Garag76.ru

Авто Тюнинг
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как устроены и работают термоэлектрические холодильники, их достоинства и недостатки

Как устроены и работают термоэлектрические холодильники, их достоинства и недостатки

Термоэлектрический холодильник — охлаждающий прибор, работающий на принципе поглощения тепла в контакте разнородных материалов при прохождении через него тока определенного направления.

Термоэлектрическое охлаждение — понижение (повышение) температур в электрической цепи на основе эффекта Пельтье.

Современный переносной термоэлектрический холодильник

Достоинства термоэлектрических холодильников :

отсутствие движущихся частей и изнашивающихся деталей;

отстувие веществ, вызывающих коррозию;

практически неогранич енный срок службы;

невысокая стоимость при массовом производстве;

небольшие вес и габариты.

Недостаток термоэлектрических холодильников : необходимость непрерывного электропитания (отключение его приводит к быстрому повышению темп ерату ры в рабочем объеме).

Термоэлектрический модуль для охлаждения

При приложении постоянной разности потенциалов к цепи, состоящей из двух проводников, имеющих разную зонную структуру, в местах контактов выделяется или поглощается (в зависимости от направления тока) некоторое количество тепла, как следствие перехода носителей заряда из одного проводника в другой, при этом они теряют часть энергии, преодолевая энергетический барьер (происходит охлаждение), либо приносят с собой добавочную потенциальную энергию (переходящую в кинетическую), «скатываясь» с барьера (происходит нагревание).

Термоэлектрическое охлаждение осуществляется с применением полупроводниковых термоэлементов. При непрерывном рассеянии тепла с горячих спаев термоэлементов на холодных их спаях будет стационарно поддерживаться пониженная температура.

С увеличением силы тока температура снижается до тех пор, пока не наступает динамическое равновесие поглощенного тепла Пельтье с потоком тепла, поступающего с горячих спаев вследствие теплопроводности веществ и за счет части тепла, выделяющегося на холодном спае.

Модуль Пельтье для холодильника

Модуль Пельтье для холодильника

Контактирующая пара для достижения наибольшего эффекта охлаждения изготавливается из полупроводников, обладающих разными знаками коэффициентов термоэдс и имеющих максимальную термоэлектрическую эффективность в рабочем интервале температур.

Виды и технические характеристики термоэлементов: Разновидности модулей Пельтье

Полупроводниковый термоэлемент — устройство, непосредственно преобразующее тепловую энергию в электрическую или осуществляющее охлаждение (нагревание). В первом случае разность температур, возникающая на спаях ветвей термоэлемента при пропускании через него теплового потока, вызывает появление в цепи термоэдс, в результате чего на внешней нагрузке выделяется полезная электрическая мощность. Во втором случае электроны и дырки, движущиеся в ветвях термоэлемента под действием приложенной постоянной разности потенциалов, переносят теплоту с одного спая на другой, вызывая, соответственно, охлаждение одного и нагрев другого спая.

Термоэлементы для термоэлектрических холодильников путем последовательного соединения объединяются в термобатарею в виде плоской плиты (при использовании полупроводников в форме прямоугольных параллелепипедов) или цилиндра (при применении полупроводниковых шайб), при этом горячие и холодные спаи оказываются разнесенными в разные стороны.

Радиаторами батареи, забирающими и отдающими тепло, служат пластины (медные, алюминиевые), которыми коммутируются термоэлементы. В других случаях применяются специльные металлические радиаторы, изолированные от термобатареи (термоблока) слюдяными пластинками, покрытыми смесью алюминиевой пудры с силиконовым лаком.

Подлежащий охлаждению предмет иногда припаивается или приклеивается непосредственно на холодный радиатор батареи.

В иных случаях для размещения объекта изготавливается термоизолированная камера в виде двух, вставленных друг в друга, металлических кожухов (из меди, алюминия), пространство между которыми заполняется теплоизоляционным материалом (обычно пенопластом). Для отбора тепла из рабочего объема холодный радиатор соединяется с внутренним кожухом.

