Элементов пельтье: Что такое элемент Пельтье и как его сделать своими руками?

Элементы Пельтье или мой путь к криогенным температурам / Хабр
Многие слышали про «магические» элементы Пельтье — при прохождении тока через них одна сторона охлаждается, а другая — нагревается. Это работает и в обратную сторону — если одну сторону нагревать, а другую охлаждать — вырабатывается электричество. Эффект Пельтье известен с 1834 года, но и по сей день нас не перестают радовать инновационные продукты на его основе (нужно только помнить, что при генерации электричества, как и у солнечных батарей — есть точка максимальной мощности, и если работать далеко от неё — КПД генерации сильно снижается).

В последнее время китайцы поднажали, и заполонили интернеты своими относительно дешевыми модулями, так что эксперименты с ними уже не отнимают слишком много денег. Китайцы обещают максимальную разницу температуры между горячей и холодной стороной в 60-67 градусов. Хммм… А что если мы возьмем 5 элементов, подключим последовательно, тогда у нас должно получиться 20С-67*5 = -315 градусов! Но что-то мне подсказывает, что все не так просто…

Классические «китайские» элементы Пельтье — это 127 элементов, включенных последовательно, и припаянных к керамической «печатной плате» из Al2O3. Соответственно, если рабочее напряжение 12В — то на каждый элемент приходится всего по 94мВ. Бывают элементы и с другим количеством последовательных элементов, и соответственно другим напряжением (например 5В).

Нужно помнить, что элемент Пельтье — это не резистор, его сопротивление нелинейно, так что если мы прикладываем 12В — у нас может не получится 6 ампер (для 6-и амперного элемента) — ток может изменятся в зависимости от температуры (но не слишком сильно). Также при 5В (т.е. меньше номинала) ток будет не 2.5А, а меньше.

Количество перенесенного тепла пропорционально току. Но помимо этого есть паразитный нагрев от протекания тока, и паразитная теплопроводность — все это делает элемент Пельтье хоть сколько-то эффективным в очень узких условиях.

Кроме того, количество перенесенного тепла сильно зависит от разницы температуры между поверхностями. При разнице 60-67С — перенос тепла стремится к 0, а при нулевой разнице — 51 Ватт для 12*6 = 72-х Ваттного элемента. Очевидно, уже это не позволяет так просто соединять элементы в серию — нужно чтобы каждый следующий был по размерам меньше предыдущего, иначе самый холодный элемент будет пытаться отдать больше тепла (72Вт), чем элемент следующей ступени может пропустить через себя при желаемой разнице температур (1-51Вт).

Элементы пельтье собираются легкоплавким припоем с температурой плавления 138С — так что если элемент случайно останется без охлаждения и перегреется — то достаточно будет отпаяться одному из 127*2 контактов чтобы выкинуть элемент на свалку. Ну и элементы очень хрупкие — как керамика, так и сами охлаждающие элементы — я нечаянно разодрал 2 элемента «вдоль» из-за присохшей намертво термопасты:


Итак, маленький элемент — 5В*2А, большой — 12*9А. Кулер на тепловых трубках, температура комнатная. Результат: -19 градусов. Странно… 20-67-67 = -114, а получились жалкие -19…

Идея — вынести все на морозный воздух, но есть проблема — кулер на тепловых трубках хорошо охлаждает только если температура «горячей» и «холодной» стороны кулера лежит по разные стороны фазового перехода газ-жидкость наполнителя трубки. В нашем случае это означает, что кулер в принципе не способен охладить что-либо ниже +20С (т.к. ниже работают только тонкие стенки тепловых трубок). Придется возвращаться к истокам — к цельно-медной системе охлаждения. А чтобы ограниченная производительность кулера не сказывалась на измерениях — добавим килограммовую медную пластину — тепловой аккумулятор.


Результат шокирующий — те же -19 как с одной, так и с двумя стадиями. Температура окружающего воздуха — -10. Т.е. с нулевой нагрузкой мы еле-еле выжали жалкие 9 градусов разницы.


Оказалось, неподалеку от меня хладокомбинат #7, и я решил к ним заглянуть с картонной коробкой. Вернулся с 5-ю килограммами сухого льда (температура сублимации -78С). Опускаем медную конструкцию туда — подключаем ток — на 12В температура моментально начинает расти, при 5В — падает на 1 градус на секунду, и дальше быстро растет. Все надежды разбиты…


Эффективность обычных китайских элементов Пельтье быстро падает при температуре ниже нуля. И если охладить банку колы еще можно с видимой эффективностью, то температуры ниже -20 добиться не удается. И проблема не в конкретных элементах — я пробовал элементы разных моделей от 3-х разных продавцов — поведение одно и то же. Похоже на криогенные стадии нужны элементы из других материалов (и возможно для каждой стадии нужен свой материал элемента).

Ну а с оставшимся сухим льдом можно поступить следующим образом:

PS. А если смешать сухой лед с изопропиловым спиртом — получится жидкий азот для «бедных» — в нем так же весело замораживаются и разбиваются цветы и проч. Вот только из-за того что спирт не кипит при контакте с кожей — получить обморожение существенно легче.

Модуль на элемент Пельтье + интересное применение.
Приветствую тебя читатель banggood астрологи объявили неделю Пельтье поэтому в обзоре речь пойдёт об одном интересном применении данной штуковины. Милости просим под CUT.

Начнём с ликбеза

Как говорит википедия «Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.» Я уверен что после этой фразы понятнее не стало ).

Ок попробуем иначе. Представьте себе специфический аквариум, состоящий из зон двух типов. В первой зоне аквариума рыбки плавают быстро во второй медленно. Ещё представим себе на границах зон лопасти, крутящиеся в воде. Правила следующие 1) рыбка переплывает в другую зону только тогда когда её скорость соответствует скорости установленной для зоны.2) при переходе границ зоны рыбка может взаимодействовать с лопастями для увеличения либо для уменьшения своей скорости. Теперь представим несколько зон расположенных последовательно. (зоны с более высокой скоростью назовём З+ с низкой З- ) Рыбка находится в З+ она хочет перейти в З- она взаимодействует с лопастью на границе и начинает плыть медленнее, при этом лопасти (на границе З+/З-) начинают крутиться быстрее. Далее рыбка хочет перейти в следующую зону З+ ей надо ускориться она взаимодействует с лопастью на границе З-/З+ и ускоряется при этом лопасть начинает крутиться медленнее. Далее всё повторяется. Можно заметить что одни лопасти будут замедлятся а другие ускорятся. Элемент Пельтье работает по аналогичному принципу. Вместо рыбок там электроны вместо скорости рыбок энергия электронов в полупроводниках. При протекании тока через контакт 2х полупроводников, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников,

