Термоэлектрическое охлаждение — понижение (повышение) температур в электрической цепи на основе эффекта Пельтье.

Достоинства термоэлектрических холодильников :

отсутствие движущихся частей и изнашивающихся деталей;

отстувие веществ, вызывающих коррозию;

практически неогранич енный срок службы;

невысокая стоимость при массовом производстве;

небольшие вес и габариты.

Недостаток термоэлектрических холодильников : необходимость непрерывного электропитания (отключение его приводит к быстрому повышению темп ерату ры в рабочем объеме).

При приложении постоянной разности потенциалов к цепи, состоящей из двух проводников, имеющих разную зонную структуру, в местах контактов выделяется или поглощается (в зависимости от направления тока) некоторое количество тепла, как следствие перехода носителей заряда из одного проводника в другой, при этом они теряют часть энергии, преодолевая энергетический барьер (происходит охлаждение), либо приносят с собой добавочную потенциальную энергию (переходящую в кинетическую), «скатываясь» с барьера (происходит нагревание).

Термоэлектрическое охлаждение осуществляется с применением полупроводниковых термоэлементов. При непрерывном рассеянии тепла с горячих спаев термоэлементов на холодных их спаях будет стационарно поддерживаться пониженная температура.

С увеличением силы тока температура снижается до тех пор, пока не наступает динамическое равновесие поглощенного тепла Пельтье с потоком тепла, поступающего с горячих спаев вследствие теплопроводности веществ и за счет части тепла, выделяющегося на холодном спае.

Модуль Пельтье для холодильника

Контактирующая пара для достижения наибольшего эффекта охлаждения изготавливается из полупроводников, обладающих разными знаками коэффициентов термоэдс и имеющих максимальную термоэлектрическую эффективность в рабочем интервале температур.

Виды и технические характеристики термоэлементов: Разновидности модулей Пельтье

Полупроводниковый термоэлемент — устройство, непосредственно преобразующее тепловую энергию в электрическую или осуществляющее охлаждение (нагревание). В первом случае разность температур, возникающая на спаях ветвей термоэлемента при пропускании через него теплового потока, вызывает появление в цепи термоэдс, в результате чего на внешней нагрузке выделяется полезная электрическая мощность. Во втором случае электроны и дырки, движущиеся в ветвях термоэлемента под действием приложенной постоянной разности потенциалов, переносят теплоту с одного спая на другой, вызывая, соответственно, охлаждение одного и нагрев другого спая.

Термоэлементы для термоэлектрических холодильников путем последовательного соединения объединяются в термобатарею в виде плоской плиты (при использовании полупроводников в форме прямоугольных параллелепипедов) или цилиндра (при применении полупроводниковых шайб), при этом горячие и холодные спаи оказываются разнесенными в разные стороны.

Радиаторами батареи, забирающими и отдающими тепло, служат пластины (медные, алюминиевые), которыми коммутируются термоэлементы. В других случаях применяются специльные металлические радиаторы, изолированные от термобатареи (термоблока) слюдяными пластинками, покрытыми смесью алюминиевой пудры с силиконовым лаком.

Подлежащий охлаждению предмет иногда припаивается или приклеивается непосредственно на холодный радиатор батареи.

В иных случаях для размещения объекта изготавливается термоизолированная камера в виде двух, вставленных друг в друга, металлических кожухов (из меди, алюминия), пространство между которыми заполняется теплоизоляционным материалом (обычно пенопластом). Для отбора тепла из рабочего объема холодный радиатор соединяется с внутренним кожухом.

Повышение мощности термоэлементов ограничено вредным влиянием переходных сопротивлений, а также резким возрастанием теплового напора на их спаях. Поэтому важное значение в проблеме использования термоэлементов в холодильных установках имеют вопросы рассеивания выделяемого ими тепла.

Отвод «откачанного» из объема и выделенного на батарее тепла от горячих спаев осуществляется путем естественного теплообмена с воздухом (для повышения эффективности радиатор изготавливают ребристым) или испарением циркулирующей воды.

В стационарных термоэлектрических холодильниках предпочтение отдается охлаждению проточной водой. Для отвода тепла может быть использована вторая термоэлектрическая батарея (таким каскадированием достигается более глубокое общее термоэлектрическое охлаждение).

Холодильные термоэлементы (и термобатареи) могут работать либо в режиме максимальной холодопроизводительности (основная задача — охлаждение, количество потребляемой электроэнергии не играет роли) или максимального холодильного коэффициента (т. е. наивыгоднейшего для данной разности температур соотношения между холодопроизводительностью и потребляемой электрической мощностью).

Холодопроизводительность (при заданной разности температур) прямо пропорциональна потребляемой термоэлементом или батареей термоэлементов электрической мощности.

