Что такое элемент пельтье: Элемент Пельтье : описание, подключение, схема, характеристики

Элемент Пельтье TEC1-12706 12В 6А 40 х 40 мм

Элемент Пельтье TEC1-12706 12В 6А 40 х 40 мм

• Электроизоляционные и термостойкие материалы
• Теплопроводящие материалы
• Элементы пельтье

Каталог

Информация

Доставка по России

Мы доставим ваш заказ курьером по Москве или службой экспресс-доставки по всей России.

Теги

• ftp
• utp
• витая пара
• диэлектрик
• долговечное жало
• изоляционный
• изоляционный материал
• изоляция трансформаторов
• кабель витая пара
• кабель контрольный

• Описание
• Характеристики
• Отзывы

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. Элементом модуля ТЭМ является термопара, состоящая из двух разнородных элементов с p- и n- типом проводимости. Элементы соединяются между собой пластиной из меди.

Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. При прохождении через термоэлектрический модуль постоянного электрического тока между его сторонами образуется перепад температур — одна сторона (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Если с горячей стороны ТЭМ обеспечить эффективный отвод тепла, например, с помощью радиатора, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже температуры окружающей среды. Степень охлаждения будет пропорциональной величине тока. При смене полярности тока горячая и холодная стороны меняются местами. При помощи элементов Пельтье можно и вырабатывать электричество. Если создать на разных сторонах пластины разницу температур внешним воздействием, то элемент начинает вырабатывать электричество. Т.е. работает как электрогенератор.

Характеристики:

• размер: 40*40*3,8 мм
• номинальное напряжение питания: 12 вольт
• максимальное напряжение питания: 15,4 вольт
• номинальная сила тока: 6 ампер
• потребляемая мощность: 72 ватт при Uпит=12 вольт
• холодопроизводительность: ~54 ватт при Uпит=12 вольт
• максимальная разность температур: 60°С

Рекомендуем посмотреть

Пермаллой 50Н лента 0,3 х 30 х 1000 мм

600 ₽ 

Нержавеющий пруток AISI 304 калибр.

18 х 250 мм

600 ₽ 

Стеклотканевая лента с липким слоем t = 600 C, ширина 25 мм 25 м

600 ₽ 

Латунь пруток ЛС 59 10 х 250 мм

600 ₽ 

Наконечник медный луженый ТМЛ 35-8-9 (в упак. 5 шт.)

600 ₽ 

Энергетическое образование

4. Термоэлектрический холодильник

Принцип действия термоэлектрического холодильника. Термоэлектрический холодильник строится на элементах Пельтье, бесшумен, но большого распространения не получил из-за дороговизны охлаждающих термоэлектрических элементов. Тем не менее, сумки-холодильники, небольшие автомобильные холодильники и кулеры питевой воды часто делаются с охлаждением от элементов Пельтье. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.

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. 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). Протекающий 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. 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. Кроме того элементы Пельтье с размерами более 60 мм x 60 мм практически не встречаются. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Элементы Пельтье

Элементы Пельтье / термоэлектрические охладители (ТЭО) представляют собой тепловые насосы, передающие тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрического тока. Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.

В этой статье объясняется, как работают элементы Пельтье / термоэлектрические охладители, описываются особенности и упоминаются производители элементов Пельтье.

—> Купить контроллер TEC здесь

Содержание

• Основы элемента Пельтье
  • Модель элемента Пельтье
  • Параметры элемента Пельтье
• Свойства и поведение элементов Пельтье
  • Сравнение теплового насоса с текущим
  • Коэффициент полезного действия (COP) (КПД)
  • Отвод тепла от элемента Пельтье
  • Зависимость отведенного тепла от dT
  • Напряжение в зависимости от тока
• Многоступенчатые элементы Пельтье
• Производители

Основы элемента Пельтье

Элемент Пельтье способен передавать тепло с помощью эффекта Пельтье. Внутри элемента Пельтье эффект Пельтье создает разницу температур между двумя сторонами, когда течет ток.

В зависимости от направления протекания постоянного тока можно охлаждать и нагревать с помощью элементов Пельтье без замены разъемов или механической настройки. Дополнительные преимущества заключаются в возможности реализации небольших конструкций и отсутствии движущихся частей. Ток, подаваемый на элемент Пельтье, регулируется контроллером ТЭО.

Левая сторона: Стандартный элемент Пельтье       Правая сторона: Специальные типы элементов Пельтье

Обычно идентификация производителя напечатана на холодной стороне элемента Пельтье. Это холодная сторона, если положительное напряжение питания подключено к красному кабелю элемента Пельтье

Поскольку кабели обладают теплоемкостью, они подключаются к горячей стороне элемента Пельтье, чтобы не снижать охлаждающую способность элемента.

Как вы можете видеть на правом рисунке, существуют различные типы элементов Пельтье. Они различаются по размеру и форме, мощности и температурному диапазону.

Диапазон размеров: от 1 мм x 1 мм до 60 мм x 60 мм
Формы: квадратные, кольцевые, многоступенчатые, одноступенчатые, герметичные или негерметичные, нестандартные формы
Диапазон температур: перепад температур dT _макс. до 130 °C (многоступенчатый), макс. температура до 200 °C
Максимальная мощность охлаждения: до 290 Вт

Элемент Пельтье Модель

Элементы Пельтье можно охарактеризовать с помощью модели. В этой модели учитываются следующие три эффекта

• Эффект Пельтье Q _p : Перенос тепла с одной стороны на другую. Описано в этом уравнении Q _p = I * α * T
• Обратный поток тепла Q _Rth : Поток тепла с горячей стороны на холодную. Описано в этом уравнении Q _Rth = dT / Rth
• Джоулевы нагрев/потери Q _Rv представляет собой сопротивление R _v : Описанное в этом уравнении Q _Rv = I ² * R _v / 2.
  холодная сторона. Тепло, выделяемое на горячей стороне, непосредственно рассеивается радиатором и поэтому не включается в это уравнение.

Результирующая перекачиваемая тепловая нагрузка Q _c зависит от трех эффектов Q _p , Q _Rth и Q _Rv .

В случае охлаждения уравнение для Q

c . выглядит следующим образом: Q _c = Q _p — Q _Rth — Q _Rv .

Параметры элемента Пельтье

Помимо механических свойств элементы Пельтье характеризуются четырьмя важными параметрами. Которые предоставляются производителем: Q _max , dT _max , U _max , I _max

• Q _max : Максимальная производительность теплового насоса при разнице температур между горячей и холодной сторонами 0 °K
•  dT _max : Максимальная разность температур на элементе Пельтье, когда тепло не перекачивается
•  I _макс. : Ток через элемент Пельтье при Q _макс.
•  U _макс. : Напряжение через элемент Пельтье при Q _макс.

Параметры Q _max и dT _max являются теоретическими цифрами и используются для описания поведения элементов Пельтье. Однако эти максимальные значения никогда не достигаются в термоэлектрическом приложении. Они предоставляются производителем для характеристики производительности модуля Пельтье.

В термоэлектрическом применении всегда существует компромисс между производительностью теплового насоса Q _c и разностью температур dT.

Свойства и поведение элементов Пельтье

Следующие четыре диаграммы характеризуют товар с элементами Пельтье. Они полезны для понимания свойств и поведения элементов Пельтье. Подобные схемы иногда используют и производители, например Ferrotec. Все значения на графиках относительные.

Зависимость теплового насоса от тока

На этой нормализованной диаграмме показано соотношение между выходной мощностью теплового насоса по оси y и током по оси x для различных значений разности температур между горячей и холодной сторонами (dT = T _{горячий} — T _{холодный} ) в случае охлаждения.

Динамика системы. Нормированная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока

Только при относительно небольшой разнице температур dT может передаваться значительное количество тепла. Многоступенчатые элементы Пельтье используются, когда необходимы более высокие перепады температур.

Перекачиваемое тепло Q _C и разница температур dT обратно пропорциональны друг другу, так как тепло подается на холодную сторону, разница температур подавляется.

Обычно ток через элемент Пельтье должен составлять от 0 до 0,7 умноженного на I _max .

Динамика системы

Динамика системы. Нормализованная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока

Чтобы понять динамику системы, мы можем наблюдать, что происходит при изменении температуры (и, следовательно, dT) или при увеличении тепловой нагрузки.

Если мы используем элемент Пельтье с током около 25 % от I _макс. можно компенсировать повышение dT на 10 градусов Кельвина — точка от A до B — Чтобы обеспечить постоянную производительность теплового насоса, ток должно быть увеличено. Производительность теплового насоса также может быть увеличена без изменения dT, если мы перейдем от A к C.

Если рабочая точка составляет около 60% от I _max , нам потребуется больший ток, чем в предыдущем примере, чтобы компенсировать 10- Повышение dT по шкале Кельвина — точки от D до E — когда производительность теплового насоса не должна изменяться. Производительность теплового насоса можно увеличить без потери разницы температур, если перейти от D к F.

Однако, если элемент Пельтье работает при максимальном токе, изменение температуры не может быть компенсировано увеличением тока. Переход от более низкой к более высокой разности температур приведет к снижению производительности теплового насоса.

Коэффициент полезного действия (COP) (КПД)

Определение COP – это теплота, поглощаемая на холодной стороне Q _C , деленная на входную мощность P _el элемента Пельтье: COP = Q _C /P _эль . COP в принципе представляет собой эффективность элемента Пельтье при охлаждении.

На следующей диаграмме показана производительность (COP) в зависимости от отношения тока I / I _max , значения на этой диаграмме являются относительными и нормализованными.

На этой диаграмме показана зависимость производительности (COP) от текущего соотношения. Используйте его, чтобы найти рабочий ток, обеспечивающий наибольшую производительность для соответствующей разницы температур dT.

С левой стороны мы видим, что КПД максимален при наименьшем перепаде температур. Следовательно, мы получаем большое количество тепла, перекачиваемого на единицу электрической мощности. Как видим, в зависимости от dT соответствующий максимум КПД находится на разных уровнях тока — при большем dT он смещается вправо. Если мы проследим за кривой вправо, мы обнаружим, что мы должны вложить в систему много электроэнергии, чтобы получить только небольшое количество тепла, что соответствует низкому значению COP. Мы также можем заметить, что более высокие токи необходимы для создания более высоких перепадов температур.

Причина, по которой COP не начинается с нуля при dT > 0 K, заключается в том, что сначала обратный поток тепла Q _Rth должен быть компенсирован эффектом Пельтье Q _p , прежде чем элемент Пельтье остынет.

Тепло, отводимое элементом Пельтье

На следующей диаграмме показана теплота Q _h , рассеиваемая на теплой стороне элемента Пельтье, в зависимости от тока при охлаждении.

Нормализованная диаграмма, показывающая тепло, отводимое радиатором, в зависимости от тока при различных перепадах температур dT.

Значения нормализованные и относительные. Как видите, Q _h , отклоненное элементом Пельтье, может быть в 2,6 раза больше Q _max . Количество тепла на горячей стороне Q _h может быть таким большим, потому что тепло от эффекта Пельтье Q _p и тепло сопротивления потерь Q _Rv должны рассеиваться. Q _h = Q _p + Q _{Применяется Rv} .

Зависимость отведенного тепла от dT

На следующей диаграмме показано соотношение между Q _h и Q _C для разных dT в случае охлаждения. Отношение Q _h / Q _c показывает, насколько больше тепла должно рассеиваться на горячей стороне, чем на холодной.

Нормализованная диаграмма, показывающая количество тепла, отводимого радиатором, в зависимости от количества перекачиваемого тепла в зависимости от тока для различных значений dT.

Это означает, что при большом dT теплоотвод рассеивает большое количество тепла при сравнительно малом количестве тепла, поглощаемом на холодной стороне элемента Пельтье.
Например, если вы хотите охладить один ватт на холодной стороне Q _C = 1 Вт. Это приводит к теплу 1,75 Вт на горячей стороне Q _h = 1,75 Вт, если dt = 20 K. При dT = 40 K это около 3,5 Вт на горячей стороне Q _ч = 3,5 Вт. при разных значениях температурных перепадов между горячей и холодной стороной (dT = T _{горячий} — T _{холодный} ) в случае охлаждения.

Нормализованная диаграмма, показывающая зависимость напряжения от тока для различных значений dT.

Как видите, кривая линейна. Поведение элемента Пельтье такое же, как у резистора с источником напряжения. Наклон кривой уменьшается с увеличением dT. Смещение по оси Y связано с эффектом Зеебека.

Многоступенчатый элемент Пельтье

Многоступенчатый элемент Пельтье

Все приведенные выше схемы относятся к стандартным элементам Пельтье, но поведение многоступенчатых элементов Пельтье аналогично. Многокаскадные элементы Пельтье используются, когда требуются более высокие значения dT (до 125 К). Но Q _max ниже, т.е. может рассеивать меньше тепла. Это недостаток многокаскадных элементов Пельтье.

Изготовители

Изготовители	Описание	Страна
Deltron AG www. deltron.ch	Термоэлектрические модули	Швейцария
Ferrotec Thermal.ferrotec.com	Термоэлектрические модули	США, Азия, Европа
Laird www.lairdthermal.com	Термоэлектрические модули	Соединенное Королевство
II-VI www.i-vi.com	Термоэлектрические модули	США, Азия, Европа
Устройства CUI www.cuidevices.com	Термоэлектрические модули	США
Peltron GmbH www.peltier.de	Термоэлектрические модули, элементы для термоциклирования	Германия
Европейская термодинамика, ООО www.europeanthermodynamics.com	Термоэлектрические модули, элементы для термоциклирования	Германия

—> Купить контроллер TEC здесь

Технология охлаждения Пельтье | Охлаждение электрическим током — Промышленное отопление и охлаждение — DBK Industrial

Что такое Пельтье?

Элемент Пельтье представляет собой электрический компонент, который создает разность температур за счет приложения напряжения — нагревается одна сторона; другая сторона остывает. Так называемый эффект Пельтье был открыт в 1834 году физиком Жаном Пельтье, который первым произвел холод с помощью электрического тока. При подаче постоянного напряжения на полупроводники с различными примесями тепло передается от отрицательно заряженной стороны к положительно заряженной стороне. Элемент Пельтье состоит из множества полупроводниковых элементов, установленных между двумя теплопроводящими керамическими компонентами для усиления эффекта. Просто поменяв текущее направление на обратное, можно поменять местами холодную и теплую стороны.

Структура термокулера

Термокулер состоит из одного или нескольких элементов Пельтье, специально расположенных между двумя ребристыми радиаторами. Для эффективного отвода холода или тепла необходимы редукторы температуры с обеих сторон сэндвич-модуля. В воздушно-воздушном термокулере осевые вентиляторы устанавливаются с обеих сторон, в то время как системы с водяным охлаждением являются еще одной возможностью для индивидуальных решений. Таким образом, больший радиатор отводит тепло в окружающую среду, а меньший радиатор охлаждает внутреннюю часть, например, распределительных шкафов. Чем больше тепла рассеивается с теплой стороны, тем эффективнее охлаждение с холодной стороны и наоборот.

Разница в температуре

Вольт DC

Пользовательские растворы

Характеристики Peliter

Мобильный охлаждение

по сравнению с общепринятым или поглощающим охлаждением, и для обличительного охлаждения. поэтому не нужно отдыхать перед вводом в эксплуатацию. Они мобильны и могут быть установлены в любом монтажном положении.

Долговечность, низкие эксплуатационные расходы  

Термоохладители Пельтье не имеют механически движущихся частей, что обеспечивает низкий износ и минимальное техническое обслуживание. Прочные модули могут работать в самых неблагоприятных условиях окружающей среды, так как нечувствительны к вибрации, ударам, высоким температурам окружающей среды, загрязненному окружающему воздуху и сильным ускорениям.

Точность управления

Температура термокулера регулируется электрически и может быть установлена ​​очень точно, что невозможно при компрессорном охлаждении.

Просто реверсивный

Благодаря эффекту Пельтье термокулер можно использовать как нагреватель или охладитель, просто изменив направление тока на противоположное.

Охлаждение в минимальном пространстве 

Элементы Пельтье могут иметь различные размеры, что делает их универсальным решением для охлаждения даже самых маленьких компонентов. Они подходят для мощности охлаждения до макс. 500 Вт и используются в приложениях с ускорением или ограниченным пространством для установки, где компрессорные системы охлаждения не подходят или выходят из строя.

Работа на постоянном токе

Термоохладители Пельтье могут работать только на постоянном токе.

Тестирование при использовании заказчиком

При использовании термоохладителей Пельтье мы всегда рекомендуем провести несколько тестов при применении, чтобы подтвердить правильную и надежную работу охладителя с помощью соответствующих измерений.

Примеры применения Пельтье

Кондиционер электронных компонентов

Летом естественной конвекции и принудительной вентиляции часто бывает недостаточно для снижения температуры в электрических шкафах. Для защиты установленных электронных компонентов от перегрева и выхода из строя в шкафах управления используются компактные термоохладители Пельтье.

Мобильное отопление и охлаждение в сфере общественного питания

Для раздачи еды в больницах, домах престарелых, столовых или ресторанах продукты и напитки должны храниться при мобильной температуре. Поэтому термоохладители используются в тележках для перевозки пищевых продуктов, где они нагревают или охлаждают внутреннее пространство по мере необходимости.

Охлаждение в минимальном пространстве — от медицины до авиации

Элементы Пельтье

используются везде, где обычные системы охлаждения не подходят.