Основы электроакустики

Термоэлектрический метод охлаждения позволяет осуществить понижение температуры в малом объёме при незначительных габаритах и массе всего устройства. Этот метод применяется и для отвода тепла для полупроводниковых приборов. Явление термоэлектрического охлаждения основывается на эффекте Пельтье (при протекании тока по замкнутой цепи через границу 2х металлов, на границе возникает разность температур). П – коэффициент Пельтье, I – протекающий ток, t – время. В зависимости от того, как приложено напряжение, можно получить либо холодные, либо горячие области. Перепад температур может достигать до 45..50°С.

В качестве полупроводниковых термоэлементов применяют сплавы свинца и теллура, теллура и сурьмы, окислы металлов и чистые химические элементы, германий, кремний, селен и их соединения. В настоящее время термоэлектрическое охлаждение применяется в бытовых холодильниках и автономных кондиционерах.

В последние годы такие модули, работа которых основана на эффекте Пельтье, стали активно использовать для охлаждения разнообразных электронных компонентов компьютеров. В частности, их стали применять для охлаждения высокопроизводительных процессоров с высоким уровнем теплообразования.

Благодаря своим тепловым и эксплуатационным свойствам устройства, созданные на основе термоэлектрических модулей (модулей Пельтье), позволяют достичь необходимого уровня охлаждения компьютерных элементов без особых технических трудностей и финансовых затрат. В качестве кулеров электронных компонентов такие средства чрезвычайно перспективны: они компактны, удобны, надежны и обладают очень высокой эффективностью.

Особенно большой интерес полупроводниковые кулеры представляют в качестве средств, обеспечивающих интенсивное охлаждение в компьютерных системах, элементы которых установлены и эксплуатируются в жестких форсированных режимах. Использование таких режимов разгона (overclocking) часто обеспечивает значительный прирост производительности электронных компонентов, а следовательно, и всей системы. Однако работа в подобных режимах сопровождается значительным тепловыделением и нередко находится на пределе возможностей компьютерных архитектур и микроэлектронных технологий.

Необходимо отметить, что высоким тепловыделением сопровождается работа не только процессоров, но и современных высокопроизводительных видеоадаптеров, а в некоторых случаях и модулей памяти. Эти мощные элементы требуют для корректной работы интенсивного охлаждения даже в штатных режимах и тем более в режимах разгона.

Необходимо отметить, что коэффициент Пельтье существенно зависит от температуры. Некоторые значения коэффициента Пельтье для различных пар металлов представлены в таблице. Значения коэффициента Пельтье для различных пар металлов

Особенности эксплуатации Полупроводниковые термоэлектрические модули Пельтье, применяемые в средствах охлаждения электронных элементов, отличаются сравнительно высокой надежностью. В отличие от холодильников, созданных по традиционной технологии, они не имеют движущихся частей. Как отмечалось выше, для увеличения эффективности допускается каскадное включение модулей Пельтье, что позволяет довести температуру корпусов электронных элементов до отрицательных значений даже при значительной мощности рассеяния.

Однако, кроме очевидных преимуществ, модули Пельтье обладают и рядом специфических свойств, которые необходимо учитывать при их использовании в составе охлаждающих средств. Ниже мы рассмотрим важнейшие особенности эксплуатации этих модулей.

В случае выхода из строя модуль Пельтье изолирует охлаждаемый элемент от радиатора кулера. Это очень быстро приводит к нарушению теплового режима защищаемого элемента и его перегреву. Поэтому целесообразно использовать качественные модули от известных производителей. Такие модули обладают высокой надежностью, ресурс их работы нередко превышает 1 млн ч.

Источник

Термоэлектрическое охлажение-принцип работы

Начнем с грубейшей ошибки, которая из года в год копируется новоиспеченными продавцами кулеров для воды.

НЕ БЫВАЕТ ЭЛЕКТРОННОГО ТИПА ОХЛАЖДЕНИЯ, БЫВАЕТ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ

Термоэлектрическое охлаждение- принцип работы.

