Элемент Пельтье — это… Что такое Элемент Пельтье?
Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).
Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.
Принцип действия
В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.
При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников.
Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута, Bi2Te3 и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.
Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 К.
Достоинства и недостатки
Достоинством элемента Пельтье является небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования.
Недостатком элемента Пельтье является очень низкий коэффициент полезного действия, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.
В батареях элементов Пельтье[1] возможно достижение теоретически очень большой разницы температур, в связи с этим лучше использовать импульсный метод регулирования температуры, благодаря которому можно снизить также потребление энергии.
Применение
Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, необходимая мощность охлаждения невелика.
Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.
Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.
В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 для одностадийних холодильников и до −120 для двухстадийных).
Элементы Пельтье применяются также в качестве источника электрической энергии. Это возможно в случае, когда доступен источник тепловой энергии (геотермальный источник, печь, костер) или просто два близко расположенных объекта с разной температурой (трубопроводы горячей и холодной воды, нагретая на солнце металлическая пластина и сосуд со снегом или водой). Такой источник электрической энергии может быть применен для питания измерительной и сигнальной аппаратуры, а также для заряда аккумуляторов различных электронных устройств. http://poselenie.ucoz.ru/publ/6-1-0-45 http://overland-botsman.narod.ru/termogen.htm
Ссылки
Примечания
Элемент Пельтье
Купил строго для того, чтобы поиграться и понять, что это такое. Это некая сложная полупроводниковая штука в виде керамической пластинки с двумя проводами. Если подключить ее к источнику постоянного напряжения, то во-первых она начнет сильно греться за счет омического сопротивления, а во-вторых, перекачивать тепло с одной стороны пластины на другую. Проще говоря, работать холодильником.Китайская пельтешка — вещь довольно хрупкая. Во-первых, керамическая основа, во-вторых, сами диоды. Вот пара ссылок с картинками матчасти:
www.ixbt.com/cpu/peltje.html
Но доехала она без повреждений, в конверте и дополнительной пупырчатой пленке. Следует заметить, что этот элемент не герметичен. Герметик по краям больше защищает от брызг и пыли, и погружение в воду он не перенесет. Омметр показал сопротивление 4.5 Ом, из этого надо вычесть примерно 1 Ом сопротивления проводов. Если подключить к источнику 12В, ток пойдет очень приличный. Так что наш выбор — БП от списанного системника. Производитель заявляет, что рабочий ток элемента 5 Ампер. Следующий нюанс. Фактически, элемент Пельтье представляет собой гирлянду последовательно соединенных диодов, работающих в режиме пробоя. Они спаяны очень легкоплавким припоем с Тпл около 140 градусов. Перегрев хоть в одном месте приводит к преждевременной смерти элемента. Запускать его без охлаждения можно разве что от батарейки. На ощупь вполне заметно, что одна сторона начинает нагреваться, а другая охлаждаться.
На просвет видно отдельные диоды
Для охлаждения в закромах нашел кулер от слотового третьего Пентиума. Он идеально подошел по размеру — в ширину ровно 40 мм. Запитал вентилятор от отдельного БП.
Элемент Пельтье управляется протекающим током и полярностью напряжения. С ШИМ надо быть осторожным, потому что элемент развалится от термических и механических напряжений. Есть специальные мануалы на эту тему.
Экспериментальная установка. Мультиметр не работает в режиме 10А, поэтому ток потребления измерить не удалось.
А вот так выглядит в макрорежиме замерзание и оттаивание водяной капли:
Точно измерить температуру поверхности нечем. Скорость перекачки тепла у элемента довольно мала, палец примерзает не сразу. После выключения за счет теплопроводности элемента и нагретого радиатора холодная поверхность нагревается буквально за пару секунд. Собственно, на видео это видно.
Элемент Пельтье может работать и наоборот: преобразовывать разницу температур с разных сторон себя в электрический ток. Но это уже совсем другая история.
Что можно сделать из элементов Пельтье и за счет каких механизмов?