При этом чем больше ток тем выше эффект переноса энергии, энергия именно переноситься (а не волшебным образом пропадает) от «холодной» стороны к «горячей», поэтому элемент Пельтье способен охлаждать предметы до температуры ниже комнатной (проще говоря это полупроводниковый тепловой насос). Если у Вас задача просто отвести тепло от процессора транзистора и т.д. применение элемента Пельтье невыгодно т.к. Вам понадобиться Радиатор способный передать в окружающую среду тепло от охлаждаемого объекта + тепло возникающее при работе элемента Пельтье. Думаю с теорией покончено можно двигаться дальше.
Давайте посмотрим как по мнению спонсора обзора выглядит 13,90 зелени.
Модуль представляет из себя этакий 5 уровневый бутерброд, он состоит из пары радиаторов и вентиляторов и собственно самого элемента Пельтье.
Вентилятор большего размера предназначен для отвода тепла. При приложении усилия его можно снять без выкручивания шурупов. Вентилятор самый обыкновенный ( Питание 12В размер 90мм) прикрыт решёткой, изначально вентилятор установлен на отвод воздуха.На противоположной стороне малый вентилятор (Питание 12В размер 40мм)Малыш прикручен на совесть Посмотрим на радиаторыБольшой радиатор размером 100мм*120мм высота 20ммМалый радиатор 40мм*40мм высота 20мм. Радиаторы скреплены двумя винтами, в малом радиаторе нарезана резьба. При снятии радиатора обнаружена термопаста это хорошо, но можно увидеть что есть недожим.
Контакт с большим радиатором идеальным тоже не назовёшь.Главный вывод — если хотите выжать из этого модуля максимум то обязательно загляните под радиаторы. А если стереть термопасту то можно увидеть что тут установлен элемент TEC1-12705 (размер 40мм*40мм*4мм) хотя заявлен более мощный TEC1-12706. Мануал на TEC1-12705 peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12705.pdf
Снимем малый радиатор и попробуем запустить модуль замерив температуры «тёплой» и «холодной» сторон.Температура «холодной» стороны -16,1 «горячей» 37,5 дельта 53,6. ток потребления при 12В составил 4,2А. На режим элемент Пельтье вышел через 90с.

А теперь весёлая часть.
Находим металлическую и блестящую пластину и делаем в ней отверстие для термопары.Кладём термопасту и устанавливаем термопаруДалее изготавливаем узконаправленный фотоприёмник и фотодиод из чёрной бумаги и обычных компонентовСобираем готовое устройство вспоминая правило «угол падения равен углу отражения»Кто догадался что это такое? Это прибор (ну точнее модель для демонстрации принципа действия) для определения температуры точки росы/относительной влажности воздуха. Действует следующим образом: ИК-светодиод светит в отражающую пластинку, после отражения свет от ИК-светодиода попадает на ИК-фотодиод. С обратносмещённого ИК-фотодиода снимается сигнал напряжения. При охлаждении пластинки до температуры точки росы на ней начинает собираться конденсат, интенсивность отражаемого излучения падает, сигнал на фотодиоде изменяется. Регистрируя температуру пластины, и окружающего воздуха можно найти относительную влажность. Для работы я использовал Brymen BM869 (с самодельным кабелем и софтом) и Uni-t UT61E

Ниже представлен результат Рыжий график температура пластины, синий график сигнал с фотодиода. Будем считать момент, когда напряжение с фотодиода изменилось на половину от общего изменения напряжения есть момент выпадения конденсата. Исходя из поставленных условий измеренная температура точки росы в комнате +9С.Температура окружающего воздуха 26,7 (на графиках не отображалась т.к. она была неизменна).Одновременно я запустил модуль HTU21 и наблюдал за показаниями в терминале.(скриншот терминала добавлен к графику).Далее я использовал онлайн калькулятор planetcalc.ru/248/ для пересчёта влажности в температуру точки росы
Результат пересчёта влажности с HTU21 в температуру точки росы совпал с измеренной напрямую температурой точки росы. Это значит, что если описанным выше методом определять точку росы, а затем делать пересчёт, то можно достаточно точно определять влажность (Ну естественно если делать всё по-взрослому). Данный метод называется методом охлаждаемого зеркала, а гигрометры, построенные на таком принципе, называются конденсационными. Надеюсь вам понравился обзор, и Вы узнали для себя что-то новое. Всем спасибо за внимание.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Что можно сделать из элементов Пельтье и за счет каких механизмов?

Элементы Пельтье – казалось бы, давно уже не новость, однако многие не полностью представляют принцип их работы, и не знают, что можно сделать из модулей и зачем они нужны. Изобретатель Игорь Белецкий покажет несколько наглядных экспериментов, чтобы у вас сложилось понимание того, на что способны эти пластинки.

Их легко приобрести в интернете и заказать доставку по почте. Купить Пельтье лучше всего в этом китайском магазине. Есть и специальный кулер охлаждения.

На фото: Модуль Пельтье

Элемент Пельтье

Содержание

Самый популярный модуль Пельтье TEC1-12706

Самым популярным среди практиков, увлеченных идеями свободной природной энергии и производителей технических устройств является элемент размером 40 на 40 миллиметров с маркировкой TEC1-12706.  Это означает, что он состоит из 127 пар малюсеньких термоэлементов – полупроводников разного типа, которые попарно соединены при помощи медных перемычек в последовательную цепь и рассчитаны на постоянный ток до 5 А при напряжении 12 вольт.

Схема Элемента ПельтьеСхема Элемента Пельтье

Некоторые думают что модули Peltier, это что-то типа солнечных панелей – ведь они такие же плоские, торчат проводки, и те и другие могут генерировать электрический ток. Увы, это не совсем так на самом деле. Чтобы понять, как функционируют загадочные пластинки, посмотрите видео И. Белецкого, описание в текстовом формате ниже.

Эффекты Пельте и Зебека – функции модуля

У этого девайса есть целых два режима работы – 1. выработка холода и тепла; 2 – генерация электрического тока.

1. Итак, знаменитый эффект Пельтье (тепло и холод). Это когда вы подводите к элементу постоянный ток и замечаете, что одна из его сторон стала теплее, а другая холоднее. Таким образом он работает как тепловой насос. Очень полезное свойство. Спору нет.

2. Но оказалось, что имеет место и обратный процесс – так называемой эффект Зебека, а именно возникновение электрического тока при установлении и поддержании определенной разности температур на сторонах самого модуля (пластинки).

Примечание. Никогда не перегревайте элементы, если хотите и далее проводить эксперимент с ними. Полупроводники в модуле спаяны припоем, температура плавления которого может лежать в пределах от восьмидесяти до двухсот градусов. А учитывая, где сегодня производится большинство этих элементов, можно только догадываться на каких соплях их спаяли.

