электрическим полем.

Таким образом, на одной стороне выделяется тепло, а другая — охлаждается. На одном элементе это явление будет незаметно, но модуль Пельтье, элементы которого располагаются между двумя керамическими пластинами, создает значительный температурный перепад.

Модуль можно применять как генератор электроэнергии, если поддерживать разную температуру пластин. При этом каждый термоэлектрический элемент Пельтье последовательно подключается к соседнему через медные перемычки, и токи их суммируются.

Как работает элемент Пельтье?

Довольно просто применять модуль Пельтье, принцип работы которого заключается в выделении или поглощении тепла в момент контакта разных материалов при прохождении через него энергетического потока электронов перед контактом и после него отличается. Если на выходе она меньше, значит, там выделяется тепло. Когда электроны в контакте тормозятся электрическим полем, они передают кинетическую энергию кристаллической решетке, разогревая ее. Если они ускоряются, тепло поглощается. Это происходит за счет того, что часть энергии забирается у кристаллической решетки и происходит ее охлаждение.

В значительной степени это явление присуще полупроводникам, что объясняется большой разностью зарядов.

Модуль Пельтье, применение которого является темой нашего обзора, используется при создании термоэлектрических охлаждающих устройств (ТЭМ). Простейшее из них состоит из двух полупроводников p- и n-типов, последовательно соединенных через медные контакты.

Если электроны движутся от полупроводника «p» к «n», на первом переходе с металлической перемычкой они рекомбинируют с выделением энергии. Следующий переход из полупроводника «p» в медный проводник сопровождается «вытягиванием» электронов через контакт электрическим полем. Данный процесс приводит к поглощению энергии и охлаждению области вокруг контакта. Аналогичным образом происходят процессы на следующих переходах.

При расположении нагреваемых и охлаждаемых контактов в разных параллельных плоскостях получится практическая реализация способа. Полупроводники изготавливаются из селена, висмута, сурьмы или теллура. Модуль Пельтье вмещает большое количество термопар, размещенных между керамическими пластинами из нитрида или оксида алюминия.

Материалы для создания термопар

Очевидно, обычные металлы для создания мощных систем не годятся. Требуются пары с мощностью от 100 мкВ на 1 градус. В последнем случае достигается высокий КПД. Материалами становятся сплавы висмута, сурьмы, теллурия, кремния, селена. К недостаткам компонентов относятся хрупкость и сравнительно малая температура работы. Низкий КПД добавляет ограничений, но с внедрением нанотехнологий появляется надежда, что привычные рамки окажутся преодолены. Учёные среди перспективных направлений называют разработку принципиально новой полупроводниковой базы с поистине уникальными свойствами, включая точное значение энергетических уровней материалов.

Выделение тепла

Холодильный эффект у ТЭМ небольшой, а тепла он выделяет много. Когда его применяют в системном блоке, внутри значительно повышается температура, влияющая на работу остального оборудования. Дополнительными средствами для ее снижения служат вентиляторы и радиаторы, создающие тепловой выхлоп.

Тепловой режим модуля нужно правильно рассчитать, чтобы не было перегрева и не образовывался конденсат на электронных платах

Кулер Пельтье выбирается с оптимальной мощностью, где важно обеспечить правильное соотношение температуры внутри корпуса, объекта охлаждения и влажностью воздуха

Практический опыт с элементом Пельтье

Выглядеть он может по-разному, но основной его вид — это прямоугольная или квадратная площадка с двумя выводами.  Сразу же отметил сторону «А» и сторону «Б» для дальнейших экспериментов

Почему я пометил стороны?

Вы думаете, если мы просто тупо подадим напряжение на этот элемент, он у нас будет полностью охлаждаться? Не хочу вас разочаровывать, но это не так… Еще раз внимательно читаем определение про элемент Пельтье. Видите там словосочетание «разности температур»? То то и оно. Значит, у нас какая-то сторона будет греться, а какая-то охлаждаться. Нет в нашем мире ничего идеального.

Для того, чтобы определить температуру каждой стороны элемента Пельтье, я буду использовать мультиметр, который шел в комплекте с термопарой

Сейчас он показывает комнатную температуру. Да, у меня тепло ;-).

Для того, чтобы определить, какая сторона элемента Пельтье греется, а какая охлаждается, для этого цепляем красный вывод на плюс, черный — на минус и подаем чуток напряжения, вольта два-три. Я узнал, что у меня сторона «А» охлаждается, а сторона «Б» греется, пощупав их рукой. Если перепутать полярность, ничего страшного не случится. Просто сторона А будет нагреваться, а сторона Б охлаждаться, то есть они поменяются ролями.