Элементы Пельтье – казалось бы, давно уже не новость, однако многие не полностью представляют принцип их работы, и не знают, что можно сделать из модулей и зачем они нужны. Изобретатель Игорь Белецкий покажет несколько наглядных экспериментов, чтобы у вас сложилось понимание того, на что способны эти пластинки.
Их легко приобрести в интернете и заказать доставку по почте. Купить Пельтье лучше всего в этом китайском магазине. Есть и специальный кулер охлаждения.
На фото: Модуль Пельтье
Самый популярный модуль Пельтье TEC1-12706
Самым популярным среди практиков, увлеченных идеями свободной природной энергии и производителей технических устройств является элемент размером 40 на 40 миллиметров с маркировкой TEC1-12706. Это означает, что он состоит из 127 пар малюсеньких термоэлементов – полупроводников разного типа, которые попарно соединены при помощи медных перемычек в последовательную цепь и рассчитаны на постоянный ток до 5 А при напряжении 12 вольт.
Схема Элемента ПельтьеНекоторые думают что модули Peltier, это что-то типа солнечных панелей – ведь они такие же плоские, торчат проводки, и те и другие могут генерировать электрический ток. Увы, это не совсем так на самом деле. Чтобы понять, как функционируют загадочные пластинки, посмотрите видео И. Белецкого, описание в текстовом формате ниже.
Эффекты Пельте и Зебека – функции модуля
У этого девайса есть целых два режима работы – 1. выработка холода и тепла; 2 – генерация электрического тока.
1. Итак, знаменитый эффект Пельтье (тепло и холод). Это когда вы подводите к элементу постоянный ток и замечаете, что одна из его сторон стала теплее, а другая холоднее. Таким образом он работает как тепловой насос. Очень полезное свойство. Спору нет.
2. Но оказалось, что имеет место и обратный процесс – так называемой эффект Зебека, а именно возникновение электрического тока при установлении и поддержании определенной разности температур на сторонах самого модуля (пластинки).
Примечание. Никогда не перегревайте элементы, если хотите и далее проводить эксперимент с ними. Полупроводники в модуле спаяны припоем, температура плавления которого может лежать в пределах от восьмидесяти до двухсот градусов. А учитывая, где сегодня производится большинство этих элементов, можно только догадываться на каких соплях их спаяли.
Схема. Как создается электричество при нагреве сторон Пельтье
Вся неприятность в том, что этот элемент будет нормально работать только при эффективном охлаждении.
Тест с получением электричества
Например, мы хотим проверить эффект Зебека. Поставим сверху кружку с кипятком. Тем самым не превышено 100 градусов, допустимых по нагреву.
Наблюдаем появление напряжения. Интересно, что если изменить направление тепловой потока через модуль, то изменится направление постоянного тока. Но со временем на второй стороне благодаря теплопроводности элемента Пельтье температура тоже поднимется и напряжение, естественно, упадет.
Чтобы эффект был постоянным, нужен постоянный отвод тепла. Для этого модуль размещают на массивным радиаторое и желательно с активным охлаждением. Показатели явно лучше, как вы понимаете. Это требует дополнительных энергозатрат.
Допустим, вы хотите сделать из этого элемента походную зарядку для мобильников. Тогда на природе радиатор можно поместить в холодную воду, возможно даже проточную или ледяную, что несомненно еще лучше. Применение этих модулей зимой при хорошем дармовом минусе – наиболее перспективно.
Правда, одного элемента для зарядки телефона явно будет маловато. А вот два – это уже лучше. Естественно, если увеличить нагрев, то выходная мощность тоже возрастет. Но это очень рискованный шаг, который можно сделать только ради эксперимента. Работа такого генератора будет длиться недолго.
Теперь перейдем к эффекту Пельтье, то есть к производству холода.
Холодильник на модулях Пельте – насколько он эффективен?