Схема. Как создается электричество при нагреве сторон Пельтье

peltie

peltie2

Вся неприятность в том, что этот элемент будет нормально работать только при эффективном охлаждении.

Тест с получением электричества

Например, мы хотим проверить эффект Зебека. Поставим сверху кружку с кипятком. Тем самым не превышено 100 градусов, допустимых по нагреву.

peltie2

Наблюдаем появление напряжения. Интересно, что если изменить направление тепловой потока через модуль, то изменится направление постоянного тока. Но со временем на второй стороне благодаря теплопроводности элемента Пельтье температура тоже поднимется и напряжение, естественно, упадет.

Чтобы эффект был постоянным, нужен постоянный отвод тепла. Для этого модуль размещают на массивным радиаторое и желательно с активным охлаждением. Показатели явно лучше, как вы понимаете. Это требует дополнительных энергозатрат.

Допустим, вы хотите сделать из этого элемента походную зарядку для мобильников. Тогда на природе радиатор можно поместить в холодную воду, возможно даже проточную или ледяную, что несомненно еще лучше. Применение этих модулей зимой при хорошем дармовом минусе – наиболее перспективно.

Правда, одного элемента для зарядки телефона явно будет маловато. А вот два – это уже лучше. Естественно, если увеличить нагрев, то выходная мощность тоже возрастет. Но это очень рискованный шаг, который можно сделать только ради эксперимента. Работа такого генератора будет длиться недолго.

Теперь перейдем к эффекту Пельтье, то есть к производству холода.

Холодильник на модулях Пельте – насколько он эффективен?

Для эксперимента будет использован автомобильный холодильник. Полезный объем его 20 литров. Обратите внимание – заявленная мощность – 48 ватт при токе 4 ампера и постоянном напряжении 12 вольт. А это значит, что внутри стоит всего лишь 1 маленький элемент Пельтье. Для тех кто не в теме откроем секрет – такую же мощность имеет обычный домашний холодильник, размеры которого в разы больше. Ну да ладно, сейчас не об этом. Проверим его эффективность. Например поставим ему минимальную задачу охладить стаканчик с водой, имеющей комнатную температуру 26 градусов. Для работы холодильника будем использовать блок питания, идеально подходящий по своим параметрам. Дополнительно в цепь будем помещен ваттметр. Он будет в реальном времени отображать ток, напряжение и мощность. Но самое главное – потребление, так называемый ватт в час. Таким образом мы сможем примерно оценить энергозатраты нашего холодильника.

Включаем и видим, все прекрасно работает. Вот ток 4,29 А. Напряжение 11,15 Вольт. Мощность 47,9 Ватт. 0,1 Ватт-часов.

Пока процесс идет, проведем более наглядный эксперимент, который покажет, что же именно происходит в холодильнике. Когда подадим на элемент постоянный ток, он начнет перекачивать тепло с одной стороны на другую.

холодильник на Пельтье делаем сами

Кстати, если поменять направление тока, то изменится и направление перекачки тепла, что весьма удобно. Главное не забываем об активном охлаждении, потому что пятьдесят ватт электрической мощности нагревает элемент мгновенно. Чем эффективнее мы отведем тепло с горячий стороны, чем холоднее на другой.

Как видите, на самой поверхности модуля вода замерзает очень быстро, ну еще бы – столько энергии сжирает.

холодильник на Пельтье делаем сами

Но вернемся к нашему холодильнику. Спустя один час работы температура воздуха внутри упала до пятнадцати градусов, а у воды опустилась до 20. Удивило, что за час работы он съел четко 48 ватт. Через два часа у воздуха было 13 градусов, а у воды 17. И наконец, после трех часов работы температура воздуха остановилась на 13-ти градусах, а в стакане с водой была 15 и ниже 12 она уже не опустится. Ну так себе холодильник, учитывая что он был забит напитками не полностью. Но при этом этот монстр потребил 140 Ватт. Для домашней сети может и не много, но для автомобильного аккумулятора это уже весьма ощутимо. Поэтому здесь и стоит всего лишь один элемент. Потому что больше никакой аккумулятор просто не потянет. А это значит, что кпд такого модуля ничтожно мал – буквально считанные проценты, что опять же зависит от производителя. Такой холодильник больше напоминает хороший термос. Если бы взяли из дома холодные продукты, то он бы просто не позволил им быстро нагреться. Делать такие холодильники большими энергетически невыгодно.

В каких случаях Пельтье эффективен?

Кстати это относится и к самодельщикам,  пытающихся делать на этом принципе автомобильные кондиционеры. Есть более эффективные технологии, а вот использовать элементы Пельтье для охлаждения чего-то маленького и компактного – просто идеальное решение. Есть целый спектр таких устройств, например охлаждать процессоры или микросхемы различных малогабаритных приборов. В этом скорее всего и есть самый главный плюс таких элементов. Они миниатюрны и минимальны по весу. По сравнению с теми же фотоэлементами у Пельтье минусов конечно больше, ну а самый эффект безусловно заслуживает внимания. В конце концов все зависит от решаемых задач а если энергия халявная, то высокий КПД не так уж и важен.

До скольки градусов можно охладить элемент? Об этом в отдельном видео.

Заключение

Популярные среди радиолюбителей и инженеров модули Пельтье – электронные элементы, активно использующиеся для систем охлаждения и получения электроэнергии. На их основе разрабатываются источники питания для освещения или зарядки девайсов в походных условиях, мобильные компактные холодильники для автомобилей. Существуют попытки применения для охлаждения компьютерных процессоров. Работа устройств основана на 2 механизмах: при нагреве одной стороны пластины Пельтье и охлаждении второй, вырабатывается электроток; при подаче электричества на контакты одна сторона пластины охлаждается, вторая – нагревается.

Элемент Пельтье | Практическая электроника

Все вы знаете, что с помощью электрического тока можно нагревать какие-либо предметы. Это может быть паяльник, электрочайник, утюг, фен, различного рода обогревашки и тд. Но слышали ли вы, что с помощью электрического тока можно охлаждать? “Ну а как же, например, бытовой холодильник” – скажите вы. И будете не правы. В бытовом холодильнике электрический ток  оказывает только вспомогательную функцию: гоняет фреон по кругу.

Элемент Пельтье

Но существуют ли такие радиоэлементы, которые при подаче на них электрического тока вырабатывают холод? Оказывается существуют ;-). В 1834 году французский физик Жан Пельтье обнаружил поглощение тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Или, иными словами,  в этом месте наблюдалась пониженная температура. Ну и как положено в физике, чтобы не придумывать новое название этому эффекту, его называют в честь того, кто его открыл. Открыл что-то новое? Отвечай за базар)). С тех пор зовется такой эффект эффектом Пельтье.

