Элемент пельтье для холодильника: Холодильник Пельтье – это… Что такое Холодильник Пельтье?

Содержание

Холодильник Пельтье – это… Что такое Холодильник Пельтье?

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

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). Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Принцип действия

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих 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 используются 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 германида кремния), 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). Протекающий 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 К.

Достоинства и недостатки

Достоинством элемента Пельтье является 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.

Недостатком элемента Пельтье является очень низкий коэффициент полезного действия, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Кроме того элементы Пельтье с размерами более 60 мм x 60 мм практически не встречаются. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Применение

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например элементы Пельтье применяются в маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров и кроме того необходимая 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 К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей ( до -80 для одностадийних холодильников и до -120 для двухстадийных).

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Автомобильный холодильник своими руками на элементах пельтье

08.10.2014 Электронная техника

В данной статье модель автомобильного холодильника, что был изготовлен автором канала Alex Shev собственными руками, не обращая внимания на навороченность взятого изделия, всего за три дня. Трудится устройство на элементах Пельтье. Ниже, в конце публикации еще одна модель, трудящаяся на той же базе.
Были использованы последовательность деталей и материалов.

Работа над изделием

Нарезаем пенопласт посредством спирали на 1 киловатт и источника питания на 5 вольт. Спираль была закреплена между ножками стола. Склеивал пенопласт монтажной пеной.

Вырезаем пазы в крышке, дабы она не ерзала.

Предполагалось обклеить лоток пенопластом, но несложнее было сделать коробку из него, а лоток применять для усиления прочности автомобильного холодильника. Размеры оказались 38 X 30 сантиметров, глубина 28. Вместимость 3 бутылки 1,5 литра в ряд.

Возможно два таких последовательности, либо 2 на 2 литра рядышком.

В двух радиаторах просверливаем отверстия под термисторы для контроля температуры. На холодном кроме этого для крепления. Вырезаем отверстие в крышке автомобильного холодильника и топим теплообменник вовнутрь на 1 -1,5 сантиметра. Потом посредством термо проводящего клея скрепляем два элемента Пельтье с радиаторами. На одном именно помещается два элемента пельтье.

Кроме этого утепляются зазор между радиатором и пенопластом. В продемонстрированном примере использован бестизол.

Собираем совместно, вкручиваем вентиляторы на теплообменник, делаем монтаж микроконтроллера, ЛСД монитора, реле. Пока только навесным способом.

Посмотрите кроме этого крутые модели с бесплатной доставкой в этом китайском магазине. Плагин на Google Хром для экономии в нём: 7 процентов с приобретений возвращается вам. В том месте же и отыщете элементы Пельтье.

Пишем программу для микроконтроллера. Создатель этого видео урока применял вставку отключения элементов Пельтье при температуре тёплого радиатора больше 55 градусов. И при температуре в самом холодильнике меньше 5 градусов.

Отключается лишь сами элементы. микроконтроллер и Вентилятор работают .

Температура измеряется АЦП преобразователем: на тёплом радиаторе, на холодном, в самом холодильнике. Отображается на дисплее.

Питание элементов подается через дополнительное реле лишь при подключенном зажигании (заведенном двигателе), дабы не посадить аккумулятор.

Дома при проверки температура в автомобильном холодильнике упала до 12 градусов за 1 час и без того держалась. Температура тёплого радиатора остановилась на 49 градусов.

В машине при охлаждении 4 бутылок Мохито и применении аккумуляторная батарей холода Пельтье отключались на первом часу при 55 градусов тёплого теплообменника.

 А последующее время отключались при температуре в меньше 5 градусов. Промежуток работы: 4 60 секунд трудится, 1,5 60 секунд отключение.

Выводы:

1. Эффективность охладителя обычная. 2. Цена и всего нужного оборудования сделанного собственными руками устройства приближается к половине цены заводского автомобильного холодильника, но как захотел так и сделал.

Израсходовано на работу 3 дня. Для большей эффективности возможно попытаться сделать корпус всецело из монтажной пены. Текст программы и кое-какие подробности сборки холодильника не продемонстрированы, поскольку программа окажется у каждого собственная, а подробности сборки любой решает по-своему, кому как нравится.

Еще одна занимательная конструкция, сделанная кроме этого собственными руками на Пельтье.

Про подобную морозилку  тут.

Случайные записи:

Автохолодильник своими руками

Высказываются иные мнения. Академик Иоффе, отдельные сентенции которого использованы в приведённом топике, предложил создавать системы для обогрева и охлаждения помещения по типу сплит-систем. В этом случае возникает осложнение, как с типичными кондиционерами, но КПД достигает 200%. Смысл: при обогреве, допустим, поглощающий тепло спай размещается снаружи, а выделяющий – в помещении. Качать из мороза жар нелегко, потому у методики присутствуют ограничения. Однако не запрещено на основе указанной методики создавать тепловые насосы.

К безусловным плюсам климатических систем, использующих элемент Пельтье, относится возможность работы в обратном направлении. 2$) не зависит от направления тока. Теплота, которая выделяется (или поглощается) в результате эффекта Пельтье пропорциональна первой степени силы тока ($Q_P\sim I$) и изменяет знак при смене направления тока. Кроме того, тепло Джоуля – Ленца зависит от сопротивления проводника, теплота Пельтье от него не зависит.

Обычно, теплота Пельтье существенно меньше, чем тепло Джоуля — Ленца. Для того, чтобы выявить эффект именно от явления Пельтье следует как можно сильнее уменьшить тепло Джоуля – Ленца, применяя толстые проводники с минимальным сопротивлением.

Пример 1

Задание: Покажите, что если считать электронный газ в проводнике невырожденным, то коэффициент Пельтье равен контактному скачку потенциала.

Решение:

Количество электронов (N), которое проходит через единичную площадку, перпендикулярную к направлению тока, за $1 с$ равно:

\

где $j$ — плотность тока, $q_e\ $– заряд электрона.

Энергия электрона равна сумме его кинетической ($E_k$) и потенциальной энергий ($E_p=-q_e\varphi $). Если через $\left\langle E_k\right\rangle $ обозначить среднюю энергию для N электронов, то поток энергии ($P$) равен:

\

где $\left\langle E_k\right\rangle \ne \frac{3}{2}$ kT– не равно средней кинетической энергии равновесного электронного газа, что объяснимо тем, что в случае вырожденного газа не все электроны могут ускоряться электрическим полем.

Рассмотрим проводники 1 и 2 при одинаковой температуре. К каждой единице поверхности контакта в проводнике 1 подводится в единицу времени энергия $P_1$, а отводится в проводнике 2 энергия равная $P_2$. Значения потенциалов с обеих сторон контактной плоскости равны ${\varphi }_1$ и ${\varphi }_2$. Причем ${\varphi }_1$ $\ne $ ${\varphi }_2$. Кроме того в общем случае, имеем, что:

\

Для поддержания температуры контакта без изменений с каждой единицы поверхности в единицу времени нужно отводить (или подводить) энергию, равную $P_1-P_2.\ $Из выражения (1.3) следует, что:

\

Это означает, что выделяется (или поглощается) тепло Пельтье ($Q_p$). В том случае, если $S$ — площадь контактирующих поверхностей, то тепло Пельтье равно:

\It\left(1.5\right),\]

где $I=jS$ — сила тока. Мы знаем, что теплоту Пельтье выражают как:

\

Или для нашего случая из выражения (1.7) можно записать:

\

Сравним выражение (1.7) и формулу (1.5), получим для коэффициента Пельтье выражение:

\\left(1.8\right).\]

Так как нас интересует тепло в контакте, и мы не рассматриваем тепло Джоуля — Ленца в объеме, то в формуле (1.5) следует под $P_1\ и\ P_2$ понимать их значения у самой плоскости контактов. Значит выражение ${\varphi }_1-\ {\varphi }_2=U_{i12}$ – контактный скачок потенциала.