Если кто-то, когда-то назвал термоэлектрическое охлаждение электронным, то это было не только по глупости, но и по тупости. ДА, охлаждение управляется электронной схемой, но это не значит, что телевизор, который тоже весь насквозь состоит из электроники, тоже может что-то охлаждать. Скорее наоборот: любая электронная схема выделяет тепло, но не выделяет холод.

Принцип термоэлектрического охлаждения достаточно сложен для подробного объяснения, поэтому мы упростим описание всего процесса. Итак, в кулерах для воды или пурифайерах или автомобильных холодильниках, оснащенных термоэлектрическим охлаждением имеется три активных компонента:

Плюсы термоэлектрического охлаждения:
Дешево и сердито, низкий вес всего аппарата, менее шумное, но тоже жужжит вентилятор, практически нет вибрации при исправном вентиляторе.

Минусы термоэлектрического охлаждения:
Срок жизни обычно не более 3-5 лет, после чего либо пластина «умирает», либо клинит вентилятор, либо «умирает»плата управления. Малая мощность производимого холода, если это вода- то кое-как 1 литр в час при идеальных условиях, если сливать больше 3х литров воды в сутки, срок жизни пластины Пельтье сокращается очень быстро.

Нельзя ставить в пыльных, влажных помещениях, в помещениях с повышенной температурой.

Очень медленно охлаждает, если внешняя температура высокая (летом). Дорогое удовольствие в ремонте, если «вылетают» все три компонента, дешевле купить новый аппарат.

Вывод: подобные аппараты можно ставить там, где малое потребление холодной воды: дом, небольшой офис и тд.

Источник

Термоэлектрический эффект и охлаждение

В последнее время применение термоэлектрических холодильников по сравнению с другими типами холодильных машин значительно возрастает. Поэтому в настоящее время наиболее рациональным решением является использование термоэлектрического охлаждения для холодильников бытового назначения, в охладителях пищевых жидкостей, а также кондиционерах воздуха.

Термоэлектрический модуль Пельтье

Кроме этого, термоэлектрическое охлаждение также активно используется в химии, биологии и медицине.

Термоэлектрический эффект

Эффект возникновения термоЭДС широко известен в спаянных проводниках, контактах (эффект Зеебека). Когда через цепь двух разнородных материалов пропустят постоянный электрический ток тогда один из сплавов начнет резко нагреваться, а второй будет подвергаться охлаждению. Это явление называется термоэлектрический эффект или эффект Пельтье.

Основная схема термоэлемента

На территории нашей страны академик Иоффе А.Ф со своими учениками провел достаточно важные исследования. Все исследования были связаны с разработкой теории термоэлектрического охлаждения. В дальнейшем на базе этих исследований была испытана и сконструирована серия охлаждающих устройств.

В результате проведенных исследований стало ясно, что энергетическая эффективность термоэлектрических холодильных машин значительно ниже эффективности других типов холодильных машин. Главным преимуществом считается то, что простота и надежность делают использование термоэлектрического охлаждения достаточно перспективным.

Эффективность применения термоэлектрического охлаждения

Выбор материала для элементов

Экономичность используемого термоэлемента, а также максимальное снижение температуры на спаях будет зависеть от эффективности полупроводникового вещества. В него будет входить:

Эти величины будут надежно связаны между собой, так как зависят от концентрации свободных электронов или дырок.

Эффективность металлов и металлических сплавов будет небольшой. Это связано с достаточно низким коэффициентом термоЭДС, а в диэлектриках из-за малой электропроводимости. По сравнению с металлами эффективность полупроводников будет значительно выше. Этим и объясняется их достаточно широкое применение в различных термоэлементах. Эффективность материалов также будет зависеть от температуры.

Любой термоэлемент состоит из двух ветвей:

Материал с электронной проницаемостью имеет термоЭДС с отрицательным знаком, а материал с дырочной проводимостью с положительным, то в этом случае можно получить достаточно большое значение термоЭДС.