Ну и как тоже ни странно, элемент, который вырабатывает холодок, называют элементом Пельтье. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. ThermoElectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Элемент Пельтье (практика)

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

Почему я пометил стороны?

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

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

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

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

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

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

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

Подаем 12 Вольт и замеряем температуру стороны А:

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

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

Мощность элемента Пельтье

Элемент Пельтье сам по себе считается очень энергозатратным. Регулировка температуры его сторон достигается напряжением. Чем больше напряжение, тем большую силу тока он потребляет. А чем больше силы тока он потребляет, тем быстрее набирает температуру. Поэтому, можно регулировать холодок, тупо меняя значение напряжения).

Вот некоторые  значения по потреблению электрического тока элементом Пельтье:

При напряжении в 1 Вольт он кушает 0,3 Ампера. Неплохо)

Повышаю напряжение до 3 Вольт

Кушает уже почти 1 Ампер.

Повышаю до 5 Вольт

Чуть больше полтора Ампера.

Даю 12 Вольт, то есть его рабочее напряжение:

Жрет уже почти 4 Ампера! Грабеж).

Давайте грубо посчитаем его мощность. 4х12=48 Ватт. Это даже больше, чем 40 Ваттная лампочка, которая висит у вас в кладовке). Если элемент Пельтье такой прожорливый, целесообразно ли из него делать бытовые холодильники и холодильные камеры? Конечно же нет! Такой холодильник у вас будет жрать Киловатт 10 не меньше! Но зато есть один маленький плюс – он будет абсолютно бесшумен :-). Но если нет никакой возможности, то делают холодильники даже из элементов Пельтье. Это в основном  мини холодильники для автомобилей. Также элемент Пельтье некоторые используют для охлаждения процессора на ПК. Получается  очень эффективно, но по энергозатратам лучше все-таки ставить старый добрый вентилятор.

Где купить

На Али можно найти даже мини-кондиционер из элемента Пельтье вот по этой ссылке.

элемент пельтье

На Али этих элементов Пельтье можете выбрать сколь душе угодно!

элемент пельтье

Вот ссылка на них

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).

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.

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.

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.

Похожие темы:

Эффекту Пельтье - 175 лет

Содержание:
История открытия
Теоретическое обоснование эффекта Пельтье
Работа термоэлектрического модуля
КПД ТЭМ
Применение термоэлектрических устройств
ТЭМ — за и против
Мини-FAQ
PS


Jean-Charles-Athanase Peltier (1785 — 1845)

Череда научных открытий в «великое десятилетие» начала девятнадцатого века заложила предпосылки для овладевания термоэлектричеством, безусловно перспективнейшим направлением энергетики будущего. Отрадно, что научные направления в этой области развиваются, и российские ученые находятся в авангарде этих исследований.

История открытия

В начале 18 века основные научные направления и теории еще только формировались, а основной движущей силой были всевозможные эксперименты, которые проводились настоящими энтузиастами своего дела, в основном, в кустарных условиях и на доморощенной инструментальной базе. И к самоотверженной работе этих людей мы относимся с большим уважением их имена по праву вошли в историю.

Сразу скажем, что к современному термоэлектрическому модулю (ТЭМ) Жан Атанас Пельтье никакого отношения не имеет. В 1834 году он явился первоописателем явления, обратного открытому еще в 1821 году эффекту Зеебека (1770-1831), и оба автора открытий не понимали сути происходящего, равно как и то, что это явления одного порядка.

Так что же открыли Зеебек и Пельтье в отношении термоэлектричества?
Зеебек установил, что, если соединить концы двух металлических проводников из разных металлов и нагревать место соединения, то на свободных концах проводников возникает разность потенциалов, которая зависит от разности температур «холодного» и «горячего» спая и примененных металлов. Если быть точным, то он обнаружил при нагреве появление магнитного поля в замкнутой цепи, но это поле как раз и говорит о том, что в электрической цепи появился ток. Смена нагрева спая на его охлаждение (относительно «свободных» концов) приводит к изменению знака ЭДС. Также было обнаружено, что, даже только при нагреве спая, некоторые сочетания металлов дают положительный знак ЭДС, а другие — отрицательный.

В таком устройстве легко узнается современная термопара, широко и повсеместно применяемая для измерения температуры. Впрочем, официальным изобретателем термопары (в 1830 году) считается профессор музея Флоренции Леопольд Нобили.

Генерируемую термопарой ЭДС мы теперь называем термоэдс, хотя сам Зеебек до конца своих дней выступал против интерпретации открытого им явления как
термоэлектрического, ошибочно настаивая на том, что первопричиной является появление магнитного поля при нагреве.

Зеебека можно вполне отнести к «профессиональным» физикам, так как у него есть еще несколько открытий в различных областях. Но не все лавры достаются первооткрывателям. К примеру, известный эффект Доплера «открытый» в 1842 году Кристианом Доплером (прошло 11 лет после смерти Зеебека) был описан Зеебеком.

На некоторых информационных ресурсах, посвященных эффекту Пельтье, говорится о Пельтье как о часовщике. Это абсолютно неправильная интерпретация фактов, поскольку, начав работать в часовой мастерской в 15 лет, в возрасте 21 года он уже открывает в Париже собственный магазин и в том же 1806 году женится на Милли Дюфон. А за 20 лет до интересующего нас открытия Пельтье получил небольшое наследство, по родственной линии жены, позволившее ему полностью отказаться от необходимости зарабатывать хлеб насущный и посвятить все свое время любимому делу — экспериментальной физике, анатомии, метеорологии и ряду других направлений естествознания.

В одном из своих экспериментов Пельтье обнаружил, что проходящий через спай разнородных металлов ток создает разность температур между спаем и свободными концами проводников. Причем, если нагрев проводников при прохождении тока к тому времени уже был вполне объясним (закон Джоуля), то охлаждение ниже температуры окружающей среды казалось чудом. Впрочем, чудом было и то, что Пельтье удалось увидеть эту разницу на металлической паре, так как она не могла превышать пары градусов. Как и Зеебек, Пельтье так и не смог понять и объяснить суть происходящего.

К слову, сегодня, без мультиметра и заводских электрических элементов или блоков питания, не многие, даже вооруженные знаниями и описанием термоэлектрических эффектов, смогут повторить опыт Пельтье 175-летней давности.

