Элемент Пельтье — Практическая электроника

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

Что такое элемент Пельтье

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

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

Практический опыт с элементом Пельтье

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

Почему я пометил стороны?

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

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

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

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

Пока ты тут, узнай что такое твердотельное реле ! Это бесплатно.

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

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

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

Подаем 12 Вольт и замеряем температуру стороны А:

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

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

Потребляемая мощность элемента Пельтье

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

Вот некоторые  значения по потреблению электрического тока элементом Пельтье:

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

Повышаю напряжение до 3 Вольт

Кушает уже почти 1 Ампер.

Повышаю до 5 Вольт

Чуть больше полтора Ампера.

Даю 12 Вольт, то есть его рабочее напряжение:

Жрет уже почти 4 Ампера! Грабеж).

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

Где купить элемент Пельтье

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

На Али этих элементов Пельтье можете выбрать сколь душе угодно!

Вот ссылка на них

Элемент пельтье для холодильника в категории «Техника и электроника»

Магнитный кулер с беспроводной зарядкой и элементом Пельтье активное охлаждение MEMO CX02 для игр на телефона

Доставка по Украине

949 грн

Купить

Элемент пельтье для мотора обдува сидения Range Rover L322 HHK500060

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

2 000 грн

Купить

Элемент пельтье для мотора обдува сидения Nissan 873D73JC9A 873D73JC9B

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

2 000 грн

Купить

Элемент пельтье для мотора обдува сидения Ford Fusion, Mondeo, Explorer

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

2 000 грн

Купить

Магнитный кулер с беспроводной зарядкой и элементом Пельтье активное охлаждение MEMO CX02 для игр на телефона

Заканчивается

Доставка по Украине

по 949 грн

от 2 продавцов

949 грн

Купить

Софиевская Борщаговка

Элемент Пельтье термоэлектрический TEC1-12704

На складе в г. Днепр

Доставка по Украине

175 грн

Купить

Элемент Пельтье термоэлектрический TEC1-12710

На складе в г. Днепр

Доставка по Украине

240 грн

Купить

Элемент Пельтье термоэлектрический TEC1-12708

На складе в г. Днепр

Доставка по Украине

250 грн

Купить

Элемент Пельтье термоэлектрический TEC1-12712

На складе в г. Днепр

Доставка по Украине

325 грн

Купить

Элемент Пельтье термоэлектрический TEC1-12715

На складе в г. Днепр

Доставка по Украине

315 грн

Купить

Ізоляційна прокладка для елемента Пельтьє

Доставка по Украине

50.10 грн

Купить

ТЭН оттайки для холодильника Vestfrost 32006037 original

Доставка по Украине

1 543 грн

Купить

Нагревательный элемент для Холодильника Bosch 00675660

Доставка из г. Киев

1 043 грн

Купить

MT2-1,6-71DGS (30х34) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

252 грн

Купить

MT1-1,3-127 (30х30) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

210 грн

Купить

Смотрите также

MT2-1,6-127DT2GeS (40х44) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

330 грн

Купить

MT1,44-1,0-71S (23х23) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

294 грн

Купить

Модуль Пельтье TEC1-12703 (30×30)мм, 3.2A, 12V

Доставка из г. Днепр

196.20 грн

Купить

Модуль Пельтье TEC1-12712 (40х40)мм, 12,3А, 12V

Доставка из г. Днепр

293.70 грн

Купить

MT1,44-0,8-127S (40х40) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

Под заказ

Доставка по Украине

264 грн

Купить

Елемент Пельтьє для діодного лазера (Tec Сooler)

Под заказ

Доставка по Украине

3 500 грн

Купить

Термомодуль Пельтье TEC1-12706 (термоэлемент tес1-12703, tес1-12704, tес1-12705, tec1-12710 для холодильников)

Доставка по Украине

от 119 грн

Купить

Термомодуль Пельтье TEC1-12706 (термоэлемент tес1-12703, tес1-12704, tес1-12705, tec1-12710 для холодильников)