Радиатор для термомодуля

Повышение мощности термоэлементов ограничено вредным влиянием переходных сопротивлений, а также резким возрастанием теплового напора на их спаях. Поэтому важное значение в проблеме использования термоэлементов в холодильных установках имеют вопросы рассеивания выделяемого ими тепла.

Отвод «откачанного» из объема и выделенного на батарее тепла от горячих спаев осуществляется путем естественного теплообмена с воздухом (для повышения эффективности радиатор изготавливают ребристым) или испарением циркулирующей воды.

В стационарных термоэлектрических холодильниках предпочтение отдается охлаждению проточной водой. Для отвода тепла может быть использована вторая термоэлектрическая батарея (таким каскадированием достигается более глубокое общее термоэлектрическое охлаждение).

Холодильные термоэлементы (и термобатареи) могут работать либо в режиме максимальной холодопроизводительности (основная задача — охлаждение, количество потребляемой электроэнергии не играет роли) или максимального холодильного коэффициента (т. е. наивыгоднейшего для данной разности температур соотношения между холодопроизводительностью и потребляемой электрической мощностью).

Холодопроизводительность (при заданной разности температур) прямо пропорциональна потребляемой термоэлементом или батареей термоэлементов электрической мощности.

Электрический комплект термоэлектрической системы охлаждения BH Peltier Semiconductor - BHCYD821D0809

Электрический комплект термоэлектрической системы охлаждения BH Peltier Semiconductor — BHCYD821D0809

Для питания термоэлектрических холодильников используют сильноточные источники небольшого постоянного напряжения. Меняя величину тока через термоэлектрический холодильник, можно легко регулировать температуру на рабочих спаях термобатареи. Изменением направления тока термобатарея превращается в нагреватель. Эти возможности позволили создать полупроводниковые термостаты.

Первые термоэлектрические холодильники были разработаны в 1950-х годах XX века. Они были созданы для использования в астрономии, ядерной физике, электронике, вакуумной технике, метрологии, медицине и во многих других областях науки, техники, сельского хозяйства и быта.

Термоэлектрические холодильники обладают существ енными преимуществами перед другими методами охлаждения. Охлаждение криостатными смесями, обдувом охлажденным воздухом, твердой углекислотой и т. п. технически и эксплуатационно трудно и неудобно , охлаждение водой не всегда достаточно , применение жидкого азота, дросселирование жидкой углекислоты затрудняют контроль темп ерату ры и автоматизацию.

В науке и технике, где часто необходимо охлаждение малых объемов (до нескольких литров), способ термоэлектрического охлаждения (нагревания) во многих случаях оказывается единственно пригодным.

Так, например, для определения типа проводимости образца полупроводника по знаку коэффициента термоэдс используется термозонд, на острие которого через две минуты после включения тока (20 А, 1,4 Вт) устанавливается температура -17°С. А при помощи термоэлектрических микротомов достигается охлаждение до -20° С, что позволяет получать срезы мозговой ткани толщиной 4 — 6 микрон.

Используя обратимость эффекта Пельтье, осуществляют термостабилизацию (изменение полярности приложенного напряжения превращает холодный спай в горячий) при температуре, более низкой, чем окружающая.

Термоэлектрический модуль для 40-литрового настольного холодильника LG Objet

Термоэлектрический модуль для 40-литрового настольного холодильника LG Objet (размер 55 x 55 x 4,5 мм). Режим охлаждения без обычного компрессора и хладагента. Холодильник LG Objet может снизить температуру охлаждения до 3°C, в то время как в традиционных небольших холодильниках температура ограничена до 8°C. Температуру можно контролировать с точностью до градуса, что обеспечивает лучшую сохранность продуктов.

В последнее десятилетие стали очень популярны различные переносные устройства (автохолодильники, сумки-холодильники, термобоксы), работающие с помощью термоэлектрического охлаждения. Для использования в автотранспорте и в качестве различных переносных устройств термоэлектрические холодильники наиболее экономичны, а иногда и незаменимы.