Для питания термоэлектрических холодильников используют сильноточные источники небольшого постоянного напряжения. Меняя величину тока через термоэлектрический холодильник, можно легко регулировать температуру на рабочих спаях термобатареи. Изменением направления тока термобатарея превращается в нагреватель. Эти возможности позволили создать полупроводниковые термостаты.

Первые термоэлектрические холодильники были разработаны в 1950-х годах XX века. Они были созданы для использования в астрономии, ядерной физике, электронике, вакуумной технике, метрологии, медицине и во многих других областях науки, техники, сельского хозяйства и быта.

В науке и технике, где часто необходимо охлаждение малых объемов (до нескольких литров), способ термоэлектрического охлаждения (нагревания) во многих случаях оказывается единственно пригодным.

Используя обратимость эффекта Пельтье, осуществляют термостабилизацию (изменение полярности приложенного напряжения превращает холодный спай в горячий) при температуре, более низкой, чем окружающая.

Термоэлектрический модуль для 40-литрового настольного холодильника LG Objet (размер 55 x 55 x 4,5 мм). Режим охлаждения без обычного компрессора и хладагента. Холодильник LG Objet может снизить температуру охлаждения до 3°C, в то время как в традиционных небольших холодильниках температура ограничена до 8°C. Температуру можно контролировать с точностью до градуса, что обеспечивает лучшую сохранность продуктов.

В последнее десятилетие стали очень популярны различные переносные устройства (автохолодильники, сумки-холодильники, термобоксы), работающие с помощью термоэлектрического охлаждения. Для использования в автотранспорте и в качестве различных переносных устройств термоэлектрические холодильники наиболее экономичны, а иногда и незаменимы.

В будущем такой способ охлаждения будет широко использоваться в системах кондиционирования воздуха в помещениях, в мощных холодильных машинах, рефрежираторах и т. п.

Переносной термоэлектрический холодильник MOBICOOL Q40 на 40 литров. Он может быть подключен к электрической сети, а также в гнездо прикуривателя автомобиля.

В отличие от термоэлектрического холодильника термоэлектрический генератор — устройство для непосредственного (безмашинного) преобразования тепловой энергии в электрическую.

При прохождении теплового потока через через термоэлемент на нем возникает разность температур, что ведет к появлению термоэдс в ветвях термогенератора, а при замыкании на внешнюю нагрузку — к выделению на ней полезной электрической мощности.

Источниками тепла могут служить специально сжигаемое топливо или тепловые отходы газов, использованных в двигателях, тепловое излучение реакторов, доменных печей, теплоцентралей и др.

Подробнее про термогенераторы и особенности их использования смотрите здесь:

Источник

Термоэлектрические холодильники: разбираем вопрос

В настоящее время различают три основных вида холодильников: абсорбционные, компрессионные и термоэлектрические холодильники. Последний вид очень часто используется в переносных холодильниках.

Плюсы термоэлектрических холодильников

Термоэлектрические холодильники отличаются наиболее низким уровнем шума в рабочем режиме, так как в них нет движущихся и трясущихся частей. Именно поэтому их с успехом применяют в палатах больничных учреждений или размещают в спальных комнатах при отсутствии свободного пространства в коридоре или кухне. Потребление электроэнергии данными холодильниками из расчета на один литр охлаждаемого объема намного ниже, чем у компрессорных или абсорбционных. Кроме того, ремонт холодильников этого типа требуется сравнительно редко, так как они довольно надёжны. Термоэлектрические холодильники очень часто используются как автомобильные, так как не боятся вибрации и тряски, могут эксплуатироваться как в обычном положении, так и в перевёрнутом.

Продукты охладит прикуриватель

Все автомобильные холодильники, вне зависимости от принципа охлаждения, работают от прикуривателя с постоянным током 12 В. Есть модели, которые могут работать и от прикуривателя, и от обычной сети 220 В — это большинство компрессионных и абсорбционных моделей, они стоят дорого.

Если вы хотите, чтобы простой небольшой автохолодильник обязательно работал и от сети, стоит отдельно купить выпрямитель (преобразователь, который превращает переменный ток в постоянный), через который можно подключить прибор к розетке. При выборе автохолодильника обязательно обращайте внимание на наличие в модели предохранителя заряда аккумулятора: холодильник не должен «посадить» его. Необходимо, чтобы длина провода была подходящей: выберите в машине место установки холодильника и прикиньте длину электрошнура.

Холодильник ХАТЭ-12М

Холодильник состоит из корпуса 1 (рис. 3, а), крышки 2 и соединительного шнура 10. Для подключения холодильника к источникам электроэнергии автомашин различных марок применяют переходное устройство, которое надевают на вилку соединительного шнура. В крышку вмонтированы вентилятор и термоохлаждающий агрегат 6, состоящий из радиатора 7 тепла и радиатора 9 холода. Вентилятор состоит из электродвигателя 5, на концах вала которого закреплены крыльчатки 3 и 8.