Итак, номинальное (нормальное) напряжение для работы элемента Пельтье — это 12 Вольт. Так как  я подключил на красный  — плюс, а на черный — минус, то у меня сторона Б греется. Давайте замеряем ее температуру.  Подаем напряжение 12 Вольт и смотрим на показания мультиметра:

77 градусов по Цельсию — это не шутки. Эта сторона нагрелась так, что когда ее трогаешь, она обжигает пальцы.

Поэтому главной фишкой использования элемента Пельтье в своих электронных устройствах является большой радиатор. Желательно, чтобы радиатор обдувался вентилятором. Я пока что взял радиатор от усилителя, который  дали в ремонт. Намазал термопасту КПТ-8 и прикрепил элемент Пельтье к радиатору.

Подаем 12 Вольт и замеряем температуру стороны А:

7 градусов по Цельсию). Когда трогаешь, пальцы замерзают.

Но также есть и обратный эффект, при котором можно вырабатывать электроэнергию с помощью элемента Пельтье, если одну сторону охлаждать, а другую нагревать. Очень показательный пример — это фонарик, работающий от тепла руки

Что такое принцип Пельтье

Данный принцип был открыт почти 200 лет назад французом Жаном Пельтье, который обнаружил, что при протекании I по разнородным проводам происходит процесс выделения тепла, а при смене полярности – охлаждения, при этом наибольшее проявление подобного эффекта наблюдалось у полупроводниковых материалов. Причем тогда же была замечена обратимость процесса, при которой при возможности поддержании разных температур на проводах в месте контакта, в них фиксировалось появление электрического тока. Данный эффект также был очень важен и получил название эффекта Зеебека.

Чтобы попытаться объяснить данный эффект с точки зрения физики процесса, необходимо обратиться к классической теории электротехники и движению электротока в зависимости от разности потенциалов. При прикосновении двух разнородных проводов неизбежно возникает разность потенциалов U, создающая определенное поле. Таким образом, если по проводу пропустить I, то созданное разностью U поле будет или способствовать протеканию тока, или являться препятствием к этому.

Если полярность поля и тока противоположны, то необходимо найти дополнительную энергию, способствующую протеканию I, за счет чего контакт будет греться. Если поле и I однонаправлены, то ток поддерживается самим полем. Для этого требуется энергия, забираемая у вещества, что и вызывает охлаждение контакта. Таким образом, то количество тепла, которое выделяется или забирается при прохождении I, будет прямо пропорционально величине заряда, проходящего через место соединения проводников и рассчитывается как произведение I на время его прохождения.

Данное произведение называется коэффициентом Пельтье, величина которого зависит от материала и температур проводников, соприкасающихся между собой.

Если ранее эффект Пельтье не нашел себе широкого применения за неимением необходимых материалов, то на сегодняшний день, с учетом развития новых технологий, найдены типы проводников, которые способны обеспечить максимальный термоэлектрический эффект.

Принцип действия элемента Пельтье

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используется контакт двух полупроводников.

Современный элемент Пельтье  представляет собой конструкцию из двух пластин-изоляторов (как правило керамических.). Между этими пластинами-изоляторами находится одна или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута Bi₂Te₃ и твёрдого раствора SiGe), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой.

Устройство модульного элемента ПельтеА — контакты для подключенияB — горячая поверхностьC — холодная сторонаD — медные проводникиE — полупроводник p-типаF — полупроводник n-типа

Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n-p), а снизу — противоположные (p-n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются… или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Соединение полупроводниковых элементов ПельтьеA- горячая сторона,  B — холодная сторона

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 °C.

В батареях элементов Пельтье возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, т.к. это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.

Маркировка элементов Пельтье

Маркировка элемента Пельтье разделена на три группы

1. Обозначение элемента. Первые две буквы всегда «TE». После них идёт буква «C» (стандартный размер) или «S» — малый размер.Далее идёт цифра, указывающая сколько слоёв в элементе.
2. Количество термопар в элементе.
3. Величина номинального тока, в амперах.

Вот пример расшифровки маркировки элемента Пельтье

Пример расшифровки маркировки элемента Пельтье1- элемента Пельтье стандартного размера с 1 слоем элементов2 — содержит 127 термопар3 — номинальный ток 6 А

Иногда может быть четвёртая группа, указывающая на размеры модуля. Например, «40» указывает что элемент имеет размер 40х40 мм.

Технические параметры элементов Пельтье

Главными параметрами у элементов Пельтье являются:

• Q_max – производительность холода. Данный параметр рассчитывается из максимального тока и разности температур между противолежащими обкладками модуля Пельтье
• DTmax – максимальный температурный перепад между сторонами элемента Пельтье в идеальных условиях
• I_max – ток, при котором перепад температур достигает своего максимума
• U_max — предельное напряжение, при котором перепад температур достигает своего максимума
• Resistence (RES) – сопротивление внутренних элементов изделия
• КПД (COP) — данный показатель у самых лучших модулей едва дотягивается до 50 %. Но чаще всего встречаются элементы КПД от 20% до 30%.