Качественные зависимости термоЭДС, электропроводности и теплопроводности от концентрации носителей

Для термоэлементов на сегодняшний день могут использовать низкотемпературные термоэлектрические материалы. Их исходным веществом будет являться висмут, сурьма, селен или теллур. Полупроводниковые ветви на сегодняшний день могут изготавливать тремя различными методами:

Наиболее распространенным считают метод порошковой металлургии с холодным или горячим прессованием. В термоэлектрических охлаждающих устройствах применяют термоэлементы, у которых отрицательная ветвь изготовлена путем горячего прессования, а положительная методом холодного прессования.

Механическая прочность различных термоэлементов является незначительной. Предел прочности при сжатии составляет 44.6-49.8 Мпа. Чтобы повысить прочность специалисты устанавливают демпфирующую свинцовую пластину между коммутационной пластиной и полупроводниковой ветвью.

Сравнение термоэлектрических охлаждающих устройств с другими способами охлаждения

Если рассмотреть термоэлектрические охлаждающие устройства более детально, тогда можно заметить, что они обладают массой значительных достоинств. Сейчас в системах кондиционирования воздуха используют теплоиспользующие или паровые холодильные машины. В холодное время помещения обогревают электрическими или паровыми водонагревателями. Соответственно можно сказать, что применяют раздельные источники теплоты и холода.

При использовании термоэлектрических устройств можно обогревать помещение в холодное время и охлаждать его в зимнее время. Изменять выбранный режим можно с помощью реверса электрического тока. К дополнительным преимуществам подобных устройств можно отнести:

Если изучить статистические данные тогда можно сделать вывод о том, что при одинаковой холодопроизводительности масса термоэлектрической холодильной установки будет меньше в 1.8 раза.

Сравнение цикла Лоренса

Термоэлектрические холодильные машины имеют объем, который в 4 раза меньше, чем хладоновые холодильные машины. Главный недостаток подобных систем заключается в повышенной стоимости. Она связана с тем, что полупроводниковые материалы имеют достаточно высокую стоимость.

Перспективы использования

Многие специалисты утверждают, что подобные устройства также можно использовать в качестве «интенсификатора теплопередачи». Если необходимо из небольшого пространства отвести теплоту в окружающую среду, а поверхность теплового контакта ограничена тогда располагаемые термоэлектрические батареи могут интенсифицировать процесс теплопередачи.

Важным обстоятельством, определяющим область, в которой термоэлектрические холодильные машины способны конкурировать с другими типами холодильных машин состоит в том, что уменьшение холодопроизводительности ведет к снижению из холодильного коэффициента. Для термоэлектрической холодильной машины это правило не соблюдается и ее эффективность не будет зависеть от холодопроизводительности.

Широкое внедрение термоэлектрического охлаждения будет зависеть от прогресса в создании совершенных полупроводниковых материалов, а также от серийного производства эффективных в экономическом отношении термобатарей.

Источник

Термоэлектрический эффект и охлаждение, эффект Пельтье

Экономическая эффективность применения термоэлектрических холодильников по сравнению с другими типами холодильных машин возрастает тем больше, чем меньше величина охлаждаемого объема. Поэтому наиболее рационально в настоящее время использование термоэлектрического охлаждения для холодильников бытового назначения, в охладителях пищевых жидкостей, кондиционерах воздуха, кроме того, термоэлектрическое охлаждение успешно используется в химии, биологии и медицине, метрологии, а также в торговом холоде (поддержание температуры в холодильных камерах), холодильном транспорте (рефрижераторы), и др. областях

Термоэлектрический эффект

В технике широко известен эффект возникновения термоЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой — охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье.

Рис. 1. Схема термоэлемента

На рис. 1 показана схема термоэлемента. Два полупроводника n и m составляют контур, по которому проходит постоянный ток от источника питания С, при этом температура холодных спаев X становится ниже, а температура горячих спаев Г становится выше температуры окружающей среды, т. е. термоэлемент начинает выполнять функции холодильной машины.

