Термоэлектрические модули: Термоэлектрические сборки и модули в Москве от НПО Кристалл. Мы предлагаем самый широкий спектр термоэлектрических систем на мировом рынке полупроводниковых охладителей. Тел. +7-495-664-24-31

Содержание

Программа Криотерм

Предлагаем Вам воспользоваться компьютерной программой «Kryotherm».
Вы можете скачать её, заполнив предварительно краткую форму.

Программа «Kryotherm» позволяет сделать выбор оптимального термоэлектрического модуля,
оценить его параметры и произвести расчет системы охлаждения.

Наша программа специально разработана для оптимизации выбора термоэлектрических модулей и проектирования охлаждающих систем.

На основе многолетнего общения с клиентами мы выделили следующие вопросы, которые чаще всего задают наши клиенты:

  1. Каковы особенности работы данного ТЭМ?
  2. Сколько и каких модулей необходимо использовать для моей задачи?
  3. Что получится, если в имеющейся системе охлаждения использовать данные модули?

Программа «Kryotherm» поможет Вам ответить на эти вопросы.

Программа состоит из трех разделов:

  •  «Perfomance Graphs» («Графики характеристик»). В этом разделе представлены графики зависимостей характеристик термоэлектрического модуля в различных комбинациях при различных условиях эксплуатации.
  • «Choice of Modules» («Выбор модулей») – Этот раздел поможет вам выбрать оптимальные (с точки зрения энергопотребления или стоимости) тип и количество термоэлектрических модулей для вашей системы, задав ее основные теплофизические и электрические характеристики. (синтез).
  • «Thermoelectric System» («Термоэлектрическая система») – С помощью этого раздела вы сможете построить компьютерную модель вашей системы и провести анализ ее работы в зависимости от типа и количества используемых в ней термоэлектрических модулей, вариантов их включения, подаваемого напряжения питания и т.п. (анализ).

 

Заполните краткую регистрационную форму и запустите файл Kryotherm.exe, Вы найдете данные разделы в главном меню основного окна программы.

Кроме собственно характеристик термоэлектрических модулей Криотерм и возможности расчета систем на их основе, в программе Kryotherm имеются алгоритмы расчета теплоизоляции и расчета характеристик теплообменников. Все это позволяет решать с помощью программы «Kryotherm» практически любые задачи термоэлектрического охлаждения – от расчетов бытовых холодильников и охладителей жидкости до систем охлаждения компьютерных процессоров, приборов ночного видения и т.п.

В разделе Help программы Kryotherm вы найдете подробные инструкции по ее использованию на английском и русском языках. В программе предусмотрена возможность сохранения параметров конструируемой термоэлектрической системы в отдельный файл для их дальнейшего использования или передачи. Если при решении конкретной задачи у Вас возникнут затруднения, с помощью этой опции вы сможете отправить расчетные данные специалистам Криотерм. Они помогут Вам найти правильное решение вашей задачи.

Мы уверены, что программа «Kryotherm» станет вашим надежным помощником в использовании термоэлектрических модулей и поможет реализовать широкие возможности термоэлектричества.

Элементы Пельтье — Термоэлектрические Модули

MCPK2-19808AC-S

1639734

Peltier Cooler, 51.6W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 2 Stage 51.6Вт 51.6Вт 8.5А 16.1В DC 40мм 40мм 1.65Ом 7.05мм 85°C UL-Style 1569, Unstripped MCPK
MCHPE-288-14-06-E

1639743

Peltier Cooler, 340W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 340Вт 340Вт 15.4А 35.8В DC 50мм 50мм 1.9Ом 3.9мм 68°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MCHPE
MCPE1-07108AC-S

1639719

Peltier Cooler, 43.1W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 43.1Вт 43.1Вт 8.5А 8.8В DC 30мм 30мм 0.85Ом 3.45мм 70°C UL-Style 1569, Unstripped MCPE
MCHPE-127-10-08-E

1639737

Элемент Пельтье, термоэлектрический охладитель, 55Вт, 2.3Ом, 6А, 15.7В, 69°C

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 55Вт 55Вт 15.7В DC 30мм 30мм 2.3Ом 3.1мм 69°C
100mm, UL-Style 1569, Unstripped
MCHPE
MCPE-127-10-13

1639751

Peltier Cooler, 38.1W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 38.1Вт 38.1Вт 3.9А 15.7В DC 30мм 30мм 3.6Ом 3.6мм 75°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MCPE
MCTE1-19913L-S

1639732

Thermoelectric Peltier Cooler Module, Single Stage, 200 W, 13 A, 50 mm x 50 mm x 3.5 mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 200Вт 200Вт 13А 24.1В DC 50мм 50мм 1.4Ом
3.5мм
68°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MCTE
MCPE1-12704AC-S

1639726

Thermoelectric Peltier Cooler Module, Single Stage, 35.2 W, 3.9 A, 30 mm x 30 mm x 3.65 mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 35.2Вт 35.2Вт 3.9А 15.7В DC
30мм
30мм 3.5Ом 3.65мм 70°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MCPE
MCPE1-12706AC-S

1639724

Peltier Cooler, 53.1W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 53.1Вт 53.1Вт 15.7В DC 30мм 30мм 1.9Ом 3.15мм 70°C UL-Style 1569, Unstripped MCPE
MCPE1-12708AC-S

1639718

Thermoelectric Peltier Cooler Module, Single Stage, 77.1 W, 8.5 A, 40 mm x 40 mm x 3.45 mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 77.1Вт 77.1Вт 8.5А 15.7В DC 40мм 40мм 3.45мм 70°C UL-Style 1569, Unstripped MCPE
MCPE1-12707AC-S

1639722

Thermoelectric Peltier Cooler Module, Single Stage, 55.6 W, 6 A, 40 mm x 40 mm x 3.95 mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 55.6Вт 55.6Вт 15.7В DC 40мм 40мм 2.2Ом 3.95мм 70°C UL-Style 1569, Unstripped MCPE
MCTE1-19908L-S

1639731

Peltier Cooler, 118W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 118Вт 118Вт 8.5А 24.1В DC 40мм 40мм 2.35Ом 3.5мм 68°C UL-Style 1569, Unstripped MCTE
MCTE1-12715L-S

1639728

Peltier Cooler, 130W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 130Вт 130Вт 15А 15.4В DC 50мм 50мм 0.8Ом 3.5мм 68°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MCTE
MCHPE-127-14-06-E

1639740

Элемент Пельтье, термоэлектрический охладитель, 150Вт, 0.85Ом, 15.4А, 24.6В, 68°C

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 150Вт 150Вт 15.4А 15.7В DC 40мм 40мм 0.85Ом 3.8мм 68°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MCHPE
MCPF-127-14-11-E

1639761

Peltier Cooler, 79W

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 79Вт 79Вт 8.5А 15.7В DC 40мм 40мм 1.59Ом 3.8мм 70°C UL-Style 1569, Unstripped MCPF
MCPE1-07106NC-S

1639725

Thermoelectric Peltier Cooler Module, Single Stage, 29.7 W, 6 A, 20 mm x 20 mm x 3.1 mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 29.7Вт 29.7Вт 8.8В DC 20мм 20мм 1.05Ом 3.1мм 70°C UL-Style 1569, Unstripped MCPE
MCTE1-12712L-S

1639727

Peltier Element, Thermoelectric Cooler, 110 W, 1 ohm, 12 A, 15.4 V, 68 °C

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 110Вт 110Вт 12А 15.4В DC 40мм 40мм 1Ом 3.7мм 68°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MCTE
AP2-024-06-11

2519560

Элемент Пельтье, термоэлектрический охладитель, 800мВт, 1.1А, 2.2В, 92°C

EUROPEAN THERMODYNAMICS

Штука

Термоэлектрический Охладитель 2 Stage 800мВт 800мВт 1.1А 2.2В DC 6мм 6мм 4.6мм 92°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped AP2
AP3-070-20-25

2519564

Элемент Пельтье, термоэлектрический охладитель, 3Вт, 6.5А, 6.5В, 117°C

EUROPEAN THERMODYNAMICS

Штука

Термоэлектрический Охладитель 3 Stage 3Вт 3Вт 6.5А 6.5В DC 36мм 36мм 16мм 117°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped AP3
APH-031-10-13-S

2466914

Элемент Пельтье, термоэлектрический охладитель, 8Вт, 3.8А, 3.78В, 67°C

EUROPEAN THERMODYNAMICS

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 8Вт 8Вт 3.8А 3.78В DC 15мм 15мм 3.3мм 67°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped APH
APH-199-17-10-E

2466910

Элемент Пельтье, термоэлектрический охладитель, 195Вт, 14А, 24.1В, 67°C

EUROPEAN THERMODYNAMICS

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 195Вт 195Вт 14А 24.1В DC 50мм 50мм 3.4мм 67°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped APH
MPET-127-08-15

3255332

Thermoelectric Peltier Cooler Module, Single Stage, 20.9 W, 2.2 A, 15.7 VDC, 25mm x 25mm x 3.8mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 20.9Вт 20.9Вт 2.2А 15.7В DC 25мм 25мм 3.8мм 74°C 100mm, UL-Style 1569, Unstripped MPET
MP-AR-AR-021-B1

3267531

Thermoelectric Peltier Cooler Module Assembly, Air To Air, 21 W, 5 A, 12V, 208.2mm x 162mm x 102.2mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 21Вт 21Вт 12В DC 208.2мм 162мм 102.2мм AR-AR
MPADV-127-140160-S

3267545

Thermoelectric Peltier Cooler Module, Single Stage, 51 W, 6 A, 15.4 VDC, 40mm x 40mm x 3.8mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 1 Stage 51Вт 51Вт 15.4В DC 40мм 40мм 3.8мм 65°C 200mm, 20 AWG, PTFE Insulated MPADV
MP-AR-AR-040-1C2

3267534

Thermoelectric Peltier Cooler Module Assembly, Air To Air, 40 W, 3.8 A, 208.2mm x 162mm x 102.2mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 40Вт 40Вт 3.8А 18В DC 208.2мм 162мм 102.2мм AR-AR
MP-AR-AR-040-24

3267541

Thermoelectric Peltier Cooler Module Assembly, Air To Air, 37 W, 2.4 A, 30V, 400mm x 189.5mm x 153mm

MULTICOMP PRO

Штука

Термоэлектрический Охладитель 37Вт 37Вт 2.4А 30В DC 400мм 189.5мм 153мм AR-AR

Производители Модулей термоэлектрических из России

Продукция крупнейших заводов по изготовлению Модулей термоэлектрических: сравнение цены, предпочтительных стран экспорта.

  1. где производят Модули термоэлектрические
  2. ⚓ Доставка в порт (CIF/FOB)
  3. Модули термоэлектрические цена 22.03.2022
  4. 🇬🇧 Supplier’s Thermoelectric Modules Russia

Страны куда осуществлялись поставки из России 2018, 2019, 2020, 2022

  • 🇩🇪 ГЕРМАНИЯ (179)
  • 🇺🇸 СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ (112)
  • 🇯🇵 ЯПОНИЯ (33)
  • 🇰🇷 КОРЕЯ, РЕСПУБЛИКА (31)
  • 🇭🇰 ГОНКОНГ (30)
  • 🇬🇧 СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО (23)
  • 🇫🇷 ФРАНЦИЯ (17)
  • 🇸🇪 ШВЕЦИЯ (12)
  • 🇳🇱 НИДЕРЛАНДЫ (12)
  • 🇮🇹 ИТАЛИЯ (12)
  • 🇨🇭 ШВЕЙЦАРИЯ (12)
  • 🇫🇮 ФИНЛЯНДИЯ (11)
  • 🇹🇼 ТАЙВАНЬ (КИТАЙ) (9)
  • 🇸🇬 СИНГАПУР (8)
  • 🇮🇱 ИЗРАИЛЬ (7)

Выбрать Модули термоэлектрические: узнать наличие, цены и купить онлайн

Крупнейшие экспортеры из России, Казахстана, Узбекистана, Белоруссии, официальные контакты компаний. Через наш сайт, вы можете отправить запрос сразу всем представителям, если вы хотите купить Модули термоэлектрические.
🔥 Внимание: на сайте находятся все крупнейшие российские производители Модулей термоэлектрических, в основном производства находятся в России. Из-за низкой себестоимости, цены ниже, чем на мировом рынке

Поставки Модулей термоэлектрических оптом напрямую от завода изготовителя (Россия)

Крупнейшие заводы по производству Модулей термоэлектрических

Заводы по изготовлению или производству Модулей термоэлектрических находятся в центральной части России. Мы подготовили для вас список заводов из России, чтобы работать напрямую и легко можно было купить Модули термоэлектрические оптом

Приборы полупроводниковые

Изготовитель Приборы и аппаратура для измерения напряжения

Поставщики Приборы и аппаратура для измерений или проверки полупроводниковых пластин или приборов