Доставка по Украине

от 104 грн

Купить

Термомодуль Пельтье TEC1-12706 (термоэлемент tес1-12703, tес1-12704, tес1-12705, tec1-12710 для холодильников)

Доставка по Украине

от 117 грн

Купить

Термомодуль Пельтье TEC1-12706 (термоэлемент tес1-12703, tес1-12704, tес1-12705, tec1-12710 для холодильников)

Доставка по Украине

от 130 грн

Купить

Термомодуль Пельтье TEC1-12706 (термоэлемент tес1-12703, tес1-12704, tес1-12705, tec1-12710 для холодильников)

Доставка по Украине

от 131 грн

Купить

Элемент Пельтье термоэлектрический TEC1-12706

Доставка из г. Днепр

150 грн

Купить

MT2-1,6-127T2S (40х40) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

Под заказ

Доставка по Украине

318 грн

Купить

MT2-0,8-209GS (40х40) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

Под заказ

Доставка по Украине

468 грн

Купить

Термоэлектрические охладители | Министерство энергетики

Изображение

Термоэлектрическое охлаждение – это новая технология, которая может революционизировать способы сохранения холода, будь то еда, вино, пиво или сигары. По сути, это совершенно другой подход к охлаждению, чем у стандартных компрессоров.

Как работают компрессорные охладители

Компрессоры являются сердцем холодильников и кондиционеров. Компрессор работает благодаря специальным химическим хладагентам, способным превращаться из жидкости в газ при достаточно низких температурах. При расширении в газ хладагент способен поглощать тепло.

При подключении к термостату компрессоры циклически включаются и выключаются, чтобы поддерживать температуру в нужном диапазоне, оказывая давление на хладагент, чтобы он снова превратился в жидкость, позволяя, таким образом, всему теплу, которое хладагент нес, высвобождаться в воздух. . Когда хладагент снова стал холодной жидкостью, он готов вернуться внутрь, чтобы набрать больше тепла и продолжить охлаждение.

Как работают термоэлектрические охладители

Изображение

Как следует из названия, термоэлектрические системы охлаждения основаны на электричестве, протекающем по двум разным типам проводников, например, из разных металлов, таких как медь или цинк. Когда прикладывается постоянное напряжение и постоянный ток течет от одного проводника к другому, происходит изменение температуры в месте соединения двух проводников. Когда этот небольшой термоэлектрический эффект умножается за счет создания соединений между двумя керамическими пластинами, создается охлаждающий эффект, достаточно сильный, чтобы охлаждать бытовые приборы и компьютеры.

Изображение

Одна тарелка — «холодная сторона», а другая — «горячая сторона». Холодная сторона помещается внутрь холодильника без льда или винного холодильника, а горячая сторона соединяется с металлическими ребрами, которые действуют как теплоотвод, помогая рассеивать избыточное тепло снаружи устройства.

Термоэлектрическое охлаждение (TEC) также известно как твердотельное охлаждение, поскольку через машину не проходит жидкий хладагент. Вместо этого для передачи тепловой энергии используется твердый металл.

Изделия, в которых обычно используется термоэлектрическая энергия

• Небольшие холодильники и винные холодильники
• Электрические портативные холодильники для пикника, напитков и автомобилей
• Портативные и персональные кондиционеры и другие небольшие охлаждающие устройства
• Сиденье с охлаждением
• Охлаждаемые покрытия, такие как одеяла
Преимущества термоэлектрического охлаждения

В общем, TEC лучше всего работает в небольших помещениях, особенно для электронных устройств, где просто недостаточно места для установки компрессорного охладителя. В охладителе небольшого размера эти системы также достаточно эффективны и могут потреблять меньше электроэнергии, чем блок на основе компрессора того же размера. Термоэлектрическое охлаждение также позволяет очень точно контролировать температуру с точностью до 0,1 градуса при определенных условиях.

Твердотельные охлаждающие устройства не имеют движущихся частей, поэтому вероятность их поломки гораздо ниже, чем у традиционных компрессоров, для которых требуется несколько вентиляторов и длинных змеевиков, через которые должен проходить хладагент.