Температура спая снижается вследствие того, что под воздействием электрического поля электроны, двигаясь из одной ветви термоэлемента (m) в другую (n), переходят в новое состояние с более высокой энергией. Энергия электронов повышается за счет кинетической энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их сопряжений, в результате чего этот спай (X) охлаждается.

При переходе с более высокого энергетического уровня (ветвь п) на низкий энергетический уровень (ветвь т) электроны отдают часть своей энергии атомам спая Г термоэлемента, который начинает нагреваться.

В нашей стране в конце 1940-х и начале 1950-х годов академиком А. Ф. Иоффе и его учениками были проведены очень важные исследования, связанные с разработкой теории термоэлектрического охлаждения. На базе этих исследований была впервые сконструирована и испытана серия охлаждающих устройств.

Энергетическая эффективность термоэлектрических холодильных машин значительно ниже эффективности других типов холодильных машин, однако простота, надежность и отсутствие шума делают использование термоэлектрического охлаждения весьма перспективным.

Эффективность применения термоэлектрического охлаждения

Выбор материала для элементов

Экономичность термоэлемента, а также максимальное снижение температуры на спаях зависят от эффективности (добротности) полупроводникового вещества z, в которую входят удельная электропроводность σ, коэффициент термоЭДС α и удельная теплопроводность κ. Эти величины взаимосвязаны, так как зависят от концентрации свободных электронов или дырок. Такая зависимость представлена на рис. 2.

Из рисунка видно, что электропроводность σ пропорциональна числу носителей n, термоЭДС стремится к нулю с увеличением n и возрастает при уменьшении n. Теплопроводность к состоит из двух частей: теплопроводности кристаллической решетки κp, которая практически не зависит от n, и электронной теплопроводности κэ, пропорциональной n.

Эффективность металлов и металлических сплавов мала из-за низкого коэффициента термоЭДС, а в диэлектриках — из-за очень малой электропроводимости. По сравнению с металлами и диэлектриками эффективность полупроводников значительно выше, чем и объясняется их широкое применение в настоящее время в термоэлементах. Эффективность материалов также зависит от температуры.

Термоэлемент состоит из двух ветвей: отрицательной (n-тип) и положительной (р-тип). Так как материал с электронной проницаемостью имеет термоЭДС с отрицательным знаком, а материал с дырочной проводимостью — с положительным, то можно получить большее значение термоЭДС.

Рис. 2. Качественные зависимости термоЭДС, электропроводности и теплопроводности от концентрации носителей

При увеличении термоЭДС растет z.

Для термоэлементов в настоящее время применяют низкотемпературные термоэлектрические материалы, исходными веществами которых являются висмут, сурьма, селен и теллур. Максимальная эффективность z для этих материалов при комнатных температурах составляет: 2,6·10-3 °С-1 для n-типа, 2,6·10-1 °С-1 — для р-типа.

В настоящее время Bi2Te3 применяют редко, поскольку созданные на его основе твердые растворы Bi2Te3-Be2Se3 и Bi2Te3-Sb2Te3 имеют более высокие значения z. Эти материалы впервые были получены и исследованы в нашей стране, и на их основе освоен выпуск сплавов ТВЭХ-1 и ТВЭХ-2 для ветвей с электронной проводимостью и ТВДХ-1 и ТВДХ-2 — для ветвей с дырочной проводимостью [1].

Твердые растворы Bi-Se применяют в области температур ниже 250 К. Максимального значения z = 6·10-3 °С-1 достигает при Т≈80÷90 К. Интересно отметить, что эффективность этого сплава значительно повышается в магнитном поле.

Полупроводниковые ветви в настоящее время изготавливают тремя методами: методом порошковой металлургии, литьем с направленной кристаллизацией и вытягиванием из расплава. Метод порошковой металлургии с холодным или горячим прессованием образцов наиболее распространен.

В термоэлектрических охлаждающих устройствах применяют, как правило, термоэлементы, у которых отрицательная ветвь изготовлена методом горячего прессования, а положительная — методом холодного прессования.