Автохолодильник своими руками

В середине прошлого века отечественная промышленность пыталась освоить выпуск малогабаритных холодильников, основанных на эффекте Пельтье. Существующие технологии того времени не позволили этого сделать. Сейчас сдерживающим фактором преимущественно является высокая цена, но попытки продолжаются, и успехи здесь уже достигнуты.

Широкое производство термоэлектрических устройств позволяет создать своими руками небольшой холодильник, удобный для использования в автомобилях. Его основой является «сэндвич», который делается следующим образом.

1. На верхний радиатор наносится слой теплопроводной пасты типа КПТ-8 и приклеивается Пельтье модуль с одной стороны керамической поверхности.
2. Аналогично к нему крепится с нижней стороны другой радиатор, предназначенный для помещения в камеру холодильника.
3. Все устройство плотно сжимается и просушивается в течение 4-5 часов.
4. На обоих радиаторах устанавливаются кулеры: верхний будет отводить тепло, а нижний — выравнивать температуру в камере холодильника.

Корпус холодильника делается с теплоизолирующей прокладкой внутри

Важно, чтобы он плотно закрывался. Для этого можно использовать обычный пластиковый ящик для инструментов

Питание 12 В подается из системы автомобиля. Его можно сделать и от сети 220 В переменного тока, с блоком питания. Схема преобразования переменного тока в постоянной применяется самая простая. Она содержит выпрямительный мост и сглаживающий пульсации конденсатор

При этом важно, чтобы на выходе они не превышали величину 5 % от номинального значения, иначе эффективность устройства снижается. У модуля имеются два вывода из цветных проводов

К красному всегда подключается «плюс», к черному — «минус».

Мощность ТЭМ должна соответствовать объему бокса. Первые 3 цифры маркировки означают количество пар полупроводниковых микроэлементов внутри модуля (49-127 и более). Сила тока выражается двумя последними цифрами маркировки (от 3 до 15 А). Если мощности недостаточно, надо приклеить на радиаторы еще один модуль.

Обратите внимание! Если сила тока будет превосходить мощность элемента, он будет нагреваться с обеих сторон и быстро выйдет из строя

Физические процессы в элементе Пельтье

Чтобы разобраться в том, что происходит в данном устройстве, необходимо погрузиться в сложность физических законов и математических выкладок. Простому обывателю в этом разобраться будет сложно, поэтому объясним все по-простому.

Все действие происходит на уровне атомной решетки материала. Поэтому для удобства объяснения заменим его любым газом, который состоит из фононов (это его частицы). Итак, температура газа зависит от нескольких показателей:

• температуры окружающей среды;
• от металла, а точнее, от его свойств.

Поэтому получаем в предположении, что металл представляет собой смесь фононного и электронного газа. Оба газа находятся в термодинамическом равновесии. При соприкосновении двух металлов с разной температурой происходит перемещение холодного электронного газа в теплый металл. Что и образует разность потенциалов.

Термоэлектрический эффект Пельтье

На границе контактов двух металлов, то есть на переходе, электроны забирают энергию у фононов и передают ее фононам другого металла. Если поменять полярность подключения, то процесс пойдет в обратную сторону. Перепад температур будет увеличиваться до тех пор, пока в металле есть свободные электроны с высоким потенциалом. Когда они закончатся, настанет своеобразное равновесие температур в обоих металлах. Вот так можно описать по-простому картину эффекта Пельтье.

Итак, из всех процессов, протекающих в элементе Пельтье, можно сделать вывод, что эффективность его работы зависит от точного подбора двух металлов со своими свойствами, от силы тока, который будет протекать через прибор, и от того, как быстро будет отводиться тепло из теплой зоны.

Технические параметры элементов Пельтье

Главными параметрами у элементов Пельтье являются:

• Q_max – производительность холода. Данный параметр рассчитывается из максимального тока и разности температур между противолежащими обкладками модуля Пельтье
• DTmax – максимальный температурный перепад между сторонами элемента Пельтье в идеальных условиях
• I_max – ток, при котором перепад температур достигает своего максимума
• U_max — предельное напряжение, при котором перепад температур достигает своего максимума
• Resistence (RES) – сопротивление внутренних элементов изделия
• КПД (COP) — данный показатель у самых лучших модулей едва дотягивается до 50 %. Но чаще всего встречаются элементы КПД от 20% до 30%.

Как сделать осушитель воздуха собственноручно

Воздух помещения осушается за счет течения трех процессов:

1. Нагрев.
2. Адсорбция.
3. Конденсация.