TEC не используют хладагенты, которые, как известно, повреждают озоновый слой, если вытекают из неисправной машины. Эти хладагенты также затрудняют правильную утилизацию.

ТИК тоже молчит. В отличие от компрессора, который вибрирует при работе и может быть довольно громким при включении, простой электрический ток, необходимый для работы ТЭО, вообще не издает звука, если только не установлен вентилятор для улучшения циркуляции воздуха.

Недостатки термоэлектрического охлаждения

Установки ТЭО быстро становятся дорогостоящими при использовании в больших помещениях. Это связано с тем, что для покрытия большей площади требуется больше керамических пластин, что, в свою очередь, требует более высокого входного напряжения для работы. Другими словами, чем больше требуется керамических пластин, тем больше электроэнергии требуется для работы машины. С другой стороны, компрессоры немного большего размера потребляют не намного больше электроэнергии, чем компрессор меньшего размера.

Способность к охлаждению ТЭО полностью зависит от температуры окружающей среды. В отличие от компрессорной системы, которая в некоторых случаях может поддерживать температуру ниже точки замерзания, термоэлектрическое устройство может понизить температуру только до определенной точки ниже комнатной. Это может не быть проблемой в помещении, если у вас есть центральное отопление и кондиционер для ограничения экстремальных температур, но разница температур может иметь большое значение в жилых домах или кемпингах. Хотя термоэлектрическое охлаждение обеспечивает точный контроль температуры, важно понимать, что это только в пределах диапазона, допускаемого наружной температурой в любой день.

Термоэлектрические охладители также не осушают воздух вокруг себя. Керамические пластины просто передают тепло из одной области в другую, оставляя нетронутой влажность воздуха. Это замечательно, когда осушение может быть нежелательным результатом; например, хьюмидоры для сигар, которые должны оставаться достаточно влажными при охлаждении. Поскольку TEC не имеет никакого влияния на уровень влажности в хьюмидоре, гораздо проще поддерживать постоянный уровень влажности без необходимости постоянно добавлять влагу, чтобы не отставать от осушения компрессора. В холодном климате термоэлектрический охладитель также может работать в обратном направлении, что позволит ему работать в качестве нагревателя для поддержания идеальной температуры для сигар круглый год.

Это сильно отличается от компрессорного охлаждения, при котором холодные испарители снижают точку росы воздуха и вызывают конденсацию влаги. Эти капли воды выносятся наружу и оставляются в компрессорном кондиционере, эффективно снижая влажность воздуха в доме. Это очень желательно для холодильника, чтобы продукты оставались сухими, чтобы предотвратить гниение.

Что лучше – конденсаторный охладитель или электрический охладитель Thermo ?

Выберите термостатический охладитель, если…

• ✓ Вы очень заботитесь об окружающей среде
• ✓ Вы планируете держать его в помещении с постоянной температурой круглый год
• ✓ Вы выдерживаете вино и хотите уменьшить вибрации, которые могут взбалтывать осадок
• ✓ Вы хотите точно контролировать внутреннюю температуру

Выбирайте компрессорный охладитель, если…

• ✓ Вы живете в климате с экстремальными температурами
• ✓ Вы хотите, чтобы газированные напитки были очень холодными
• ✓ Вас не беспокоит звук вашего обычного холодильника
• ✓ Вам нужен очень большой объем памяти

Термоэлектрическое охлаждение — захватывающая технология, и она определенно имеет место, когда речь идет о винных холодильниках и хьюмидорах. При покупке обязательно внимательно сравните варианты и помните о наиболее важных характеристиках идеального прибора.

Как работают термоэлектрические охладители (ТЭО)

Главная / Продукция / Термоэлектрика  / Ресурсы 

Как работают термоэлектрические охладители (ТЭО)?

Эффект Пельтье

Термоэлектрические охладители работают на эффекте Пельтье. Эффект создает разницу температур за счет передачи тепла между двумя электрическими соединениями. На соединенные проводники подается напряжение для создания электрического тока. Когда ток протекает через места соединения двух проводников, в одном соединении отводится тепло и происходит охлаждение. Тепло отводится в другом соединении.