Рис. 3. Схема термоэлемента

Механическая прочность термоэлементов незначительна. Так, у образцов сплава Bi2Te3-Sb2Te3, изготовленных методом горячего или холодного прессования, предел прочности при сжатии составляет 44,6–49,8 МПа.

Для повышения прочности термоэлемента между коммутационной пластиной 1 (рис. 3) и полупроводниковой ветвью 6 ставится демпфирующая свинцовая пластина 3; кроме того, применяют легкоплавкие припои 2, 4 и припой SiSb 5. Испытания показывают, что термоэлектрические устройства имеют виброударную стойкость до 20g, термоэлектрические охладители малой холодопроизводительности — до 250g.

Сравнение термоэлектрических охлаждающих устройств с другими способами охлаждения

Термоэлектрические охлаждающие устройства имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами холодильных машин. В настоящее время в системах кондиционирования воздуха на судах применяют теплоиспользующие или паровые холодильные машины. В холодное время года судовые помещения обогревают электро-, паро- или водонагревателями, т. е. применяют раздельные источники теплоты и холода.

При помощи термоэлектрических устройств в теплое время года можно охлаждать помещения, а в холодное — обогревать. Режим обогрева изменяют на режим охлаждения путем реверса электрического тока.

Кроме того, к преимуществам термоэлектрических устройств следует отнести: полное отсутствие шума при работе, надежность, отсутствие рабочего вещества и масла, меньшие массу и габаритные размеры при той же холодопроизводительности.

Сравнительные данные по хладоновым машинам для провизионных камер на судах показывают, что при одинаковой холодопроизводительности масса термоэлектрической холодильной машины в 1,7–1,8 раза меньше.

Термоэлектрические холодильные машины для систем кондиционирования воздуха имеют объем приблизительно в четыре, а массу в три раза меньше, чем хладоновые холодильные машины.

Рис. 4. Цикл Лоренца

К недостаткам термоохлаждающих устройств следует отнести их низкую экономичность и повышенную стоимость.

Экономичность термоэлектрических холодильных машин по сравнению с паровыми приблизительно на 20-50% ниже [1]. Высокая стоимость термоохлаждающих устройств связана с высокими ценами на полупроводниковые материалы.

Однако существуют области, где уже теперь они способны конкурировать с другими типами холодильных машин. Например, начали применять термоэлектрические устройства для охлаждения газов и жидкостей. Примерами устройств этого класса могут служить охладители питьевой воды, воздушные кондиционеры, охладители реактивов в химическом производстве и др.

Для таких холодильных машин образцовым циклом будет треугольный цикл Лоренца (см. рис. 4). Приближение к образцовому циклу достигается простым путем, так как для этого требуется только видоизменить электрическую схему коммутации, что не вызывает конструктивных трудностей. Это позволяет существенно, в некоторых случаях более чем вдвое, повысить эффективность термоэлектрических холодильных машин. Для реализации этого принципа в паровой холодильной машине пришлось бы применять сложную схему многоступенчатого сжатия.

Весьма перспективным может быть использование термоэлектрических устройств в качестве «интенсификатора теплопередачи». В тех случаях, когда из какого-либо небольшого пространства необходимо отвести теплоту в окружающую среду, а поверхность теплового контакта ограничена, располагаемые на поверхности термоэлектрические батареи могут значительно интенсифицировать процесс теплопередачи.

Как показывают исследования [2], сравнительно небольшой расход электроэнергии способен существенно увеличить удельный тепловой поток. Можно интенсифицировать теплопередачу и без затраты электроэнергии. В этом случае необходимо замкнуть термобатарею.

Наличие разности температур приведет к появлению термоЭДС Зеебека, которая и обеспечит питание термоэлектрической батареи. С помощью термоэлектрических устройств можно изолировать одну из теплообменивающихся сред, т. е. использовать ее в качестве совершенной тепловой изоляции.

Важное обстоятельство, также определяющее область, в которой термоэлектрические холодильные машины способны конкурировать с другими типами холодильных машин даже по энергетической эффективности, состоит в том, что уменьшение холодопроизводительности, например, паровых холодильных машин ведет к снижению их холодильного коэффициента.

