Термоэлектрические модули для специального применения, элементы Пельтье

Специальные термоэлектрические модули применяются в случаях, предъявляющих специальные требования к свойствам и конструкции ТЭМ и выпускаються по специальным заказам.

Примеры особых условий эксплуатации ТЭМ:

• высокий вакуум (< 10E-6 torr)
• большие механические нагрузки (пиковые ускорения до 1500 g)
• особые требования к габаритам и характеристикам модулей
• высота менее 1,5 мм
• высокая скорость охлаждения > 10 К/сек
• высокая удельная холодильная мощность >20 Вт/см2 и т.п.

Указанные технологии используются при производстве модулей для:

• космической и специальной техники
• оптоэлектроники и телекоммуникаций
• медицины
• научных исследований

Технологические особенности

При производстве таких модулей используются керамика AlN с теплопроводностью > 180 Вт/мК или особо тонкая керамика Al2O3 (100%), специальные термоэлектрические элементы с малой высотой и высокой механической прочностью и теплопереходы с малыми межэлементными зазорами и малыми контактными тепловыми сопротивлениями.

Варианты исполнения

• материал керамических пластин – керамика AlN или Al2O3 (ВК-100)
• металлизация с золотым покрытием или залудкой припоем
• сборочный припой от 139°С до 232°С (макс темп. монтажа от 95°С до 220°С)
• монтаж на холодный или горячий радиатор, корпус или холодный блок

Таблица используемых сокращений

ТЭМ	термоэлектрический модуль
ТГМ	термоэлектрический генераторный модуль
DTmax	максимально достижимая разница температур между сторонами термоэлектрического модуля
Imax	максимальный электрический ток через термоэлектрический модуль, соответствующий режиму максимальной разницы температур
Umax	максимальное электрическое напряжение на контактах термоэлектрического модуля, соответствующее режиму максимальной разницы температур
Qmax	максимальная холодопроизводительность (холодильная мощность) термоэлектрического модуля. Определяется при максимальном токе через термоэлектрический модуль и нулевой разности температур между его сторонами
Rac	электрическое сопротивление термоэлектрического модуля, измеренное на переменном токе с частотой 1 кГц

 

Термоэлектрические модули, элементы Пельтье

Многокаскадные модули применяются в системах глубокого охлаждения, холодильниках с большим перепадом температур, системах охлаждения научных, исследовательских и специальных приборов. Также используются для охлаждения ИК фотоприемников, детекторов рентгеновского излучения и других датчиков.

Основные области применения:

• охлаждение ПЗС матриц и ИК фотоприемников
• камеры холода и замораживатели
• термостаты
• научные лабораторные приборы
• термокалибраторы
• ступенчатые охладители
• охладители и термостабилизаторы датчиков различного назначения
• приборы ночного видения

Технологические особенности

Для верхних каскадов многокаскадных модулей мы используем оптимизированный термоэлектрический материал, который позволяет получать большую величину ?Т при меньшем количестве каскадов. Это позволяет производить многокаскадные модули с оптимальными весо-габаритными характеристиками и низким энергопотреблением.

Мы также предлагаем нашим заказчикам термоэлектрические модули установленные или непосредственно интегрированные в стандартные — ТО (ТО3, ТО8 и др.), HHL, DIL, butterfly или специальные корпуса.

Таблица используемых сокращений

ТЭМ	термоэлектрический модуль
ТГМ	термоэлектрический генераторный модуль
DTmax	максимально достижимая разница температур между сторонами термоэлектрического модуля
Imax	максимальный электрический ток через термоэлектрический модуль, соответствующий режиму максимальной разницы температур
Umax	максимальное электрическое напряжение на контактах термоэлектрического модуля, соответствующее режиму максимальной разницы температур
Qmax	максимальная холодопроизводительность (холодильная мощность) термоэлектрического модуля. Определяется при максимальном токе через термоэлектрический модуль и нулевой разности температур между его сторонами
Rac	электрическое сопротивление термоэлектрического модуля, измеренное на переменном токе с частотой 1 кГц

Термоэлектрические модули, элементы Пельтье, преимущества, основные области применения

В настоящее время термоэлектрические модули активно используются в таких высокотехнологичных областях, как телекоммуникации, космос, высокоточное оружие, медицина и др.