Крупнейшие производители Устройства для защиты электрических цепей на силу тока не более А

Экспортеры Приборы электронагревательные

Компании производители элементы химические легированные

Модули Пельтье — термоэлектрические генераторы

ВсеСолнечные элементыСолнечные батареи- Cолнечные батареи с аккумулятором- Cолнечные батареи мобильные, ударопрочные, водонепроницаемыеАксессуары для солнечных батарейКонтроллеры заряда для солнечных батарейМобильные зарядные устройства- Мобильные зарядные устройства на сменных Li-Ion аккумуляторах- Мобильные зарядные устройства на батарейках, аккумуляторах AA- Беспроводные зарядные устройства- Механические зарядные устройства- Мобильные зарядные устройства своими руками- Термоэлектрические генераторы — Тепловые электрогенераторы- Мобильные зарядные устройства с встроенным Li-Ion аккумулятором- Мобильные зарядные устройства на солнечных батареяхСветодиодное освещение- Контроллеры для светодиодных лент- Фонари светодиодные — LED Flashlight- Светодиодные лампы- Светодиоды- Cветодиодные линейки — модули- Коннекторы для светодиодных лент- Светодиодные светильники- Автоматические включатели с датчиком движения- Светодиодные прожекторы- Радиаторы для светодиодов- Блоки питания, драйверы , стабилизаторы, адаптеры для мощных светодиодов- Инфракрасные светодиодыБатарейные отсеки — Корпуса для аккумуляторовВнешние портативные аккумуляторыАккумуляторы NI-MH LI-ION- Аккумуляторы Ni-Mh, NI-Cd- Аккумуляторы Li-IonПреобразователи напряжения DC-AC инверторыМодули питания Источники питания Стабилизаторы напряженияМодули зарядных устройств Li-Ion, Li-PolТовары для выживанияУвлажнители воздухаГаджеты- Игрушки на солнечных батареях- Гаджеты на солнечных батареях- Электрические зажигалки с аккумулятором- MP3 плееры — мини колонкиОборудование — Инструменты- Насосы — Помпы- Мини дрели — Микродрели — Блоки питания- Насадки для мини-дрелей граверов- Патроны цанговые — Сменные цанги- Патроны зажимные — Кулачковые патроны- Инструменты — Приспособления- Компрессоры воздушные — Вакуумные насосыИзмерительные приборы- Измерители мощности DC Ваттметры- Цифровые термометры — Пирометры — Гигрометры- Амперметры цифровые- Вольтметры цифровые- AC измерители мощности, ваттметры, ампервольтметры, вольтамперметры- Тестеры для батареек и аккумуляторов- Электронные измерительные приборы, тестеры, аксессуары- DC Ампервольтметры – Вольтамперметры- Шунты измерительные — добавочные резисторы- Электронная нагрузка — Нагрузочные тестерыБлоки питания — Зарядные устройства — Адаптеры AC-DC- Универсальные зарядные устройства для Li-Ion аккумуляторов «Лягушка»- Зарядные устройства- Блоки питания- Зарядно – разрядные устройства, балансиры- Лабораторные блоки питания — Регулируемые источники питанияПреобразователи напряжения DC-DC- Понижающие преобразователи напряжения- Повышающие преобразователи напряжения- Повышающие — понижающие преобразователи напряженияДля авто- Светодиодное освещение для автомобиля- Автомобильные зарядки — Источники питания — Стабилизаторы напряжения- Аксессуары для автоРадиодетали почтой, Радиотовары, Радиоконструкторы- Шнуры, разъемы, штекеры, переходники- Модули Пельтье — термоэлектрические генераторы — тепловые электрогенераторы- Транзисторы — Диоды — Микросхемы- Радиаторы — Термопрокладки — Термоскотч- Кнопки — Переключатели — включатели- Мощные резисторы — шунты- Ручки для переменных резисторов- Корпуса — боксы — крепежные элементы- Стеклотекстолит и макетные платы

Модуль пельтье как генератор электрической энергии

В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC от англ. Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека. В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Жар и холод в одном приборе! Как своими руками собрать модуль Пельтье. Видеоурок

Генерация электричества: практические характеристики термоэлектрических модулей Пельтье и термопар


Между тем, любому желающему и даже из числа тех, кто совсем не знаком с термодинамикой, вполне доступна простейшая технология теплового насоса. Так называемый термоэлектрический генератор вполне допустимо создать своими руками, имея в запасе простейшие элементы и компоненты. Рассмотрим стратегию изготовления термоэлектрической машины из доступных деталей. Возможно, в жизни кому-нибудь пригодится такой инженерный опыт.

На контакте разнородных проводников происходит выделение или поглощение тепла в зависимости от направления электрического тока. Поток электронов обладает потенциальной и кинетической энергией.

Плотность тока в контактирующих проводниках одинакова, а плотности потоков энергии отличаются. Если энергия, втекающая в контакт, больше энергии, вытекающей из него, это означает, что электроны тормозятся в месте перехода из одной области в другую и разогревают кристаллическую решётку электрическое поле тормозит их движение.

Когда направление тока меняется, происходит обратный процесс ускорения электронов, когда энергия у кристаллической решётки забирается и происходит её охлаждение направления электрического поля и движения электронов совпадают. Энергетическая разность зарядов на границе полупроводников самая высокая и в них эффект проявляется наиболее сильно. Больше всего распространён термоэлектрический модуль ТЭМ , представляющий собой полупроводники p-, и n-типов, соединённые между собой через медные проводники.

В одном элементе существует 4 перехода между металлом и полупроводниками. При замкнутой цепи поток электронов перемещается от отрицательного полюса АКБ к положительному, последовательно проходя через каждый переход. Вблизи первого перехода медь — полупроводник p-типа происходит тепловыделение в полупроводниковой зоне, поскольку электроны переходят в состояние с меньшей энергией. На третьем переходе электроны попадают в полупроводник типа n, где они обладают большей энергией, чем в металле.

При этом происходит поглощение энергии и охлаждение полупроводника около границы перехода. Последний переход сопровождается обратным процессом тепловыделения в n-полупроводнике из-за перехода электронов в зону с меньшей энергией.

На практике каждый элемент содержит большое количество нагревающихся и охлаждающихся переходов, что приводит к образованию ощутимого температурного перепада, позволяющего создать термоэлектрогенератор.

Несмотря на недостатки, ТЭМ применяются там, где большие энергозатраты не имеют значения:. Это интересно: Солнечная батарея своими руками из подручных материалов: изучаем внимательно.

Базовая идея теплового насоса заключается в извлечении некоторой полезной энергии из полученной разницы температур. Выходная энергия может быть механической, электрической или другой. Одним из явных примеров, который часто встречается в той же бытовой практике, выступает паровой двигатель. В данном случае нагревается вода с целью получения пара. В свою очередь пар, обладая свойством расширения, создаёт давление.

Классическая схема теплового насоса, применяемого на практике: 1 — холодный цилиндр; 2 — радиатор; 3 — маховик; 4 — источник тепла; 5 — горячий цилиндр; 6 — пар газ ; 7 — контур прохождения пара газа. Полученное давление используется для выполнения какой-то работы. Например, для толкания поршня в цилиндре механического привода. Выполняя работу, пар охлаждается, сжимается, конденсируется. Поэтому, чтобы паровая машина работала, необходима внешняя температура ниже температуры пара.

Фактически, работа всех тепловых насосов зависит от разницы температур. Он обнаружил появление ЭДС в цепи замкнутого типа, состоящей из проводника и сурьмы, при условии создания разности температур в местах, где эти материалы контактируют. Изображение устройства, при помощи которого был зафиксирован данный эффект, представлено ниже. Термопара из опыта Зеебека. При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС.

При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах. Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.

По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Современный элемент Пельтье с указанием размеров. Возвращаясь от генераторов к тепловым насосам, стоит отметить ещё один привлекающий вариант термоэлектрических устройств, где используется нагрев от естественного источника — солнца.

Подобные конструкции обещают более эффективную отдачу при условии правильного построения. К тому же в этом случае не требуется затрачивать искусственную энергию на подогрев. Солнечный тепловой насос можно представить в образе двух отдельных ёмкостей, которые имеют циркуляционные контуры. Одна ёмкость исполняет роль горячей стороны, вторая, соответственно, исполняет роль холодной стороны.

Между ёмкостями устанавливается термоэлектрический преобразователь к примеру, тот же модуль Пельтье. Горячая ёмкость дополняется солнечной панелью. Холодная ёмкость дополняется радиатором охлаждения.

Схематично конструкция выглядит примерно так:. Структурная схема солнечного теплового насоса: A — ёмкость горячая; B — ёмкость холодная; 1 — солнечная энергия; 2 — стекловидное покрытие; 3 — тепловая изоляция; 4 — термоэлектрический преобразователь модуль Пельтье ; 5 — металлический радиатор; 6 — тепловая радиация; 7 — электрический ток. Как демонстрирует структурная схема теплового насоса, работающего от солнечной энергии, при нагреве через солнечную панель вода в контуре начинает циркулировать, разогревая, таким образом, весь объём жидкости.

Теплом жидкости нагревается горячая сторона модуля Пельтье. В свою очередь в холодной ёмкости наблюдается аналогичный эффект, но за счёт охлаждения жидкости через радиатор. Получаемая разница температур даёт электричество на термоэлектрическом преобразователе. Нужно отметить, эта идея появилась достаточно давно. Задолго до появления модулей Пельтье и вообще систем кондиционирования.

На практике эту систему применяли в разных видах, но значительного эффекта добиться так и не удавалось. Возможно, современные технологии помогут достичь высоких горизонтов. Многих электриков новичков интересует один очень популярный вопрос — как сделать электричество бесплатным и в то же время автономным.

Очень часто, к примеру, при выезде на природу, катастрофически не хватает розетки для подзарядки телефона либо включения светильника.

В этом случае Вам поможет самодельный термоэлектрический модуль, собранный на базе элемента Пельтье. С помощью такого устройства можно генерировать ток, напряжением до 5 Вольт, чего вполне хватит для зарядки девайса и подключения лампы.

Далее мы расскажем, как сделать термоэлектрический генератор своими руками, предоставив простой мастер-класс в картинках и с видео примером! Чтобы в дальнейшем Вы понимали, для чего нужны те или иные запчасти при сборке самодельного термоэлектрического генератора, сначала поговорим об устройстве элемента Пельтье и о том, как он работает.

Данный модуль состоит из последовательно соединенных термопар, находящихся между керамических пластин, как показано на картинке ниже. Когда через такую цепь проходит электрический ток, происходит так называемый эффект Пельтье — одна сторона модуля нагревается, а вторая — охлаждается.

Для чего это нам нужно? Все очень просто, если действовать в обратном порядке: одну сторону пластины нагреть, а второю охладить, соответственно можно сгенерировать электроэнергию небольшого напряжения и силы тока. Итак, мы нашли в интернете очень подробную и в то же время простую инструкцию по сборке самодельного генератора электроэнергии на базе печи и элемента Пельтье. Для начала Вам необходимо подготовить следующие материалы:.

Итак, чтобы Вам было понятнее, как самому сделать генератор, предоставляем пошаговый мастер-класс с картинками и подробным объяснением:. Работает термоэлектрический генератор следующим образом: внутри печи засыпаете дрова, поджигаете их и ждете несколько минут, пока одна из сторон пластины не нагреется.

Для подзарядки телефона нужно, чтобы разница между температурами разных сторон была около оС. Если охлаждающая часть радиатор будет нагреваться, его нужно остужать всеми возможными методами — аккуратно поливать водой, поставить на него кружку со льдом и т.

А вот и видео, на котором наглядно показывается, как работает самодельный электрогенератор на дровах:. Также можно установить на холодную сторону вентилятор от компьютера, как показывается на втором варианте самодельного термоэлектрического генератора с элементом Пельтье:. В этом случае куллер будет затрачивать небольшую долю мощности генераторной установки, но в итоге система будет с более высоким КПД. Помимо телефонной зарядки модуль Пельтье можно использовать в качестве источника электроэнергии для светодиодов, что не менее полезный вариант применения генератора.

Кстати, второй вариант самодельного термоэлектрического генератора с виду и по конструкции немного похож. Единственная модернизация, помимо системы охлаждения, это способность регулировать высоту так называемой горелки. Если сделать термоэлектрический генератор своими руками по такой методике, на выходе у Вас может быть до 8 Вольт напряжения, поэтому чтобы заряжать телефон, не забудьте подключить преобразователь, который на выходе оставит только 5 В. Как результат — эффективный генератор, позволяющий сделать бесплатное электричество в домашних условиях!

Вот мы и предоставили три простых варианта самодельного аппарата, который можно собрать из подручных средств. Это интересно: Электромеханический стабилизатор напряжения. Повышение качества модулей и снижение энергопотребления мобильных устройств позволяет создать своими руками термоэлектрогенератор для зарядки аккумуляторов и снабжения небольшим количеством энергией различные устройства, где КПД не имеет особого значения.