 

Основное применение эффекта Пельтье — охлаждение. Однако эффект Пельтье также можно использовать для нагрева или регулирования температуры. В любом случае требуется постоянное напряжение.

Элементы термоэлектрического охладителя

Термоэлектрические охладители II-VI выступают в роли твердотельного теплового насоса. Каждый из них представляет собой массив чередующихся полупроводников n- и p-типа. Полупроводники разного типа имеют дополнительные коэффициенты Пельтье. Массив элементов впаян между двумя керамическими пластинами электрически последовательно и термически параллельно. Твердые растворы теллурида висмута, теллурида сурьмы и селенида висмута являются предпочтительными материалами для устройств на эффекте Пельтье, поскольку они обеспечивают наилучшие характеристики в диапазоне температур от 180 до 400 К и могут быть выполнены как n-типа, так и p-типа. Охлаждающий эффект любого устройства, использующего термоэлектрические охладители, пропорционален количеству используемых охладителей. Обычно несколько термоэлектрических охладителей соединяют рядом, а затем помещают между двумя металлическими пластинами. II-VI включает три различных типа термоэлектрических охладителей, в том числе: термоциклеры, одноступенчатые и многоступенчатые.

Теплопоглощение

Охлаждение происходит при прохождении тока через одну или несколько пар элементов от n- до p-типа; происходит понижение температуры на стыке («холодная сторона»), в результате чего происходит поглощение тепла из окружающей среды. Тепло переносится по элементам переносом электронов и высвобождается на противоположной («горячей») стороне по мере того, как электроны переходят из высокоэнергетического состояния в низкоэнергетическое.

 

Поглощение тепла Пельтье определяется выражением Q = P (коэффициент Пельтье) I (ток) t (время). Одноступенчатый термоэлектрический охладитель может создавать максимальную разницу температур около 70 градусов Цельсия. Тем не менее, термоэлектрический охладитель Triton ICE от II-VI будет охлаждать электронику на 2 градуса по Цельсию ниже текущих рыночных предложений.

Преимущества

Термоэлектрические охладители предлагают множество преимуществ, когда традиционные методы охлаждения не подходят. Кроме того, термоэлектрические охладители экологически безопаснее, чем другие охлаждающие устройства, представленные на рынке. Некоторые преимущества использования термоэлектрического охлаждения в электронных устройствах включают:

 

• Отсутствие выбросов хлорфторуглеродов или хладагентов
• Низкие эксплуатационные расходы
• Долгий срок службы
• Управляемый
• Подходит для экстремальных условий или удаленных мест
• Возможность охлаждения намного ниже температуры окружающей среды
• Производительность не зависит от ориентации

Кроме того, охладители могут значительно улучшить электронные системы заказчика в следующих проблемных областях:

 

• Тепловые характеристики
• Стоимость
• Шум
• Вес
• Размер
• Эффективность

Приложения

Применение 1: Термоциклеры

Термоциклеры применяются в аэрокосмических и оборонных технологиях. Поскольку технология термоциклеров II-VI может выдерживать экстремальные условия, эти модули идеально подходят для использования в космосе или в подобных сложных условиях.

 

Термоциклеры также широко используются в биомедицинских учреждениях для амплификации образцов ДНК и РНК с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Термоциклеры амплифицируют сегменты ДНК, систематически повышая и понижая температуру блока, содержащего реакционную смесь для ПЦР. Циклеры предлагают надежный вариант, рассчитанный на более чем 500 000 тепловых циклов. Серия XLT II-VI работает в основе модулей термоциклеров ПЦР, не имеющих себе равных по своей способности выполнять требования ПЦР, включая термическую однородность, повторяемость, точность и скорость.

 

Применение 2: Одноступенчатые термоэлектрические охладители

Одноступенчатые термоэлектрические охладители предназначены для средних и низких требований к тепловой насосной мощности. Типичные области применения включают: массивы лазерных диодов в волоконно-оптических системах и поддержание постоянной вязкости в струйных принтерах.