Если руки испущены правильным местом, можно из старого холодильника собрать осушитель воздуха. Имеется радикальный вариант лишенным жалости. Холодильники с технологией NoFrost предоставляют в распоряжение мастера готовый осушитель воздуха. Внутри вентилятор, гоняющий поток кругом, пропуская через испаритель. Оснастите помещение, откройте дверцу, влажность начнет снижаться.

Менее радикальный метод заключается в применении старой морозильной камеры с капельной системой разморозки. Лишняя жидкость сливается через дренажное отверстие, заполняя специальную емкость. Ставим морозильную камеру во влажное место, помещаем внутрь вентилятор вытяжки, другой подходящий. Готовим вместительную емкость для сбора воды – осушитель воздуха своими руками готов. Старую камеру не жалко, часть воды станет льдом.

На основе методики придумаем много конструкций. Используем холодильную камеру в качестве осушителя воздуха, просто включим сплит-систему охлаждать

Важно помнить одно: доморощенные методы бессильны заменить полноценный заводской прибор. Воздух помещения начнет охлаждаться, приводя к выпадению конденсата. Заводские осушители воздуха после охлаждения струю нагревают

Заводские осушители воздуха после охлаждения струю нагревают.

Желая улучшить скорость работы, возьмите лист фанеры, оргстекла габаритами равными порталу морозильной камеры, проделайте отверстие под вентилятор. Воздух, вошедший внутрь, уходит через дренажную систему. Допускается использовать другие пути, способ определит марка используемого холодильника.

Повторимся, варварский метод, за работоспособность, последствия применения редакция ответственности не несет. Потрудитесь запастись вместительной чашей сбора воды. Жидкости будет больше обычного.

Расшифровка маркировок

Все термомодули имеют специальную маркировку, содержащую несколько букв и цифр. Данное обозначение легко расшифровывается:

• первые две буквы всегда одинаковы – TE, они указывают на то, что это термоэлемент;
• следующая буква обозначает размер: C – стандартный и S – маленький;
• цифра, стоящая перед дефисом, показывает, сколько слоев в данном модуле;
• первые три цифры после дефиса обозначают количество термопар;
• последние две цифры несут информацию о величине номинального тока в Амперах.

Рассмотрим расшифровку на конкретном примере. На фото представлен термоэлемент стандартного размера с одним каскадом (слоем). Устройство имеет 127 термопар. А величина номинального тока равна 6 Амперам.

Основные эксплуатационные характеристики элемента Пельтье

Данное устройство в целом идеально работает в тех случаях, когда хорошо и надежно контактируют термопары с охладительным устройством, будь то радиатор охлаждения или вентилятор охлаждения со змеевиком, то есть – хороший теплосъем.

Модули Пельтье, как их часто называют, очень чувствительны к перепадам по току и напряжению (не более 5 %). Под действием высоких температур (наиболее критическая для элементов до 150 градусов) эффективность снижается во много раз (до 40 %) и модуль очень быстро ломается.

Как правило, в схему работы полупроводниковых элементов недопустимым условием является приспособление релейных устройств: ограничивающих мощность или регулирующих. Это приводит к деградации кристаллических составляющих и к неисправности в скором времени элемента.

Частое включение и выключение устройств также негативно влияет на работу и срок эксплуатации, и его долговечность функционирования. Согласно законов физики — любой нагрев материала приводит к его тепловому расширению, а охлаждение — к сжатию. Соответственно, особенно слабыми местами в полупроводниковых элементах являются «паечные», где из-за механического движения возможно появление дефектов в виде микротрещин и в конце концов к разрыву цепи.

Коэффициент теплопроводности термических пар элемента Пельтье достаточно высок, что с одной стороны является достоинством, а с другой стороны ограничивает срок эксплуатации и расчетное число циклов «стоп-старт-стоп».

Выводы по конструктиву самодельного холодильника

Остальные выводы читатели сделают самостоятельно: самодельный холодильник даст 2 градуса тепла по шкале Цельсия, если снабдить прибор тремя элементами Пельтье с кулерами. Опыт допустимо обобщать, подбирать оптимальную изоляцию, варьировать условия. К примеру, кулеры убрать, чтобы не шумели и не тратили энергию. Это упростит конструкцию. Но хотим охладить пыл изобретателей: в настоящих, не самодельных холодильниках, используются два вентилятора, для холодного и горячего контура. Экспериментируйте.

Устройство холодильника вытерпит компьютерный блок питания. Вспомните, сколько потребляет процессор! Элемент Пельтье далеко не главное внутри. Вольтаж уже заранее приспособлен, не придется искать редких деталей. Покупаете три элемента Пельтье, чтобы самостоятельно сделать холодильник, берете блок питания из старенького ПК, сооружаете коробку с двумя кулерами, получаете готовый продукт. Причем способный работать от автомобильного аккумулятора.