В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД. Проблема заключается в том, что под данные исследования затруднительно подвести теоретическую базу, поэтому приходится полагаться только на результаты экспериментов. Учитывая, что на эффект влияет процентное соотношение и состав сплавов материала для термопар, говорить о ближайших перспективах неблагодарное занятие.

Велика вероятность, что в ближайшее время для повышения добротности термоэлементов, разработчики перейдут на другой уровень изготовления сплава для термопар, с использованием нано-технологий, ям квантования и т.

Вполне возможно, что будет разработан совершенно иной принцип с использованием нетрадиционных материалов. В качестве примера можно привести эксперименты, проводимые в Калифорнийском университете, где для замены термопары использовалась искусственная синтезированная молекула, которая соединяла два золотых микро проводника. Молекула вместо термопары. Индигирка — три в одном. Как видите, эти параметры вполне приемлемы для условий, где нет электричества, отопления и газа.

Что касается небольшой электрической мощности, то ее вполне достаточно для зарядки мобильных устройств или питания других гаджетов, через адаптер от автомобильного прикуривателя. В качестве источника тепла для ТЭГ может выступать тепловая энергия, выделяющаяся в процессе распада нестабильных элементов.


Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника. Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении. Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

Инструкция по сборке на базе модуля Пельтье из подручных инструкция по сборке самодельного генератора электроэнергии на базе.

Как сделать термоэлектрический генератор своими руками: вся суть

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

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

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

Лучшее время для работы термогенератора на основе элементов пельтье, это конечно же зима.

Термоэлектрический генератор

Элемент пельтье — термоэлектрический преобразователь ТЭМ , который может преобразовывать электрическую энергию в разность температур: одна сторона нагревается, вторая охлаждается, или может выполнять обратную задачу по преобразованию этой разницы в электричество. Недавно был в гостях у друга, работает в фирме Радиоэлектроника. Он мне показал набор модулей пельтье, пару из них взял домой потестровать. В этой статье расскажу вам об этих модулях поподробнее и немного что это за эффект пельтье. В следующей статье расскажу, каким испытание были подвергнуты эти два модуля. В начале статьи сказав, что одна сторона охлаждается, а вторая нагревается — я был немного не прав, на самом деле элемент пельтье перекачивает тепло с холодной стороны на тёплую, то есть работает как тепловой насос.

Мощный генератор на 12 модулях Пельтье

Между тем, любому желающему и даже из числа тех, кто совсем не знаком с термодинамикой, вполне доступна простейшая технология теплового насоса. Так называемый термоэлектрический генератор вполне допустимо создать своими руками, имея в запасе простейшие элементы и компоненты. Рассмотрим стратегию изготовления термоэлектрической машины из доступных деталей. Возможно, в жизни кому-нибудь пригодится такой инженерный опыт. На контакте разнородных проводников происходит выделение или поглощение тепла в зависимости от направления электрического тока. Поток электронов обладает потенциальной и кинетической энергией.

Между ними элемент Пельтье, подключенный к активной нагрузке. . Будем считать, что именно это количество электроэнергии одного модуля получить 10 Вт*ч энергии, надо чтобы генератор работал 10 ÷ 2,8.

Современный мир предлагает устройства, с помощью которых можно зарядить фонарик, мобильный телефон или другие гаджеты если поблизости нет розетки. Но внешние аккумуляторы тоже имеют лимит энергии. И тут на выручку придет термоэлектрический генератор, который в любой нестандартной ситуации поможет и согреться, и приготовить пищу, и зарядить телефон, и сможет стать источником света.

Статья Видео. Многих электриков интересует один очень популярный вопрос — как автономно и бесплатно получить небольшое количество электроэнергии. Очень часто, к примеру, при выезде на природу или походе катастрофически не хватает розетки для подзарядки телефона либо включения светильника. В этом случае Вам поможет самодельный термоэлектрический модуль, собранный на базе элемента Пельтье. С помощью такого устройства можно генерировать ток, напряжением до 5 Вольт, чего вполне хватит для зарядки девайса и подключения лампы в экстренной ситуации. Далее мы расскажем, как сделать термоэлектрический генератор своими руками, предоставив простой мастер-класс в картинках и с видео примерами!

Войдите , пожалуйста.

Между тем, любому желающему и даже из числа тех, кто совсем не знаком с термодинамикой, вполне доступна простейшая технология теплового насоса. Так называемый термоэлектрический генератор вполне допустимо создать своими руками, имея в запасе простейшие элементы и компоненты. Рассмотрим стратегию изготовления термоэлектрической машины из доступных деталей. Возможно, в жизни кому-нибудь пригодится такой инженерный опыт. Базовая идея теплового насоса заключается в извлечении некоторой полезной энергии из полученной разницы температур. Выходная энергия может быть механической, электрической или другой.

В англоязычных источниках фигурирует в роли термоэлектрического охладителя. Обратный данному эффекту носит название эффекта Зеебека. Элемент Пельтье функционирует благодаря взаимодействию одного токопроводящего материала с другим, отличным по энергетическому уровню электронов в проводящей области. Прохождение по такому каналу связи наделяет электрон большим энергетическим запасом, что после позволяет ему перейти в проводящую область с более высоким энергетическим уровнем.


Фундаментальная термоэлектричество от ADVANCED THERMOELECTRIC

Вот что вам нужно знать


для успешной работы с термоэлектриками

Термоэлектрические (ТЭ) модули представляют собой твердотельные устройства (без движущихся частей), которые преобразуют электрическую энергию в температурный градиент, известный как «эффект Пельтье», или преобразуют тепловую энергию из температурного градиента в электрическую энергию, «эффект Зеебека».

Ожидается, что однажды термоэлектрические генераторы (ТЭГ) могут быть использованы для получения преимуществ от оптовой рекуперации «отработанного тепла» для выработки электроэнергии, но современные ТЭГ остаются довольно неэффективными.Повышение эффективности полупроводниковых материалов, используемых в термоэлектрических генераторах, является областью серьезных современных исследований, но общая стоимость произведенного ватта все еще, как правило, выше, чем мощность, доступная из сети. Существуют приложения, в которых ТЭГ обеспечивают достаточную мощность, чтобы быть лучшим выбором для определенных приложений. К ним относятся электроснабжение космических аппаратов с помощью радиоизотопного термоэлектрического генератора и питание удаленного электронного оборудования по топливным трубопроводам, где топливо сжигается для обеспечения источника тепла.TM 127-1.4-8.5 — наш самый популярный выбор для приложений по выработке энергии термоэлектрическими модулями (ТЭГ) с температурой до 200 °C.

Это обсуждение будет сосредоточено на использовании термоэлектрических модулей для охлаждения (в качестве ТЭО) и для стабилизации температуры.

Термоэлектрические модули без движущихся частей представляют собой прочные, надежные и бесшумные тепловые насосы, как правило, квадратной формы размером 1,5 дюйма (40 x 40 мм) или меньше и толщиной примерно ¼ дюйма (4 мм). Стандартное отраслевое среднее время наработки на отказ (MTBF) для TEC составляет около 200 000 часов или более 20 лет.

Для термоэлектрических модулей требуется источник постоянного тока (постоянный ток), а не переменный ток (переменный ток), который широко распределяется по электрической сети и подается в настенные розетки. Трансформаторы переменного тока в постоянный, называемые просто «источниками питания» или «блоками питания», чаще всего используются для обеспечения соответствующей мощности постоянного тока для термоэлектрических модулей и сборок. Наиболее широко используемые модули TE питаются от номинального источника питания 12 вольт, хотя многие модули предназначены для работы при более низких напряжениях, а некоторые и при более высоких.В некоторых случаях в качестве источников питания для модулей с номинальным напряжением 12 В можно использовать аккумуляторы и зарядные устройства (без слишком сильных пульсаций переменного тока).

Охлаждающая способность модулей TE линейна по отношению к приложенному напряжению (до номинала В макс. ), поэтому источники питания 15 В иногда используются с нашими модулями с номинальным напряжением 12 В для повышения производительности. Большинство продаваемых нами блоков питания имеют реостат, позволяющий регулировать номинальную мощность в пределах ± 10 %, поэтому источники питания 12 В можно увеличить до 13,2 В, а источники питания 15 В по желанию уменьшить.Большинство наших модулей TE с номинальным напряжением 12 В имеют V max , равное 16 В, и это значение не должно превышаться.

При подаче соответствующего питания одна сторона модуля становится холодной, а другая — горячей. Нажмите здесь, чтобы увидеть, как они работают. Интересно, что если полярность или ток, протекающий через модуль, меняется на противоположный, холодная сторона становится горячей стороной, и наоборот. Это позволяет использовать модули ТЭ для охлаждения, нагрева и стабилизации температуры.

Поскольку модули TE являются электрическими по своей природе, в замкнутой системе с соответствующим датчиком температуры и контроллером модули TE могут легко поддерживать температуру, которая изменяется менее чем на градус.

В целях надежности площадь основания стандартного термоэлектрического модуля ограничена примерно 2 квадратными дюймами. В точках электрического соединения или «стыках» внутри каждого модуля существует определенная степень термического напряжения в результате разницы между расширением и сжатием горячей и холодной сторон. По мере увеличения площади поверхности подложек это расхождение становится более выраженным и в определенный момент приводит к ослаблению соединений. Следует отметить, что подложки, полупроводниковые кристаллы и припой, из которых состоит ТЭ-модуль, имеют разные коэффициенты расширения.

Стандартный 40-мм квадратный модуль на 127 пар содержит 254 кубика. Каждый из кристаллов имеет паяные соединения как с горячей, так и с холодной подложками, всего 508 соединений. Ослабление одного паяного соединения приведет к ухудшению характеристик, что обычно приводит к короткому замыканию. Именно по этой причине большие модули охлаждения не являются обычным явлением. Длинные тонкие модули хотят согнуться по той же причине и тоже встречаются редко.

Эффекты термического напряжения гораздо более выражены, когда стандартный ТЕС используется как для нагрева, так и для охлаждения, или «термоциклирование».«Легко видеть, что переключение сжимающейся холодной стороны на расширяющуюся горячую сторону вызовет большую усталость суставов, чем модуль, оставленный в устойчивом состоянии. Были использованы два метода для смягчения воздействия термического напряжения в модулях ТЭ для циклирования. Первый метод состоит в том, чтобы нарезать одну из керамических пластин на более мелкие кусочки, обеспечивая частичное облегчение за счет уменьшения площади/площадей поверхности, на которые оказывается воздействие. Второй метод заключается в приклеивании, а не пайке, медных контактных площадок на одной стороне модуля. модули этого типа могут изгибаться, и мы продаем их для езды на велосипеде.

Большие площади, чем может поддерживать отдельный модуль, охлаждаются или контролируются по температуре с помощью нескольких модулей. Когда несколько модулей используются в сборке с общим радиатором, а объект подвергается температурному контролю (охлаждению), притирка ТЭО с близким допуском по высоте улучшит общую производительность за счет того, что все модули будут иметь одинаковую толщину (в пределах тысячной доли дюйма). ). Это уменьшит зазоры, которые в противном случае могут быть вызваны слегка тонкими модулями.

Существует два варианта подключения нескольких модулей: параллельное (одинаковое входное напряжение с увеличенным током) или последовательное (входное напряжение увеличивается, но ток уменьшается). Их комбинация, состоящая из нескольких параллельных «цепочек» модулей, соединенных последовательно, обычно используется для управления большими площадями. С точки зрения конструкции, более длинные цепи обычно состоят из модулей с рейтингом Qc max от низкого до среднего. Это отчасти связано с ограничением количества выделяемого тепла, но в первую очередь из-за относительной нехватки и цен на источники питания с высокими токами.

Из второго закона термодинамики мы знаем, что тепло перемещается в более холодную область. По сути, модуль будет поглощать тепло на «холодной стороне» и выбрасывать его на «горячую сторону» (к радиатору). Добавление радиатора к модулю создает термоэлектрическое устройство или сборку. В дополнение к теплу, отводимому от охлаждаемого объекта, радиатор должен быть способен рассеивать электрическую мощность, подаваемую на модуль, которая также выходит через горячую сторону модуля.Общее количество тепла, выделяемого модулем, представляет собой сумму напряжения, умноженного на ток, плюс тепло, прокачиваемое через холодную сторону (до Qc max ).

Чтобы понять возможности термоэлектрического модуля и связанной с ним сборки, необходимо понять, что представляют собой спецификации модуля ТЭ, и их последствия.

Четыре стандартных спецификации для термоэлектрического модуля:

Qc max максимальная холодопроизводительность, Вт (At I max , V max и ΔT = 0 °C)

Δ T max (или Delta T max ) — максимально достижимая разница температур между горячей и холодной сторонами модуля TE.(при I макс. , V макс. и Qc = 0 Вт)

I max максимальный ток при ΔT max

В макс. максимальное напряжение при ΔT макс.