В будущем такой способ охлаждения будет широко использоваться в системах кондиционирования воздуха в помещениях, в мощных холодильных машинах, рефрежираторах и т. п.

Переностной термоэлектрический холодильник MOBICOOL Q40 на 40 литров

Переносной термоэлектрический холодильник MOBICOOL Q40 на 40 литров. Он может быть подключен к электрической сети, а также в гнездо прикуривателя автомобиля.

В отличие от термоэлектрического холодильника термоэлектрический генератор — устройство для непосредственного (безмашинного) преобразования тепловой энергии в электрическую.

При прохождении теплового потока через через термоэлемент на нем возникает разность температур, что ведет к появлению термоэдс в ветвях термогенератора, а при замыкании на внешнюю нагрузку — к выделению на ней полезной электрической мощности.

Источниками тепла могут служить специально сжигаемое топливо или тепловые отходы газов, использованных в двигателях, тепловое излучение реакторов, доменных печей, теплоцентралей и др.

Подробнее про термогенераторы и особенности их использования смотрите здесь:

Презентация по информатике на тему «Системы охлаждения ПК» (10 класс)

Системы охлаждения компьютера Пассивные Активные Система охлаждения компьютер.

Системы охлаждения компьютера Пассивные Активные Система охлаждения компьютер

1 слайд

Системы охлаждения компьютера Пассивные Активные Система охлаждения компьютера — набор средств для отвода тепла от нагревающихся в процессе работы компьютерных компонентов.

Пассивные системы охлаждения Свое название они получили из-за отсутствия движ

2 слайд

Пассивные системы охлаждения Свое название они получили из-за отсутствия движущихся механизмов и источников питания. Эффективность работы радиатора зависит от двух факторов: площади поверхности и материала изготовления. Чем больше площадь поверхности ребер радиатора – тем большее количество тепла он способен рассеять в окружающую среду. Но температуры компонентов росли, рос и радиатор, грозя заполнить собой весь внутренний объем системного блока и превратить компьютер в обогреватель. Именно в тот момент стали появляться радиаторы с волнообразной формой ребер, с многоярусными ребрами, игольчатые радиаторы и т.п. РАДИАТОР– самая распространенная пассивная система охлажде-ния, работающая на принципах теплообмена с окружающим воздухом и естественной конвекции воздушных потоков (горячий воздух поднимается, холодный — опускается).

Достоинства: экономность, надежная работа, безопасность, отсутствие шума Недо

3 слайд

Достоинства: экономность, надежная работа, безопасность, отсутствие шума Недостатки: низкая эффективность для современного оборудования В качестве материала использовали алюминий (дешевый), медные, самый эффективные из серебра, но это нерационально, т.к. повышается в несколько раз стоимость компьютера В современных компьютерах из-за высокого тепловыделения компонентов охлаждение только с помощью пассивных систем невозможно. Поэтому пассивные системы охлаждения являются неизменными спутниками активных систем и в качестве автономного кулера выступают только в наименее горячих местах.

Активные системы охлаждения Воздушные системы охлаждения Старое доброе возд

4 слайд

Активные системы охлаждения Воздушные системы охлаждения Старое доброе воздушное охлаждение до сих пор остается самым популярным способом борьбы с температурными излишками. Суть этого метода сводится к организации правильного воздушного потока — горячий воздух должен эффективно выводиться за пределы системного блока. Обычно устанавливают один или несколько вентиляторов, которые обеспечивают циркуляцию воздушного потока от передней стенки корпуса к задней.