Для термоэлектрической холодильной машины это правило не соблюдается, и ее эффективность практически не зависит от холодопроизводительности. Уже в настоящее время для температур Тх = 0°С и Тк = 26°С и производительности несколько десятков ватт энергетическая эффективность термоэлектрической машины близка к эффективности паровой холодильной машины.

Широкое внедрение термоэлектрического охлаждения будет зависеть от прогресса в создании совершенных полупроводниковых материалов, а также от серийного производства эффективных в экономическом отношении термобатарей.

1. Цветков Ю. Н., Аксенов С. С., Шульман В. М. Судовые термоэлектрические охлаждающие устройства.— Л.: Судостроение, 1972.— 191 с.

2. Мартыновский В. С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов.— М.: Энергия, 1979.— 285 с.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Принцип работы

Термоэлектрические охладители работают по эффекту Пельтье (одно из трех явлений, составляющих термоэлектрический эффект). Устройство имеет две стороны, и когда через устройство протекает электрический ток постоянного тока, он переносит тепло с одной стороны на другую, так что одна сторона становится холоднее, а другая нагревается. «Горячая» сторона прикреплена к радиатору, чтобы он оставался при температуре окружающей среды, в то время как холодная сторона опускалась ниже комнатной температуры. В специальных приложениях несколько охладителей можно соединить каскадом для снижения температуры, но общая эффективность (COP) значительно снизится. Максимальный COP любого холодильного цикла в конечном итоге ограничивается разницей между желаемой (холодная сторона) и окружающей (горячая сторона) температурой (температурой радиатора). Чем выше разница температур (дельта), тем ниже максимальный теоретический коэффициент COP.

Строительство

Дизайн

Материалы

Требования к термоэлектрическим материалам:

Идентификация и характеристики

Подавляющее большинство термоэлектрических охладителей имеют идентификационный номер, напечатанный на охлаждаемой стороне.

Эти универсальные идентификаторы четко указывают размер, количество каскадов, количество пар и номинальный ток в амперах, как показано на диаграмме рядом.

Очень распространенный Tec1-12706, квадрат размером 40 мм и высотой 3–4 мм, продается за несколько долларов и продается как способный двигаться около 60 Вт или генерировать разницу температур 60 ° C при токе 6 А. Их электрическое сопротивление будет составлять 1-2 Ом.

Сильные и слабые стороны

Есть много факторов, побуждающих к дальнейшим исследованиям в области TEC, включая более низкие выбросы углерода и простоту производства. Однако возник ряд проблем.

Преимущества

Существенным преимуществом систем ТЕС является отсутствие движущихся частей. Отсутствие механического износа и сокращение случаев отказов из-за усталости и разрушения из-за механической вибрации и напряжения увеличивает срок службы системы и снижает требования к техническому обслуживанию. Современные технологии показывают, что средняя наработка на отказ (MTBF) превышает 100 000 часов при температуре окружающей среды.

Тот факт, что системы ТЕС регулируются по току, дает еще один ряд преимуществ. Поскольку поток тепла прямо пропорционален приложенному постоянному току, тепло можно добавлять или удалять с точным контролем направления и величины электрического тока. В отличие от методов, использующих резистивный нагрев или методы охлаждения с использованием газов, TEC позволяет в равной степени контролировать поток тепла (как внутри, так и из контролируемой системы). Благодаря такому точному двунаправленному регулированию теплового потока, температуры контролируемых систем могут быть точными до долей градуса, часто достигая точности в милликельвинах (мК) в лабораторных условиях. Устройства TEC также имеют более гибкую форму, чем их более традиционные аналоги. Их можно использовать в помещениях с меньшим пространством или в более суровых условиях, чем обычный холодильник. Возможность настройки их геометрии позволяет обеспечить точное охлаждение на очень небольших площадях. Эти факторы делают их обычным выбором в научных и инженерных приложениях с высокими требованиями, когда стоимость и абсолютная энергоэффективность не являются первоочередными задачами.