Для эксперимента будет использован автомобильный холодильник. Полезный объем его 20 литров. Обратите внимание – заявленная мощность – 48 ватт при токе 4 ампера и постоянном напряжении 12 вольт. А это значит, что внутри стоит всего лишь 1 маленький элемент Пельтье. Для тех кто не в теме откроем секрет – такую же мощность имеет обычный домашний холодильник, размеры которого в разы больше. Ну да ладно, сейчас не об этом. Проверим его эффективность. Например поставим ему минимальную задачу охладить стаканчик с водой, имеющей комнатную температуру 26 градусов. Для работы холодильника будем использовать блок питания, идеально подходящий по своим параметрам. Дополнительно в цепь будем помещен ваттметр. Он будет в реальном времени отображать ток, напряжение и мощность. Но самое главное – потребление, так называемый ватт в час. Таким образом мы сможем примерно оценить энергозатраты нашего холодильника.
Включаем и видим, все прекрасно работает. Вот ток 4,29 А. Напряжение 11,15 Вольт. Мощность 47,9 Ватт. 0,1 Ватт-часов.
Пока процесс идет, проведем более наглядный эксперимент, который покажет, что же именно происходит в холодильнике. Когда подадим на элемент постоянный ток, он начнет перекачивать тепло с одной стороны на другую.
Кстати, если поменять направление тока, то изменится и направление перекачки тепла, что весьма удобно. Главное не забываем об активном охлаждении, потому что пятьдесят ватт электрической мощности нагревает элемент мгновенно. Чем эффективнее мы отведем тепло с горячий стороны, чем холоднее на другой.
Как видите, на самой поверхности модуля вода замерзает очень быстро, ну еще бы – столько энергии сжирает.
Но вернемся к нашему холодильнику. Спустя один час работы температура воздуха внутри упала до пятнадцати градусов, а у воды опустилась до 20. Удивило, что за час работы он съел четко 48 ватт. Через два часа у воздуха было 13 градусов, а у воды 17. И наконец, после трех часов работы температура воздуха остановилась на 13-ти градусах, а в стакане с водой была 15 и ниже 12 она уже не опустится. Ну так себе холодильник, учитывая что он был забит напитками не полностью. Но при этом этот монстр потребил 140 Ватт. Для домашней сети может и не много, но для автомобильного аккумулятора это уже весьма ощутимо. Поэтому здесь и стоит всего лишь один элемент. Потому что больше никакой аккумулятор просто не потянет. А это значит, что кпд такого модуля ничтожно мал – буквально считанные проценты, что опять же зависит от производителя. Такой холодильник больше напоминает хороший термос. Если бы взяли из дома холодные продукты, то он бы просто не позволил им быстро нагреться. Делать такие холодильники большими энергетически невыгодно.
В каких случаях Пельтье эффективен?
Кстати это относится и к самодельщикам, пытающихся делать на этом принципе автомобильные кондиционеры. Есть более эффективные технологии, а вот использовать элементы Пельтье для охлаждения чего-то маленького и компактного – просто идеальное решение. Есть целый спектр таких устройств, например охлаждать процессоры или микросхемы различных малогабаритных приборов. В этом скорее всего и есть самый главный плюс таких элементов. Они миниатюрны и минимальны по весу. По сравнению с теми же фотоэлементами у Пельтье минусов конечно больше, ну а самый эффект безусловно заслуживает внимания. В конце концов все зависит от решаемых задач а если энергия халявная, то высокий КПД не так уж и важен.
До скольки градусов можно охладить элемент? Об этом в отдельном видео.
Заключение
Популярные среди радиолюбителей и инженеров модули Пельтье – электронные элементы, активно использующиеся для систем охлаждения и получения электроэнергии. На их основе разрабатываются источники питания для освещения или зарядки девайсов в походных условиях, мобильные компактные холодильники для автомобилей. Существуют попытки применения для охлаждения компьютерных процессоров. Работа устройств основана на 2 механизмах: при нагреве одной стороны пластины Пельтье и охлаждении второй, вырабатывается электроток; при подаче электричества на контакты одна сторона пластины охлаждается, вторая – нагревается.