Для повышения качества обдува можно использовать один или несколько методов:

5 слайд

Для повышения качества обдува можно использовать один или несколько методов: — увеличение количества вентиляторов; — увеличение скорости вращения крыльчатки; — установка вентиляторов большего диаметра; — увеличение количества лопастей, а также изменение их формы (т.е. замена существующих вентиляторов на более «продвинутые» модели); — разработка более эффективной схемы движения воздушных масс; — устранение препятствий на пути отвода воздуха. Очень часто эффективность работы вентилятора повышают путем добавления радиатора (пассивной системы охлаждения). Достоинства: низкая стоимость; простота в установке и обслуживании Недостатки: основной источник шума в компьютере; скромные, в сравнении с другими активными системами, показатели эффективности; небольшой потенциал для покрытия постоянно возрастающих потребностей в охлаждении

Жидкостные системы охлаждения В качестве жидкости в таких системах чаще все

6 слайд

Жидкостные системы охлаждения В качестве жидкости в таких системах чаще всего применяют дистиллированную воду с добавлением спирта (для борьбы с образованием «зелени») или антифриз. В экстремальных системах охлаждения жидкость заменяют жидким азотом. Жидкостная система охлаждения состоит из трех техни-ческих узлов – теплообменника, радиатора и помпы, соеди-ненных при помощи трубок в один замкнутый контур. Теплообменник передает тепло от греющегося элемента потоку жидкости, помпа обеспечивает циркуляцию этого самого потока, а в радиаторе происходит охлаждение жидкости. На следующем цикле процесс повторяется

Достоинства: почти бесшумная работа; высокая эффективность охлаждения, отсутс

7 слайд

Достоинства: почти бесшумная работа; высокая эффективность охлаждения, отсутствие передачи тепла от одного узла к другому (как в случае с воздушным охлаждением) Недостатки: высокая стоимость; сложность установки, большой размер системы, высокая вероятность повреждения ряда ключевых компьютерных компонентов при разгерметизации системы или выходе из строя помпы

Фреоновые Холодильная установка, испаритель которой установлен непосредственн

8 слайд

Фреоновые Холодильная установка, испаритель которой установлен непосредственно на охлаждаемый компонент. Такие системы позволяют получить отрицательные температуры на охлаждаемом компоненте при непрерывной работе, что необходимо для экстремального разгона процессоров. Недостатки: Необходимость теплоизоляции холодной части системы и борьбы с конденсатом (это общая проблема систем охлаждения работающих при температурах ниже температуры окружающей среды) Трудности охлаждения нескольких компонентов Повышенное электропотребление Сложность и дороговизна

Ватерчиллеры Системы совмещающие системы жидкостного охлаждения и фреоновые у

9 слайд

Ватерчиллеры Системы совмещающие системы жидкостного охлаждения и фреоновые установки. В таких системах антифриз, циркулирующий в системе жидкостного охлаждения, охлаждается с помощью фреоновой установки в специальном теплообменнике. Данные системы позволяют использовать отрицательные температуры, достижимые с помощью фреоновых установок для охлаждения нескольких компонентов (в обычных фреонках охлаждение нескольких компонентов затруднено). К недостаткам таких систем относится большая их сложность и стоимость, а также необходимость теплоизоляции всей системы жидкостного охлаждения.

Системы с элементами Пельтье Элемент Пельтье для охлаждения компьютерных комп

10 слайд

Системы с элементами Пельтье Элемент Пельтье для охлаждения компьютерных компонентов никогда не применяется самостоятельно из-за необходимости охлаждения его горячей поверхности. Как правило, элемент Пельтье устанавливается на охлаждаемый компонент, а другую его поверхность охлаждают с помощью другой системы охлаждения (обычно воздушной или жидкостной). Так как компонент может охлаждаться до температур ниже температуры окружающего воздуха, необходимо применять меры по борьбе с конденсатом. По сравнению с фреоновыми установками элементы Пельтье компактнее и не создают шум и вибрацию, но заметно менее эффективны