Построение современных лазерных, оптических, радиоэлектронных систем немыслимо без применения охлаждающих и термостатируемых систем на базе термоэлектрических модулей.Также термоэлектрические модули активно применяются в бытовой технике: портативных холодильниках, морозильных камерах, в охладителях для питьевой воды и напитках, компактных кондиционерах и т.п.

Основные области применения термоэлектрических модулей и систем на их основе:

• Радиоэлектроника — миниатюрные охладители различных электронных устройств
• Медицина — мобильные охладительные контейнеры, медицинские инструменты и оборудование
• Научное и лабораторное оборудование
• Потребительские изделия — переносные холодильники, охладители питьевой воды и другие устройства
• Устройства климатизации — термоэлектрические кондиционеры различного назначения, устройства стабилизации температуры блоков электронной аппаратуры и т.д.

Широкие перспективы имеет применение ТЭМ в генерировании электроэнергии.

Термоэлектрический генератор позволяет непосредственно получать электричество из любого источника тепла. Преимуществом термоэлектрического генератора является отсутствие вращающихся, трущихся и других изнашиваемых частей.

Преимущества использования термоэлектрических модулей

Охлаждающие устройства на основе термоэлектрических модулей (элементы Пельтье) выполняют те же функции, что и традиционные компрессионные или абсорбционные агрегаты холодильников, работающие на основе хладагентов.

Обычный способ охлаждения аппаратуры и устройств с помощью радиаторов состоит в общем случае в приёме на себя радиатором выделяющегося охлаждаемым объектом тепла, распределением принятого тепла по своему внутреннему объёму радиатора и рассеивание тепла с оребрённой поверхности. Вне зависимости от конструкции радиатора его температура всегда будет ниже температуры охлаждаемого объекта в соответствии с законом термодинамики. Для интенсификации теплового обмена, возможности получения температуры охлаждаемого объекта ниже температуры окружающей среды служат термоэлектрические модули (элементы Пельтье), выполняющие функцию тепловых насосов.

Использование термоэлектрических модулей имеет ряд преимуществ:

• отсутствие движущихся и изнашивающихся частей;
• экологическая чистота;
• отсутствие рабочих жидкостей и газов;
• бесшумность работы;
• малый размер и вес;
• высокая надежность — КРИОТЕРМ гарантирует для своих ТЭМ среднее время наработки на отказ не менее 200 000 часов;
• возможность плавного и точного регулирования холодопроизводительности и температурного режима;
• устойчивость к механическим воздействиям;
• возможность работы в любом пространственном положении;
• легкость перехода из режима охлаждения в режим нагрева.

Указанные преимущества делают термоэлектрические модули очень популярными, что подтверждается постоянным ростом спроса на них во всем мире и возникновением новых областей их использования.

Термоэлектрический генераторный модуль среднетемпературный | Термоэлектричество

Термоэлектрический генераторный модуль имеет существенно иную конструкцию, нежели термоэлектрический элемент Пельтье, который предназначен для охлаждения, а не для генерации энергии. На рынке масса предложений термоэлектрических генераторных модулей, изготовленных по технологии элементов Пельтье. То есть керамические пластины с впаянными между ними элементами. Все эти модули объединяет то, что они не предназначены для сколь-нибудь длительной работы. Дело в том, что разность температур в термоэлектрических модулях Пельтье это 70 °С. И технология, предназначенная для изготовления таких термоэлектрических модулей, рассчитана именно на эту разницу температур и соответствующие ей тепловые расширения. Для термоэлектрического генераторного модуля разница температур должна быть не менее 200°С градусов. Иначе КПД преобразования будет слишком мал. То есть более чем в три раза выше, чем та, на которую рассчитана технология керамических модулей Пельтье. Тепловые расширения и диффузионные процессы приводят к очень скорому выходу керамических термоэлектрических модулей, применяемых для генерации.  Кроме того, предлагаемые на рынке генераторные керамические модули рассчитаны на поток тепла очень высокой плотности, который реализовать на практике возможно только на специальных испытательных стендах. К сожалению, все эти факторы приводят к тому, что даже имеющийся слабый интерес к термоэлектрической генерации утрачивается после неудачных экспериментов с такими модулями.

 

Здесь вы можете увидеть, как выглядит и какими характеристиками обладает настоящий генераторный термоэлектрический модуль, предназначенный для непрерывной работы в течении десятилетий при разнице температур в  400 °С.

Среднетемпературный генераторный модуль

Среднетемпературный термоэлектрический генераторный модуль с герметизацией эмалью

 

Термоэлектрический генераторный модуль в чехле.