Принцип действия холодильника настолько очевиден, что понятен детям. При изменении направления тока элементы Пельтье работают на нагрев. Хорошо иметь рядом теплую пищу, когда вокруг нет подогревательного устройства. В последнем случае закон работает в обратную сторону. Три элемента Пельтье внутри самодельного холодильника обеспечат температуру на 18 ºС выше окружающей среды. Если в машине 25, в коробке покажет 43. Достаточно, чтобы перекусить и не жаловаться. Получается уже два прибора в одном лице.

Хотим сказать спасибо автору видео на Ютуб за великолепную идею, как сделать холодильник самостоятельно. Пусть задумка не слишком удалась, но лишь потому, что объем велик. Элементы Пельтье процессорные не настолько мощные, чтобы в одиночку одолеть большой объем, до конца не оформленный.

Высокоэффективные термоэлектрические охладители Пельтье производства ECOGEN

Высокоэффективные термоэлектрические охладители

ТИПОВЫЕ УСЛОВИЯ ПОСТАВКИ

• материал подложки — оксид алюминия (ВК-96)
• допуск по высоте ± 0,05 мм (L1)
• параллельность 0,03 мм (L1)
• плоскостность 0,02 мм (L1)
• длина провода 120 мм
• расположение выводов (для прямоугольных кулеров) — длинной стороной
• рабочая температура до 80°С, максимальная температура сборки 120°С (Тпл сборки припоя = 139°С)

Дополнительные варианты

.

Описание	обозначения (*)	Примечание
Рабочая температура до 120 ° C, максимальная температура = 130 ° C **	НТ(120)	монтажный припой с Tпл = 139 °C
рабочая температура до 150 °C, макс. температура монтажа = 170 °C**	НТ(150)***	сборочный припой Pb-Sn с Tпл = 183 °C***
рабочая температура до 200 °C, макс. температура сборки = 220 °C**	НТ(200)	монтажный припой с Tпл = 232 °C
специальное исполнение для работы в условиях циклического изменения температуры	С	> 10 5 циклов +40°C/+90°C
допуск по высоте = ± 0,025 мм; параллельность 0,02 мм; плоскостность 0,015 мм.	Л2
допуск по высоте = ± 0,015 мм; параллельность 0,01 мм; плоскостность 0,01 мм.	Л3
металлизация холодной (mc) и (или) горячей стороны охладителя с лужением припоем (температура плавления = 95 °С, 117 °С, 139 °С, 183 °С)	мк95, мх95, мм117 и т. д.
позолота	мкАу, мАу, ммАу	0,2-1 мкм
материал подложки – нитрид алюминия (AlN)	Н	теплопроводность > 180 Вт/мК
герметик: эпоксидный, силиконовый	Э, Ю
нестандартная ориентация штифта
тип и длина проводов по требованию заказчика
сборка в массивы
соединители обжимные
пайка на холодном или горячем радиаторе, упаковке или холодном блоке

(*) — указанные обозначения используются для обозначения дополнительных опций в названии кулера;

(**) — максимальное воздействие температуры сборки на модуль не должно превышать 2 минут;

(***) — Важно! ТЭК с этой опцией не удовлетворяет требованиям ROHS.

РЕКОМЕНДАЦИИ При выборе термоэлектрического прибора просим Вас внимательно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации изделия и рекомендациями по его использованию. Это необходимое требование для долгосрочного и эффективного использования нашей продукции.

Заказ товаров со склада

ВНИМАНИЕ Все зарубежные заказы требуют таможенного оформления, что приводит к дополнительным расходам. Точный размер этих затрат можно будет узнать только после поставки продукции. Для получения дополнительной информации обратитесь в региональное отделение DHL.

КАК ЗАКАЗАТЬ Вы можете заказать доступные продукты на сайте. Выберите нужный товар, добавив его в корзину, заполните форму своими личными данными и отправьте ее. В ближайшее время мы отправим на Вашу электронную почту счет на оплату.

ОПЛАТА 100% предоплата является обязательным условием для отгрузки нашей продукции. Вы должны произвести оплату в соответствии с условиями в счете. Требуемые продукты будут зарезервированы на 5 дней, пока мы будем ждать вашего платежа.

УСЛОВИЯ Ваш заказ будет готов к отправке в течение не более 10 рабочих дней после того, как мы получим ваш платеж на наш счет. Ориентировочный срок доставки до терминала DHL в Ваш регион — 4-6 дней.

ДОСТАВКА Стоимость доставки определяется на этапе оформления заказа в корзине Стоимость доставки рассчитывается согласно тарифам DHL для доставки в регионы. Все налоги и сборы включены в стоимость доставки, за исключением предполагаемых расходов на таможенное оформление при получении в вашем регионе.