Системы открытого испарения Установки, в которых в качестве хладагента (рабоч

11 слайд

Системы открытого испарения Установки, в которых в качестве хладагента (рабочего тела) используется сухой лёд, жидкий азот или гелий, испаряющийся в специальной открытой ёмкости (стакане), установленной непосредственно на охлаждаемом элементе. Используются в основном компьютерными энтузиастами для экстремального разгона аппаратуры («оверклокинга»). Позволяют получать наиболее низкие температуры, но имеют ограниченное время работы (требуют постоянного пополнения стакана хладагентом). Системы каскадного охлаждения Две и более последовательно включенных фреоновых установок. Для получения более низких температур требуется использовать фреон с более низкой температурой кипения. В однокаскадной холодильной машине в этом случае требуется повышать рабочее давление за счет применения более мощных компрессоров. Альтернативный путь — охлаждение радиатора установки другой фреонкой (т. е. их последовательное включение), за счет чего снижается рабочее давление в системе и становится возможным применение обычных компрессоров. Каскадные системы позволяют получать гораздо более низкие температуры чем однокаскадные и, в отличие от систем открытого испарения, могут работать непрерывно. Однако, они являются и наиболее сложными в изготовлении и наладке.

Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий

Меркульев, А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2013. — № 11 (58). — С. 143-145. — URL: https://moluch.ru/archive/58/8228/ (дата обращения: 30.11.2021).

Статья содержит обзор методов охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий (ЭРИ). Приведена сравнительная характеристика различных систем охлаждения. Показаны преимущества и недостатки различных способов охлаждения.

Ключевые слова: охлаждение, ЭРИ, характеристика, система охлаждения, преимущества, недостатки.

The article provides an overview of methods to cool semiconductor products. The comparative characteristics of different cooling systems. The advantages and disadvantages of different methods of cooling.

Keywords:cooling, ERI, characterization, cooling system, advantages, disadvantages.

Одна из тенденций современной электроники — уменьшение габаритов устройств при одновременном росте требований к их производительности и надежности. Но размещение большого числа электронных модулей на малой площади приводит к интенсивному нагреву. Поэтому, чем миниатюрней электронное устройство, тем актуальнее для него проблема эффективного охлаждения [1]. Следствием этого является необходимость в развитии надежных систем отвода тепла от электронных компонентов. Существующие в настоящий момент системы охлаждения принято разделять на две основные группы: пассивные системы охлаждения; активные системы охлаждения [2, 7].

Существующие системы охлаждения

Для пассивных методов характерен естественный путь отвода тепла — конвекцией, теплопроводностью и излучением. В активных методах используется принудительный теплоотвод с применением вентиляторов, термоохладителей или омывающих жидкостей.

Самый простой способ охлаждения ЭРИ — пассивный теплоотвод с применением радиаторов. Он основан на явлениях теплопроводности материалов, естественной конвекции и теплового излучения [3]. Размеры полупроводникового кристалла слишком малы, чтобы конвекции было достаточно для его охлаждения. При закреплении корпуса ЭРИ на радиаторе многократно увеличивается площадь охлаждаемой поверхности. За счет теплопроводности тепло от корпуса микросхемы передается металлическому радиатору. Далее теплоотдача от радиатора осуществляется конвективным и лучистым теплообменом. По конструкции различают пластинчатые, ребристо-пластинчатые, игольчатые радиаторы (рис. 1). Для естественной конвекции лучшей является игольчатая конструкция.

Рис.1. Конструкция радиаторов: а- ребристый; б — игольчатый.

Более эффективное охлаждение дает принудительная конвекция, например, за счет обдува вентилятором. Принудительное воздушное охлаждение не всегда позволяет добиться требуемой рабочей температуры ЭРИ по причине низкой теплоемкости и теплопроводности газов. В условиях принудительного охлаждения роль теплового излучения мала, так как на его долю приходится около 3 % отводимого тепла. Для повышения качества обдува можно использовать один или нескольких методов: увеличение количества вентиляторов; увеличение скорости вращения крыльчатки вентилятора; установка вентиляторов большего диаметра; увеличение количества лопастей, а также изменение их формы (т. е. замена существующих вентиляторов на более «продвинутые» модели); разработка более эффективной схемы движения воздушных масс; устранение препятствий на пути отвода воздуха. К достоинствам такой системы охлаждения относят: низкую стоимость; простоту установки и обслуживания. Однако у данной системы есть и существенные недостатки: вращающаяся крыльчатка является основным источником шума в устройстве; скромные, в сравнении с другими активными системами, показатели эффективности; небольшой потенциал для покрытия постоянно возрастающих потребностей в охлаждении; вентиляторы обладают крайне невысокой надежностью [4].