Термоэлектрический генераторный модуль с герметизацией стальным вакуумным чехлом.

 

Такие суровые условия эксплуатации предъявляют особые требования к антидифузионным слоям, токопроводящим контактам коммутации, термоэлектрическому веществу и его защите от сублимации и атмосферного кислорода.

Элементом термоэлектрического генераторного модуля является термоэлектрическая батарейка:

Термоэлектрические батарейки различных модификаций

Термоэлектрические генераторные батареи различных модификаций

 

Трубчатый (кольцевой) термоэлектрический модуль

 

TELGEN может изготовить различные варианты термоэлектрических генераторных модулей (батарей) по различным технологиям и под различные условия эксплуатации: от РИТЭГ до керосиновых ламп-генераторов. Это могут быть низкотемпературные генераторные модули и среднетемпературные генераторные модули. Напряжение, тепловой поток и другие параметры батареи делаются под поставленную задачу. Поскольку конструкция генераторного модуля наборная — он состоит из термоэлектрических батареей, то изменяя количество батарей и их высоту можно варьировать как напряжением и мощностью, так и тепловым потоком через термоэлектрический генераторный среднетемпературный и низкотемпературный модуль.

Ниже приведен пример одной из модификаций модулей, используемых для газовых генераторов Телген.

Среднетемпературный термоэлектрический генераторный модуль серии TELGEN

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Р-ветвь – сегментированная среднетемпературная

N-ветвь – сегментированная среднетемпературная

Защита — стальной чехол с инертной средой

Плотность теплового потока – 8 Вт/кв.см.

КПД – 6%

Температура холодного спая – 80°С

Температура горячего спая — 450°С

Напряжение – 3,5 В

Ток – 9 А

Мощность  номинальная (в генераторе) – 31 Вт

Мощность максимальная (на испытательном стенде) – 55 Вт

Ресурс – 20 лет

Габариты без чехла – 60х130х12

 

*Примечание: мощность термоэлектрического генераторного модуля зависит от мощности теплового потока, пропускаемого через него. На стенде возможно организовать существенно более высокие тепловые потоки по сравнению с реальным термоэлектрическим генератором. Поэтому указанные в паспортах для термоэлектрических модулей максимальные мощности реализовать в изделиях невозможно.

Термоэлектрические модули, элементы Пельтье

 

ГТЭГ является автономным источником электоэнергии, работающим на природном газе, пропане или пропано-бутановой смеси. Он применяется для комплектации автономных источников электроэнергии мощностью от 150 до 5000 Вт.

ГТЭГ используется для питания катодной защиты газопроводов от коррозии, питания изолированных от стационарного электроснабжения узлов учета, питания средств радиорелейной связи, средств автоматики и телемеханики, входит в состав автономного источника питания.

Увеличение эффективности термоэлектрического преобразования позволило достичь выходной мощности с обного генератора 500 Вт при использовании с жидкостной системой охлаждения в ГТЭГ-500. На сегодняшний день производится четыре версии генератора: ГТЭГ-500, ГТЭГ-300, ГТЭГ-220 и ГТЭГ-150, мощностью 500 Вт, 300 Вт, 220 Вт и 150 Вт соответственно. 

Термоэлектрические генераторы ГТЭГ соответствуют следующим техрегламентам Таможенного союза: ТР ТС 020/2011 Электромагнитная совместимость технических средств, а так же ТР ТС 004/2011 О безопасности низковольтного оборудования.

Для Вашего удобства мы собрали все генераторы серии ГТЭГ в одном месте. Предлагаем вам скачать «Альбом типовых проектных решений автономного электропитания на основе термоэлектрических генераторов на газовом топливе серии ГТЭГ» по этой ссылке: скачать альбом. 

 

Технические параметры ГТЭГ

Модель генератора	ГТЭГ-1000	ГТЭГ-500	ГТЭГ-450	ГТЭГ-300	ГТЭГ-200	ГТЭГ-150
Электрическая мощность при напряжении (28 ± 1 В), Вт	1000	500	450	300	200	150
Срок службы, лет не менее	10	10	25	25	25	10
Габаритные размеры, мм	Глубина 750, ширина 550, высота 2100	Глубина 750, ширина 550, высота 2100	Диаметр 620,  Высота 1860	Глубина 760, ширина 620, высота 1810	Глубина 765, ширина 610, высота 3250	Диаметр 600,  Высота 1030
Масса, кг	230	230	320	320	136	155