Если электронный газ в проводниках является невырожденным, то ускоряются полем все электроны. Распределение импульсов описывается законом Максвелла, и оно зависит только от температуры, тогда $\left\langle E_{k2}\right\rangle =\left\langle E_{k1}\right\rangle $, следовательно:

\

В таком случае, коэффициент Пельтье равен контактному скачку потенциала, при этом тепло Пельтье равно работе, которую совершает ток из-за перепада напряжений.

Что и требовалось показать.

Пример 2

Задание: Чему равен коэффициент Пельтье при температуре T=0 K (случай сильно вырожденного электронного газа)?

Решение:

В состоянии сильного вырождения (T=0 K) все квантовые состояния в зоне проводимости с энергией, которая меньше уровня Ферми полностью заняты электронами. При этом ускоряться полем могут только электроны, которые имею энергии равную энергии Ферми (в первом приближении энергию Ферми примем равной химическому потенциалу $\mu $). Поэтому в формуле для коэффициента Пельтье, которую мы получили в предыдущем примере:

\\left(2.1\right)\]

под $\left\langle E_{k2}\right\rangle \ и\ \left\langle E_{k1}\right\rangle $ надо понимать максимальные кинетические энергии электронов и принять, что:

\

С другой стороны мы знаем, что:

\

Подставим выражения (2.3) и (2.2)

в формулу (2.1), получим:

\=0.\]

Ответ: При $T$=0 $K$, $П_{12}=0\ В.$

Устройство термоэлектрического модуля (элемента Пельтье)

В 1834 году французский физик Жан Пельтье обнаружил, что при протекании постоянного электрического тока через цепь из различных проводников, место соединения проводников охлаждается или нагревается в зависимости от направления тока. Количество поглощаемой теплоты пропорционально току, проходящему через проводники.

В результате работ российского академика А.Ф. Иоффе и его сотрудников, были синтезированы полупроводниковые сплавы, которые позволили применить этот эффект на практике и приступить к серийному выпуску термоэлектрических охлаждающих приборов для широкого применения в различных областях человеческой деятельности.

Единичным элементом термоэлектрического модуля (ТЭМ) является термопара, состоящая из двух разнородных элементов с p- и n- типом проводимости. Элементы соединяются между собой при помощи коммутационной пластины из меди. В качестве материала элементов традиционно используются полупроводники на основе висмута, теллура, сурьмы и селена.

Термоэлектрический модуль (Элемент Пельтье) представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В стандартном элементе Пельтье термопары помещаются между двух плоских керамических пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах – от единиц до сотен пар, что позволяет создавать ТЭМ практически любой холодильной мощности – от десятых долей до сотен ватт.

При прохождении через элемент Пельтье постоянного электрического тока между его сторонами образуется перепад температур -одна сторона (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Если с горячей стороны ТЭМ обеспечить эффективный отвод тепла, например, с помощью радиатора, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже температуры окружающей среды. Степень охлаждения будет пропорциональной величине тока. При смене полярности тока горячая и холодная стороны элемента Пельтье меняются местами.

Современные однокаскадные термоэлектрические охладители (Элементы Пельтье) позволяют получить разность температур до 74–76 К. Для получения более низких температур применяются многокаскадные модули, представляющие собой несколько однокаскадных модулей с последовательным тепловым соединением между собой. Например, серийно производимые фирмой Криотерм четырехкаскадные термоэлектрические элементы Пельтье позволяют развить разность температур до 140 К.

Генераторный режим элемента Пельтье

Открытие Жака-Шарля Пельтье буквально перевернуло мир, так как устройство может использоваться в качестве универсального генератора тепла и холода. Кроме этих функций, был отмечен еще один немаловажный эффект – генераторный режим. Если теплую сторону устройства нагревать, а холодную охлаждать, то на выводах возникает разница потенциалов, и при замыкании цепи начинает течь ток.

Генератор на основе элемента Пельтье можно сделать своими руками и для этого не потребуется особых навыков. Но стоит понимать, что используемый китайскими разработчиками материал не обладает идеальными характеристиками, позволяющими получать максимум энергии. Доступных термоэлектрических модулей в продаже хватит для:

  • зарядки мобильных устройств;
  • питания светодиодного освещения;
  • изготовления автономного радиоприемника и прочих целей.

По этой теме можно найти массу видео с подробным описанием всех этапов. Поэтому если вы хотите сделать термоэлектрический модуль для получения энергии, то это вполне реально.

Первым делом необходимо заказать необходимое количество элементов Пельтье с учетом их характеристик. Устройство с мощностью 10 Вт на том же e — Bay стоит 15$. И этого вполне достаточно будет для зарядки смартфонов. Далее, необходимо обеспечить эффективное теплоотведение. Для этих целей можно сконструировать систему жидкостного охлаждения с естественной циркуляцией. А горячую сторону нагревать любым источником тепла, в том числе открытым огнем. В результате любой радиолюбитель может сделать сам великолепный термоэлектрический генератор, который можно взять с собой в поход, на рыбалку или дачу.

Один стандартный элемент-ячейка вырабатывает 5 В и 1 Вт мощности, чего вполне достаточно для небольшого освещения. Например, для изготовления фонарика с подогревом от тепла рук. В продаже имеются и готовые элементы с выходным напряжением до 12 В.

Переносная термоэлектрическая печка с генераторным режимом

Сегодня можно найти массу способов, как сделать своими руками достаточно эффективный термоэлектрический генератор на основе элемента Пельтье. Как один из них – портативная печка с топкой из старого компьютерного блока питания. К одной из сторон корпуса прикрепляется сам термоэлектрический элемент Пельтье через термопасту с радиатором внушительных размеров. Такая установка позволит получить тепло в любом удобном месте, приготовить пищу и зарядить телефон.

Биография

Ратуша в Ле-Мане

De occulta parte numerorum, quam algebram vocant, 1560

Родился в семье адвоката. Закончил Наваррский коллеж Парижского университета, где его брат состоял профессором философии и математики. Сам Жак Пелетье изучал медицину и право, но по окончании университета отказался от карьеры юриста и стал увлечённо осваивать древние языки и математику. Одновременно он стал завсегдатаем литературного салона Маргариты Наваррской.

В 1541 году Пелетье представил свой перевод «Ars poëtica» Горация, далее опубликовал, ряд математических и других научных трудов. В 1547 году вышли в свет речь по случаю кончины английского короля Генриху VIII и первый поэтический сборник стихов и переводов Пелетье Œuvres poétiques. Среди переведенных им авторов — Гомер, Вергилий, Марциал и Петрарка; Пелетье включил в сборник также ранее не публиковавшиеся поэмы своих современников — Жоашена Дю Белле и Пьера де Ронсара.

В трактате 1550 года Пелетье выступил за реформу французской орфографии с целью приблизить написание слов к их произношению. Чтобы способствовать этому процессу, Пелетье предложил несколько новых обозначений и активно использовал их в своих дальнейших книгах, однако все усилия по продвижению реформы орфографии остались безуспешными. В 1555 году, кроме новых поэм, выпустил руководство по составлению стихов (Art poétique français) и призыв к мирному завершению войны с императором Священной Римской империей Карлом V.