ГАРАНТИЯ Гарантийный срок 12 месяцев с начала эксплуатации, но не более 18 месяцев с даты отгрузки. Средний срок службы термоэлектрических модулей составляет не менее 10 лет при соблюдении условий монтажа и эксплуатации. Гарантии не распространяются на изделия, вышедшие из строя из-за нарушений условий хранения, транспортировки, распаковки, сборки и эксплуатации.

Заказ товара, которого нет в наличии

ВНИМАНИЕ Все иностранные заказы требуют таможенного оформления, что приводит к дополнительным расходам. Точный размер этих затрат можно будет узнать только после поставки продукции. Для получения дополнительной информации обратитесь в региональное отделение DHL.

КАК ЗАКАЗАТЬ Вы можете заказать любой товар, который представлен на сайте, заполнив форму обратной связи, отправив нам письмо по электронной почте или по телефону +78125008997.

ОПЛАТА 100% предоплата является обязательным условием для отгрузки нашей продукции. Вы должны произвести оплату в соответствии с условиями в счете. Для постоянных клиентов возможна доставка с отсрочкой платежа.

СРОКИ Срок поставки составит от 6 до 12 недель в зависимости от количества (минимальный заказ 100 штук) и дополнительных опций необходимого товара. Если необходимые продукты в настоящее время есть на складе, ваш заказ будет готов к отправке в течение не более 10 рабочих дней после того, как мы получим ваш платеж на наш счет.

ДОСТАВКА Стоимость доставки определяется на этапе оформления заказа в корзине Стоимость доставки рассчитывается согласно тарифам DHL для доставки в регионы. Все налоги и сборы включены в стоимость доставки, за исключением предполагаемых расходов на таможенное оформление при получении в вашем регионе.

ГАРАНТИЯ Гарантийный срок 12 месяцев с начала эксплуатации, но не более 18 месяцев с даты отгрузки. Средний срок службы термоэлектрических модулей составляет не менее 10 лет при соблюдении условий монтажа и эксплуатации. Гарантии не распространяются на изделия, вышедшие из строя из-за нарушений условий хранения, транспортировки, распаковки, сборки и эксплуатации.

 

Высокоэффективная термоэлектрическая генерация, но только на холоде

генерация крутой энергии —

В графене электроны могут эффективно концентрировать тепло и генерировать электричество.

org/Person»> Крис Ли — 1 мая 2019 г. 11:15 UTC

Идеальная кристаллическая структура графена представляет собой гексагональную сетку.

CORE-Materials / Flickr

Поскольку это Ars, я ожидаю, что многие читатели знакомы с охладителями Пельтье, которые используют то, что называется термоэлектрическим эффектом, и используют электрическую энергию для откачки тепла. В термоэлектрическом эффекте хорошо то, что он работает в обоих направлениях: разница температур может генерировать электрическую энергию. Проблема, конечно, в том, что генерировать электричество таким способом примерно так же эффективно, как подростку, убирающемуся в доме.

Но если вы выберете правильные материалы, так быть не должно. Недавние исследования показывают, что можно преобразовать тепловую энергию в электрическую с эффективностью в диапазоне 15-20 процентов. Если на самом деле сможет реализовать , это будет поистине невероятный прогресс.

Повышение эффективности

Что делает термоэлектрическое преобразование таким неэффективным? Это сводится к тому, как тепло и электричество перемещаются через материал. Тепло передается через материал двумя различными способами. Один путь — через колебания атомов — по сути, тепло переносится звуковыми волнами, называемыми фононами. Но электроны также могут переносить тепло. В изоляторе электроны не путешествуют очень далеко, поэтому тепло переносится только фононами. Однако в электрическом проводнике теплообмен, скорее всего, будет осуществляться за счет движения электронов.

Электроны переносят энергию на некоторое расстояние, затем отскакивают от атома, передавая энергию фононам. Обратное также происходит, поэтому энергия течет туда и обратно между фононами и электронами. Этот процесс происходит невероятно быстро, что приводит к быстрому перемещению тепловой энергии через электропроводящие материалы.

Это плохо для эффективного термоэлектрического преобразования, потому что вам нужна отличная электропроводность и плохая теплопроводность, чтобы тепло приводило в движение электроны. Однако связь между теплопроводностью электронов и электропроводностью материала в большинстве случаев является фиксированной. Это оставляет исследователям очень мало возможностей для оптимизации или улучшения термоэлектрической генерации.

Электроны, игнорирующие атомы

Есть исключение. Важным шагом является не то, что электроны несут тепловую энергию, а то, что они возвращают ее фононам. Но в некоторых материалах электроны не очень часто сталкиваются с атомами, поэтому передача энергии от электронов к фононам неэффективна. Более того, электроны часто сталкиваются друг с другом. Эта комбинация может привести к чистому потоку заряда в одном направлении (электрический ток), в то время как теплопередача уменьшается из-за столкновений между электронами. Одним из материалов, отвечающих этому критерию, является графен.