Термоэлектрический модуль Пельтье (элемент Пельтье)
Термоэлектрический модуль Пельтье (элемент Пельтье)ЭЛЕМЕНТЫ ПЕЛЬТЬЕ
ЧТО ЭТО ЗА МОДУЛИ (ЭЛЕМЕНТЫ) ПЕЛЬТЬЕ И
ЗА СКОЛЬКО ИХ ЗДЕСЬ МОЖНО КУПИТЬ?
КАК ЭТО СДЕЛАТЬ?
КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИЯ О
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЯХ ПЕЛЬТЬЕ
ВСЕ-ТАКИ НЕМНОГО НАУКИ
CСЫЛКИ
Что такое эффект Пельтье и
термоэлектрический модуль?
В основе работы термоэлектрического
охлаждающего модуля лежит эффект, открытый
французским часовщиком Жаном Пельтье, который в
1834 г. обнаружил, что при протекании постоянного
электрического тока в цепи, состоящей из
разнородных проводников, в местах контактов
(спаях) проводников поглощается или выделяется, в
зависимости от направления тока, тепло. При этом
количество этой теплоты пропорционально току,
проходящему через контакт проводников
(Рис.1).Наиболее сильно эффект Пельтье
проявляется на контактах полупроводников с
различным типом проводимости (p- или n-).
Объяснение эффекта Пельтье заключается во
взаимодействии электронов проводимости,
замедлившихся или ускорившихся в контактном
потенциале p-n перехода, с тепловыми колебаниями
атомов в массиве полупроводника. В результате, в
зависимости от направления движения электронов
и, соответственно, тока, происходит нагрев (Th) или
охлаждение (Tc) участка полупроводника,
непосредственно примыкающего к спаю (p-n или n-p
переходу).
Рис.1 Схема действия эффекта Пельтье.
Эффект Пельтье лежит в основе работы термоэлектрического модуля (ТЭМ). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота (Qс), поглощаемая на контакте типа n-p, выделяется на контакте типа p-n (Qh). Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар, обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин (Рис.2). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах — от нескольких единиц до нескольких сотен, что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых для изготовления ТЭМ материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки, например, селен и сурьму. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая и она изображается снизу.
Рис.2 Так выглядят модули Пельтье.
При прохождении через ТЭМ постоянного электрического тока возникает разность температур (dT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. По сути элемент Пельтье является своебразным тепловым насосом. При использовании модуля Пельтье необходимо обеспечить эффективный отвод тепла с его горячей стороны, например, с помощью воздушного радиатора или водяного теплообменника (водоблока). Здесь надо учесть, что отводить придется не только «перекачиваемую» теплоту, но и добавляемую (примерно 50%) самим модулем. Если поддерживать температуру горячей стороны модуля на уровне температуры окружающей среды, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже. В высококачественных серийных ТЭМ известных производителей, например, ИПФ КРИОТЕРМ (г.Санкт-Петербург), разность температур может достигать 74 град на одном каскаде. Модуль является обратимым, т.е. при смене полярности постоянного тока горячая и холодная пластины меняются местами. Можно использовать модуль в режиме термоциклирования: чередовать режим охлаждения с режимом нагрева с помощью переключателя. Как уже отмечалось, степень охлаждения пропорциональна величине тока, проходящего через ТЭМ, что позволяет при необходимости плавно регулировать температуру охлаждаемого объекта, причем с высокой точностью. Внешний вид различных типов однокаскадного ТЭМ представлен на Рис.3.
Рис.3 Так выглядят модули в жизни. Для лучшего понимания практического применения ТЭМ при охлаждении процессора
все-таки нужно уяснить кое-какую теорию, a также почитать вот эту статью №1, в которой объясняется, как пользоваться программой KRYOTHERM с сайта компании. В статье №2 приводится пример расчета модуля для охлаждения процессора.
dTmax (град) — это максимальная разность температур между сторонами модуля, достигаемая при идеализированных условиях: при температуре горячего спая Th, поддерживаемой равной 27 град С (ученые выбрали это значение температуры потому, что в градусах по шкале Кельвина — это круглая цифра в 300 град), и при нулевой холодопроизводительности (холодильной мощности) (Qc=0), т.е., якобы, на холодную сторону модуля не поступает никакого тепла (глубокий вакуум, что-ли). Значение dTmax для однокаскадного модуля зависит только от эффективности термоэлектрического вещества. Например, максимальная разность температур для отдельных экспериментальных образцов ИПФ КРИОТЕРМ достигает 76 град. Для многокаскадных модулей значение dTmax зависит не только от эффективности вещества, но и от числа каскадов охлаждения и конфигурации модулей. Максимальная разность температур для двухкаскадных модулей повышенной мощности составляет 83-87 град, а для четырехкаскадных модулей достигает 140 град. Но здесь многокаскадные модули не рассматриваются.