Но наука шла вперед, и, в скором времени, появилась теория, описывающая термоэлектрические эффекты (Ленц) и некоторые недостающие звенья (Томсон, более известный как лорд Кельвин). В начале 19 века немецкий инженер Альтенкирх развил теорию и ввел понятия холодильного коэффициента и Z-эффективности, показав, что эффект Пельтье на металлических спаях, ввиду достижимой разницы температур всего в несколько градусов, не пригоден для практического применения. И только спустя несколько десятков лет, прежде всего усилиями академика А. Иоффе и разработанной им теории твердых растворов, были теоретически и практически получены результаты, давшие импульс широкому практическому применению эффекта Пельтье.

Далее по тексту термоэлектрические модули, использующие эффект Пельтье, будут называться сокращенно ТЭМ, в конкретном контексте под это определение могут попадать и другие устройства, использующие термоэлектрические принципы, но термоэлектрические генераторы, как правило, будем обозначать аббревиатурой ТЭГ.

Теоретическое обоснование эффекта Пельтье

Из школьного курса физики мы знаем, что ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Под заряженными частицами обычно понимаются свободные электроны, а упорядоченность возникает при подключении источника электродвижущей силы, переводящей электроны из хаотического теплового (броуновского) движения в более осмысленное, с человеческой точки зрения. Впрочем, броуновское движение не прекращается и с появлением электрического тока. Лучшими проводниками тока при комнатной температуре являются металлы.

Также в школе мы узнали и о диэлектриках — веществах, плохо проводящих электрический ток. Это не значит, что в диэлектриках нет свободных электронов — их, в кубическом сантиметре даже самых лучших изоляторов, может быть сотни триллионов! И все же этого недостаточно для возникновения явления проводимости. Вещество становится проводящим, когда концентрация носителей тока увеличивается еще в тысячи раз, такую проводимость имеют полупроводники, а подняв удельное число носителей на пару порядков, получаем полуметаллы (сильно легированные полупроводники, или твердые растворы), дальнейшее увеличение концентрации носителей характеризует уже настоящие проводники — металлы.

Вспомнив эти азы, мы готовы к восприятию критерия Z-эффективности термоэлектриков по Альтенкирху, используется также термин «добротность»:

Z = α²σ / κ, где

α — коэффициент термоэдс,
σ — удельная электрическая проводимость,
κ — удельная теплопроводность, состоящая из теплопроводностей кристаллической решетки и электронов.

Термоэдс и определяет энергию, которую электрон «прокачивает» через контакт двух разнородных материалов. Для эффективности переноса энергии необходимо иметь высокую проводимость материала (или низкое удельное сопротивление ρ = 1 / σ) и низкую теплопроводность, чтобы кристаллическая решетка не взаимодействовала с электронами (взаимодействие = энергообмен).

Выбор вещества в качестве термоэлектрика, в котором с нужными качествами сочетаются все три параметра, оказался нетривиальной задачей. Для начала 19 века доступны были только металлы, не обладающие высокой добротностью и не позволившие получать практическую пользу от эффектов термоэлектричества, за исключением, пожалуй, использования термопар для измерительных целей.

Другими словами, в металлах много свободных электронов, но переносимая ими энергия мала, что дает общий слабый эффект. В диэлектриках переносимая энергия может быть большой, но число их относительно невелико, что также не обеспечивает нужного эффекта. Нужно было найти или изготовить искусственным способом золотую середину. Материалы, обладающие нужными качествами, были получены в середине 20 века, прежде всего, благодаря усилиям А.Иоффе. Ими оказались полуметаллы, к примеру

как сделать своими руками, видео

В английском языке термин упоминается как ТЕС — термоэлектрический охладитель. Элемент пельтье своими руками представляет собой температурно электрический преобразователь, который работает по принципу возникновения разницы температур в момент подачи электрического тока. Возможно ли собрать его самостоятельно и какое применение ему найти?

Элемент пельтье своими руками

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

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

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

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

Рассмотрим на примере схем, как сделать пельтье своими руками:

  • Задействовать его в качестве детали термоэлектрического генератора, согласно рисунку подключения.
  • Собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920 (рисунок 1).
Рисунок 1. Элемент пельтье своими руками: универсальная схема

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

  1. Подать на вход получившегося преобразователя напряжение диапазоном 0.8-5.5В, чтобы иметь на выходе стабильные 5В.
  2. При использовании устройства обычного типа — поставить лимит температуры нагреваемой с
Эффективность элемента Пельтье

Эффективность применения элемента Пельтье зависит от коэффициента полезного действия (COP), который зависит от рабочей точки, теплового режима и типа питания контроллера TEC. 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 передают тепло от одной стороны к другой, в зависимости от направления электрического тока.

TEC Controller Обзор продукта

Коэффициент производительности (КС)

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

Peltier performance vs current
КС в зависимости от текущей зависимости элемента Пельтье для разных значений dT.

Оптимальная рабочая точка элемента Пельтье - это когда максимальное значение COP. Максимум COP сильно зависит от разницы температур (dT) между теплой и холодной стороной.Как видно, максимум COP смещается в сторону больших токов при увеличении dT. Ток не должен быть больше 0,7 раз I макс. , потому что тогда COP становится слишком маленьким - элемент Пельтье очень неэффективен.

Тепловой Дизайн

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. Reducing dT - оптимизировать радиатор и вентилятор
  2. Минимизируйте потери мощности - изолируйте охлажденную зону
  3. Optimize COP - выберите элемент Пельтье с достаточной мощностью

1.Разница температур (dT) между холодной и теплой стороной должна быть минимизирована. Небольшое значение dT приведет к максимуму COP, как это видно на диаграмме 5, смещению вправо, что означает, что необходим меньший ток. Тепло, которое должно рассеиваться на теплой стороне, составляется следующим образом: Q h = Q C + P el .

Следующая схема представляет систему охлаждения и соответствующую диаграмму температуры справа. Объект охлаждается до -5 ° C холодной стороной элемента Пельтье.Горячая сторона элемента Пельтье находится при 35 ° C. Радиатор отводит тепло в окружающий воздух, температура которого составляет 25 ° C. Радиатор, таким образом, рассеивает 10 ° C, поэтому новый dT составляет 30 К.

Thermal Schematic with diagram
Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая температурная диаграмма

2. Часто выгодно изолировать охлаждаемый объект и все остальные охлаждаемые поверхности. Таким образом, температура окружающей среды оказывает меньшее влияние на элемент Пельтье, и в систему поступает меньше тепла окружающей среды.Это уменьшает общее рассеивание мощности, что приводит к меньшей импульсной мощности элемента Пельтье и, следовательно, к лучшему КПД.

3. КС следует оптимизировать, используя достаточную мощность элемента Пельтье. Это необходимо, потому что максимум COP находится при низком токе, и помехи могут быть поглощены. Если мощность элементов Пельтье слишком мала, возможно, создан нагреватель.