Последние годы провёл в путешествиях и общении с литераторами (особенно сблизился с Монтенем). В этот период Пелетье опубликовал множество трактатов и учебников по различным областям математики. Завершающий сборник Пелетье, Louanges, появился в 1581 году, в следующем году поэт скончался в Париже.

Где применяется

Миниатюрность настоящих элементов и относительно низкое их энергопотребление, — вкупе с отсутствием движущихся частей или различных жидкостей, применяемых в целях переноса тепла — предоставляет широкий спектр ниш использования. Сюда входят автомобильные кондиционеры, системы охлаждения микросхем и элементов электроники, мини-холодильники, подставки поддерживающие определенную температуру размещенных сверху емкостей. Кроме названых используется оборудование на элементах Пельтье в специфичных сферах, на подобии ПЦР-амплификаторов, нагревающихся систем вспышки фотоаппаратов, телескопах (для снижения теплового шума) и приемниках излучения инфракрасных устройств.

Реже можно заметить настоящий элемент в роли части конструкции генераторов. Хотя на рынках периодически всплывают аппараты аналогичного класса, к примеру, в виде фонариков, работающих от тепла человеческого тела или слабых машин, производящих электрический ток в целях подзарядки аккумуляторов смартфонов или ноутбуков.

Напряжение, получаемое на выходе элементов Пельтье:

Немного истории

Жан-Шарль Пельтье был часовщиком. Жил он в девятнадцатом веке, когда электротехника и физика были на подъеме. Все, кто хотя бы немного понимал, как работают физические законы, старались в домашних условиях делать опыты. Пельтье не стал исключением. В 1834 году он решил провести один опыт, поместив каплю воды между двумя электродами: один был изготовлен из сурьмы, второй из висмута. После чего через электроды пропустил электрический ток.

Каково его было изумления, когда вода превратилась в лед. Ведь то, что под действием электрического тока любые материалы нагревались, было известно. Но чтобы произошел обратный эффект, это была новость. Французский часовщик так и не понял, что изобрел что-то новое, которое оказалось на границе двух областей науки – электричества и термодинамики. В то время для него произошло просто волшебство.

Правда, проблемы охлаждения в те времена мало кого интересовали, поэтому эффект Пельтье так и остался невостребованным. И только через два века, когда в промышленности и быту стали использовать электронные устройства, для которых требовались миниатюрные приборы охлаждения, о Пельтье и его эффекте вспомнили.

Купить Термоэлектрический охлаждающий охладитель Пельтье

Полупроводниковые охладители

— это форма твердотельного охлаждения, в которой используются как полупроводниковые технологии, так и методы сборки электроники. Одним из таких примеров является набор для самостоятельной сборки термоэлектрической системы охлаждения на элементах Пельтье.

Набор для самостоятельной сборки представляет собой комплект для охлаждения полупроводников, в котором используется термоэлектрический охладитель TEC1-12706, модуль Пельтье 6A . В комплекте 2 радиатора: большой для более горячей стороны и меньший для более холодной стороны.Чем больше радиатор, тем больше рассеивание тепла.

Вентилятор, также входящий в комплект, действует как радиатор. Он прикреплен к большему радиатору. Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706 зажат между двумя радиаторами. Модуль снизит температуру.

Комплект в собранном виде занимает меньше места и идеально подходит для кондиционирования воздуха в помещениях для домашних животных (домик для собак, курятник и т. д.), небольшого холодильника.

Примечание:
  1. Это несобранный комплект.
  2. В комплект не входит термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706 , который можно приобрести по адресу Robu.in
  3. .
  4. Допуск 5% для всех размеров, так как это делается вручную.

Особенности:
  1. Используя холодильник в стиле GL, эффективно устраняйте способность холодильника к термической деформации во время работы.
  2. Небольшой объем, места не занимает, установка простая.
  3. Этот полупроводниковый охладитель представляет собой форму твердотельного охлаждения, в которой используются как полупроводниковые технологии, так и методы сборки электроники.
  4. Может использоваться как кондиционер для домашних животных (курица, собачка и т. д.) или как небольшой холодильник.

Комплектация:

1 x Вентилятор охлаждения
1 x Сетка вентилятора
1 x Направляющая охлаждающая пластина
1 x Радиатор
1 x Теплоизоляционная прокладка
1 x Набор винтов

15 дней гарантии

На этот товар распространяется стандартная гарантия 15 дней с момента доставки только в отношении производственных дефектов. Эта гарантия дается в интересах клиентов Robu на любые производственные дефекты.Возмещение или замена будет производиться в случае производственного брака.


Что аннулирует гарантию:

Если изделие подвергалось неправильному использованию, несанкционированному вмешательству, статическому разряду, аварии, повреждению водой или огнем, использованию химикатов, а также пайке или изменению каким-либо образом.

Эффективность элемента Пельтье

Эффективность применения элемента Пельтье зависит от коэффициента полезного действия (COP), который зависит от рабочей точки, тепловой конструкции и типа питания контроллера ТЕС.Все три пункта обсуждаются в этой статье. Контроллеры
TEC используются для термоэлектрического охлаждения и нагрева в сочетании с элементами Пельтье. Элементы Пельтье — это тепловые насосы, которые переносят тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрического тока.

–> Купить контроллер TEC здесь

Для достижения максимальной эффективности при охлаждении элементами Пельтье существуют три золотых правила.

  1. I/I max при dT
    I/I max должен быть в нижней трети (0 – 0.33 x I макс. )
  2. I/I max при dT > 25 K
    I/I max должен находиться в средней трети (0,33 – 0,66 x I max )
  3. Максимально охлаждайте горячую сторону во время охлаждения (радиатор, вентилятор. ..)

Коэффициент полезного действия (COP)

КПД самого элемента Пельтье определяется КПД = Q C / P el . Подробнее об определении COP читайте здесь.


COP в зависимости от текущего соотношения элемента Пельтье для различных dT.

Оптимальная рабочая точка элемента Пельтье — это когда COP максимален. Максимум COP сильно зависит от разницы температур (dT) между теплой и холодной сторонами. Как видно, максимум КПД смещается в сторону больших токов при увеличении dT. Ток не должен превышать 0,7 умножить на I max , потому что тогда COP становится слишком маленьким — элемент Пельтье очень неэффективен.

Тепловая конструкция

Thermal Design имеет решающее значение, поскольку позволяет пользователю напрямую влиять на эффективность и производительность системы. Три наиболее распространенных способа повышения эффективности элемента Пельтье в случае охлаждения:

  1. Уменьшение dT – оптимизация радиатора и вентилятора
  2. Свести к минимуму потери мощности – изолировать охлаждаемую зону
  3. Оптимизировать КПД — выбрать элемент Пельтье достаточной мощности

1. Разность температур (dT) между холодной и теплой сторонами должна быть сведена к минимуму.Небольшое dT приведет к тому, что максимум КПД, как видно на диаграмме 5, будет смещен вправо, а значит, необходим меньший ток. Тепло, отводимое на теплой стороне, составляется следующим образом Q h = Q C + P el .

Следующая схема представляет систему охлаждения и соответствующую температурную диаграмму справа. Объект охлаждается до -5°C холодной стороной элемента Пельтье. Горячая сторона элемента Пельтье имеет температуру 35°С.Радиатор отдает тепло окружающему воздуху, температура которого составляет 25 °C. Таким образом, радиатор рассеивает 10 °C, поэтому новое значение dT равно 30 K.


Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая диаграмма температуры

 

 

2. Часто полезно изолировать охлаждаемый объект и все другие охлаждаемые поверхности. Таким образом, температура окружающей среды оказывает меньшее влияние на элемент Пельтье, и в систему поступает меньше тепла из окружающей среды. Это снижает общую рассеиваемую мощность, что приводит к меньшей входной мощности элемента Пельтье и, следовательно, к лучшему COP.

3. КПД должен быть оптимизирован за счет использования достаточной мощности элемента Пельтье. Это необходимо, потому что COP Maximum имеет низкий ток и помехи могут быть поглощены. Если мощность элементов Пельтье слишком мала, возможно, создается нагреватель.

В качестве примера: если dT равно 30 K, вы можете увидеть на диаграмме соотношение COP и текущего соотношения, максимум COP находится при I = 0.3 * я макс . На диаграмме Heat Pumped Vs Current мы получаем при значениях dT = 30 K и I = 0,3 * I max , Q c / Q max равных 20%. Если необходимо охлаждать 10 Вт, элемент Пельтье должен иметь мощность 50 Вт.

Постоянный ток в сравнении с ШИМ (тип питания TEC)

В следующей главе обсуждаются преимущества постоянного тока (DC current) и недостатки ШИМ в качестве режимов питания для управления элементами Пельтье с контроллерами ТЭО. Термоэлектрические охладители работают на эффекте Пельтье и перекачивают тепло с одной стороны на другую.Для поддержания направления теплового потока необходим постоянный ток.

Во многих контроллерах TEC ШИМ используется для управления элементами Пельтье. В целом это означает упрощенное аппаратное и логическое управление выходом. Для высоких частот ток ШИМ можно рассматривать как постоянный ток той же амплитуды. Однако модули ТЭО, управляемые ШИМ, всегда менее эффективны, чем ТЭО, управляемые постоянным током. Непосредственное управление TEC с помощью ШИМ делает схему более подверженной помехам, может привести к высоким переходным напряжениям и, как правило, менее эффективной.

Еще одна проблема заключается в том, что ШИМ может вызывать электромагнитные помехи (ЭМП) в проводке, ведущей к устройству ТЕС. Этот эффект может нарушить работу измерительных систем или камер, т.е. при использовании для охлаждения ПЗС-сенсоров.

Рекомендации производителей

Производители элементов Пельтье предлагают использовать постоянный ток и ограничение пульсаций тока для регулирования выходного тока. Они явно не рекомендуют использовать прямое ШИМ-управление элементами Пельтье:

  • Ferrotec: «Однако мы рекомендуем ограничить пульсации источника питания до максимум 10 процентов, предпочтительное значение <5%."
  • РМТ: “ТЭМ [элементы Пельтье], управляемые ШИМ, работают менее эффективно, чем на постоянном токе. ШИМ-управление всегда менее эффективно, чем работа ТЭМ при тех же средних значениях постоянного тока и потребляемой мощности.”
  • Marlow: «Термоэлектрическим охладителям для оптимальной работы требуется плавный постоянный ток. Коэффициент пульсаций менее 10% приведет к снижению ∆T менее чем на 1%. […] Marlow не рекомендует управление ВКЛ/ВЫКЛ».

По указанным выше причинам компания Meerstetter продает только контроллеры TEC с питанием от постоянного тока.

–> Купить контроллер TEC здесь

Сравнение двух контроллеров TEC

Мы сравнили контроллер Meerstetter Engineering TEC с постоянным током (вариант 1) с контроллером PWM TEC (вариант 2) другого производителя, чтобы подчеркнуть разницу между термоэлектрическими системами охлаждения, питающимися от постоянного тока, и системами, использующими ШИМ. Цель состоит в том, чтобы сравнить общую энергоэффективность.
Оба контроллера выполняют одну и ту же задачу, но с точки зрения эффективности разница весьма разительна.

Установка состоит из следующих компонентов:

  • Блок питания для контроллера ТЕС
  • Контроллер ТЭО
  • Охлаждаемый объект (нагрузка 1 Вт)
  • Элемент Пельтье
  • Радиатор
  • Вентилятор для охлаждения радиатора

В качестве целевой температуры для нагрузки мощностью 1 Вт в качестве охлаждаемого объекта мы выбрали в обоих случаях 10 °C при температуре окружающей среды 24,5 °C.

Результаты представлены на следующем рисунке и обсуждаются ниже.


Сравнение двух контроллеров TEC

Замечательные отличия и наблюдения:

  • Мощность, необходимая для охлаждения объекта до 10 °C, была в случае 2 более чем в шесть раз больше (56 Вт против 9 Вт)
  • Температура радиатора в случае 2 была на 5 °C выше. Это может привести к повышению температуры в термоэлектрической системе охлаждения, особенно когда она заключена в корпус.
  • Более высокая температура радиатора на 5 К также приводит к более высокому значению dT элемента Пельтье:
  • Другими словами, общее количество тепла, которое необходимо отвести системе с использованием ШИМ-регулятора, больше более чем в 4 раза.Следовательно, это приводит к необходимости радиатора гораздо большего размера для корпуса 2.
  • Более эффективная система позволяет также использовать более мелкие компоненты, такие как блок питания или радиатор и т. д.

Линейные и импульсные контроллеры TEC

Существует два способа генерирования постоянного тока для управления ТЭО. Один из способов – использовать линейный источник питания, а другой – SMPS.

Линейные контроллеры ТЭО выдают постоянный ток, что приводит к оптимальной работе ТЭО.Однако сами по себе они очень неэффективны и генерируют большие тепловые потери.

Контроллеры ТЭО SMPS также управляют ТЭО постоянным током, но они гораздо более эффективны, что приводит к значительно меньшим потерям тепла.

Контроллеры

SMPS TEC имеют высокий КПД (>90%), электроника дает мало потерь.

 

–> Купить контроллер TEC здесь

Стоит ли покупать термоэлектрический охладитель для моего дома на колесах?

Иногда вы не можете обойтись без холодильника большего размера в автодоме или буксируемом автомобиле.Постоянное исправление — это замена встроенного холодильника большего размера, но это также самое дорогое решение.

За 250 долларов или меньше термоэлектрический холодильник часто может помочь вам избежать или отсрочить дорогостоящее обновление, и он может делать некоторые вещи, которые не может ваш встроенный холодильник.

Как работают термоэлектрические охладители

Термоэлектрический холодильник обычно работает от 12 вольт, поэтому он может работать от внутренних батарей. Во время путешествия он также может потреблять ток от розетки вашего автодома или тягача, полагаясь на двигатель, генератор переменного тока и аккумуляторную батарею.

В отличие от вашего холодильника, термоэлектрический охладитель не сжимает жидкость или пар для создания холодного воздуха. Холодильник делает это, используя электрический ток или пропан для питания компрессора. Холодильник будет издавать некоторый шум в зависимости от модели. В термоэлектрическом охладителе нет движущихся частей, поэтому он тихий.

Термоэлектрический охладитель основан на электронике и материалах, которые проводят как тепло, так и электрический ток, некоторые с разной скоростью, чем другие. Материалы при питании отводят тепло из внутренней части кулера наружу.

Многие могут обратить процесс вспять и сохранить еду в теплоизоляционной коробке теплой, а не прохладной — отлично в наши дни, если вы останавливаетесь, чтобы поесть на вынос, потому что вы не хотите сидеть в ресторане и вам нужно держать еду теплой, чтобы поесть позже. Пример: Термоэлектрический охладитель Coleman, 40 кварт, модель № 3000001495, прибл. 115 долларов.