Недостатки

Системы ТЕС имеют ряд заметных недостатков. Прежде всего, это их ограниченная энергоэффективность по сравнению с обычными парокомпрессионными системами и ограничения на общий тепловой поток (тепловой поток), который они могут генерировать на единицу площади. Эта тема дополнительно обсуждается в разделе производительности ниже.

Представление

Количество тепла, которое может быть перемещено, пропорционально току и времени.

В результате эффективно перемещаемое тепло уменьшается по мере увеличения разницы температур, и модуль становится менее эффективным. Разница температур возникает, когда отходящее тепло и тепло, возвращающееся назад, преодолевают перемещаемое тепло, и модуль начинает нагревать холодную сторону вместо того, чтобы охладить ее дальше. Одноступенчатый термоэлектрический охладитель обычно обеспечивает максимальную разницу температур 70 ° C между его горячей и холодной сторонами.

В холодильной технике термоэлектрические соединения имеют примерно 1/4 КПД (COP) по сравнению с обычными (парокомпрессионное охлаждение) средствами: они предлагают примерно 10–15% эффективности идеального холодильника с циклом Карно по сравнению с 40–60%, достигаемыми обычными холодильниками. системы компрессионного цикла (обратные системы Ренкина с использованием сжатия / расширения). Из-за этой более низкой эффективности термоэлектрическое охлаждение обычно используется только в средах, где твердотельный характер (отсутствие движущихся частей ), низкие эксплуатационные расходы, компактный размер и нечувствительность к ориентации перевешивают чистую эффективность.

Хотя эффективность ниже, чем у обычных средств, она может быть достаточно высокой при условии

Однако, поскольку низкий ток также означает небольшое количество перемещаемого тепла, для всех практических целей коэффициент полезного действия будет низким.

Использует

Термоэлектрические охладители используются там, где требуется отвод тепла от милливатт до нескольких тысяч ватт. Они могут быть изготовлены как для небольших холодильников для напитков, так и для подводных лодок или железнодорожных вагонов. Элементы ТЕС имеют ограниченный срок службы. Их здоровье можно измерить по изменению их сопротивления переменному току (ACR). По мере износа охлаждающего элемента ACR будет увеличиваться.

Потребительские товары

Промышленные

Термоэлектрические охладители используются во многих областях промышленного производства и требуют тщательного анализа производительности, поскольку они проходят испытание на прохождение тысяч циклов, прежде чем эти промышленные продукты будут выпущены на рынок. Некоторые из приложений включают лазерное оборудование, термоэлектрические кондиционеры или охладители, промышленную электронику и телекоммуникации, автомобильную промышленность, мини-холодильники или инкубаторы, военные шкафы, IT-шкафы и многое другое.

Наука и изображения

Благодаря схеме обратной связи элементы Пельтье могут использоваться для реализации высокостабильных регуляторов температуры, которые поддерживают заданную температуру в пределах ± 0,01 ° C. Такая стабильность может использоваться в точных лазерных приложениях, чтобы избежать дрейфа длины волны лазера при изменении температуры окружающей среды.

Эффект используется в спутниках и космических кораблях для уменьшения разницы температур, вызванной прямым солнечным светом на одной стороне корабля, путем рассеивания тепла по холодной затененной стороне, где оно рассеивается в виде теплового излучения в космос. С 1961 года некоторые беспилотные космические аппараты (включая марсоход Curiosity) используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи), которые преобразуют тепловую энергию в электрическую с помощью эффекта Зеебека. Устройства могут прослужить несколько десятилетий, так как они работают за счет распада высокоэнергетических радиоактивных материалов.

В волоконно-оптических приложениях, где длина волны лазера или компонента сильно зависит от температуры, охладители Пельтье используются вместе с термистором в контуре обратной связи для поддержания постоянной температуры и, таким образом, стабилизации длины волны устройства.

Некоторое электронное оборудование, предназначенное для использования в полевых условиях в военных целях, имеет термоэлектрическое охлаждение.

Источник