В качестве примера: если dT составляет 30 K, вы можете увидеть на диаграмме COP относительно текущего отношения максимум COP при I = 0.3 * я макс . На диаграмме Vs Current с тепловой накачкой получаем значения dT = 30 K и I = 0,3 * I макс. , Q c / Q макс. , равные 20%. Если требуется охлаждение 10 Вт, элемент Пельтье должен иметь мощность 50 Вт.

DC по сравнению с ШИМ (Тип поставки TEC)

В следующей главе обсуждаются преимущества постоянного тока (постоянного тока) и недостатки ШИМ в качестве режимов питания для управления элементами Пельтье с помощью контроллеров TEC. Термоэлектрические холодильники работают за счет эффекта 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 общем, это означает упрощенное аппаратное и логическое управление выходом. Для высоких частот ток ШИМ можно рассматривать как постоянный ток того же значения амплитуды. Однако модули TEC, приводимые в действие ШИМ, всегда менее эффективны, чем приложения TEC, управляемые постоянным током. Управление ТЕС с помощью ШИМ напрямую делает схему более подверженной помехам, может привести к высоким переходным напряжениям и, как правило, менее эффективно.

Другая проблема заключается в том, что ШИМ может вызывать электромагнитные помехи (EMI) в проводке к устройству TEC. Этот эффект может мешать измерительным системам или камерам, например, когда используется для охлаждения датчиков CCD.

Рекомендации производителей

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

  • Ferrotec: «Тем не менее, мы рекомендуем ограничить пульсации источника питания максимум до 10 процентов с предпочтительным значением <5%."
  • RMT: «TEC [элементы Пельтье], управляемые PWM, работают менее эффективно, чем при постоянном токе. Управление PWM всегда менее эффективно, чем работа TEC при одинаковом среднем значении постоянного тока и потребляемой мощности».
  • Marlow: «Для оптимальной работы термоэлектрическим холодильникам требуется плавный постоянный ток. Коэффициент пульсации менее 10% приведет к ухудшению ΔT менее чем на 1%. [...] Marlow не рекомендует включать / выключать управление».

Сравнение двух контроллеров TEC

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

Установка состоит из следующих компонентов:

  • Блок питания для контроллера TEC
  • TEC контроллер
  • Охлаждаемый объект (нагрузка 1 Вт)
  • элемент Пельтье
  • Радиатор
  • Вентилятор для охлаждения радиатора

В качестве целевой температуры для нагрузки 1 Вт в качестве охлаждаемого объекта мы выбрали в обоих случаях 10 ° C при температуре окружающей среды 24.5 ° С

Результаты представлены на следующей иллюстрации и обсуждаются ниже.

DC TEC Controller vs. PWM TEC Controller with losses
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 более высокой температуре в термоэлектрической системе охлаждения, особенно когда она заключена в корпус.
  • Более высокая температура радиатора на 5 К также приводит к увеличению dT элемента Пельтье:
    dT = T HS - T O = T amb + ΔT HS - T O
  • Другими словами, общее количество тепла, которое будет рассеиваться системой с помощью ШИМ-контроллера, более чем в 4 раза больше. Следовательно, это приводит к необходимости гораздо большего радиатора для случая 2.
  • Более эффективная система позволяет также использовать более мелкие компоненты, такие как источник питания или радиатор и т. Д.
Контроллеры

линейных и SMPS TEC

Существует два способа генерации постоянного тока для управления ТЕС. Одним из способов является использование линейного источника питания, в то время как другой является SMPS.

Линейные контроллеры TEC обеспечивают постоянный ток с оптимальной работой TEC. Однако они сами по себе очень неэффективны и генерируют высокие тепловые потери.

Контроллеры SMPS TEC также управляют ТЕС постоянным током, но они гораздо более эффективны, что приводит к существенно меньшим потерям тепла.

Контроллеры

SMPS TEC имеют высокую эффективность, (> 90%) электроника генерирует мало потерь.

.
peltier elements - Перевод на немецкий - примеры английский

Эти примеры могут содержать грубые слова, основанные на вашем поиске.

Эти примеры могут содержать разговорные слова на основе вашего поиска.

Финансирование двадцати термоэлектрических элементов Пельтье (TEC) для академического образования (около 500 евро)

Finanzierung zwanzig thermoelektrische Peltierelemente (TEC) для студентов, получающих образование (500 €)

Микроскоп по п.5, в котором устройство (6) нагрева / охлаждени включает элементов Пельтье .

Mikroskop nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- / Kühleinrichtung (6) Peltierelemente umfaßt.

Устройство по п.17, отличающеес тем, что элементы Пельтье лежат на уровне контакта так, что их контактные поверхности обращены к коже.

Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente mit ihren der Haut zugewandten Kontaktflächen in einer Kontaktebene liegen.

ТЕПЛОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕМЕНТА ИЛИ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЛЬТЬЯ , СОДЕРЖАЩИХ СПЕЦИФИЦИРОВАННЫЕ НАНОКРИСТАЛЛЫ СПЛАВОВ КРЕМНИЯ, ГЕРМАНИЯ ИЛИ КРЕМНИЯ

THERMOKRAFTELEMENT ODER PELTIER-ELEMENTE AUS GESINTERTEN NANOKRISTALLEN AUS SILICIUM, ГЕРМАНИЯ ОДЕР, КРЕМНИЯ-ГЕРМАНИЯ LEGIERUNGEN

Система (10, 90) по любому из предыдущих пунктов, в которой элементы (34) Пельтье имеют радиаторы или теплообменники (36, 38), связанные с их противоположными сторонами.

Система (10, 90) nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem den Peltier-Elementen (34) от ihren voneinander abgewandten Seiten Wärmesenken bzw. Wärmetauscher (36, 38) зугеорднет синд.

Система (10, 90) по п.18, в которой электрический тепловой насос (14) содержит множество элементов Пельтье (34) и связанные с ними теплообменники (36, 38).

Система (10, 90) nach Anspruch 18, bei dem die elektrische Wärmepumpe (14) eine Vielzahl von Peltier-Elementen (34) и der zugeordneten Wärmetauschern (36, 38) aufweist.

Полнокадровые ПЗС-датчики встроены в герметически закрытые вакуумные камеры с многоступенчатыми элементами Пельтье .

Die Full-Frame CCD Sensoren открывает дорогу к герметизированному вакуумному насосу Пельтье-Элементен .

Твердотельный лазер по п.11 или 12, отличающийс тем, что термопары и / или элементов Пельтье работают и расположены каскадом.

Halbleiterlaser nach Patentanspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente und / oder Peltierelemente в Kaskade Betrieben und Angeordnet Sind.

Влага, которая возникает на элементах Пельтье (20), может выходить в трубу (24).

Eventuell и логово Пельтье-Элементен (20) в Феихтигкеит канн ин дас Рор (24) entweichen.

Указанные модули теплового насоса предпочтительно содержат элементов Пельтье , действующих в качестве элементов теплового насоса.

Все права защищены и умерли Wärmepumpenmodule als Wärmepumpenelemente wirkende Peltierelemente .

Цель состоит в том, чтобы улучшить упомянутый способ в отношении увеличения показателей производительности элементов 9109 Пельтье .

Die Aufgabe besteht darin, vorgenanntes Verfahren hinsichtlich einer Erhöhung der Leistungsziffer der Peltierelemente zu verbessern.

Устройство по п.13, отличающеес тем, что металлический диск удерживаетс при постоянной температуре элементами Пельтье .

Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallscheibe durch Peltierelemente auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

Отдел настройки Memmert разработал исключительную уникальную систему для исследования крутящего момента: прозрачную климатическую камеру с элементами Пельтье для нагрева и охлаждения.

Für Forschungsarbeiten zum Drehmoment entwickelte der Memmert Sonderbau ein außergewöhnliches Unikat: Einen Transparenten Klimaschrank mit Peltier-Elementen zum Heizen und Kühlen.

Элементы Пельтье позволяют сохранять напитки свежими в термообладателях

Кроме того, все блоки идеально герметизированы, чтобы предотвратить проникновение конденсированной воды в элементы Пельтье под блоком пробы и другими частями электроники.

Darüber hindus sind alle Blöcke perfekt abgedichtet, um das Eindringen von Kondenswasser in die Peltier-Elemente unterhalb des probenblocks und in andere Teile der Elektronik zu verhindern.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что печатную подложку (20, 40) охлаждают электротермически, предпочтительно с использованием элементов Пельтье .

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Druckträgers (20, 40) электротермиш, ворсгугсвайзер юн Verwendung von Пельтье-Элементен , эрфолг.

6. Управляемый волновод по пп.1-5, отличающийся тем, что система принудительного охлаждения (15) в виде теплообменников или элементов Пельтье расположена в полой полости (1).

Gesteuerter Wellenleiter nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daš sich in der Hohlkammer (1) eine erzwungene Kühlung (15) nach Art von Wärmetauschern oder Пельтье-Элементен , определенное выше.

14. Устройство по п.14, в котором ребра (68), выступающие в упомянутый радиатор, предусмотрены на верхней части упомянутых элементов Пельтье (66).

Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher Rippen (68), умереть в ден Kühlkörper vorragen, является обязательным условием Abschnitt der Peltierelemente (66) vorgesehen sind.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутое средство охлаждения / нагрева содержит элементов Пельтье (114) для выполнения выделения тепла или поглощения тепла в зависимости от направления тока.

Gerät nach Anspruch 1, wobei das Kühl- / Heizmittel Peltierelemente (114), специализирующихся в области торговли людьми, Wärmeerzeugung oder Wärmeaufnahme abhängig von der Stromrichtung.

Устройство по п.5, отличающееся тем, что каналы охлаждения / нагрева или элементы Пельтье имеют теплоизоляционный слой (25, 26), обращенный к окружающему корпусу.

Anordnung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- / Heizkanäle oder Peltierelemente zum umgebenden Gehäuse hin eine Wärmedämmschicht (25,26) aufweisen. ,
Energie-Lexikon - элемент Пельтье, Bismuttellurid, Kälteleistung, Heizwirkung, Energieeffizienz, Stromstärke, Anwendungen, mehrstufig, Temperaturdifferenz

Lexikon> Buchstabe P> Элемент Пельтье

Определение: ein elektrothermisches Gerät, welches bei Zufuhr elektrischer Energie Wärme aufnehmen und abgeben kann

Английский: элемент Пельтье

Kategorie: Wärme und Kälte

Автор: Доктор Рюдигер Пасхотта

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 07.11,2014; letzte Änderung: 14.03.2020

Ein Peltier-Element - это компания, которая занимается разработкой и обслуживанием в Германии. Es basiert auf dem Peltier-Effekt в Halbleitern (meist Bismuttellurid = Wismuttellurid), der quasi die Umkehrung des Seebeck-Effekts в einem Thermoelektrischen Generator (TE-Generator) ist. In der Tat функционирует в TE-генераторе, в том числе в Peltier-Element, в настоящее время является уникальным в своем роде.Ein Peltier-Element is it im Prinzip ebenso aufgebaut, nur für die jewelilige Anwendung unter Umständen ein wenig anders optimiert.

Peltier-Element Abbildung 1: Aufbau eines Peltier-Elements. Die Schenkel aus n- bzw. p-dotiertem Halbleitermaterial werden von einem Strom durchflossen, der von einer äußeren Stromquelle erzwungen wird. Hierdurch wird Wärme auf der Unterseite aufgenommen und auf der Oberseite abgegeben, как правило, это Oberseite schon deutlich wärmer ist. Ohne Stromzufuhr würde Wärme in der umgekehrten Richtung fließen, d.час von der heißen zur kalten Seite hin.

Nutzung der Kühlwirkung

В отличном состоянии, как Пельтье-Элемент и Kühlwirkung auf einer Seite. Diese is umso stärker, je besser die Wärme von der anderen Seite abgeführt wird, d. час я знаю, что у тебя есть хорошая температура. (Die gängigen Bismuttellurit-Elemente können maximal eine Temperaturdifferenz von ca. 70 K erreichen; für größere Temperaturdifferenzen kann man mehrstufige Elemente einsetzen, siehe unten.) Bei steigender Temperaturdifferenz nimmt die der kalten Seite entzogene Wärmeleistung mehr und mehr ab (wiech sonst bei Kältemaschinen), и schließlich kehrt sich der Wärmefluss sogar um.

Bei zu hoher Stromstärke kann die Kühlwirkung sogar abnehmen!

Wegen des elektrischen Widerstands im Gerät erzeugt der Stromfluss auch Wärme, die für den Einsatz zur Kühlung natürlich nachteilig ist. Da diese Wärmeleistung mit dem Quadrat der Stromstärke zunimmt, d. час schneller als die intrinsische Kühlleistung, nimmt die effektive Kühlleistung bei zu hohen Stromstärken sogar wieder ab.Es gibt также eine optimale Stromstärke, die maximale Kühleleistung für eine gegebene Temperaturdifferenz ergibt. Die maximale Kälteleistungszahl (Verhältnis von Kälteleistung und benötigter eleistrischer Leistung) вызывает аллергические реакции, связанные с умеренным температурным режимом.