Преимущества

Термоэлектрические охладители несколько портативны. Термоэлектрический холодильник легко использовать вне дома на колесах — под тентом для подачи напитков и закусок во время отдыха или вечеринки.

Кулер, если он подключен к розетке домашнего аккумулятора, переносному аккумуляторному блоку или генератору с инвертором, охладит большое количество напитков. Как и в холодильнике, термоэлектрический холодильник хранит напитки или продукты в той части устройства, которая, по сути, представляет собой изолированную коробку. Тем не менее, при использовании на улице лучше всего, чтобы кулер работал в тени, а не под прямыми солнечными лучами.

Меньший размер, конечно, также окупается, если вы хотите использовать холодильник в тягаче или в кабине вашего автодома.Многие из них поместятся между передними сиденьями, на полу, на заднем сиденье или в кузове пикапа (лучше всего в тени). Таким образом, водителю и пассажирам доступны охлажденный сок, кофе со льдом, газированные напитки и фруктовые закуски.

И помните: Все те банки и упаковки сока, которые находятся в термоэлектрическом холодильнике, оставляют больше места в холодильнике для яиц, мяса и овощей.

Недостатки

Он называется охладителем, а не холодильником по очень важной причине: термоэлектрический охладитель не будет снижать температуру в изолированном отсеке так низко, как холодильник.

Холодильник обычно работает с температурой внутри отсека для хранения около 37 градусов, независимо от того, насколько жарко или холодно внутри или снаружи жилого дома. Однако термоэлектрический охладитель обычно рассчитан на то, насколько он понизит температуру окружающего воздуха для охлаждения внутренней части коробки. Хороший рейтинг — это разница в 45 градусов. Если это особенно жаркий день, термоэлектрический охладитель, скорее всего, будет иметь более высокую температуру внутри своего изолированного корпуса, чем в прохладный день — чаще от 40 до 40, чем 30.

Термоэлектрическому холодильнику также потребуется больше времени, чтобы достичь минимальной температуры, если он не будет открываться в течение, возможно, пары часов.

Вы можете хранить скоропортящиеся продукты в холодильнике в течение дня или двух, чтобы увеличить ваш холодильник, но не в течение недели.

Другим большим недостатком является то, что термоэлектрический холодильник не производит лед. Он сохранит напитки прохладными для вечеринки или для поездки, но они не будут ледяными, и вам не понадобится лед, чтобы помочь.

Советы по покупке/использованию

Вот некоторые моменты, которые следует учитывать при покупке термоэлектрического охладителя:

  • Термоэлектрические охладители оцениваются по объему изолированной коробки, обычно в квартах.Устройства также могут быть оценены по тому, сколько банок по 12 унций они могут вместить, что облегчает сравнение. Но не забывайте о внешних размерах, которые определяют, где он поместится.
  • Благодаря ручкам холодильник легче переносить вдвоем или на плече. Ручки особенно важны, если вы будете использовать холодильник вне дома на колесах или внутри тягача. Пример: Термоэлектрический холодильник Igloo Iceless, прибл. 100 долларов.
  • Колеса облегчают переноску, если полный холодильник перемещает один человек.Кулер на 36 литров, загруженный напитками, может весить 80 фунтов и более. Пример: Koolatron W75 Cool Wheeler Cooler, 36 литров, прибл. 170 долларов.
  • Блок, который может лежать горизонтально или стоять вертикально, будет более универсальным для размещения в доступном пространстве.
  • Каждый кулер имеет выпускное отверстие рядом с радиатором. Он просто выдувает теплый воздух из кулера, но вы должны расположить кулер так, чтобы вентиляционное отверстие не было заблокировано.

Что бы вы ни делали, не путайте термоэлектрический холодильник для напитков и еды с термоэлектрическим холодильником для воздуха. Воздухоохладители предназначены для замены кондиционеров, но они гораздо менее эффективны. Они не будут держать ваши напитки, и, если вы не сидите очень близко к ним, они, вероятно, также не охладит вас.

изображения предоставлены: koolatron.com

Термоэлектрические охладители

: маломощный и экологически чистый вариант конструкции для контроля температуры

Термоэлектрические охладители привлекают внимание для замены старых охлаждающих и холодильных устройств. TEC предоставляют инженерам-конструкторам широкий диапазон мощностей охлаждения, перепадов температур, форм-факторов, вариантов отделки и возможностей термоциклирования — и все это при ограничении выброса вредных хлорфторуглеродов (CFC) в атмосферу.

Как именно работают эти устройства? И каковы некоторые варианты использования, в которых они возникают?

 

Что такое термоэлектрические охладители?

Термоэлектрический охладитель (ТЭО) представляет собой полупроводниковое устройство, используемое для точного контроля температуры. Он может не только охлаждать электронику почти до 70°C, но и использоваться в качестве теплового насоса. ТЭП работают на эффекте Пельтье, когда температура меняется в двух электрических переходах из-за протекания тока.

Интегрируя термоэлектрические охладители в системы, инженеры-конструкторы могут нагревать, охлаждать и даже контролировать температуру в ненастную погоду, сокращая выбросы парниковых газов.

 

Термоэлектрические охладители обеспечивают возможность мгновенного изменения температуры, что позволяет осуществлять нагрев, охлаждение и управление температурой интегрированной системы. Изображение предоставлено Laird Thermal Systems

 

На уровне схемы ТЭО постоянное напряжение, приложенное к одному из соединений, инициирует протекание тока, оставляя тепло в одном проводнике по мере его прохождения к другому соединению. Как только тепло рассеивается к следующему переходу, в исходном полупроводниковом материале начинается охлаждение, и этот процесс продолжается для массива последовательных переходов.

Охлаждение TEC пропорционально приложенному току, а нагрев пропорционален квадрату тока. Базовый ТЭО состоит из обычного мостового усилителя, моста преобразователя, активного фильтра, термистора (сопротивление которого зависит от температуры) и транзисторов.

 

Области применения термоэлектрических охладителей

ТЭО

обеспечивают универсальное твердотельное управление охлаждением или нагревом при низких эксплуатационных требованиях и могут быть интегрированы в систему под водой, в космосе или в других суровых условиях.

В качестве примера недавней разработки TEC компания Laird Thermal Systems недавно анонсировала термоэлектрические охладители для стабилизации температуры в наружных камерах наблюдения, особенно в ненастную погоду.

 

ТЭО работают на эффекте Пельтье. Изображение предоставлено II-VI Incorporated
 

Laird утверждает, что новая серия Hi-Temp ETX является полезной опцией для наружных систем безопасности, поскольку она может выдерживать 150°C. Также сообщается, что он увеличивает мощность охлаждения на 10% и легко интегрируется в уникальные требования к занимаемой площади.

Для промышленных приложений, таких как лазерные проекторы и медицинские диагностические системы, серия UltraTEC UTX от Laird Thermal Systems также может использоваться в приложениях, требующих тепловой накачки мощностью до 296 Вт.

Несмотря на то, что человеческая кожа является плохим проводником, ТЭО работают в терморезистивной среде. ТЭО можно найти в носимых устройствах, чтобы охладить кожу человека до 8,2 °C.Современное применение TEC можно найти в подушках автомобильных сидений, матрасах и термопрокладках, предназначенных для телесного контакта.