Рекламное объявление

Группа исследователей рассчитала, как это будет работать для соединения двух кусочков графена. В первом расчете исследователи использовали условия разомкнутой цепи, чтобы ток не протекал. Это показывает, что доля тепловой мощности, поглощаемой электронами вблизи перехода, увеличивается по мере увеличения поступающей мощности. По сути, электроны фокусируют тепло на стыке, но не передают энергию фононам. Это приводит к очень резкому температурному градиенту между краями графеновых битов и соединением.

Чтобы проверить, действительно ли это связано с неэффективной передачей энергии фононам, исследователи изменили свою модель, добавив дополнительную передачу энергии фононам. При этом градиент температуры уменьшается, и эффект фокусировки вообще отсутствует (на самом деле наоборот — тепло распространяется).

Извлечение энергии

Сохраняется ли это, когда электронам позволяют проводить ток и извлекается энергия? Ответ — да, похоже. Как только цепь замыкается резистором, исследователи показывают, что даже с учетом остаточного фононного теплопереноса около 15 процентов входящего теплового излучения выводится в виде электрической энергии.

Итак, насколько реально прямое преобразование тепловой энергии в электрическую? Ну, во-первых, это расчеты. Эксперименты еще предстоит провести. И есть несколько «подводных камней!» в бумаге. Например, максимальная эффективность соответствовала интенсивности теплового излучения около 200 Вт/см ² . Для сравнения, интенсивность излучения нагревательной лампы с температурой нити накала около 2700ºC удовлетворяет этому требованию (на расстоянии 60 см). Это кажется трудным для достижения в типичном использовании.

Проблема с материалами. Здесь исследователи использовали графен для своих расчетов. Это, безусловно, лучший материал, доступный для этого типа устройств. Но для получения высокого КПД нужно охладить решетку графена до -223ºC, иначе фононы начнут передавать много тепла. Так что, если не появятся новые материалы, высокоэффективная термоэлектрическая генерация электроэнергии будет ограничена двумя вещами: очень крутым набором лабораторных экспериментов и, возможно, генерацией энергии для космических приборов.

Я все же хочу меньше моделирования и больше экспериментальных результатов.

Physical Review Letters , 2019, DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.166802 (о DOI)

Для чего ДЕЙСТВИТЕЛЬНО подходит термоэлектрический холодильник…

Сказки… вечные двигатели… Не все сказки — вечные двигатели, но все вечные двигатели — безусловно сказки. Однако прежде чем я перейду к особенностям термоэлектрических охладителей, представляется уместным подготовить почву для этой конкретной категории сказок.

Есть два классических типа вечных двигателей «машин», названных (не очень творчески) «машинами типа 1» и «типа 2» (или столь же творчески машинами «1-го рода» и «2-го рода»). Машины типа 1, скорее всего, вам сразу знакомы. Они нарушают Первый закон термодинамики , который гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую. Как правило, машины типа 1 включают в себя какой-то вращающийся механизм, который благодаря явно продуманной конструкции всегда создает крутящий момент в постоянном направлении (или, возможно, в переменном направлении, но со средним преимуществом в одном направлении). В отсутствие трения (или нагрузки) они будут двигаться вечно без добавления энергии. Машины типа 1 настолько легко найти, что Патентное ведомство США не будет принимать заявки на машины этого типа без работающей модели. В тех редких случаях, когда он есть, «хитрость» всегда заключается в том, чтобы где-то спрятать небольшой источник энергии, и работа патентного инспектора состоит в том, чтобы быть умнее изобретателя и найти его! Самые вопиющие примеры машин типа 1 — это когда изобретатель фактически утверждает, что управляет грузом, хотя для машины нет источника энергии. Более хитрые примеры не скрывают того факта, что у них есть источник энергии, они просто заявляют, что выдают больше энергии, чем потребляют. Например, несколько лет назад меня попросили оценить «генератор свободной энергии с нулевым зацеплением». которая утверждала, что выдает больше электроэнергии, чем потребляет приводная ветряная турбина. (В данном случае я полагаю, что изобретатель не вводил в заблуждение намеренно, но он совершенно не знал, как измерять электрическую мощность!)