В математических формулах температура обычно выражается в единицах измерения Кельвина (К).
Чтобы сделать информацию более понятной для обычного пользователя, мы часто используем градусы Цельсия (°C) как 1 K = 1 °C.

На практике можно получить либо мощность теплового насоса в ваттах, либо максимальную разницу температур в градусах.Другими словами, ΔT max представляет собой максимальную разницу температур между горячей и холодной сторонами модуля при подаче оптимальной мощности и отсутствии тепловой нагрузки (Qc=0). По мере добавления тепловой нагрузки Q разница температур между двумя поверхностями будет уменьшаться до тех пор, пока не будет достигнута мощность теплового насоса или значение Qc max и не будет чистого охлаждения (ΔT=0). Поскольку ваше приложение, скорее всего, потребует чистого охлаждения объекта с тепловой массой, фактическое количество откачанного тепла, или Qc, будет меньше, чем Qc max , а фактическая разница температур будет меньше, чем ΔT max .

Мы предоставляем два набора кривых производительности, иллюстрирующих взаимосвязь между потребляемой мощностью и чистым охлаждением для каждого термоэлектрического модуля ElectraCOOL™. Первый, с T h =27 °C, подходит для большинства применений. Этот набор кривых предназначен для тех приложений, которые будут работать при температуре окружающей среды около 20 °C (70 °F). Это примерно температура в большинстве офисных и лабораторных помещений. Существует множество причин, по которым температура на горячей стороне модуля TE может быть выше, включая ограниченное пространство для отвода тепла, недостаточную вентиляцию и применение вне помещений.В качестве руководства для этих применений второй набор кривых подготовлен для T h при 50 ° C (122 ° F).

Чтобы просмотреть кривые для модуля TE, щелкните соответствующий номер детали модуля TE на странице спецификаций модуля, а затем щелкните соответствующую температурную кривую внизу этой страницы.

Узнав, какая мощность требуется соответствующему модулю для достижения желаемого уровня мощности охлаждения и откачки тепла, необходимо сосредоточиться на требуемой сборке, в частности на выборе радиатора, чтобы позволить модулю поддерживать желаемые результаты. .

Фактическая температура холодной стороны при заданном уровне охлаждения (ΔT или DT) получается путем вычитания температуры холодной стороны T c из температуры горячей стороны T h .

Упрощенно можно представить эту взаимосвязь, представляя ΔT как своего рода «тепловой лифт», где пол является холодной стороной модуля T c а потолок — горячей стороной T ч .В наиболее распространенных термоэлектрических устройствах окружающий воздух обдувается радиатором с горячей стороны для обеспечения охлаждения. Однако, поскольку при работе термоэлектрического модуля выделяется тепло, температура горячей стороны всегда будет выше температуры окружающей среды. Чиллеры могут использоваться для подачи охлаждающей жидкости ниже температуры окружающей среды к жидкостному радиатору. Хотя этот тип сборки встречается редко, температура охлаждаемой жидкости будет приблизительно равна «полу» вышеупомянутого теплового лифта.

При заданном ΔT в этом «тепловом лифте» на каждый градус, на который поднимается горячая сторона, холодная сторона поднимается на ту же величину.При использовании теоретически идеального радиатора, способного поддерживать температуру окружающей среды, и с ΔT 40 градусов, холодная сторона будет на 40 градусов ниже температуры окружающей среды. На самом деле горячая сторона всегда выше окружающей. Если горячая сторона на 10 градусов выше температуры окружающей среды, холодная сторона будет на 10 градусов выше теоретического максимума или на 30 градусов ниже температуры окружающей среды (40-10=30). Примечательно, что если в этом примере горячая сторона увеличится более чем на 40 градусов по сравнению с температурой окружающей среды, холодная сторона также будет выше температуры окружающей среды, что даст чистый нагреватель. Температура горячей стороны модуля TE может быстро возрасти, поэтому никогда не включайте питание до тех пор, пока модуль TE не будет установлен.

Во избежание разочарований в вашей сборке очень важно, чтобы горячая сторона оставалась как можно более прохладной, чтобы можно было использовать преимущества ΔT, обеспечиваемые модулем.

Наиболее распространенной ошибкой новичка в области теплотехнического оборудования является выбор радиатора горячей стороны исключительно на основе мощности теплового насоса модуля/с или Qc max .

Термоэлектрический модуль представляет собой своего рода резистивный тупик, поэтому обе Qc макс. плюс входная мощность (вольт x ампер) должны быть сложены вместе , чтобы определить общую мощность, которая может эффективно управляться теплогенератором. раковина.

Первоначально естественно хотеть использовать модуль с высоким Qc max , однако общее количество выделяемого тепла может быть значительным и неподходящим для применения. Например, ТМ-127-1,4-8,5 — это мощный однокаскадный термоэлектрический модуль с Qc max мощностью 72 Вт. Однако при полной мощности общее количество выделяемого тепла составит около 200 Вт, состоящее из 72 Вт (Qc max ) плюс 125 Вт входной мощности (15 вольт x 8.5 ампер). При номинальном напряжении 12 В общая мощность составляет 137 Вт (Qc 65 Вт плюс 72 Вт (12 В x 6 А) входной мощности.

Если в вашем приложении недостаточно места для оптимального отвода тепла или для того, чтобы узел TE мог направлять отводимое тепло в окружающую среду, способную поддерживать относительно низкую температуру окружающей среды, фактором может быть количество выделяемого тепла. Например, если ТЭ-сборка находится в закрытом ящике или охлаждает ящик внутри ящика, необходимо учитывать, что тепло, отводимое от термоэлектрического узла, повысит температуру воздуха внутри ящика или снаружи ящика.Без достаточной вентиляции это приведет к работе при более высокой температуре, чем вы могли ожидать (рассмотрите вышеупомянутый «тепловой лифт»), что приведет к соответствующему снижению охлаждающей способности. В этих ситуациях может быть уместно исследовать менее мощные модули TE для приложения.

Компьютерные энтузиасты, стремящиеся разогнать компьютер, заставив процессор работать быстрее, чем его заводская тактовая частота, обнаружат, что большинство стандартных радиаторов для этой цели рассчитаны на приемлемое повышение температуры при обычной скорости (и мощности).Применение большей мощности к процессору увеличит скорость, но также и тепловую нагрузку на радиатор, что приведет к более высоким рабочим температурам. Повышение температуры может вызвать нестабильность и, возможно, повредить процессор. Добавление термоэлектрического модуля, подобного описанному в предыдущем абзаце, увеличит нагрузку примерно с 70 Вт (без термоэлектрического модуля) до примерно 200 Вт, а температура штатного радиатора улетучится, что может быть опасно. Как правило, мы рекомендуем для этого радиатор типа «жидкость-воздух» и аналогичные варианты «точечного охлаждения» (см. ниже).

Это подводит нас к важности выбора соответствующего радиатора для вашего приложения. В общем, чем лучше (чем ниже тепловое сопротивление) радиатор, тем легче удерживать температуру горячей стороны от повышения. Рекомендуется выбирать самый большой (с наибольшей площадью поверхности) радиатор, который вы можете разместить. В общем, чтобы уменьшить тепловое сопротивление радиатора на 50%, необходимо увеличить его объем на 400%.

В большинстве случаев подходят модули ТЭ, один только радиатор не сможет отвести достаточное количество тепла за счет естественной конвекции, чтобы поддерживать на горячей стороне приемлемо низкую температуру.Чтобы отводить тепло от радиатора, необходимо подключить вентилятор или воздуходувку, которые нагнетают воздух температуры окружающей среды на ребра и отводят это тепло обратно в окружающую среду. Это известно как охлаждение с принудительной конвекцией, и последующее обсуждение радиаторов предполагает использование вентилятора или воздуходувки. Как упоминалось ранее, температура горячей стороны ТЭ-модуля может быстро повышаться, поэтому убедитесь, что вентиляторы или воздуходувки работают при подаче питания на ТЭ-модуль(и) в термоэлектрической сборке.

Радиаторы из экструдированного алюминия легко доступны, экономичны и обеспечивают достаточно хорошее охлаждение в приложениях с относительно низкой теплоемкостью.Однако существуют ограничения на количество, высоту и толщину ребер, которые можно изготовить в процессе экструзии. Это известно как отношение высоты ребра к зазору, которое может достигать 6: 1 для экструзии. Поскольку ребра однородны и параллельны, в воздушном потоке через этот тип радиатора возникает незначительная турбулентность, что ограничивает эффективность теплопередачи. Обычно температура горячей стороны ТЭО стабилизируется на 5–15 °C выше температуры окружающей среды в сборке с экструдированным радиатором с принудительной конвекцией.

Лучшим, но более дорогим является приклеенный (или изготовленный) ребристый радиатор. Типичный радиатор со склеенными ребрами имеет геометрию, аналогичную экструзии, но сделан из базовой пластины с отдельными ребрами, вставленными в канавки в базовой пластине. Высота, толщина и плотность ребер могут быть значительно изменены. Это позволяет существенно увеличить площадь охлаждающей поверхности (более низкое тепловое сопротивление), чем это возможно при экструзии. Начиная с плоской опорной плиты, площадь основания и размер ребра не являются существенными проблемами.Обычно отношение высоты ребра к зазору составляет от 20 до 40, что значительно увеличивает охлаждающую способность без обязательного увеличения объема по сравнению с экструзией. Такая гибкость позволяет разработчикам корпусов выбирать или изготавливать радиаторы, улучшающие рассеивание тепла.

Радиаторы с штифтовыми ребрами имеют несколько сотен отдельных штифтов, вставленных в опорную пластину. В воздушном потоке создается значительная турбулентность, хотя этот тип радиатора обеспечивает превосходную производительность.Воздух, вдуваемый в этот тип радиатора, выбрасывается со всех четырех сторон, что сокращает расстояние, которое тепло должно пройти, прежде чем оно вернется в окружающую среду. Имеются производственные ограничения на размеры радиаторов этого типа.

Мы используем этот тип радиатора во многих наших стандартных сборках TE.

Иногда желательно направить поток холодного воздуха в сторону от наших кондиционеров.Например, вам может понадобиться перемещать охлажденный воздух на некоторое расстояние внутри шкафа, улучшать однородность температуры, точечное охлаждение или нагнетать охлажденный воздух через воздуховод. Это легко сделать на наших кондиционерах, перевернув холодный вентилятор. Для повышения производительности можно добавить кожух вентилятора, создающий пространство между радиатором и вентилятором, где образуется небольшой вакуум, усиливающий турбулентность и теплообмен.

Жидкостные радиаторы обычно имеют самое низкое тепловое сопротивление, но часто являются наиболее сложными, когда речь идет о подаче и охлаждении жидкости.Тем не менее, для многих одномодульных приложений существует множество готовых «радиаторов» типа «жидкость-воздух», которые предлагают отличное решение для термоэлектрического «точечного охлаждения». Этот метод отводит в окружающую среду тепло как от охлаждаемого объекта, так и от ТЭО. Серия CORSAIR Hydro, предназначенная для охлаждения ЦП, экономична (150 долл. США и меньше), компактна и полностью автономна. Мы обнаружили, что с небольшими модификациями стандартного установочного оборудования монтаж на пластины с соответствующей механической обработкой становится относительно несложным.Мы также рекомендуем по возможности использовать вентиляторы с более высокой скоростью вращения, чем предусмотрено, для улучшения охлаждения через радиатор.

При установке модулей TE в сборку чаще всего их сжимают или «зажимают» между радиатором с принудительной конвекцией на горячей стороне и охлаждаемым объектом. Охлаждаемым объектом может быть металлический блок, создающий охлаждающую пластину, другой радиатор с принудительной конвекцией, образующий кондиционер, или жидкий радиатор, образующий теплообменник жидкость-воздух. Теплообменники жидкость-жидкость также могут быть изготовлены и установлены аналогичным образом.

Ссылки по теме:

[email protected]
Бесплатный звонок в Северной Америке: 1 866.665.5434
Международный: 603.888.2467

2-ступенчатые элементы Пельтье – термоэлектрические модули

МЦПК2-19808АС-С

08P1461

Модуль термоэлектрического охладителя Пельтье, двухступенчатый, 51.6 Вт, 8,5 А, 16,1 В постоянного тока, 40 мм x 40 мм x 7,05 мм

МУЛЬТИКОМПЛЕКТ PRO

Каждый

Доставка в течение 2-4 рабочих дней с нашего склада в Великобритании для товаров в наличии.
Запрещенный предмет

 

Этот предмет был ограничен для покупки администратором вашей компании.