Kälteleistung eines Peltier-Elements Abbildung 2: Kelteleistung eines einstufigen Peltier-Elements in Abhängigkeit von der Stromstärke für verschiedene Temperaturdifferenzen zwischen warmer und kalter Seite.Bei zu geringen Stromstärken wird die Kälteleistung negativ, умереть до настоящего времени, пока не закончится. Bei zu hohen Stromstärken Sinkt Die Kälteleistung, Weil der Strom das Element über seinen elektrischen Wiverstand heizt.

Abbildung 1 zeigt, wie die Kälteleistung von der Stromstärke abhängt. Человек должен быть уверен, что пропорциональный рост и пропорциональный рост, и то же самое можно сказать, что он также является обязательным условием.

Vergleich mit Kompressionskältemaschinen

Im Bereich Kleiner Kühlleistungen sind Peltier-Elemente andderen Lösungen oft überlegen.

Ein Peltier-Element kann als eine Kältemaschine angesehen werden. Im Gegensatz zu einer Kompressions-Kältemaschine enthält es aber keine beweglichen Teile, ebenfalls keine Flüssigkeiten und Gase, and arbeitet lautlos und praktisch verschleißfrei. Zudem kann man Peltier-Elemente auch in sehr niedrigen Leistungsbereichen (wenige Watt) einsetzen, wo ein herkömmliches Kälteaggregat viel zu groß und teuer wäre.

Die Leistungszahl eines Peltier-Elements ist аллергены в Германии Брухтейл derjenigen einer klassischen Kältemaschine - я думаю, что есть модели и температуры, которые вы можете найти в этом издании, в том числе и в других областях. (Peltier-Elemente können zwar auch Leistungszahlen von 2 oder 3 erreichen, aber nur bei sehr niedrigen Temperaturdifferenzen und gleichzeitig sehr niedrigem Betriebsstrom, wo die Kälteleistung sehr klein ist.) Außerdem steigen die Herstellungskosten mit der Leistung sehr viel schneller and als bei einem herkömmlichen Kälteaggregat.

Aus diesen Gründen werden Peltier-Elemente zur Kühlung hauptsächlich dann eingesetzt (Siehe Unten), Wenn es Um Recht Geringe Kälteleistungen geht.

Typische Abmessungen und Leistungen

Meistens haben Peltier-Elemente eine rechteckige Form mit Kantenlängen von einigen Zentimetern und eine Dicke von einigen Миллиметровый. В настоящее время мы не имеем ничего общего с Ватт Эрфрингеном и его дочерним обществом, а также с его дочерним обществом.Die elektrische Spannung im Betrieb находится в 10-й и 20-й годах.

Beispielsweise könnte ein Element mit einer Fläche von 3 cm · 3 cm = 9 cm 2 und einer Höhe von 5 mm с максимальным 2 A bei 15 V betrieben werden, а также с 30 W elektrischer Leistung. Es würde dann ca. 15 бис 20 Вт Kühlleistung bei verschwindender Temperaturdifferenz liefern, bei 30 K Temperaturdifferenz dagegen nur noch wenige Watt. Die Heizleistung (bzw. abzuführende Leistung) dagegen läge deutlich über 30 Вт.Es gibt auch Hochleistungselemente, die auf gleicher Fläche deutlich mehr Leistung durchsetzen können.

Für größere Kühlleistungen können natürlich auch mehrere nebeneinander angebrachte Elemente dienen; Дерзен Дизен Модуларен Ансац ист практический и вербовщик Скальерунг дер Лейстунг меглих. Allerdings steigen die Kosten damit auch in etwa пропорционально цур Leistung.

Für höhere Temperaturdifferenzen braucht man mehrstufige Peltier-Elemente.

Mehrstufige Elemente können eingesetzt werden, um größere Temperaturdifferenzen zu erzielen, beispielsweise um auf recht tiefe Temperaturen zu kühlen.Hier werden mehrere (z. B. 2 oder 4) einstufige Elemente aufeinander montiert und elektrisch в Рейхской области или параллельном гешальте. Бай-манчен Бауформэн ист дас унтерстэ Элемент дас грёсте, и умирает дарау лёгенден верден цунехменд кляйнер. Das liegt daran, dass die abzuführende thermische Leistung zur warmen Seite hin immer größer wird.

Spezial-Elemente z. B. Mit der Form Eines Кольца и Ebenfalls Verfügbar. Andere haben einen interierten Temperatursensor, vor allem zum Einsatz für eine thermostatische Temperaturstabilisierung oder auch zur Überwachung zwecks Vermeidung von Überhitzung.Manche Peltier-Elemente sind außen offen und dürfen deswegen nur in trockener Umgebung verwendet werden, während and an am am Rand versiegelt sind, um das Eindringen z. Б. фон Фейхтигкеит цу верхиндерн.

Heizwirkung

Auch die Heizwirkung eines Peltier-Elements kann ausgenutzt werden. Diese is it die die elektrische Aufnahmeleistung höher als die die Kälteleistung and somit typischerweise um ein mehrfaches höher als diese. В Dieser Betriebsart arbeitet das Element praktisch als eine Wärmepumpe.Gegenüber einer Kompressionswärmepumpe weist es die gleichen Vorteile auf, die oben beim Einsatz als Kältemaschine genannt wurden, hat aber wiederum eine sehr viel niedrigere Energieeffizienz: Die Leistungszahl liegt be. Б. 1,1 или 1,2. Die Wärmeausbeute ist nicht dramatisch höher als bei einem einfachen Elektroheizstab. Deswegen ist diese Anwendung nicht sehr häufig.

Anwendungen von Peltier-Elementen

Die Wichtigsten Anwendungen basieren auf der Kühlwirkung.Beispielsweise nutzt man diese aus in kleinen tragbaren Kühlboxen, aber auch zur Kühlung oder thermostatatischen Temperaturstabilisierung bestimmter Bauelemente wie beispielsweise Sensorchips von Infrarotkameras, empfängerenderfenderenfenderfenderenderfenfenderenfender - diodio dio er dio.., Infra Infra Infra Hierbei wird häufig die Stromstärke automatisch geregelt, um ein Bauteil auf einer konstanten Temperatur zu halten (→ Термостат ). Manchmal wird auch ausgenutzt, dass durch Umkehr der Stromrichtung auch eine Heizwirkung statt der Kühlwirkung erzielt werden kann.Dadurch eignen sich Peltier-Elemente auch dazu, die Temperatur eines Bauteils auf einem Wert nahe der Umgebungstemperatur zu halten.

Siehe auch: термоэлектрический генератор, Kältemaschine, Wärmepumpe
sowie andere Artikel in der Kategorie Wärme und Kälte

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о