Qmax (Вт) — холодопроизводительность при токе I=Imax и разности температур dT=Th-Tc=0, т.е. считаем, что вся теплота, поступающая на холодную сторону модуля мгновенно и без потерь перекачивается на горячую, причем температура горячей стороны Тh поддерживается равной 27 град С. Величина Qmax традиционно определяется как максимальная, но важно отметить, что на самом деле эта холодильная мощность не является максимальной. Дело в том, что величина Qmax определяется при токе Imax, который является оптимальным для максимальной, а не для нулевой разности температур. При токе несколько большем Imax и при сохранении нулевой разности температур возможно получение холодопроизводительности, большей Qmax примерно на 6 %.
Umax (В) — это напряжение, соответствующее току Imax и разности температур dTmax
Imax (А) — это ток, при котором достигается разность температур dTmax.
Что такое СOP? COP (Сoefficient Of Рerformance) — это отношение холодильной мощности модуля к электрической, потребляемой модулем, и характеризует экономичность протекающих процессов, т.е. своебразный аналог К.П.Д. При заданном значении тока COP практически линейно зависит от разности температур и при более меньших разностях температур он выше. Для термоэлектрических устройств COP в среднем составляет 0.3-0.5, что ниже значений холодильного коэффициента компрессионных машин. Несмотря на отставание по холодильному коэффициенту, во многих случаях применение термоэлектрических модулей является более выгодным, а в ряде случаев и единственно возможным. Более того, теоретически при нулевой разности температур и при малых токах холодильный коэффициент в пределе стремится к бесконечности! На практике это означает, что, если необходимо иметь повышенную экономичность устройства, то предпочтительней использовать большее количество модулей и питать их меньшим напряжением (током).
Какой источник питания необходимо использовать для модулей? Для работы модуля необходимо, чтобы через него протекал постоянный ток. Пульсации постоянного тока не должны превышать 5 %. Если уровень пульсаций будет выше, модуль, конечно, не «умрет», но его параметры будут хуже. Постоянный ток может быть создан как источником тока, так и источником напряжения, но последние используются более широко. Источник тока стремится поддерживать постоянство заданной силы тока, источник напряжения- соответственно напряжения. Подаваемое на модуль напряжение должно выбираться исходя из максимального напряжения модуля Umax и выбранного режима работы (максимальной холодильной мощности или максимального холодильного коэффициента). Максимальный ток (мощность) источника должен выбираться исходя из величины напряжения и сопротивления модуля переменному току. Следует отметить, что рабочая величина тока в стационарном режиме может быть меньше своего первоначального значения примерно на 20-35 %, поскольку благодаря эффекту Зеебека величина тока зависит от разности температур.
Какое напряжение следует подавать на термоэлектрический модуль? Подаваемое на модуль напряжение определяется количеством пар ветвей в модуле. Наиболее распространенными являются 127-парные модули, величина максимального напряжения для которых составляет примерно 16 В. На эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т. е. примерно 75 % от величины Umax. Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным и позволяет обеспечить, с одной стороны, достаточную мощность охлаждения, а с другой стороны, достаточную экономичность (холодильный коэффициент). При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности будет слабым, а потребляемая мощность будет резко увеличиваться. При понижении напряжения питания экономичность будет расти, холодильная мощность будет уменьшаться, но линейно, что очень удобно для организации плавного регулирования температуры. Для модулей с числом пар ветвей отличным от 127, напряжение можно выбирать по тому же принципу, — чтобы оно составляло 75 % от Umax, но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны, и возможности источников питания. На модули серии ДРИФТ (199 термоэлектрических пар) рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В постоянного тока. Такой выбор напряжения питания при условии применения мощных модулей серии ДРИФТ позволяет добиться большой холодильной мощности без снижения холодильного коэффициента, что особенно важно при охлаждении компьютерных процессоров.
Как подобрать подходящий Пельтье? В статье №3 приведен пример выбора модуля, где надо охладить воду. В статье №4 смотрите компьютерную программу «Криотерм» подбора модулей для различных целей.
А здесь можно посмотреть примеры применения модулей Пельтье в различных бытовых устройствах.
Рис. 4 Сборка: процессор, Пельтье, кулер. Принципиальная возможность применения элементов Пельтье для охлаждения мощных компонентов электроники известна довольно давно. С ростом единичной мощности электронных компонентов в последние годы и, следовательно, увеличением количества выделяющегося тепла задача охлаждения, например, процессоров в компьютерах (Рис. 5), приобретает все возрастающее значение. Кулеры рассчитаны на “спокойную” штатную работу процессоров. Однако все большее количество граждан хотят “разогнать” свое “железо” и тут без элементов Пельтье во многих случаях не обойтись. В последнее время многие все чаще посматривают и в сторону жидкостного (водяного) охлаждения . Но и здесь термоэлектрические модули могут существенно помочь “overclockers”. Ни один, даже самый навороченный кулер, даже с помощью «водянки» в принципе не приблизит температуру на процессоре к температуре окружающей среды.
Купить
эти самые “термоэлектрические модули”, “пластины”, “элементы Пельтье”- теперь это легко решаемая задача и по вполне простой схеме. Смотрите каталог, выберите Пельтье по душе и свяжитесь со мной путем отправкиписьма или запроса. Наиболее “ходовые” типы модулей Пельтье- это стандартные однокаскадные модули максимальной мощностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Обозначения модулей в скобках расшифровываются следующим способом: первое число-это количество термопар в модуле; второе- это ширина сторон ветки в мм; третье-это высота ветки в мм. Например, ТВ-127-1,4-1,5. Имеется ввиду модуль, который состоит из 127 пар термоэлектрических веток, размеры которых 1,4х1,4х1,5 мм. Размеры модулей 40х40 мм, толщина около 4 мм. Т.к. тепловыделение процессоров стремительно растет (AMD), более высоким спросом будут пользоваться модули 48х48 мм. Модули загерметизированы, поверхность керамики зашлифована до 25 микрон, однако применение термопасты обязательно. Припаяны черный (-) и красный (+) провода. Если “минус” держать в левой руке, а “плюс” в правой проводами к себе, то сверху будет холодная сторона, а снизу- горячая.
ЗАПРОС:
CCЫЛКИ
1.
www.kryotherm.ru
Один из мировых лидеров по производству модулей Пельтье.
Сайт управляется системой uCoz
Баловство с элементом имени Пельтье.
После того, как в мою голову залезла мысль о строительстве своего гнезда, она начала бурлить и отслаиваться в различных строительно-отопительных-осветительных и др. направлениях, кусочек которой хочу предложить Вашему вниманию. Мой первый обзор.Желаю всем здравствовать! Энергетик из меня ни ахти и советам буду рад. Не так давно мне стало известно, кто такие эти прохладно-горячие элементы, кто не знает, рассказываю: -это такие (обычно плоские) штучки, внутри которых всякие примудрые полупроводники к которым, если подать питание начинают выделять с одной стороны тепло, а с другой прохладу и наоборот если к ним подать тепло с холодом -выдают электрическую энергию.