 

Минимальный заказ 1 шт. Только кратные 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин: 1 Мульт: 1

Термоэлектрический охладитель 2 этап 51.6 Вт 51,6 Вт 1,65 Ом 8,5 А 16,1 В постоянного тока 40 мм 40 мм 7,05 мм 85°С UL-Style 1569, без зачистки Серия МЦПК
АП2-024-06-11

75Y0273

МОДУЛЬ ПЕЛЬТЬЕ, 0.8 Вт, 6 х 6 х 4,6 мм

ЕВРОПЕЙСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Каждый

Доставка в течение 2-4 рабочих дней с нашего склада в Великобритании для товаров в наличии.
Запрещенный предмет

 

Этот предмет был ограничен для покупки администратором вашей компании.

 

Минимальный заказ 1 шт. Только кратные 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин: 1 Мульт: 1

Термоэлектрический охладитель 2 этап 800 мВт 800 мВт 1.1А 2,2 В постоянного тока 6мм 6мм 4,6 мм 92°С 100 мм, UL-Style 1569, без зачистки АР2
АП2-162-1420-1118

75Y0276

МОДУЛЬ ПЕЛЬТЬЕ, 29.3 Вт, 30 х 30 х 7,6 мм

ЕВРОПЕЙСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Каждый

Доставка в течение 2-4 рабочих дней с нашего склада в Великобритании для товаров в наличии.
Запрещенный предмет

 

Этот предмет был ограничен для покупки администратором вашей компании.

 

Минимальный заказ 1 шт. Только кратные 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин: 1 Мульт: 1

Термоэлектрический охладитель 2 этап 29.3 Вт 29,3 Вт 7,8 А 16 В постоянного тока 30мм 30мм 7,6 мм 95°С 100 мм, UL-Style 1569, без зачистки АР2
MCPK2-15828NC-S

08P1460

Модуль термоэлектрического охладителя Пельтье, двухступенчатый, 8.7 Вт, 2,8 А, 15,7 В постоянного тока, 40 мм x 40 мм x 7 мм

МУЛЬТИКОМПЛЕКТ PRO

Каждый

Доставка в течение 2-4 рабочих дней с нашего склада в Великобритании для товаров в наличии.
Запрещенный предмет

 

Этот предмет был ограничен для покупки администратором вашей компании.

 

Минимальный заказ 1 шт. Только кратные 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин: 1 Мульт: 1

Термоэлектрический охладитель 2 этап 8.7 Вт 8,7 Вт 5 Ом 2,8 А 15,7 В постоянного тока 40 мм 40 мм 7мм 95°С 100 мм, UL-Style 1569, без зачистки Серия МЦПК
АП2-158-10-15

75Y0275

МОДУЛЬ ПЕЛЬТЬЕ, 7.5 Вт, 30 х 30 х 7 мм

ЕВРОПЕЙСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Каждый

Доставка в течение 2-4 рабочих дней с нашего склада в Великобритании для товаров в наличии.
Запрещенный предмет

 

Этот предмет был ограничен для покупки администратором вашей компании.

 

Минимальный заказ 1 шт. Только кратные 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин: 1 Мульт: 1

Термоэлектрический охладитель 2 этап 7.5 Вт 7,5 Вт 16,2 В постоянного тока 30мм 30мм 7мм 95°С 100 мм, UL-Style 1569, без зачистки АР2
АП2-089-14-15

75Y0274

МОДУЛЬ ПЕЛЬТЬЕ, 9.3 Вт, 30 х 30 х 7,5 мм

ЕВРОПЕЙСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Каждый

Доставка в течение 2-4 рабочих дней с нашего склада в Великобритании для товаров в наличии.
Запрещенный предмет

 

Этот предмет был ограничен для покупки администратором вашей компании.

 

Минимальный заказ 1 шт. Только кратные 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин: 1 Мульт: 1

Термоэлектрический охладитель 2 этап 9.3 Вт 9,3 Вт 5,2 А 9 В постоянного тока 30мм 30мм 7,5 мм 95°С 100 мм, UL-Style 1569, без зачистки АР2

Термоэлектрические модули, использующие неиспользуемое тепло для революционного преобразования энергии: Материаловедение для достижения «зеленых» инноваций: Hitachi Review

1.Введение

В связи с тем, что тенденция к повышению энергоэффективности и сохранению ресурсов Земли и окружающей среды набирает обороты во всем мире, возникает необходимость в более эффективном использовании энергии и использовании неиспользуемой тепловой энергии, а также в разработке энергетических технологий с низким содержанием углекислого газа ( CO 2 ), чтобы помочь предотвратить глобальное потепление. Hitachi разрабатывает инновационные материалы для преобразования энергии, которые облегчают работу над такими «зелеными» инновациями.

В статье описан пример применения термоэлектрических модулей, преобразующих неиспользуемую тепловую энергию в электрическую, для низкотемпературных сточных вод газовой когенерации.Также описаны термоэлектрические материалы на основе железа и кремния, которые были разработаны с целью повышения эффективности и снижения стоимости термоэлектрических модулей.

2. Термоэлектрические модули и термоэлектрические материалы

Рисунок 1—Термоэлектрический модуль Модуль выполнен из термоэлектрических материалов р-типа и n-типа, последовательно соединенных через электроды, и генерирует напряжение в направлении, противоположном направлению разности температур между его верхней и нижней поверхностями.

Термоэлектрическое преобразование — это метод получения электроэнергии путем прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с использованием эффекта Зеебека, при котором мощность вырабатывается за счет разности температур на термоэлектрическом полупроводнике. В связи с проблемами, связанными с растущим потреблением энергии, в том числе нехваткой ископаемого топлива и глобальным потеплением, вызванным CO 2 , в последние годы появился интерес к термоэлектрическим модулям, которые могут восстанавливать отходящее тепло промышленных или автомобильных предприятий (при низких температурах ниже 200°С). °C до высоких температур около 500°C), который до сих пор не использовался.

Изготовленный из термоэлектрических материалов p-типа и n-типа, соединенных последовательно через электроды, термоэлектрический модуль вырабатывает электроэнергию в ответ на разницу температур между его верхней и нижней поверхностями (см. рис. 1). Здесь эффективность преобразования термоэлектрического модуля определяется безразмерной добротностью ZT ( Z = S 2 / ρκ , где S = коэффициент Зеебека, ρ , κ = теплопроводность и T = температура) используемых элементов.Например, возможность достижения значения ZT = 1 к 2 может повысить эффективность использования топлива двигателем на 1-5%, поэтому необходимо разработать материалы с высоким значением ZT .

3. Термоэлектрическая технология для низких температур

3.1 Применение термоэлектрического модуля в газовой когенерации

В этом разделе описывается производство электроэнергии с точки зрения применения термоэлектрического модуля в когенерационной системе.

Когенерационная система использует топливо, такое как газ, и поставляет электроэнергию от двигателя и горячую воду, вырабатываемую за счет отработанного тепла двигателя.Однако во многих случаях низкотемпературная вода с температурой ниже 80°C выбрасывается, не используясь полностью. В ответ Hitachi протестировала преобразование неиспользованной горячей воды (ниже 80°C), вырабатываемой в результате когенерации, в электроэнергию с высоким спросом.

На рис. 2 (а) показана зависимость между мощностью P , тепловым потоком Q и температурным перепадом δ T , приложенным к термоэлектрическому модулю, когда неутилизированная горячая вода от когенерации используется в качестве источника тепла в термоэлектрическом модуле . P изменяется в зависимости от разницы температур δ T , применяемой к термоэлектрическому модулю. Термическое сопротивление R между термоэлектрическим модулем и источником тепла варьируется в зависимости от путей потока и монтажных материалов. По этой причине пути потока горячей и холодной воды были спроектированы так, чтобы уменьшить их тепловое сопротивление и позволить увеличить δ T . Внутри путей потока была создана ребристая структура для уменьшения теплового сопротивления жидкости внутри путей потока к термоэлектрическому модулю, а структура пути потока была определена путем выполнения одномерного расчета теплопередачи (1) .На рис. 2 (б) показаны результаты анализа теплоносителя на основе конструкции, состоящей из 20 термоэлектрических модулей, показывающие скорость потока с большим количеством теплообмена и низкими потерями давления.

На рис. 3 представлена ​​зависимость напряжения термоэлектрического модуля, измеренного по проектным путям, от разности температур горячей и холодной воды Δ T . Более высокое выходное напряжение было получено за счет применения проточных трактов, имеющих внутреннюю ребристую структуру, по сравнению с обычными проточными трактами, не имеющими такой структуры, а выходная мощность эквивалентна максимуму 600 Вт/м 2 при разности температур Δ Т = 53.5°C было подтверждено. Для дальнейшего увеличения производительности Hitachi разрабатывает новые высокоэффективные термоэлектрические материалы, которые являются недорогими и нетоксичными.

Рисунок 2—Выход термоэлектрического модуля, перепад температур и конструкция пути потока (a) Чем больше разность температур δ T в термоэлектрическом модуле, тем больше мощность термоэлектрического модуля P . (b) Ребристая структура используется внутри путей потока для увеличения количества теплообмена.

Рисунок 3—Зависимость напряжения термоэлектрического модуля от разницы температур Производительность термоэлектрического модуля увеличена за счет использования проточных путей с ребрами. Максимальная мощность 600 Вт/м 2 получается при разности температур Δ T = 53,5°C.

3.2 Нетоксичные и недорогие термоэлектрические материалы для низких температур

Рисунок 4—Коэффициент Зеебека Fe 2 Тонкая пленка TiSi Коэффициент Зеебека увеличивается заменой V на Ti и Al на Si.

В этом разделе описывается полный сплав Гейслера на основе железа, который является одним из недорогих, нетоксичных и высокоэффективных термоэлектрических материалов для низких температур. Полный сплав Гейслера на основе железа разрабатывается для монтажа на высокоэффективный термоэлектрический модуль, который использует низкотемпературное неиспользованное тепло, как описано в предыдущем разделе.

Полный сплав Гейслера на основе железа, обозначаемый как Fe 2 XY (Fe: железо), получает свои термоэлектрические характеристики благодаря своей кристаллической структуре, в которой каждый элемент упорядочен на основе объемно-центрированной кубической решетки.В этой материальной системе концентрация валентных электронов (КВЭ), полученная путем деления суммы валентных электронов структурных элементов на число атомов внутри элементарной кристаллической решетки, изменяется путем замещения других элементов и регулируется таким образом, чтобы КВЭ составляет приблизительно 6. Это увеличивает коэффициент Зеебека, который представляет собой значение физического свойства элемента ZT (2) . Из примерно 100 типов элементов, которые Hitachi определила с помощью предыдущих расчетов из первых принципов, она определила Fe 2 TiSi с титаном (Ti), используемым для X, и кремнием (Si), используемым для Y, в качестве компонента-кандидата с высоким коэффициентом Зеебека. (3) .

В этом исследовании, чтобы проверить, как увеличить коэффициент Зеебека, VEC был отрегулирован до VEC≈6 с использованием тонкой пленки Fe 2 Ti (V) Si (Al). Эта тонкая пленка была получена из тонкой пленки Fe 2 TiSi путем замены Ti на ванадий (V) и Si на алюминий (Al); У V на один валентный электрон больше, чем у Ti, а у Al на один валентный электрон меньше, чем у Si. На рис. 4 показаны результаты зависимости коэффициента Зеебека для тонкой пленки Fe 2 TiSi с заменой V и Al в зависимости от ВЭК.При замещении только V или Al ВЭК тонкой пленки Fe 2 TiSi (данные △ и □ на рисунке) колеблется от 6,04 до 6,10, а коэффициент Зеебека составляет -100 мкВ/К. При замене как V, так и Al VEC уменьшается до 6,01, что увеличивает коэффициент Зеебека до -160 мкВ/K (○ данные на рисунке). Хотя этот коэффициент Зеебека является наивысшим уровнем, достижимым для полного сплава Гейслера на основе железа, показатель качества материала ZT = 1, необходимый для практического использования, может быть превышен, если теплопроводность достигает 4 Вт/км ( 4) .

В будущем Hitachi продолжит разработку сыпучих материалов, которые можно монтировать в термоэлектрические модули.

4. Силицидные термоэлектрические материалы для средних и высоких температур

В предыдущем разделе были описаны термоэлектрические модули и термоэлектрические материалы, предназначенные для утилизации неиспользованного низкотемпературного тепла. Однако в связи с ужесточением в последние годы во всем мире норм расхода автомобильного топлива также возникла необходимость в разработке технологий утилизации отработанного тепла автомобилей в диапазоне средних и высоких температур (от 300 до 500°C) с использованием термоэлектрических модулей.Для применения в транспортных средствах потребуются термоэлектрические материалы с высокими характеристиками, которые превышают ZT = 2, и термоэлектрические модули, обладающие высокой термостойкостью и высокой надежностью.

В этом разделе описывается объемный синтез силицидных материалов (5) , известных своей низкой стоимостью и низким воздействием на окружающую среду, а также поиск новых композиционных силицидов, обладающих характеристиками, превышающими обычные силициды, с целью применения в термоэлектрических модулях. рассчитан на средние и высокие температуры.