Рис. 3. Холодильник ХАТЭ-12М:

а — общий вид: 1 — корпус: 2 — крышка; 3, 8— крыльчатки; 4 — резистор; 5 — электродвигатель; 6 — термоохпаждающий агрегат; 7 — радиатор тепла; 9 — радиатор холода; 10 — соединительный шнур; 11 —переключатель

б — электрическая схема: М—электродвигатель: S —выключатель; R — резисторы; G — источник питания

С помощью переключателя 11, расположенного на крышке холодильника, меняют один режим на другой: в одном случае напряжение подается через резистор 4, а в другом — термоагрегат непосредственно присоединяется к источнику питания.

Термоэлектрическая батарея, включенная в электросеть постоянного тока напряжением 12 В, создает перепад температур между рабочими поверхностями. Крыльчатка 3 (при включенном электродвигателе) охлаждает радиатор тепла, а крыльчатка-8 перемешивает воздух в холодильной камере.

Электрическая схема холодильника показана на рис.3, б. В комплект поставки холодильника входят две загрузочные сетки, два ключа, переходное устройство.

Устройство и принцип действия термоэлектрического автохолодильника

Термоэлектрическое охлаждение построено на принципе выкачивания из изолированной камеры автомобильного холодильника тепловой энергии с целью снижения температуры камеры автохолодильника до более низкого температурного показателя, чем t˚ окружающей среды. В основу данного принципа охлаждения положен т.н. эффект «Пелтье», состоящий в выкачивании тепла из автохолодильника наружу посредством электричества.

Автохолодильник оборудован термоэлектрическими модулями, сконструированными из мельчайших металлических кубиков, которые хранятся вместе и соединяются посредством электричества. При прохождении электрического тока сквозь пересечение кубиков тепло распространяется от одного вида металла к другому. Твердое состояние этих модулей может переносить большие объемы тепла при условии, что подсоединенное к теплопоглощению средство размещено с одной стороны, а средство, растрачивающее тепло – с другой стороны. Холодная пластина больших размеров, выполненная из алюминиевого сплава, является стабилизатором поглощенного тепла из содержимого (напитков или продуктов питания), в то время как термоэлектрические модули способствуют его перемещению в стабилизатор, рассеивающий тепло. Вентилятор небольшого размера помогает рассеиванию тепла из автохолодильника по воздуху.

Советы по эксплуатации

Коэффициент полезного действия такого охлаждения составляет всего шестнадцать-семнадцать процентов, поэтому термоэлектрические холодильники охлаждают своё содержимое чрезвычайно медленно. Можно даже сказать, что основная задача данного прибора сохранять продукты холодными, а не охлаждать, только, в отличии от изотермических контейнеров, время хранения не ограничено, так как прибор «подпитывается» энергией.

Перед началом использования термоэлектрического холодильника необходимо не только охладить все напитки и продукт, но и дать время охладиться пустой холодильной камере. Многие модели этих устройств могут работать в двух режимах – подогрев и охлаждение. Именно возможность функционирования в режиме подогрева является главным преимуществом термоэлектрического холодильника перед компрессорным и абсорбционным.

Понимая принципы работы холодильников, можно подобрать подходящую модель с нужным набором характеристик самостоятельно, не опасаясь неправильного выбора.

Компрессорный, термоэлектрический или абсорбционный — какой выбрать?

Компрессорные

Это, по сути, уменьшенные копии обычных домашних холодильников. В таких моделях охлаждение происходит за счет работы мотора-компрессора, конденсатора и испарителя, работающих с хладагентом – одной из разновидностей фреона.

Плюсы компрессорных автохолодильников

Минусы компрессорных автохолодильников

Достоинства и недостатки термоэлектрических автохолодильников

Достоинствами термоэлектрических автохолодильников являются:

К недостаткам относятся:

Термоэлектрические

Ток проходит через встроенные в стенки холодильника термоэлектрические пластины, внешние стороны которых нагреваются, а внутренние охлаждаются. Интересно, что такие холодильники могут и… разогреть обед: достаточно переключить полярность, и нагреваться будут внутренние стенки, а охлаждаться — внешние.

Плюсы термоэлектрических автохолодильников

Минусы термоэлектрических автохолодильников

Абсорбционные (газовые)

Автохолодильники этого типа предназначены больших автомобильных путешествий, кемпингов, стоянок в «диких» местах, а не для тех, кому просто надо перевезти некоторое количество продуктов из точки А в точку В. Абсорбционные холодильники могут работать от прикуривателя, от сети и от сжиженного газа (баллон, картридж) — это как раз удобно, недорого и безопасно для аккумулятора автомобиля в дальнем путешествии. Шестилитрового газового баллона хватает в среднем на неделю непрерывной работы автохолодильника объемом примерно 60 литров с небольшой морозилкой на 5–6 литров.

