Вы, конечно, прекрасно знаете, что с помощью электрического тока возможно производить нагрев предметов, например, паяльник, чайник и т.п. А вы знаете, что с электричеством можно также и охлаждать? И я сейчас говорю не о холодильниках, где компрессором гоняется фреон, а речь идет о так называемом элементе Пельтье. В этом материале я расскажу вам об этом изделии подробно. Итак, начнем.
Содержание
Историческая справка
Как работает термоэлемент
Внутреннее устройство термоэлемента Пельтье
Недостатки и достоинства такого элемента
Маркировка изделия и ее расшифровка
Технические параметры элемента Пельтье
Область применения данных элементов
Как проверить исправность модуля Пельтье
Заключение
Историческая справка
В далеком 1834 году ученым из Франции Ж. Ш. Пельтье был открыт крайне любопытный эффект при протекании электрического тока по проводнику. Так, если через близко расположенные разнородные проводники пропускать электрический ток, то один из них сильно нагревается, а другой напротив охлаждается. И величина вырабатываемого тепла и холода прямо пропорционально связана с величиной пропускаемого тока.
Если же вектор направления тока изменить, то и стороны нагрева и охлаждения так же поменяются местами. Про это открытие, которое впоследствии назвали эффект Пельтье, на долгие годы просто напросто забыли, пока во второй половине двадцатого столетия не были произведены первые полупроводниковые элементы Пельтье.
Как работает термоэлемент
В основе абсолютно любого термоэлектрического модуля положен принцип разности уровня энергии электронов, то есть один проводящий элемент представляет из себя область с высокой проводимостью, а другой с низкой проводимостью. И если совместить такие проводники и пропустить через них ток, то электрону, чтобы пройти из низкоэнергетической области в высокоэнергетическую нужно накопить энергию. При этом та область где происходит поглощение энергии электроном начинает охлаждаться.
Если изменить полярность подключения элемента, то эффект охлаждения сменится на нагревание.
Этот эффект наблюдается у абсолютно любых элементов, но реальные следы данного явления начинают проявляться, когда используются полупроводники.
Внутреннее устройство термоэлемента Пельтье
Термоэлектрический модуль (ТЭМ) реализован из N-ого числа термопар. Причем сама термопара выполнена из пары полупроводников разнородного типа, которые соединены между собой пластиной из меди.
Данные полупроводники выполнены из солей таких металлов как: теллур, висмут, селен или сурьма.
Таких термопар соединенных в последовательную цепь может быть в одном устройстве сколь угодно много. И вся эта конструкция закрывается с обеих сторон керамическими пластинами.
Так как число термопар может быть различным, то значит и мощность элемента Пельтье также может варьироваться и очень сильно.
Протекающий постоянный ток нагревает одну часть элемента (например, верхнюю), а вторую (нижнюю) наоборот охлаждает. Если сменить полярность, то нагреваемая и охлаждаемая стороны поменяются местами.
Есть одна очень любопытная особенность функционирования такого элемента. Если в процессе работы принудительно охлаждать ту сторону, что подвергается нагреву, то сторона охлаждающаяся еще больше охладится и разница температур с воздухом может быть десятки градусов.
Недостатки и достоинства такого элемента
К сожалению, еще не придумано таких изделий, у которых были бы только плюсы, поэтому давайте рассмотрим положительные и отрицательные стороны элемента Пельтье.
Плюсы изделия
1. По размеру данное изделие может быть абсолютно любым.
2. В изделии нет движущихся деталей, а это значит что оно полностью бесшумно.
3. Лишь изменив полярность питания элемента нагревательная поверхность превращается в охлаждающую.
Минусы изделия
1. Единственным, но самым существенным недостатком ТЭМа считается его маленький КПД. И проблема низкого КПД заключена в том, что по своей сути электроны обладают двойной природой и переносят как заряд, так и тепловую энергию и для того, чтобы создать высокоэффективный элемент Пельтье, нужен материал с высокой проводимостью электрического тока и низкой проводимостью тепла, а такой материал пока не придуман.
Маркировка изделия и ее расшифровка
На любом элементе присутствует буквенно-циферный код, который выглядит так:
И вот как он расшифровывается:
Первые две буквы всегда "ТЕ" всегда неизменны и означают что перед нами термоэлемент.
Третья буква указывает на размерность модуля "С" - стандартный модуль, "S" - малый модуль
А первая цифра, идущая после букв, говорит о количестве слоев (каскадов) в элементе.
Далее три идущие цифры говорят о числе термопар в модуле (в данном элементе 127 пар).
Последние две цифры указывают на номинальный ток, в нашем варианте ток равен 10 Амперам.
Технические параметры элемента Пельтье
Главные параметры у элементов таковы:
- Q max – производительность холода. Данный параметр рассчитывается из максимального тока и разности температур между противолежащими обкладками модуля Пельтье.
- Imax – ток, при котором перепад температур достигает своего максимума.
- U max - предельное напряжение.
- Resistence – сопротивление внутренних элементов изделия.
- COP – это КПД нашего изделия. Данный показатель только у самых «крутых» модулей едва дотягивается до 50 %, а те элементы, которые нам могут предложить китайские производители, имеют КПД от 20% до 30%.
Область применения данных элементов
Данные термоэлектрические модули нашли свое применение в следующих областях:
Мобильные (автомобильные) холодильники.
Мобильные термогенераторы. В таких изделиях применяется обратный эффект, то есть при нагревании одной стороны элемента и охлаждении другой, происходит вырабатывание электрической энергии.
Осушители воздуха.
Лабораторные инкубаторы.
Кулеры для воды.
Как проверить исправность модуля Пельтье
Заключение
Это все, что я хотел сегодня вам рассказать об элементе Пельтье. В следующих статьях я расскажу о том, как собрать на основе этого элемента термогенератор, так что если вам статья понравилась, то присоединяйтесь к каналу и оцените ее лайком и репостом. Спасибо за ваше внимание!