Ранее Hitachi производила тонкие пленки из нанокомпозитного материала, состоящего из силицида высшего марганца (MnSi 1,7 ) и Si, которые демонстрируют низкую теплопроводность, ниже 1 Вт/км, необходимой для достижения ZT = 2 (6) . В этом исследовании Hitachi протестировала использование объемного синтеза нанокомпозита в качестве формы для монтажа в термоэлектрических модулях.

Сначала марганец (Mn) и Si были измельчены вместе с порошком прекурсора в порошкообразный сплав с использованием метода механического сплавления (МА).Затем сплав был спечен методом искрового плазменного спекания (ИПС). На рис. 5 (а) показаны результаты идентификации кристаллической структуры с помощью порошковой рентгеновской дифракции после МА-обработки и СФС-обработки. Для обоих порошков наблюдались сильные дифракционные пики MnSi 1,7 (●) и дифракционные пики Si (▲), при этом неоднородность отсутствовала. Кроме того, на рисунке 5 (b) показаны результаты наблюдения микроструктуры с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) объемного образца после обработки SPS.Из изображения видно, что наноструктура сформирована из зерен размером от 50 до 200 нм. Кроме того, на том же рисунке из изображений-врезок (А) и (В), которые показывают увеличенное изображение ПЭМ и изображение электронной дифракции, видно, что зерна кристаллизовались. Эти результаты показывают, что синтез нанокомпозитного массива, состоящего из MnSi 1,7 и Si, возможен.

Рисунок 5—Рентгеновская дифракция (а) и изображение, полученное под электронным микроскопом (б) MnSi 1.7 / Si Композитный материал Наблюдаемые дифракционные пики MnSi 1,7 (●) и дифракционные пики Si (▲) показывают, что образовался нанокомпозитный материал MnSi 1,7 /Si.

Далее следует описание поиска новых композиционных силицидных материалов, обладающих характеристиками, превосходящими обычные силицидные термоэлектрические материалы. До настоящего времени в качестве высокоэффективных силицидных материалов использовались самые разнообразные полупроводники, такие как силицид магния (Mg 2 Si) и описанный выше MnSi 1,7 .Характеристики термоэлектрических материалов сильно зависят от электронного состояния материала. Поэтому в этом исследовании электронные состояния силицидных материалов различного состава и элементов были проанализированы с использованием расчетов из первых принципов и оценены соответствующие ZTs . В результате Ca 3 Si 4 был идентифицирован как новый силицидный материал, обладающий высокими характеристиками ZT .

Рис. 6—(а) Кристаллическая структура Ca 3 Si 4 и (б) расчет зависимости концентрации носителя для ZT Ca 3 Si 4 ZT можно увеличить до 1.5 путем уменьшения размера зерна Ca 3 Si 4 до 10 нм.

На рис. 6 (а) показана кристаллическая структура Ca 3 Si 4 , которая имеет кристаллическую структуру, в которой Si образует сложные связи. Поэтому ожидается, что распространение будет ограничено кристаллической решеткой фононов, которая является теплопроводной средой, снижая теплопроводность решетки. Поскольку для этого расчета требуются очень сложные вычисления, был использован компьютер K, который показал, что фактическая теплопроводность решетки может быть снижена до 1 Вт/км или менее 90 600 (7) 90 601 .Кроме того, на рисунке 6 (b) показаны результаты оценки зависимости концентрации носителей от ZT Ca 3 Si 4 , которая была рассчитана по электропроводности и коэффициенту Зеебека с использованием уравнения переноса Больцмана. Было обнаружено, что 90 127 ZT 90 128 = 1 может быть достигнуто путем установки концентрации носителей приблизительно равной 10 90 600 20 90 601 /см 90 600 -3 90 601 . Кроме того, за счет уменьшения размера зерен до 10 нм и снижения теплопроводности за счет увеличения фононного рассеяния на границах зерен ZT можно было увеличить до 1.5.

В будущем Hitachi продолжит разработку материалов с целью практического использования термоэлектрических материалов, используя различные добавки и оптимизацию состава для поиска силицидных термоэлектрических материалов, которые могут достигать ZT > 2.

5. Выводы

В статье описан пример применения термоэлектрических модулей, преобразующих неиспользуемую тепловую энергию в электрическую, в низкотемпературные сточные воды газовой когенерации, полного сплава Гейслера на основе железа и термоэлектрических материалов на основе силицидов, разработанных с целью повышения эффективности и снижения стоимости термоэлектрических модулей.

В будущем Hitachi продолжит стремиться к созданию экологически чистого инновационного общества путем дальнейшего повышения производительности термоэлектрических модулей и термоэлектрических материалов.

Благодарности

Некоторые результаты в этой статье были получены в работе по заказу Организации развития новых энергетических и промышленных технологий (NEDO).

ССЫЛКИ

1)
Серия текстов JSME, Теплообмен, Японское общество инженеров-механиков (май 2014 г.) на японском языке.
2)
Ю. Нишино и др., «Разработка термоэлектрических материалов на основе Fe 2 VAl Heusler Compound для приложений по сбору энергии», Materials Science and Engineering, Vol. 18, 142001 (июнь 2011 г.).
3)
С. Ябуучи и др., «Большие коэффициенты Зеебека Fe 2 TiSn и Fe 2 TiSi: исследование первых принципов», Applied Physics Express Vol. 6, № 2, 025504 (февраль 2013 г.).
4)
А. Нишиде и соавт., «Термоэлектрические свойства тонких пленок Fe 2 VAl типа Full-Heusler», J. Japan Inst. Металлы, Том. 76, № 9, стр. 541–545 (сентябрь 2012 г.) на японском языке.
5)
Ю. Миядзаки и др., «Высший силицид марганца, MnSiγ» в термоэлектрических наноматериалах, изд. K. Koumoto и T. Mori, Springer, Berlin, Chap. 7, Том. 182, стр. 141–156 (2013).
6)
Ю. Куросаки и др., «Уменьшение теплопроводности в многослойных тонких пленках MnSi 1,7 с искусственно вставленными границами раздела Si», Applied Physics Letters, Vol.109, 063104 (май 2016 г.).
7)
«Новая ценность кремния, созданная компьютером K», «Исследовательские достижения с использованием системы HPCI, включая компьютер K», Vol. IV, Исследовательская организация информационных наук и технологий (январь 2017 г.)

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Эластичные проводящие полимерные композиты в термоэлектрических модулях

Водоперерабатываемые эластичные проводящие полимерные композиты

Химическая структура трех компонентов композитов показана на рис.1а. PEDOT:PSS представляет собой полиэлектролитный комплекс положительно легированного проводящего PEDOT и отрицательно заряженного изолирующего PSS. PEDOT:PSS может диспергироваться в воде в виде заряженных частиц геля, на внешней поверхности которых преобладает избыток полианионов PSS 30 . Электростатическое отталкивание между частицами геля предотвращает агломерацию и, таким образом, обеспечивает стабильность дисперсии. ИЖ представляют собой соли, существующие в жидком состоянии при температуре ниже 100 °C благодаря объемному и асимметричному строению ионов.ИЖ обладают благоприятными сольватирующими свойствами и действуют как нелетучие пластификаторы для широкого круга полярных и неполярных соединений 31,32 . Здесь мы использовали три различных типа смешивающихся с водой ИЖ с общим катионом 1-этил-3-метилимидазолия (ЭМИМ) и различными анионами: этилсульфат (ЭС), трицианометанид (ТЦМ) и тетрацианоборат (ТХБ), которые доказали свою эффективность. эффективно контролировать морфологию PEDOT:PSS 10 . Полиуретановый эластомер представляет собой сополимер, состоящий из чередующихся изоцианатных и полиольных групп, соединенных уретановыми связями.Эластомерные свойства обусловлены сосуществованием твердых, неподвижных сегментов и мягких, подвижных сегментов и их фазовой сегрегацией. Хотя основная цепь ПУ сама по себе является гидрофобной и нерастворимой в воде, включение ионных групп или гидрофильных сегментов позволяет диспергировать ПУ в воде, образуя WPU 33 . Поскольку все три компонента являются либо водными дисперсиями, либо растворимы в воде, их можно смешивать вместе для получения водных чернил, позволяющих создавать эластичные и проводящие узоры с высокой эластичностью.Чернила можно использовать для покрытия различных подложек или для создания отдельно стоящих пленок с помощью стандартных методов нанесения покрытий и печати (рис. 1b–e).

Рис. 1: Эластичные проводящие полимерные композиты для печати.

a Химические структуры PEDOT:PSS (проводящий полимер, CP), полиуретан на водной основе (WPU) и различные типы ионных жидкостей (IL), b водные дисперсии/растворы которых можно смешивать в одном горшок для приготовления композитных чернил. c Перерабатываемость композитных чернил в растворе позволяет производить толстые пленки методом капельного литья (>40  мкм). d Отдельно стоящая композитная пленка (CP:TCM:WPU = 15:25:85, вес/вес) может растягиваться более чем на 600 % и возвращаться к исходной форме с небольшим гистерезисом. e Композитную пленку с лазерным рисунком можно переносить и приклеивать к неровным поверхностям, таким как текстиль.

Электромеханические и термоэлектрические свойства

Для выяснения роли каждого компонента в композите и поиска оптимального состава с точки зрения высокой проводимости и высокой растяжимости были исследованы механические, электрические, термоэлектрические и электромеханические свойства композитов для широкий выбор композиций.На рис. 2а показаны кривые напряжения-деформации отдельно стоящих композитных пленок с различной долей WPU и PEDOT:PSS (далее обозначаемой как CP), где дисперсия CP (1,2 % масс.) была предварительно смешана с 2 % масс. EMIM TCM (т. е. CP:IL = 12:20, вес/вес) перед добавлением различных количеств WPU. Увеличение доли WPU привело к увеличению ε f и снижению модуля Юнга ( E ) (рис. 2b). Механические свойства начинают быстро улучшаться при WPU:CP = 80:20 ( ε f  ≈ 150%), и композит становится растяжимым до 500% (макс. ε f  ≈ 650%) для WPU:CP = 85:15. Однако σ dc композита постепенно снижается с увеличением содержания ВПУ (рис. 2с). Тем не менее, σ dc по-прежнему остается выше 100 С см −1 при WPU:CP = 85:15. До этого момента S композита почти постоянно ( S  ≈ 22 мкВ/К), но дальнейшая нагрузка WPU увеличила S до 38 мкВ/K при WPU:CP = 95:5. Учитывая как проводимость, так и растяжимость, соотношение WPU и CP было оптимизировано до 85:15.

Рис. 2: Механические, электрические и термоэлектрические свойства.

Стресс ( Σ ) -Strain ( ε ) Кривая, B Модуль молодых ( E ) и штамм разрушения ( ε F ), C Электрическая проводимость ( σ dc ) и коэффициент Зеебека ( S ) композита с различным соотношением WPU (X) к CP (100-X). Соотношение состава выбранной ИЖ (ТКМ) и КП было зафиксировано на уровне КП:ТКМ = 15:25.В диапазоне X = 80−95 наблюдается резкое изменение всех свойств. Красные пунктирные кружки обозначают точки данных при оптимизированном X (≈85). D Σ ε Curve E E и ε F , F Σ DC и S Композита с различным содержанием TCM ( Ю). Отношение WPU к CP было зафиксировано на уровне CP:WPU = 15:85. Соотношение состава, CP:TCM:WPU = 15:Y:85. вес/вес для всех соотношений состава.Столбики погрешностей представляют собой стандартное отклонение (SD).

В оптимизированном составе CP-WPU количество IL оказывает огромное влияние на механические, электрические и термоэлектрические свойства композита. Без IL композитная пленка разрушилась при растяжении ε на 13%, а ее E при 235 МПа находится в том же порядке, что и у исходного CP (≈550 МПа). При добавлении IL композит с тем же соотношением CP-WPU становится гораздо более растяжимым и более мягким (рис.2г, д). ε f увеличивается в 46 раз, а E уменьшается до 6,8 МПа при добавлении 2 мас.% EMIM TCM в дисперсию CP. Что еще более удивительно, σ dc увеличивается на 6 порядков (рис. 2f). Учитывая, что разница σ dc между CP и CP-IL составляет примерно 3 порядка 10 , результаты показывают, что IL играет критическую роль в формировании макроскопической проводящей перколятивной сети.Поскольку электрическая перколяция уменьшается с меньшим количеством IL, S увеличивается обратно пропорционально. Обратите внимание, что количество IL не влияет на S композитов CP-TCM без WPU (см. Дополнительный рисунок 1). Потенциальная гипотеза для понимания корреляции S с перколяцией предлагается на дополнительном рисунке 2.