Как правило, температура внутри абсорбционного холодильника может опускаться примерно на 30 °C ниже температуры окружающей среды, разница между температурами холодильной и морозильной камер около 12 градусов. В роли хладагента выступает аммиак, циркуляцию которого обеспечивает нагрев — газовый или электрический.

Плюсы абсорбционных автохолодильников

Минусы абсорбционных автохолодильников

Альтернатива: сумка-холодильник или терморюкзак

Сумки-холодильники работают на аккумуляторах холода и за счет хорошей термоизоляции, либо как термоэлектрические холодильники. Есть модели, которые называются автомобильными холодильными органайзерами: они крепятся на сиденье.

Источник

САМ себе МАСТЕР

Принцип работы термоэлектрического холодильника

В термоэлектрических холодильниках трансфор­матором теплоты является термоэлектрическая батарея, состав­ленная из большого числа последовательно соединенных полу­проводников (термоэлементов) с электронной и дырочной проводимостью. В основе работы термоэлектри­ческих трансформаторов теплоты лежит явление Пельтье.

При пропускании постоянного электрического тока от положительного элемента к отрицательному, в месте их контакта (спая) происходит выделение теплоты, а при обратном направлении тока — поглощение. Таким образом, в термоэлектрической бата­рее чередуются горячие спаи, в которых выделяются теплота в верхний температурный уровень и холодные спаи, поглощаю­щие теплоту,— нижний температурный уровень.

Физическая сущность явлений термоэлектрического охлаж­дения и нагрева состоит в следующем. В месте спая двух разно­родных проводников возникает внутренняя (контактная) раз­ность потенциалов, обусловленная разной работой выхода элек­тронов. При пропускании тока по цепи термоэлементов в одном контакте, где направление потока электронов совпадает с кон­тактной разностью потенциалов, кинетическая энергия электро­нов возрастает и спай нагревается. В другом спае контактная разность потенциалов тормозит электроны (им необходимо прео­долеть энергетический барьер, на что требуется энергия) и спай охлаждается. При перемене направления тока положение меня­ется на обратное.

Теплота, выделяемая горячими спаями или поглощенная холодными, носит название теплоты Пельтье

Поместив холодные спаи в холодильную камеру, а горячие — вне неё, получим термоэлектрический холодильник. В практике животноводства применяются небольшие по мощности переносные термоэлектрические холодильники, питающиеся от сухих элементов и предназначенные для быстрого охлаждения и хранения биологических объектов, используемых в селекционной работе и ветеринарии.

Источник

Термоэлектрическое охлажение-принцип работы

Начнем с грубейшей ошибки, которая из года в год копируется новоиспеченными продавцами кулеров для воды.

НЕ БЫВАЕТ ЭЛЕКТРОННОГО ТИПА ОХЛАЖДЕНИЯ, БЫВАЕТ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ

Термоэлектрическое охлаждение- принцип работы.

Если кто-то, когда-то назвал термоэлектрическое охлаждение электронным, то это было не только по глупости, но и по тупости. ДА, охлаждение управляется электронной схемой, но это не значит, что телевизор, который тоже весь насквозь состоит из электроники, тоже может что-то охлаждать. Скорее наоборот: любая электронная схема выделяет тепло, но не выделяет холод.

Принцип термоэлектрического охлаждения достаточно сложен для подробного объяснения, поэтому мы упростим описание всего процесса. Итак, в кулерах для воды или пурифайерах или автомобильных холодильниках, оснащенных термоэлектрическим охлаждением имеется три активных компонента:

Плюсы термоэлектрического охлаждения:
Дешево и сердито, низкий вес всего аппарата, менее шумное, но тоже жужжит вентилятор, практически нет вибрации при исправном вентиляторе.

Минусы термоэлектрического охлаждения:
Срок жизни обычно не более 3-5 лет, после чего либо пластина «умирает», либо клинит вентилятор, либо «умирает»плата управления. Малая мощность производимого холода, если это вода- то кое-как 1 литр в час при идеальных условиях, если сливать больше 3х литров воды в сутки, срок жизни пластины Пельтье сокращается очень быстро.

Нельзя ставить в пыльных, влажных помещениях, в помещениях с повышенной температурой.

Очень медленно охлаждает, если внешняя температура высокая (летом). Дорогое удовольствие в ремонте, если «вылетают» все три компонента, дешевле купить новый аппарат.

Вывод: подобные аппараты можно ставить там, где малое потребление холодной воды: дом, небольшой офис и тд.

Источник