Задумал я как то сделать в новом доме вечернее светодиодное освещение от 12в (знаю теперь, что это не правильно, что нужно хотя бы 24В) и зарядкой от солнечной батареи, по незнанию купил дешевые 10-ватные китайские матрицы, да ещё и желтые быррр!( aliexpress.com/item/20PCS-10W-LED-Integrated-High-power-LED-Beads-White-Warm-white-900mA-9-0-12-0V/32351320053.html ), аж 40 штук. Ну ни чего (это я себя успокаиваю), для всяких коридоров, туалетов и кладовок подойдут, а в будущем буду их разбавлять более качественными, а то и ксеноном, еще разнообразных датчиков движения- aliexpress.com/item/DC-12V-5A-IR-Pyroelectric-Infrared-PIR-Motion-Sensor-Detector-Module/32333855291.html и дистанционных ключей на 12в, ссылка не хочет работать. Но не о них речь.
После того, как я понял, как хорошо греются светодиодные матрицы встал вопрос по их охлаждению. На чермете купил медную шину толщиной 4мм и шириной-40мм.
Начал с полоски 12см с одной матрицей на термоклее последовательно с резистором на 5 ом от 13В(500мА)-через 15 минут рука уже не могла держать температуру, но и это меня устроило, т.к. светильник будет подключен через датчик движения над лестницей, ( проведение демонстраций на лестнице не планируются) и прикручен к бетонной стене через герметик нагрев будет значительно меньший, что подтвердилось практикой.
И теперь о том, из-за чего я в общем решил написать обзор. Обзор больше не о товаре, а о том, как его еще можно применить. Еще до заказа элементов пельтье, мне подумалось. а что если скрестить эти полупроводники для помощи друг другу? Также отрезал полосу медной шины -12см, на нее наклеил термоклеем элемент пельтье, на элемент наклеил ещё кусок медной шины в размер элемента(а он у нас как раз 40мм), а на этот кусочек наклеил 4 матрицы (типа по 10Вт), которые запитал параллельно через резисторы по 2 Ома и вся эта группа включена последовательно с элементом пельтье, у которого сопротивление около 4 Ома. Получился вот такой пирог с потреблением 0.8А при 13В. Этот пирог без крепления к стене нагревается заметно быстрее, чем с одной матрицей( с таким же радиатором, но тут их четыре), боюсь, как бы не пошёл в разнос, но на стене из-за теплообмена температура нижнего радиатора 53 градуса, а температура верхнего радиатора, на котором сидят матрицы-44 градуса, при наружней температуре-25 градусов через полчаса работы. Так как не обладаю разными чудо-приборами для измерения светоотдачи скажу так, на глаз, похоже на лампу накаливания в 50Вт. а то и поболее. Прошу прощения за колхоз, как умею.Что дает это баловство с пельтье и матрицами?- Получаем разницу температур 10-12 градусов на матрицах и отдающем тепло радиаторе, может кому то их не доставало этих десяти градусов, если есть возможность передать тепло стене, потолку, -то уменьшить размеры светильника, создать более комфортные условия для проживания кристаллов в матрице и разместить матрицы в одной кучке, для общего отражателя.
Обзор начал писать давно, то пирометр ждал, что б температуры мерить, с пирометром получился облом, не реально замерить им температуру в этой конструкции, спасла термопара от тестера, то корпуса под светильники подходящие искал, то батарейки на фотике сели и т.д.
Пока изобразил пару светильников, круглый для ванны с пельтье и овальный для лестничного проёма без оного. С круглым решил перестраховаться и добавил еще радиатор снизу, потому, как ванна будет сообщаться с сухой парилкой.
Так теперь выполняю рекомендации, те, что справа, а именно:
Опишите плюсы и минусы товара.- благо их не много, описываю:
+ — длиной 20см, красного цвета, не сказать, что слишком толстый, но и не тонкий, с одной стороны зачищен и залужен, другой конец уходит в лоно элемента пельтье.
— — то же самое, только черный.
Поделитесь Вашим мнением относительно товара.- делюсь:
Товар красивый, белый, пушистый, гладкий, прохладный, в руке лежит хорошо, ещё бы он с 2-х сторон охлаждал- вообще б ему цены не было. Однозначно! Если дают-брать!