Машины Типа 2 более тонкие. Они нарушают Второй закон термодинамики , который гласит, что энтропия не может быть уменьшена (в закрытой системе). Энтропию сложно понять, не говоря уже о ее количественном выражении, но очень часто ее можно свести к простому наблюдению, что тепло никогда не может пассивно перетекать из более холодного места в более горячее. Если кажется, что это происходит, вы либо упустили что-то важное, либо у вас есть настоящий вечный двигатель типа 2. Я вспоминаю (смущенно) экзамен по моему первому курсу термодинамики для студентов. Нас попросили оценить любопытную (и подозрительно звучащую) вещь под названием «вихревая трубка». В вихревой трубе сжатый воздух подается в основание Т-образной трубы, и, что удивительно, из одной ветви Т выходит холодный воздух, а из другой ветви Т выходит горячий. понимать, что это означало, что некоторая энергия каким-то образом двигалась «в гору» от температуры входящего потока к более горячей выходной ветви. Постановка задачи была очень конкретной и включала в себя массовый расход, температуру и давление, поэтому я приступил к расчетам, показавшим, что даже при отсутствии чистого создавалась энергия , чистая энтропия вытекающих воздушных потоков была меньше энтропии входящего воздушного потока, что доказывало ее невозможность. Оказывается, вихревые трубы существуют! Я допустил ошибку в расчетах, хотя профессор был достаточно великодушен, чтобы предоставить мне частичную оценку, по крайней мере, за то, что я думал о поиске нарушения 2-го закона. Я хочу сказать, что 2-й закон необходимо учитывать всякий раз, когда вы пытаетесь «перекачать» энергию из холодного места в более горячее.

Введите Термоэлектрические охладители (или ТЭО) . Это умные маленькие гаджеты, использующие хорошо зарекомендовавший себя эффект Пельтье. Это что-то вроде обратных термопар. Вы наверняка где-то сами их видели в виде пивного кулера или чего-то подобного. Очевидно, они работают (и были запатентованы). Одна из самых крутых вещей в них заключается в том, что они не имеют движущихся частей и могут быть абсолютно бесшумными. Вы подаете электричество на клеммы устройства, и одна «сторона» гаджета становится холодной («внутри» в случае холодильника на колесах), в то время как другая сторона (или снаружи) одновременно нагревается. Очевидно, что если температура окружающей среды находится где-то посередине между этими двумя экстремальными температурами, тепло обязательно будет выходить из горячей стороны в окружающую среду, а тепло из окружающей среды (или того, к чему оно прикасается, например свое пиво). Если вы обратите внимание, то сделаете два вывода: 1) это может быть действительно умный способ охлаждения электроники без использования вентиляторов или жидких хладагентов; и 2) если это не нарушает 2-й закон, то есть какой-то важный момент, который мы еще не удосужились рассмотреть (и он может нас укусить в конце концов).

Вот эта штука: она называется эффективностью Карно тепловой машины. При применении он дает вам быструю оценку, основанную на задействованных температурах, количества дополнительного тепла, которое вам придется добавить в систему охлаждения, чтобы переместить часть этого тепла из более холодного места в более горячее место. (На самом деле это то, что позволяет не нарушать 2-й закон). Ради аргумента может оказаться, что для того, чтобы вывести 1 Вт из перехода, вам нужно добавить дополнительный 1 Вт, а это означает, что ваш конечный радиатор должен отвести в окружающую среду 2 Вт вместо исходного 1 Вт. дополнительная энергия пришла? Через эти милые, тихие электрические терминалы. Приложенные вольты, умноженные на подаваемые амперы, равняются дополнительной энергии, которой раньше не было.

Да, вот в чем загвоздка! Конечно, можно создать миниатюрный охладитель Пельтье и понизить температуру перехода (T _j , «внутри» электронного компонента) до чего-то более холодного, чем окружающая среда, или даже — не будем жадничать — просто сделать ее ниже это было без кулера! Проблема в том, что когда вы включаете кулер, вы будете добавлять энергию к общей системе, чтобы получить этот более низкий T _j . С точки зрения термального аналитика макромасштаба это обычно неправильно, потому что чаще всего у вас уже были проблемы с отводом всего тепла из вашей системы. (Действительно, эта проблема заключается в том, почему ваш T _j был горячее, чем вы хотели для начала.) Например, сопротивление вашей печатной платы может быть в 2 раза ниже, чем было раньше (больший теплоотвод, больший вентилятор и т. д.), чтобы отвести тепло , добавленное за счет кулер для того чтобы получить нижний T _j . Но если бы вы могли это сделать, то вы должны были бы просто сделать это — другими словами, без добавления кулера — и вы бы все равно опустили свой T _j кучу!

Теперь я могу вспомнить пару ситуаций, когда TEC может быть отличным выбором, но вы должны быть очень уверены в своих расчетах. Во-первых, когда у вас очень маленькая локализованная концентрация тепла, и вы можете позволить себе понизить температуру этого места за счет небольшого нагрева всего остального вокруг него. Во-вторых, когда вам действительно нужно контролировать температуру определенного устройства в электронной системе, например, датчика изображения (где так называемый «темновой ток» является серьезной проблемой и быстро растет с температурой).