Более эффективным считается жидкостное охлаждение. Известно, что теплоемкость жидкостей значительно выше, чем газов. Система жидкостного охлаждения работает следующим образом: миниатюрный резервуар, объем которого меньше, чем у воздушного радиатора, закрепляется на поверхности ЭРИ, из него по шлангу с помощью помпы жидкость перекачивается в герметичный наружный радиатор, который может обдуваться наружным вентилятором. Эффективность охлаждения зависит от следующих факторов: скорости охлаждающей жидкости; состава охлаждающей жидкости; наличия турбулентности; количества каналов охлаждения в радиаторе; материала радиатора. Особым типом жидкостного охлаждения являются тепловые трубки. Естественную конвекцию с применением тепловых трубок целесообразно использовать при невозможности жидкостного охлаждения или охлаждения с применением вентилятора. Тепловая трубка представляет собой тонкостенный металлический сосуд. Если один конец тепловой трубки подключить к источнику тепла, а другой — к приемнику — радиатору, будет происходить интенсивный теплообмен. Количество отводимого тепла окажется во много раз больше, чем при использовании радиаторов из меди или серебра. Отсутствие насосов и помп делает этот метод экономичным (нет шума и потребления энергии), однако малая длина трубок (до 30 см) снижает эффективность метода.

Современной технологией охлаждения является применение термоохладителей, действие которых основано на эффекте Пельтье. При протекании постоянного тока через цепь из двух разнородных проводников в местах контактов в зависимости от направления тока выделяется или поглощается тепло. Термоохладители выдерживают 200 тысяч часов работы (вентиляторы– 50 тысяч). Существенными преимуществами построения систем охлаждения и термостабилизации с применением ТЭМ является [5]: малые габариты и вес определяют отсутствие альтернативных решений для термостабилизации и охлаждения в микро- и фото-электронике; высокая надежность; высокая охлаждающая способность на единицу веса и объёма; возможность плавного и высокоточного регулирования холодопроизводительности и температурного режима; малая инерционность, быстрый переход из режима охлаждения в режим нагрева; отсутствие рабочих жидкостей и газов и др.

Метод естественного охлаждения не требует затрат энергии, при его реализации ничто не движется, а, следовательно, не ломается. Это обеспечивает его надежность и простоту. Недостаток — низкая эффективность охлаждения и большие габариты: на 1 Вт мощности требуется поверхность охлаждения 25–30 2 см. Наиболее эффективная жидкостная система имеет следующие недостатки: возможность протечек; микронасос и вентилятор требуют потребления энергии; система занимает определенные габариты; все, что движется (вентилятор и насос), снижает надежность и является источником шума. Термоохладители надежны и бесшумны, имеют малые габариты, однако их недостатком является большое потребление энергии, термоохладитель сам является источником выделения тепла, для его работы требуются токи до десятков ампер, тогда как у жидкостных систем ток не превосходит 0,3А [5]. Результаты обзора представлены в таблице.

Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект

Элементы Пельтье называются специальные термоэлектрические преобразователи, работающие по принципу Пельтье. (образования разности температур при подключении электрического тока, другими словами, термоэлектрический охладитель).

Что такое элемент 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. При его установке собственными силами никаких проблем не возникнет, монтаж в схему производится обычным паяльником.

Elementy Pelte ustroistvo

1 — Изолятор керамический
2 — Проводник n — типа
3 — Проводник p — типа
4 — Проводник медный

В ранние времена вопросы охлаждения никого не интересовали, поэтому это изобретение осталось без применения. Два века спустя, при использовании электронных устройств в быту и промышленности, стали применять миниатюрные элементы Пельтье, вспомнив об эффекте французского изобретателя.