Затем мы сравнили влияние трех разных IL на характеристики композита (рис. 3a – d). Интересно, что нет прямой связи между σ dc композитов CP-IL-WPU (TCM > TCB > ES) и пленок CP-IL (TCB > TCM > ES, см. дополнительный рисунок.3), что означает, что электрическая перколяционная сеть в композитах сильно зависит от конкретного ИЖ. Для сравнения, σ dc композита с ДМСО является самым низким, хотя пленка PEDOT:PSS с ДМСО имеет σ dc на 900 С см -1 . Кроме того, механические свойства композитов различаются в зависимости от типа ИЖ, но в целом ИЖ обеспечивают значительно лучшую растяжимость и эффект размягчения по сравнению с ДМСО. Механические свойства композита CP-DMSO-WPU аналогичны свойствам исходного композита CP-WPU (см.4).

Рис. 3: Зависимость свойств от деформации.

a Сравнение σ dc , ε f и E композитов с другим типом ILs (SO или диметилсульфоксид). Пунктирная полоса показывает стабилизированный σ dc (см. Дополнительный рисунок 7). b Изменение сопротивления ( R / R 0 ) при растяжении. Изменение сопротивления, вызванное изменением геометрической формы ( R G / R 0 ), было построено на основе типичного коэффициента Пуассона ( ν ) для резины ( ν  = 0.5) или экспериментальные данные, полученные для композита (см. Дополнительный рисунок 5). c Initial S и S для деформации растяжения. d σ ε Кривая при циклическом нагружении. e R / R 0 оптимизированного композита (CP:TCM:WPU = 15:25:85) при циклическом растяжении при растяжении (синие линии). Также показана R / R 0 оптимизированного композита, нанесенного на подложку из PDMS при циклической деформации при 60% (серая линия).Соотношение состава, CP:IL:WPU = 15:25:85. Для композита с ДМСО перед приготовлением композита к дисперсии СП добавляли 5,6% масс. ДМСО. вес/вес для всех соотношений состава. Столбики погрешностей представляют стандартное отклонение.

Электромеханические свойства сравнивали путем оценки относительного изменения сопротивления ( R / R 0 ) при растяжении ε (рис. 3b). Увеличение сопротивления, вызванное изменением геометрической формы ( R G / R 0 , см. дополнительный рисунок.5) было построено показать два режима: R / R 0 < R G / R 0 Указание увеличения в Σ DC и R / R 0  >  R G / R 0 указывает на уменьшение σ dc 0 34 9. Увеличение σ dc композитов с ИЖ при малой деформации связано с выстраиванием CP-цепей или фибрилл 18 , тогда как дальнейшее растяжение над критической точкой приводило к снижению σ dc за счет к нарушению работы электрической сети в пределах композиционных 15 .Для композитов с добавлением ТХМ и ЭС режим с увеличением σ dc расширяется до деформации более 80%. По-видимому, существует корреляция между хорошими электромеханическими характеристиками и низким значением E и высоким значением ε f , поскольку относительное сопротивление более мягких композитов снижается меньше при ε (рис. 3a, b). Это можно понять, если учесть, что хорошо пластифицированная фаза PEDOT:PSS может легче деформироваться без нарушения электрического пути в композите. S не сильно различается в зависимости от типа ИЖ, в то время как обратная зависимость между σ dc и S композита по-прежнему сохраняется с разными ИЖ, вызывающими разные перколятивные сети (рис. 3в). S композита с ТКМ был почти постоянным для деформаций до 80% и немного уменьшался при деформации 100%.

На кривых растяжения композитов с ИЖ при циклическом нагружении (рис. 3г) наблюдаются петли гистерезиса, характерные для вязкоупругих материалов 35 , вероятно, из-за механического влияния фаз КП и ИЖ.Композиты с ES (или TCM) восстанавливают ~87% (или 75%) своей первоначальной длины после разгрузки, соответственно, демонстрируя достойные упругие свойства. Композит R / R 0 с ТСМ демонстрирует превосходную циклическую стабильность при растяжении до 40% (рис. 3e). R стал даже меньше R 0 при высвобождении после 1000 циклов растяжения на 20% или увеличился всего на 6% после 1000 циклов на 40%. Снижение R по циклам приписывается выравниванию фибрилл CP 18 .Однако вязкоупругие свойства композита вызвали частичную пластическую деформацию при деформации 60%, а повторяющиеся напряжения, сосредоточенные на слабых местах, привели к полному разрыву примерно через 200 циклов (см. Дополнительный рисунок 6). Тем не менее, при опоре на подложку из ПДМС более равномерно распределенные напряжения по подложке подавляют пластическую деформацию, так что композит может выдержать 1000 циклов растяжения при 60% с R / R 0 всего 1.7.

Значения σ dc на рис. 2 и 3 основаны на измерениях, проведенных сразу после извлечения образцов с центрифужным покрытием из вакуумной сушильной камеры. Повторные измерения σ dc оптимизированного композита (CP:TCM:WPU = 15:25:85) в воздухе показали, что σ dc увеличивалась со временем и стабилизировалась на среднем значении 140 С см -1 через 11 часов (рис. 3а и дополнительный рис. 7b). Поскольку мы добавили небольшое количество аммиака (CP:NH 3  = 8:1) во все композитные дисперсии для предотвращения кислотно-индуцированной агрегации анионного WPU путем протонирования из PSSH, начальное значение σ dc было ниже из-за к частичному дедопированию PEDOT, происходящему в относительно основной дисперсии, содержащей NH 3 (см.7а,в) 36,37 . Увеличение σ dc композита с течением времени объясняется восстановлением уровня легирования за счет самопроизвольного окисления при воздействии кислорода (воздуха) 38 , о чем свидетельствуют изменения в спектрах поглощения (см. Дополнительный рисунок 7c) . Учитывая массовую долю CP в оптимизированном композите, σ dc 140 С см −1 переводится в σ dc для CP-части ~1170 С С 0см 1,Поскольку пути проводимости в композите часто не полностью совпадают с макроскопическим направлением проводимости, σ dc обычно ниже в композите, чем в чистом проводнике 39 . Даже для хорошо связанных систем, таких как сетки случайно ориентированных нанопроволок 40 или соединенных трубок под углом 45° по отношению к направлению проводимости (модель волоконного контакта) 39 , σ dc уменьшается на 50 %. Хотя точная геометрия СР-фазы в нашем композите неизвестна, если предположить, что она обладает теми же ориентационными характеристиками, что и геометрия волокон, описанная выше, эффективное σ dc для СР-фазы будет ~2340 См см − 1 .Это почти то же значение, что и для пленки CP без WPU (≈2350 S см -1 , см. Дополнительный рисунок 3), что указывает на то, что большая часть сети PEDOT в композите способствует проводимости. По сравнению с пленкой с центрифугированием ( σ dc  ≈ 140 См см −1 ), пленка оптимизированного композита методом капельного литья имеет лишь немного меньшую -1 ), аналогичное снижение наблюдалось для пленок CP-DMSO 41,42 ; что указывает на то, что более толстые отдельно стоящие пленки, отлитые методом капельного литья, используемые ниже в термоэлектрических генераторах, вероятно, имеют такой же механизм переноса и микроскопическую морфологию, что и пленки с центрифугированием.

Структурные модификации за счет включения IL

Чтобы понять роль IL в формировании выдающейся электрической перколяционной сети в композите CP-WPU при сохранении превосходной механической податливости WPU, мы сосредоточились на структурных изменениях, которые происходят в состояние дисперсии и пленки при добавлении ИЖ. Измерения динамического рассеяния света (DLS) показывают, что исходная дисперсия CP имеет бимодальное распределение по размерам с пиками при 50 нм и 630 нм (рис.4а), в соответствии с предыдущим отчетом 43 . При добавлении 2  вес. % EMIM TCM диаметр пика для обеих популяций увеличивается до 170 нм и 3,2 мкм соответственно, что указывает на сильное взаимодействие между CP и IL в дисперсии. Было доказано, что противоионный обмен между PEDOT + PSS и EMIM + TCM приводит к частичной диссоциации PEDOT от его водорастворимого темплатного аниона PSS, что вызывает молекулярную перестройку. 10,44 .Напротив, распределение по размерам дисперсии WPU остается почти постоянным после добавления IL (один пик при 120 нм, дополнительная рис. 8). При смешивании распределение размера частиц композита CP-WPU показывает два пика почти в тех же положениях, что и для дисперсий CP и WPU (рис. 4b). Это означает отсутствие сильного взаимодействия между дисперсными частицами КП и ВПУ в смеси. Для композита CP-IL-WPU пик распределения по размерам CP-IL смещается от 3.2 до 2,1 мкм при добавлении WPU, подразумевая, что некоторое взаимодействие между частицами CP и WPU происходит в присутствии IL.

Рис. 4: Структурные изменения состояния дисперсии и пленки при добавлении ИЖ.

Исследование динамического светорассеяния распределения частиц по размерам в композитных дисперсиях a CP и b CP-WPU, как с ТХМ, так и без него. Распределение размера WPU было закрашено серым цветом. Рентгенограммы композитных пленок c CP и d CP-WPU как с ИЖ или ДМСО другого типа, так и без них (Z).Дифракционный пик ВПУ был окрашен в серый цвет. d (100) и d (010) указывают расстояние укладки ламелей и расстояние укладки π–π, обнаруженные в чистом PEDOT:PSS, соответственно. Соотношение состава, CP:IL = 15:25 или CP:IL:WPU = 15:25:85. w/w для всех образцов.

На рис. 4c представлены рентгенограммы (XRD) пленок CP с добавлением и без добавления различных типов ИЖ или ДМСО. Нетронутый CP демонстрирует несколько широких дифракционных пиков с низкой интенсивностью.Два характерных пика при 2 θ  = 6,7° и 25,6° соответствуют стекинговому расстоянию ламелей [ d (100) ] PEDOT:PSS и π–π стекинговому расстоянию [ d (010) ] между кольцами PEDOT соответственно (см. Дополнительный рисунок 9 для структуры молекулярной упаковки) 45 . При осаждении пленок из дисперсий КП, содержащих ИЖ или ДМСО, пик d (010) смещается в сторону большего угла, что указывает на уменьшение d (010) .Для пленок CP с добавлением ТХМ и ТХБ интенсивность пиков d (010) заметно увеличилась, а полная ширина на полувысоте (FWHM) d (010) уменьшилась с 3,6 ° до ~2,0°, что приводит к увеличению размера кристаллического домена вдоль оси (010) с 22 Å до ~40 Å  в присутствии ИЖ, согласно оценке по формуле Шеррера 46 . Рентгенограмма WPU показывает большой широкий пик с центром при 2 θ  = 19°, что является типичной особенностью аморфных полимеров (см.10). Хотя изменение дифракционного пика WPU незначительно, FWHM немного увеличивается при добавлении IL, тогда как это изменение незначительно при добавлении DMSO. Эта тенденция становится более выраженной в композите CP-WPU: рентгенограммы композитов на рис. 4d показывают, что при добавлении IL происходит явное уширение пика аморфного WPU, что указывает на уменьшение размера домена WPU. На картинах рис.4d из-за его небольшой доли в композите. Однако пики d (010) и d (100) более четкие для композитов с добавлением ТХМ и ТХБ, которые имеют заметно более высокую проводимость, чем другие.

Изменение морфологических свойств при добавлении ИЖ исследовали методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) (рис. 5). Чистый КП имеет зернистую структуру с диаметром зерен примерно 50 нм, что хорошо соответствует меньшему диаметру глобулярных частиц геля в дисперсии КП.Для CP-IL было трудно получить четкие изображения высоты, вероятно, из-за наличия избыточных IL на поверхности пленок, в то время как фазовая визуализация приводила к низкому контрасту из-за смягчающего эффекта IL (см. Дополнительный рисунок 11) . Однако после промывки образцов для удаления избытка ИЖ в образцах с добавлением ТХМ и ТХБ четко проявляется структура, состоящая из коротких нанофибрилл, которые образуют сеть без границ зерен. На высотном изображении композита КП-ВПУ видны крупные структуры размером 1-4 мкм, которые не наблюдаются в пленках КП (рис.5b и дополнительный рисунок 12). Изображения меньшего масштаба доказывают, что эти кластеры состоят из зерен субмикронного размера, которые, как предполагается, происходят из частиц геля WPU (см. Дополнительный рисунок 13). Добавление ИЖ нарушает агломерацию зерен ВПУ и приводит к получению композитов с гораздо более гладкой поверхностью. Размер поверхностных кластеров является наименьшим для композита с добавлением ES, который имеет самую высокую растяжимость, в то время как среднеквадратическая шероховатость является самой низкой для композита с добавлением TCM, который имеет самую высокую проводимость (см. Дополнительную таблицу 2 для сравнения среднего размер кластера и среднеквадратичная шероховатость композитов).

Рис. 5: Морфологические изменения, вызванные добавлением IL.

АСМ-изображения высоты композитных пленок a CP и b CP-WPU, как с ИЖ или ДМСО (Z), так и без них. Пленки КП с ИЖ перед измерениями промывали водой для удаления избытка ИЖ на поверхности. Изображения композитных пленок CP-WPU были измерены на свежеприготовленных образцах, без промывки. Масштабные линейки, a 0,2 мкм, b 5 мкм.

Таким образом, роль ИЖ, существенно улучшающих электрические и механические свойства композитов КП-ВПУ, можно объяснить следующим образом.В смешанных дисперсиях КП-ВПУ частицы разных компонентов существуют практически независимо друг от друга без сильного взаимодействия. При формировании сплошной пленки из смеси частицы ВПУ склонны агломерироваться сами по себе и образовывать кластеры микронного размера, а зернистые домены КП внедряются в участки. В результате композитная пленка имеет плохую проводимость, а также ограниченную растяжимость из-за неоптимальной перколяции между доменами CP, несовершенной связи между гигантскими кластерами WPU и жестких доменов CP ( E при CP > 500 МПа), которые действуют как точки разрыва.При введении ИЖ противоионный обмен между КП и ИЖ вызывает морфологическое изменение КП в сторону кристаллической нанофибриллярной структуры 10 , что благоприятно не только для переноса заряда по цепям КП, но и для формирования перколяционная сеть в матрице WPU. Хорошо известно, что одномерные проводящие наполнители формируют лучшую трехмерную перколяцию в эластомерных средах, чем сферические 47 . Взаимодействие между WPU и IL неясно, поскольку подробная химическая структура и функциональные группы WPU не раскрываются поставщиком.Тем не менее ясно, что ИЖ уменьшает размер домена и агломерацию частиц ВПУ в композите. Более того, в качестве нелетучего пластификатора IL снижает модуль упругости как CP (с 550 до 31 МПа), так и WPU (с 3,2 до 1,7 МПа), а также увеличивает растяжимость обоих (см. Дополнительный рисунок 14). Таким образом, устранение локальных жестких областей за счет размягчения твердой CP-фазы и полная связь между частицами WPU одинакового размера приводят к получению гораздо более прочного и растяжимого композита.Напротив, ДМСО оказывает незначительное влияние на предотвращение агломерации частиц ВПУ или размягчение композита, поскольку ДМСО со временем испаряется и не остается в готовой пленке 48 . Хотя наши попытки получить четкое представление о том, как CP включается в матрицу WPU с помощью проводящей АСМ (что подразумевает работу в контактном режиме), не увенчались успехом, поскольку присущая WPU липкость, которую мы использовали, препятствовала сканированию AFM в контактном режиме, мы предполагаем, что фибриллы CP, индуцированные добавлением IL, довольно запутаны в сети PU, что основано на прямой корреляции между электромеханическими и механическими свойствами в этих композитных системах.

Саморастягивающийся органический термоэлектрический модуль

Описанные выше эластичные CP-композиты позволили нам исследовать возможности применения растягивающихся материалов за пределами тонкопленочных устройств. Основываясь на превосходных электромеханических свойствах композита и присущих PEDOT ТЭ-свойствах, мы разработали первый органический ТЭ-модуль с внутренней способностью растягиваться с использованием толстых эластичных пленок (≈40  мкм) композита CP-IL-WPU в качестве ТЭ типа p . ноги. Модули ТЭ состоят из ветвей ТЭ, соединенных электрически последовательно и термически параллельно.Чтобы максимизировать выходную мощность ( P из ) плотность генераторов TE, вертикальный модуль, состоящий из множества ветвей типа p и n , представляет собой оптимальную конфигурацию устройства (см. Дополнительный рисунок 15 для различных устройств TE). конфигурации) 5,21 . Однако из-за отсутствия растяжимых и высокоэффективных органических ТЭ материалов типа n мы разработали внутренне растяжимый ТЭ модуль, состоящий из 10 растяжимых ножек типа p в поперечной конфигурации, как показано на рис.6а, б. Использование толстых ветвей ТЭ критично для работы боковых ТЭ устройств, поскольку P out пропорционально толщине ( δ ) ТЭ элементов соотношениями: P out  ∝ 1/ R в и R в  ∝ 1/ δ , где R в – внутреннее сопротивление ТЭ прибора 21 .

Рис. 6: Саморастягивающийся органический термоэлектрический модуль.

a Архитектура растягиваемого термоэлектрического (ТЭ) модуля. Один конец каждой ветви TE (CP:TCM:WPU = 15:25:85, w/w) электрически соединен с другим концом соседней ветви через растяжимое межсоединение z-образной формы (нанопроволоки Au-TiO 2 ) . b Фотография растяжимого термоэлектрического модуля при 30% деформации растяжения. c Напряжение холостого хода ( В OC ) однополюсного ТЭ устройства и 10-ветвевого ТЭ модуля в зависимости от разницы температур (Δ T ). D Выходная мощность ( P OUT = V OUT 2 / R Load ) TE модуль как функция сопротивления нагрузки ( R нагрузка ) для δ T  = 10−30 K. Пунктирная линия показывает значение нагрузки R , которое дает максимальное значение P out и, таким образом, соответствует полному внутреннему сопротивлению ( R in a модуль. e g TE модуль, растянутый параллельно термодиффузионному. T 1  = 23 °C, T 2  = 53 °C. F V OC и R и R в против растягивающего штамма ( ε ), примененные к модулю для δ T = 30 к. г P OUT против R Load при разных штаммах для δ T = 30 к. H = 30901 J TE Модуль натягивается перпендикулярно термодиффузионному и соответствующему V OC и R в против ε и P out по сравнению с R нагрузка при различных напряжениях для Δ T  = 30 K. одинаковой толщины и перенос их на подложку из полидиметилсилоксана (PDMS), покрытую WPU. Ноги были соединены последовательно узором из покрытых золотом нанопроволок диоксида титана (NWs Au-TiO 2 ), встроенных в подложку PDMS. Композит Au-TiO 2 NW был выбран в качестве межкомпонентного материала из-за его химической стабильности, низкого поверхностного сопротивления (<1 Ω кв. −1 ), хороших электромеханических характеристик и пренебрежимо малого S (<1 мкВ K ). −1 ) 49 .Схемы обработки и размеры модуля показаны на дополнительных рисунках. 16 и 17. При разнице температур (Δ T ) до 30 K, приложенной к двум краям 10-стержневого модуля типа p , генерируемое напряжение холостого хода ( В OC ) линейно пропорциональна Δ T , в результате чего V OC / Δ T ≈212 мкВ K −1 , что близко к 10-кратному коэффициенту Зеебека мкВ K ≈

≈216 -1 измерено для одной ветви TE (рис.6в). Когда модуль подключен к различным грузовым резисторам ( R нагрузка ) под δ T = 10-30 K, P OUT достигает максимума для

R нагрузки ≈ 430 Ω, что соответствует сумме R в модуля (рис. 6d). Максимум P OUT под δ T = 30 K 25 NW, что близко к прогнозной цене, P OUT-MAX = V OC 2 /4 R в  ≈ 24 нВт.

Растягивающая нагрузка до 40% как в параллельном, так и в перпендикулярном направлениях не влияет на V OC растягиваемого модуля (рис. 6f, i). Однако R в постепенно увеличивается с увеличением деформации из-за зависимых от деформации сопротивлений композитных ветвей и межсоединений (см. Дополнительный рисунок 18). Анализ зависимых от деформации сопротивлений с эквивалентными схемами показывает, что увеличение R в произошло в основном за счет увеличения сопротивления межсоединений Au-TiO 2 NW для обоих направлений растяжения, в то время как увеличение R в была значительно менее выражена при перпендикулярной деформации (рис.6f, i и дополнительный рис. 19). Согласно соотношению P out ∝1/ R in , P out-max постепенно уменьшается с ростом деформации, при этом 48 и 83% от исходного max P out-90 выдерживается при 40% параллельной и перпендикулярной деформации соответственно (рис. 6g, j). После 7 месяцев хранения в условиях окружающей среды модуль TE сохранил тот же R в и 86% исходного V OC (см.1b) благодаря превосходной стабильности композита CP-TCM-WPU (см. Дополнительный рисунок 20) и Au-TiO 2 NWs 49 . Однако термический отжиг при температуре выше 100 °С привел к резкому ухудшению механических свойств композита, возможно, за счет индуцированного фазового расслоения и миграции ИЖ, что свидетельствует о непригодности ТЭ модуля для работы при высоких температурах.

Термоэлектрические модули из воздухостойкой ткани из углеродных нанотрубок N- и P-типа

В этом отчете демонстрируется захватывающая новая парадигма термоэлектрического преобразования энергии с использованием органических материалов как n-, так и p-типа, которые обладают механической гибкостью, простыми процессами изготовления и стабильностью на воздухе.Чтобы синтезировать образцы n-типа с мембранами и бумагой, углеродные нанотрубки были легированы как полиэтиленимином (PEI), так и боргидридом натрия (NaBH 4 ), демонстрируя превосходные характеристики n-типа со значениями термоЭДС до -80 мкВ. К −1 . Были изготовлены термоэлектрические модули из композитов как n-, так и p-типа, чтобы продемонстрировать термоэлектрическое напряжение и генерацию мощности с одной, двумя и тремя последовательно соединенными p-n-парами. Тестовые модули генерировали термоэлектрическое напряжение ~6 мВ с генерируемой мощностью ~25 нВт при приложении температурных градиентов ~22 °C.Эти многообещающие результаты показывают, что дальнейшая работа со многими последовательно соединенными переходами приведет к масштабируемым модулям органических p-n-пар, которые могут генерировать энергию от температурных градиентов или обеспечивать охлаждение для различных электронных устройств.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Ferrotec Global — Термоэлектрические модули

Электронные устройства BusinessDevices, встроенные непосредственно в продукты

Термоэлектрический модуль
Пропуская постоянный ток и получая термоамплитуду, вот полупроводник контроля температуры (элементы Пельтье)

Термоэлектрические модули представляют собой пластинчатые полупроводниковые охлаждающие устройства, работающие за счет движения тепла при протекании тока через соединение двух разных металлов.Компактные, легкие и не содержащие фреона, они используются в сидениях автомобилей с климат-контролем, охлаждающих чиллерах, оптических коммуникациях, биотехнологиях, кондиционерах, осушителях и различных потребительских электронных продуктах.

Свяжитесь с нами:
Sören Meyer
Ferrotec Europe GmbH
The SQUAIRE 15, Am Flughafen, 60549 Франкфурт-на-Майне
T: +49 (0)6435 704 20
M: +49 5 smer 9003 355 402 72 @de.ferrotec.com

История развития термомодуля
Томас Зеебек Томас Иоганн Зеебек (род.9 апреля 1770 г. — ум. 10 декабря 1831) — эстонский физик. В 1821 году в биметаллической цепи он обнаружил, что разница температур между точками контакта металлов вызывает отклонение стрелки компаса. Сегодня это называется эффектом Зеебека.

Справочник по термоэлектрике
Справочник по термоэлектрике Камбиона, автором которого является президент Ямамура (опубликовано в 1971 г.)

Термоэлектрический модуль в сборе

Прикладные изделия электронного охлаждения Пельтье с использованием наших термомодулей.Как ведущий производитель термомодульной техники, в дополнение к стандартной линейке, мы гибко удовлетворяем потребности наших клиентов с помощью продукции, изготовленной по индивидуальному заказу. Мы можем поддерживать разработку и производство продуктов как для мелкосерийного, так и для массового производства.

Термоэлектрический чиллер в сборе

■Мощность охлаждения до 350 Вт
■Узел Пельтье «жидкость-воздух»
■Быстрая установка
■Компактность и возможность использования в любом положении

Типичные области применения

■Лазерное охлаждение
■Эстетические/косметические устройства
■Промышленное охлаждение малой мощности
■Медицинское или лабораторное оборудование

Особенности/Преимущества

■Пельтье в сборе жидкость-воздух, высоконадежная полупроводниковая технология и не требующая технического обслуживания система
■Оптимизированные характеристики охлаждения, обеспечивающие высокую эффективность
■Быстрые фитинги для быстрого и простого соединения водопроводных труб
■Гибридная жидкостная пластина из медь и алюминий для лучшего теплообмена и использования деионизированной воды
■Компактная конструкция, подходящая для большинства установок
■Соответствует RoHS

Эффективность охлаждения

Размеры и монтажные отверстия

Технические данные
Модель № А340-24-ЛА-002
Напряжение 24 В постоянного тока
Номинальный ток от 14А до 16А
Холодопроизводительность (ΔT=0°C) 350 Вт
Рабочая темп.(Вода) от 5°C до 60°C
Термостат перегрева 85°С
Датчик температуры 1 кОм при 25°C
Низкий уровень шума
Материал Трубка: Медь / Фитинг: Латунь
Вес 7 кг
Крепление Горизонтальный и вертикальный
Отрасли, использующие эти технологии
Подробная информация об этой технологии
Производственные базы
Брошюры
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.