 

Проблемы проектирования требуют дополнительных исследований

ТЭО

обеспечивают системы легким, бесшумным и экономичным решением для управления теплом, ориентированным на электронные блоки, микропроцессоры, прецизионные устройства и лазерное оборудование.

Однако при использовании TEC возникают некоторые проблемы проектирования. TEC могут быть не в состоянии достичь эффективности охлаждения, эквивалентной традиционному охлаждению, что сдерживает их широкое использование.

 

ТЭО Laird Thermal Systems предназначены для систем, требующих рабочих температур от 80 ° C до 150 °C . Изображение предоставлено Laird Thermal Systems

 

Еще одна проблема связана с развитием технологий. С быстрым развитием современной электроники потребуются более элегантные многоуровневые ТЭО для работы в многокаскадных схемах.

В настоящее время рынок ТЭО перенасыщен решениями, подобными решениям Lairds, которые позволяют реализовать сложные проектные требования.Однако разработчикам требуется больше времени и исследований для применения параллельных ТЭО вместе с внешними компонентами, чтобы компенсировать проблемы преобразования энергии и рассеивания тепла.

Тем не менее, поскольку они не производят выбросов хладагента, ТЭО представляют собой надежный вариант конструкции, если целью является экологичность. Кроме того, эти устройства предлагают низкие эксплуатационные расходы, более длительный срок службы, управляемость и улучшенные тепловые характеристики.

 

Рекомендуемое изображение предоставлено Laird Thermal Systems

%PDF-1.5 % 1 0 объект > эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > эндообъект 6 0 объект >/XObject>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC]>>>> эндообъект 7 0 объект > эндообъект 8 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 600 600 270 328 339 769 541 823 836 175 394 394 500 833 7 5 10 0 2 8 541 541 541 541 541 541 541 541 541 541 541 541 541 299 299 833 833 833 383 986 760 657 720 766 584 553 769 806 354 354 715 571 903 796 803 603 803 701 546 695 787 760 3030 713 659 579 394 274 394 1000 500 500 459 513 458 519 457 306 451 560 274 ​​269 546 267 815 560 516 519 513 374 362 325 560 454 700 492 461 383 500 500 500 492 461 341 600 500 500 833 600 541 600 230 541 462 1000 500 500 500 1229 546 308 1037 600 579 600 600 230 230 462 462 590 500 1000 500 822 382 308 810 600 383 659 541 328 541 541 541 659 500 500 500 822 344 473 833 330 822 500 329 833 357 357 500 578 500 270 500 357 387 473 848 848 849 383 760 760 760 760 760 760 934 720 584 584 584 584 584 584 584 354 354 354 354 766 796 803 803 803 803 803 803 803 803 803 803 833 803 787 787 787 787 787 787 787 787 659 603 539 459 459 459 459 459 459 703 454 457 457 457 457 474 274 274 274 516 560 564 516 516 516 516 833 516 516 560 560 560 560 461 519 461] эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 600 600 270 368 339 769 541 778 810 175 382 382 500 833 27 5 128 27 5 128 541 541 541 541 541 541 541 541 541 282 282 833 833 833 412 986 713 678 701 752 625 579 725 793 348 431 743 699 917 774 799 623 799 660 532 671 819 694 995 738 655 619 694 995 738 655 6009 382 278 382 1000 500 500 491 462 405 491 410 292 461 493 273 292 461 493 273 248 456 255 765 521 468 478 468 359 356 308 528 498 757 442 470 391 598 757 442 470 391 50000 500 500 833 600 541 600 271 541 463 1000 500 500 500 550 532 273 1044 600 609 600 600 271 271 463 463 590 500 1000 500 822 356 273 719 600 391 655 541 368 541 541 541 541 500 500 500 822 400 428 833 329 822 500 429 833 357 357 500 578 500 271 500 357 361 428 848 848 849 412 713 713 713 713 713 713 986 701 625 625 625 625 348 348 348 345 762 774 799 799 799 799 799 799 799 799 799 819 819 819 819 819 819 655 637 494 491 491 491 491 491 491 686 405 491 410 410 410 273 273 210 410 410 410 273 273 273 273 468 468 468 468 468 468 468 468 833 468 528 528 528 528 470 472 470] эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1000 1000 342 402 587 867 711 1272 862 332 543 543 16 17 867 836 181 4 711 711 711 711 711 711 711 711 711 402 402 867 867 867 617 967 776 762 724 830 683 650 811 837 546 555 771 637 948 847 850 733 850 782 710 682 812 764 1128 764 737 692 543 689 543 867 711 711 668 699 588 699 664 422 699 712 342 403 671 342 1058 712 687 699 699 497 593 456 712 650 979 669 651 597 711 543 711 867 1000 711 1000 332 711 587 1049 711 711 711 1777 710 543 1135 1000 692 1000 1000 332 332 587 587 711 711 1000 711 964 593 5000 711 964 593 543 1068 1000 597 711 711 711 543 711 711 911 711 543 711 711 964 598 850 867 480 964 711 587 867 598 598 711 721 711 361 711 598 598 850 1182 1182 1182 617 776 776 776 776 776 776 1094 724 683 683 683 683 546 546 546 546 830 847 850 850 850 850 850 8650 850 850 850 850 812 737 735 713 668 668 668 668 668 668 1018 588 664 664 664 664 342 342 342 342 679 712 687 687 687 687 687 867 687 687 712 712 712 712 651 699 651] эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1000 1000 352 394 459 818 636 1076 727 269 454 454 636 618 364 45 636 636 636 636 636 636 636 636 636 454 454 818 818 818 545 1000 683 686 695 766 632 575 775 751 421 455 693 557 843 748 787 603 787 695 684 616 732 683 990 685 615 685 454 454 454 818 636 636 601 623 521 623 596 352 622 633 274 352 622 633 274 344 587 274 973 633 607 623 623 427 521 394 633 591 818 592 591 525 635 454 635 818 1000 636 1000 269 636 4000 818 636 636 636 1519 664 454 1070 1000 685 1000 1000 269 269 459 459 545 636 1000 636 977 521 454 980 1000 525 615 352 394 636 636 636 634 454 636 636 1000 545 645 818 454 1000 636 542 818 542 542 636 642 636 364 636 542 545 645 1000 1000 1000 545 683 683 683 683 683 683 989 698 632 632 632 632 421 421 421 421 766 748 787 787 787 787 787 818 787 787 787 818 787 732 732 732 732 615 605 620 601 601 601 601 601 601 955 521 596 596 596 596 274 274 274 274 612 633 607 607 607 607 607 818 607 633 633 633 633 591 623 591] эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1000 1000 342 402 587 867 711 1272 862 332 543 543 16 17 867 836 181 4 711 711 711 711 711 711 711 711 711 402 402 867 867 867 617 967 776 762 724 830 683 650 811 837 546 555 771 637 948 847 850 733 850 782 710 682 812 764 1128 764 737 692 543 689 543 867 711 711 668 699 588 699 664 422 699 712 342 403 691 342 1058 712 686 699 699 497 593 456 712 649 979 669 651 597 711 543 711 867 1000 711 1000 332 711 587 1049 711 711 711 1777 710 543 1135 1000 692 1000 1000 332 332 587 587 711 711 1000 711 964 593 5000 711 964 593 543 1068 1000 597 711 711 711 543 711 711 911 711 543 711 711 964 598 850 867 480 964 711 587 867 598 598 711 721 711 361 711 598 598 850 1182 1182 1182 617 776 776 776 776 776 776 1094 724 683 683 683 683 546 546 546 546 830 847 850 850 850 850 850 8650 850 850 850 850 812 737 735 713 668 668 668 668 668 668 1018 588 664 664 664 664 342 342 342 342 679 712 686 686 686 686 686 867 686 712 712 712 712 651 699 651] эндообъект 21 0 объект > эндообъект 22 0 объект > эндообъект 23 0 объект > эндообъект 24 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 750 750 278 278 355 556 556 889 667 191 333 333 389 584 278 838 278 838 278 338 556 556 556 556 556 556 556 556 556 556 556 556 556 278 278 584 584 584 556 1015 667 667 722 722 667 611 778 722 722 778 667 556 833 722 778 667 778 722 667 611 722 667 944 667 667 611 278 278 274 469 556 333 556 556 500 556 556 278 556 556 222 278 556 556 222 222 500 222 833 556 556 556 556 335 500 278 556 556 722 500 500 500 554 260 334 584 750 556 750 222 556 333 1000 556 556 333 1000 667 333 1000 750 611 750 750 222 222 333 333 350 556 1000 333 1000 500 333 944 750 500 667 274 333 556 556 556 556 260 556 333 737 370 556 584 333 737 552 400 549 333 737 333 576 549 333 333 333 576 537 278 333 333 365 556 834 834 834 611 667 667 667 667 667 667 1000 722 667 667 667 667 278 278 278 278 722 722 778 778 778 722 778 778 778 778 778 584 778 722 722 722 722 667 667 611 556 556 556 556 556 556 556 500 556 556 556 556 278 278 278 278 278 556 556 556 556 556 556 556 549 611 556 556 556 556 500 556 500] эндообъект 25 0 объект > эндообъект 26 0 объект > эндообъект 27 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1000 1000 352 394 459 818 636 1076 727 269 454 454 636 618 364 45 636 636 636 636 636 636 636 636 636 636 636 636 636 454 454 818 818 818 545 771 632 686 775 771 421 455 693 775 751 421 455 693 557 843 748 787 603 787 695 684 616 732 684 989 685 615 685 454 454 454 818 636 636 601 623 521 623 596 352 623 633 274 352 623 633 274 344 592 274 973 633 592 274 973 427 521 394 633 592 818 592 592 525 635 454 635 818 1000 636 1000 269 636 4000 636 636 636 636 456 818 636 636 636 1521 684 454 1070 1000 685 4000 1000 269 269 459 459 545 636 1000 636 977 521 454 981 1000 521 615 352 394 636 636 636 636 454 636 636 1000 545 645 818 454 1000 636 542 818 542 542 636 642 636 364 636 542 545 645 1000 1000 1000 545 684 684 684 684 684 684 984 698 632 632 632 632 421 421 421 421 775 748 787 787 787 787 787 787 787 787 787 818 787 732 732 732 732 615 605 620 601 601 601 601 601 601 955 521 596 596 596 596 274 274 274 274 612 633 607 607 607 607 607 818 607 607 607 607 818 607 633 633 633 633 592 623 592] эндообъект 28 0 объект > эндообъект 29 0 объект > эндообъект 30 0 объект [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 778 778 250 333 408 500 500 833 778 180 333 333 500 564 25 070 25 0 323 8 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 5007 278 564 564 564 444 921 722 667 667 722 611 556 722 722 333 389 722 611 889 722 722 556 722 667 722 722 722 722 667 556 611 722 722 944 722 722 611 333 278 333 469 500 333 444 500 444 500 444 353 500 500 500 4444 353 500 500 278 278 500 278 778 500 500 500 500 500 353 389 278 500 500 722 500 500 444 480 200 480 541 778 500 778 333 500 444 1000 500 500 333 5000 556 333 889 778 611 778 778 333 333 444 444 350 500 1000 333 980 389 33000 333 980 389 333 722 778 444 722 250 333 500 500 500 500 200 500 333 760 276 500 564 333 760 500 400 549 300 3 333 576 400 549 300 333 300 310 500 453 250 333 300 310 500 750 750 750 444 722 722 722 722 722 722 889 667 611 611 611 611 333 333 333 333 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 722 556 500 444 444 444 444 444 444 667 444 444 444 444 444 278 278 278 278 500 500 500 500 500 500 500 549 500 500 500 500 500 500 500 500] эндообъект 31 0 объект > эндообъект 32 0 объект >поток

Термоэлектрический; Э.

g., Патенты на эффект Пельтье и патентные заявки (класс 62/3.2)

Номер патента: 10672969

Abstract: Полупроводниковый прибор включает в себя подложку; первую ветвь термоэлектрической проводимости, расположенную на подложке и легированную присадкой первого типа; вторую ветвь термоэлектрической проводимости, расположенную на подложке и легированную присадкой второго типа, при этом первая и вторая ветви термоэлектрической проводимости пространственно разнесены друг от друга, но расположены вдоль общего ряда на подложке; и первую промежуточную структуру с термоэлектрической проводимостью, расположенную на первом конце второй ветви термоэлектрической проводимости и легированную присадкой первого типа.

Тип: Грант

Подано: 29 июня 2017 г.

Дата патента: 2 июня 2020 г.

Правопреемник: Тайваньская компания по производству полупроводников, ООО

изобретателей: Мин-Сянь Цай, Шан-Ин Цай, Фу-Лун Сюэ, Ши-Мин Ян, Чжэн-Юань Ван, Мин-Де Чен

Термоэлектрический холодильник на солнечной энергии с модулем Пельтье

Аннотация

Холодильники, используемые в настоящее время, используют компрессор и хладагент в качестве рабочего тела для передачи тепла.Тепловая энергия поглощается и высвобождается по мере того, как используемый хладагент расширяется и сжимается, а его состояние изменяется с жидкого на парообразное и наоборот. Термоэлектрический холодильник на солнечной энергии, также известный как холодильник Пельтье, предлагает несколько преимуществ по сравнению с обычными системами. Он состоит из твердотельных устройств без подвижных частей, что делает систему надежной и менее шумной. Не используются озоноразрушающие хлорфторуглероды, оказывающие неадекватное воздействие на окружающую среду.Они занимают очень мало места для работы, намного меньше, чем обычные системы. Температура регулируется (

Введение

I. ВВЕДЕНИЕ

Среди всех источников возобновляемой энергии солнечная энергия обладает наибольшим потенциалом, даже если можно было бы использовать небольшое количество солнечной энергии, она будет одним из самых важных источников энергии. Солнечная энергия поддерживает температуру мира выше, чем в более холодном космосе, вызывает течение в атмосфере и морях, отвечает за круговорот воды, а также помогает в процессе фотосинтеза у растений.Мировая потребность в мощности для всех нужд цивилизации составляет 10 Вт. Следовательно, солнце дает нам в тысячу раз больше энергии, чем нам требуется. Если мы используем 5% этой энергии, это будет в пятьдесят раз больше, чем потребуется всему земному шару. Электричество может быть получено из солнечной энергии с помощью фотогальванических солнечных элементов, которые преобразуют солнечную энергию в электричество. Существенными применениями фотогальванических элементов в Азии являются питание насосных агрегатов для сельскохозяйственного орошения, питьевой воды, электрификации сельских районов, освещения уличных фонарей, общественных телевизоров.Охлаждение — наиболее распространенный способ хранения вещей при температуре ниже комнатной путем хранения вещества, предназначенного для охлаждения или замораживания. Охлаждение имеет множество применений, таких как бытовые холодильники, современные охладители, криогеника и сифоны для обогрева. Отсутствие тепла есть холод, следовательно, чтобы понизить температуру, надо устранять тепло, а не прибавлять холода. Для выполнения второго закона термодинамики необходимо совершить работу. Термоэлектрическое охлаждение/охлаждение использует эффект Пельтье для создания теплового потока между соединением двух различных типов полупроводниковых материалов.Пластина Пельтье переносит тепло с одной стороны на другую с потреблением электроэнергии, которая зависит от направления тока. Такой прибор также называют прибором Пельтье, модулем Пельтье и термоэлектрическим охладителем (ТЭО). Он будет использоваться как для охлаждения, так и для целей обогрева, хотя практически основная цель – охлаждение. Его даже можно использовать в качестве регулятора температуры. Преимущества охладителя Пельтье по сравнению с парокомпрессионным холодильником заключаются в малой площади, его неподвижных компонентах или текущей жидкости, длительном сроке службы, защите от протечек, компактных размерах и универсальной форме.Недостатками агрегата являются его средства, слишком высокая цена и низкая производительность. Многие исследователи и компании пытаются разработать охладители Пельтье, которые были бы выгодны по цене и содержали бы дополнительную мощность. Когда пластина Пельтье используется для охлаждения, к устройству прикладывается напряжение, следовательно, между двумя сторонами возникает разница температур. После работы в качестве электрического генератора одна сторона устройства имеет температуру выше, чем противоположная сторона, и, следовательно, разница в напряжении между двумя сторонами пластины увеличивается (известно из-за эффекта Зеебека).Термоэлектрический охладитель (ТЭО) одновременно охлаждает и нагревает. Это возможно из-за комбинации 2 разных материалов для собственных горячих и холодных спаев на концах. Это воздействие достигается действием электрического напряжения или потенциала. ТЭО работает по принципу удара Пельтье, при котором приложенное электрическое напряжение превращается в температурный градиент. Воздействие электричества видно, когда электрическое явление применяется к полупроводниковым материалам типа P и N. Направление настоящего потока виновато в нагревающем и охлаждающем воздействии, энергия переносится лептоном от холодного спая к горячему.Несмотря на то, что кулер TEC имеет слишком много преимуществ, он имеет низкую постоянную производительности, потому что поглощение тепла в холодном спае невероятно меньше, чем потребляемая мощность.

II. ЦЕЛЬ

  1. Целью проекта является разработка термоэлектрической системы охлаждения с использованием солнечной энергии.
  2. Изучение различных термоэлектрических материалов, необходимых для повышения коэффициента полезного действия термоэлектрического охладителя.
  3. Использовать холодильник на солнечной энергии вместо компрессора.
  4. Для достижения более высокого коэффициента полезного действия.

III. МЕТОДИКА

Термоэлектрические холодильники работают на эффекте Пельтье (термоэлектрический эффект). Короче говоря, эффект Пельтье — это выделение тепла из электрической энергии. Пластина Пельтье (TEC) состоит из двух уникальных полупроводников: одного n-типа, а другого p-типа. Они используются, потому что они имеют разную плотность электронов. Чередующиеся полупроводники p и n-типа размещены термически параллельно друг другу и электрически последовательно, а затем соединены теплопроводной пластиной с каждой стороны и зажаты между двумя керамическими изоляторами.

Когда напряжение подается на свободные концы двух полупроводников с помощью медных стержней, на двух полупроводниках образуются соединения. Поток постоянного тока через соединение полупроводников создает разницу температур. Устройство имеет две стороны, и когда через устройство протекает ток, оно выделяет тепло от одной стороны к другой, так что одна сторона становится холоднее, а другая — горячее. Сторона с низкой температурой, то есть холодная сторона, поглощает тепло, которое затем переносится полупроводником на другую сторону устройства, поэтому другая сторона становится горячей.Горячая сторона прикреплена к радиатору, так что она остается при нормальной температуре, в то время как другая сторона опускается ниже температуры окружающей среды. В некоторых приложениях несколько модулей Пельтье (TEC) могут быть объединены вместе для получения желаемой температуры.

Солнечная панель преобразует световую энергию в электрическую. Можно использовать два типа солнечных панелей Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели. Согласно спецификации проекта мы используем монокристаллический тип из-за его высокой эффективности, поэтому эти панели производят постоянный ток.Батарея используется для хранения электроэнергии, поступающей от солнечных батарей, иногда батареи, построенные с инверторами, используются для преобразования постоянного тока в переменный. Этот ток передается на медные стержни, а затем через них поступает на полупроводники n&p. Формирование соединений происходит из-за прохождения тока через полупроводники, выделяется тепло, и одна сторона становится холодной, поглощая тепло, а другая становится горячей. К горячей стороне присоединен радиатор для отвода тепла в атмосферу.

IV. РАСЧЕТЫ

По результатам нашего проекта, после сборки всех частей, мы провели испытания без нагрузки (воздушное охлаждение), средней нагрузки (обычная вода) и холодной воды. Были записаны показания, а затем для каждого случая были построены 3 графика зависимости времени от перепада температуры, времени от количества отведенного тепла и времени от COP. Полученные результаты приведены ниже.

A. Испытание на холодной воде

Время и падение температуры:

В этом испытании был сделан вывод, что с течением времени перепады температуры уменьшаются до определенного предела, а затем увеличиваются.

Для обычной воды теоретические и фактические расчеты COP следующие:

м = масса воды

Cp = удельная теплоемкость

ΔT = разность температур.

 t = время          

В. МАТЕРИАЛЫ

  1. Внутренний стальной корпус
  2. Внешний пластиковый корпус
  3. Внутренняя пластиковая изоляция с термосмазкой
  4. Регулятор ампер/ Батарея/ SMPS
  5. TEC1-12706 – 1 в цифрах
  6. Радиатор (прямоугольный) – 8 шт.
  7. Воздуходувка – 1 шт.

Ссылки

[1] Hongxia Xi, Lingai Luo, «Разработка и применение термоэлектрических методов на основе солнечной энергии», Renewable Sustainable Energy Reviews (2007 г.) [2] Саймон Линейкин, Шмуэль Бен-Яаков (апрель 2007 г.), «Моделирование и анализ новейших термоэлектрических модулей», IEEE Trans.инд. заявл. 43 (2). [3] Тянь-Ху Ван, Цю-Хонг Ван, Чуан Ленг, Сяо-Донг Ван (2015), «Анализ параметров и оптимальная конструкция двухступенчатого термоэлектрического охладителя», Applied Energy 154:2-12. [4] Дайана Энеску, Елена Отилиа Вирйоге, Год 2014, «Обзор параметров термоэлектрического охлаждения и коэффициента полезного действия», Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 38 (903–916). [5] Tian-Hu Wang, Qiu-Hong Wang, Chuan Leng, Xiao-Dong Wang (2015), «Анализ параметров и оптимальная конструкция двухступенчатого термоэлектрического охладителя», Applied Energy 154:2-12.[6] С.Б. Риффат, Сяоли Ма (2004 г.), «Улучшение КПД термоэлектрических систем охлаждения: обзор», международный журнал по энергетике 28, стр. 753-768. [7] Шумин Линь, Мин Ма, Юнг Ван, Цзяньлунь Ю (2016), «Экспериментальное исследование двухкаскадного термоэлектрического охладителя в режиме импульсного тока», Applied Energy – 180 [8] BJ Huang, CJ Chin Year, «Метод проектирования термоэлектрического охладителя», International Journal of Refrigeration (2000)

.