Принцип действия

Чтобы понять, как работает элемент на основе изобретения Пельтье, необходимо разобраться в физических процессах. Эффект заключается в соединении двух материалов с токопроводящими свойствами, обладающими различной энергией электронов в районе проводимости. При подключении электрического тока к зоне связи, электроны получают высокую энергию, для перехода в зону с более высокой проводимости второго полупроводника. Во время поглощения энергии проводники охлаждаются. При течении тока в обратную сторону происходит обычный эффект нагревания контакта.

Вся работа осуществляется на уровне решетки атома материала. Чтобы лучше понять работу, представим газ из частиц – фононов. Температура газа имеет зависимость от параметров:
  • Свойства металла.
  • Температуры среды.

Предполагаем, что металл состоит из смеси электронного и фононного газа, находящегося в термодинамическом равновесии. Во время касания двух металлов с различной температурой, холодный электронный газ перемещается в теплый металл. Создается разность потенциалов.

Elementy Pelte printsip deistviia

На стыке контакта электроны поглощают энергию фононов и отдают ее на другой металл фононам. При смене полюсов источника тока, весь процесс будет обратного действия. Разность температур будет возрастать до того момента, пока имеются в наличии свободные электроны с большим потенциалом. При их отсутствии наступит уравновешивание температур в металлах.

Если на одну сторону пластины Пельтье установить качественный теплоотвод в виде радиатора, то вторая сторона пластины создаст более низкую температуру. Она будет ниже на несколько десятков градусов, чем окружающий воздух. Чем больше значение тока, тем сильнее будет охлаждение. При обратной полярности тока холодная и теплая сторона поменяются друг с другом.

При соединении элемента Пельтье с металлом, эффект становится незначительным, поэтому практически устанавливают два элемента. Их количество может быть любым, это зависит от потребности в мощности охлаждения.

Эффективность действия эффекта Пельтье зависит от того, насколько точно выбраны свойства металлов, силы тока, протекающей по прибору, скорости отвода тепла.

Сфера использования

Чтобы применить практически элемент Пельтье, ученые произвели несколько опытов, показавших, что повышение отвода тепла достигается увеличением числа соединений 2-х материалов. Чем больше число спаев материалов, тем выше эффект. Чаще в нашей жизни такой элемент служит для охлаждения электронных устройств, уменьшения температуры в микросхемах.

Вот их некоторые области использования:
  • Устройства ночного видения.
  • Цифровые камеры, приборы связи, микросхемы, нуждающиеся в качественном охлаждении, для лучшего эффекта картинки.
  • Телескопы с охлаждением.
  • Кондиционеры.
  • Точные часовые системы охлаждения кварцевых электрических генераторов.
  • Холодильники.
  • Кулеры для воды.
  • Автомобильные холодильники.
  • Видеокарты.

Элементы Пельтье часто используются в системах охлаждения, кондиционирования. Есть возможность достижения довольно низких температур, что открывает возможность применения для охлаждения оборудования с повышенным нагревом.

В настоящее время специалисты используют элементы Пельтье в акустических системах, выполняющих роль кулера. Элементы Пельтье не создают никаких звуков, поэтому бесшумность является одним из их достоинств. Такая технология стала популярной из-за мощной отдачи тепла. Элементы, изготовленные по современной технологии, имеют компактные размеры, радиаторы охлаждения поддерживают определенную температуру долгое время.

Достоинством элементов является длительный срок службы, потому что они сделаны в виде монолитного корпуса, неисправности маловероятны. Простая конструкция обычного широко применяемого вида простая, состоит из двух медных проводов с клеммами и проводами, изоляции из керамики.

Это небольшой перечень мест применения. Он расширяется за счет устройств бытового назначения, компьютеров, автомобилей. Можно отметить использование элементов Пельтье в охлаждении микропроцессоров с высокой производительностью. Ранее в них устанавливались только вентиляторы. Теперь, при монтаже модуля с элементами Пельтье значительно снизился шум в работе устройств.