Обсуждение:Элемент Пельтье — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Убрал неправильное значение 5-6% КПД. КПД уже у тех что можно купить в Чипе-и-Дипе =100%, то есть у них имеется допустим, 100 ватт охлаждения при затрачиваемой электрической мощности 100 ватт (т.е, с горячей стороны снимается 200 ватт тепла.) Это немного по современным меркам, так как тепловые насосы на компрессорном принципе на фреоне имеют значения порядка 250-350 ватт охлаждения на 100 ватт потребляемой компрессором мощности. Кстати это единственная причина, по которой автомобильные кондиционеры на элементах Пельтье пока не используются в легковых машинах, так как для полноценного охлаждения салона нужно от 1500 до 2500 ватт тепловой мощности, что пока что потребовало бы например, 300-Амперного генератора (на 12 вольт). Такие монстры реальны лишь на грузовиках, где иногда и применяются. Либо на электротранспорте. Японцы работают над Пельтье — кондиционером для машин, но пока результаты очень далеки от коммерчески интересных. 83.221.223.2 13:19, 3 февраля 2014 (UTC)
Указана ссылка http://timeinventor.com/news.php?readmore=41 . Там показано классическое каскадное включение элементов Пелтье с претензией на новизну и авторство, с приглашением к организации серийного производства. Несерьезно цитировать такие источники — на сайте любого производителя ТЕС найдете готовые серийно производимые каскадные устройства. По поводу «импульсного» регулирования температуры — 1. ШИМ экономит энергию не в элементе Пелтье, а в регулирующем устройстве, питающее сам элемент. 2. Существует мнение, что питание элементов Пелтье напрямую от ШИМ, без использования сглаживающих фильтров пульсаций тока, приводит к быстрой деградации элементов из-за частых перепадов температуры в зонах полупроводниковых переходов. Практика показала, что в этом есть известная доля правды. 3. Питание ШИМ в общем случае не позволяет использовать возможности конкретного элемента Пелтье на все 100%, т.к. для каждой модели есть специфический максимум зависимости холодопроизводительности от тока питания, зависящий не только от характеристик модели, но и от условий ее эксплуатации. Соответственно от этих условий, для работы Пелтье на максимуме холодопроизводительности, должен подбираться и пиковый ток питания Пелтье в случае ШИМ, также, как он меняется в случае традиционного питания постоянным током. На сайте компании Криотерм есть превосходные справочные материалы и программы подбора элементов и рассчета режимов работы. Stefan-bg 23:52, 5 сентября 2010 (UTC) Stefan
То-что ТЭМ Пельтье не встречаются более 60×60 mm не очень верно, допустим криотерм (kryoterm.ru)выпускает их различных размеров.
Предлагаю сделать интервики на en:Thermoelectric cooling, есть возражения/мысли? —LeNiN 06:20, 26 августа 2015 (UTC)
Очень интересная статья. Но нужны источники. —speakus (обс.) 18:35, 27 апреля 2017 (UTC)
Элемент Пельтье — это… Что такое Элемент Пельтье?
Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).
Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.
Принцип действия
В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.
При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников.
Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута, Bi2Te3 и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.
Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 К.
Достоинства и недостатки
Достоинством элемента Пельтье является небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования.
Недостатком элемента Пельтье является очень низкий коэффициент полезного действия, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.
В батареях элементов Пельтье[1] возможно достижение теоретически очень большой разницы температур, в связи с этим лучше использовать импульсный метод регулирования температуры, благодаря которому можно снизить также потребление энергии.
Применение
Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, необходимая мощность охлаждения невелика.
Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.
Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.
В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 для одностадийних холодильников и до −120 для двухстадийных).
Элементы Пельтье применяются также в качестве источника электрической энергии. Это возможно в случае, когда доступен источник тепловой энергии (геотермальный источник, печь, костер) или просто два близко расположенных объекта с разной температурой (трубопроводы горячей и холодной воды, нагретая на солнце металлическая пластина и сосуд со снегом или водой). Такой источник электрической энергии может быть применен для питания измерительной и сигнальной аппаратуры, а также для заряда аккумуляторов различных электронных устройств. http://poselenie.ucoz.ru/publ/6-1-0-45 http://overland-botsman.narod.ru/termogen.htm