Будут ли меняться схемы охлаждения в обычных холодильниках на схемы с использованием эффекта Пельтье? Сегодня вряд ли это возможно, так как элементы имеют низкий КПД. Стоимость их также не позволит применить их в холодильниках, так как она достаточно высока. Будущее покажет, насколько будет развиваться это направление. Сегодня проводятся эксперименты с твердотельными растворами, аналогичными по строению и свойствам. При их использовании цена модуля охлаждения может уменьшиться.

Обратный эффект элементов Пельтье

Технология подобного вида имеет особенность с интересными фактами. Это заключается в эффекте образования электрического тока путем охлаждения и нагревания пластины модуля Пельтье. Другими словами, он служит генератором электрической энергии, при обратном эффекте.

Такие генераторы электричества существуют пока чисто теоретически, но можно надеяться на будущее развитие этого направления. В свое время французский изобретатель не нашел применения своему открытию.

Сегодня этот термоэлектрический эффект широко используется в электронике. Границы применения постоянно расширяются, что подтверждается докладами и опытами исследователей и ученых. В будущем бытовая и электронная техника станет обладать совершенными инновационными возможностями. Холодильники станут бесшумными, так же, как и компьютеры. А пока модули Пельтье монтируют в разные схемы для охлаждения радиодеталей.

Преимущества и недостатки
Достоинствами элементов Пельтье можно назвать следующие факты:
  • Компактный корпус элементов, позволяет монтировать его на плату с радиодеталями.
  • Нет движущихся и трущихся частей, что повышает его срок службы.
  • Позволяет соединение множества элементов в один каскад, по схеме, позволяющей уменьшать температуру очень горячих деталей.
  • При смене полярности питающего напряжения элемент станет работать в обратном порядке, то есть, стороны охлаждения и нагрева поменяются местами.
Недостатками можно назвать такие моменты:
  • Недостаточный коэффициент действия, влияющий на увеличение подводимого тока, для достижения необходимого перепада температур.
  • Довольно сложная система отведения тепла от поверхности охлаждения.
Как изготовить элементы Пельтье для холодильника

Изготовить такие элементы Пельтье можно самому быстро и просто. Для начала нужно определиться с материалом пластин. Нужно взять пластины элементов из прочной керамики, приготовить проводники в количестве больше 20 штук, для того, чтобы обеспечить наибольший перепад температур. При достаточном числе элементов КПД произойдет значительное увеличение производительности холодильника.

Большую роль играет мощность применяемого холодильника. Если он действует на жидком фреоне, то с производительностью проблем не возникнет. Пластины элементов монтируются возле испарителя, смонтированного вместе с двигателем. Для такого монтажа понадобится некоторый набор прокладок и инструмента. Таким образом, обеспечится быстрое охлаждение нижней части холодильника.

Необходима тщательная изоляция проводников, только после этого их подключают к компрессору. После окончания монтажа нужно проверить напряжение мультиметром. При нарушении работы элементов (например, короткое замыкание), сработает терморегулятор.

Другие применения термоэлектрических модулей

Эффект модуля Пельтье применяется сегодня, благодаря законам физики. Избыточная энергия элементов всегда пригодится там, где необходима бесшумный и быстрый обмен теплом.

Основные места использования модулей:
  • Охлаждение микропроцессоров.
  • Двигатели внутреннего сгорания выпускают отработанные газы, которые ученые стали применять для образования вспомогательной энергии с помощью термоэлектрических модулей. Полученная таким способом энергия подается снова в мотор, в виде электричества. Это создает экономию топлива.
  • В бытовых устройствах, действующих на нагревание или охлаждение.

Охлаждающий кулер может превратиться в нагреватель, а холодильник может выполнять функцию теплового шкафа, если изменить полярность постоянного тока. Это называется обратимым эффектом.

Такой принцип применяют в рекуператорах. Он состоит из бокса из двух камер. Они между собой сообщаются вентилятором. Элементы Пельтье нагревают холодный воздух, поступающий снаружи, с помощью энергии, которая извлечена из теплого воздуха в помещении. Такое устройство экономит расходы на отопление помещений.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Установка штатной сигнализации в автомобиль
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector