Елемент пельтьє. Элемент Пельтье: принцип работы, применение и изготовление своими руками

Что такое элемент Пельтье и как он работает. Где применяются элементы Пельтье. Как сделать элемент Пельтье своими руками. Преимущества и недостатки элементов Пельтье.

Что такое элемент Пельтье и как он работает?

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, работающий на эффекте Пельтье. При прохождении электрического тока через элемент Пельтье одна его сторона охлаждается, а другая нагревается. Это позволяет использовать элементы Пельтье для охлаждения или нагрева.

Как работает элемент Пельтье?

• Состоит из последовательно соединенных полупроводников p- и n-типа
• При подаче напряжения электроны переходят с одной стороны на другую
• Это вызывает охлаждение одной стороны и нагрев другой
• При смене полярности напряжения меняются местами холодная и горячая стороны

Максимальная разница температур между сторонами элемента Пельтье обычно составляет 60-70°C. КПД элементов Пельтье невысок — около 10-15%.

Где применяются элементы Пельтье?

Благодаря компактности и отсутствию движущихся частей элементы Пельтье нашли широкое применение:

• Охлаждение электронных компонентов (процессоров, чипов)
• Портативные холодильники и сумки-холодильники
• Системы кондиционирования воздуха
• Лабораторное оборудование (инкубаторы, климатические камеры)
• Охлаждающие подставки для ноутбуков
• Автомобильные подстаканники с функцией охлаждения/подогрева
• Генерация электроэнергии из тепловых отходов

Как элементы Пельтье используются в лабораторном оборудовании? Они позволяют создавать компактные термостаты и климатические камеры с точным контролем температуры.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Изготовить полноценный элемент Пельтье в домашних условиях сложно, но можно сделать простую модель для демонстрации эффекта:

1. Возьмите две медные пластины
2. Между ними поместите полупроводник (например, кристалл висмута)
3. Припаяйте к пластинам провода
4. Подайте напряжение 1.5-3 В
5. Измерьте разницу температур пластин термометром

Такая самодельная модель продемонстрирует принцип работы, но будет иметь очень низкую эффективность по сравнению с промышленными элементами Пельтье.

Преимущества и недостатки элементов Пельтье

Элементы Пельтье имеют ряд преимуществ:

• Компактные размеры
• Отсутствие движущихся частей
• Бесшумность работы
• Возможность точного контроля температуры
• Быстрый нагрев и охлаждение
• Долгий срок службы

Однако есть и недостатки:

• Низкий КПД (10-15%)
• Высокое энергопотребление
• Необходимость отвода тепла с горячей стороны
• Ограниченная холодопроизводительность
• Высокая стоимость мощных элементов

Стоит ли использовать элемент Пельтье для охлаждения? Это зависит от конкретной задачи. Для небольших объемов и точного контроля температуры элементы Пельтье могут быть оптимальным решением.

Эффективность элементов Пельтье при разных температурах

Эффективность работы элементов Пельтье зависит от разницы температур между горячей и холодной сторонами:

• При небольшой разнице (до 30°C) КПД может достигать 20-25%
• При разнице 40-50°C КПД падает до 5-10%
• При максимальной разнице 60-70°C КПД снижается практически до нуля

Как повысить эффективность элемента Пельтье? Основные способы:

1. Эффективный отвод тепла с горячей стороны
2. Теплоизоляция между горячей и холодной сторонами
3. Использование каскадных конструкций из нескольких элементов
4. Подбор оптимального напряжения питания

При правильном применении элементы Пельтье могут обеспечить охлаждение до температур на 30-40°C ниже окружающей.

Сравнение элементов Пельтье с другими системами охлаждения

Как элементы Пельтье соотносятся с другими технологиями охлаждения?

Параметр	Элемент Пельтье	Компрессорное охлаждение	Воздушное охлаждение
КПД	10-15%	40-60%	—
Минимальная температура	-40°C	-70°C	Окружающая
Габариты	Малые	Большие	Средние
Шум	Нет	Высокий	Средний

Элементы Пельтье оптимальны для задач, где важны компактность и точность регулировки температуры. Для мощного охлаждения эффективнее компрессорные системы.

Перспективы развития технологии элементов Пельтье

Несмотря на ограничения, технология элементов Пельтье продолжает развиваться. Основные направления исследований:

• Разработка новых полупроводниковых материалов с улучшенными характеристиками
• Оптимизация конструкции для повышения КПД
• Создание гибридных систем, сочетающих элементы Пельтье с другими технологиями охлаждения
• Применение нанотехнологий для улучшения теплопередачи

Каковы перспективы элементов Пельтье в будущем? Ожидается, что совершенствование технологии позволит повысить КПД до 20-30%, что сделает элементы Пельтье конкурентоспособными во многих областях применения.

Элементы Пельтье или мой путь к криогенным температурам / Хабр

Многие слышали про «магические» элементы Пельтье — при прохождении тока через них одна сторона охлаждается, а другая — нагревается. Это работает и в обратную сторону — если одну сторону нагревать, а другую охлаждать — вырабатывается электричество. Эффект Пельтье известен с 1834 года, но и по сей день нас не перестают радовать инновационные продукты на его основе (нужно только помнить, что при генерации электричества, как и у солнечных батарей — есть точка максимальной мощности, и если работать далеко от неё — КПД генерации сильно снижается).

В последнее время китайцы поднажали, и заполонили интернеты своими относительно дешевыми модулями, так что эксперименты с ними уже не отнимают слишком много денег. Китайцы обещают максимальную разницу температуры между горячей и холодной стороной в 60-67 градусов. Хммм… А что если мы возьмем 5 элементов, подключим последовательно, тогда у нас должно получиться 20С-67*5 = -315 градусов! Но что-то мне подсказывает, что все не так просто…

Классические «китайские» элементы Пельтье — это 127 элементов, включенных последовательно, и припаянных к керамической «печатной плате» из Al2O3.

Соответственно, если рабочее напряжение 12В — то на каждый элемент приходится всего по 94мВ. Бывают элементы и с другим количеством последовательных элементов, и соответственно другим напряжением (например 5В).

Нужно помнить, что элемент Пельтье — это не резистор, его сопротивление нелинейно, так что если мы прикладываем 12В — у нас может не получится 6 ампер (для 6-и амперного элемента) — ток может изменятся в зависимости от температуры (но не слишком сильно). Также при 5В (т.е. меньше номинала) ток будет не 2.5А, а меньше.

Количество перенесенного тепла пропорционально току. Но помимо этого есть паразитный нагрев от протекания тока, и паразитная теплопроводность — все это делает элемент Пельтье хоть сколько-то эффективным в очень узких условиях.

Кроме того, количество перенесенного тепла сильно зависит от разницы температуры между поверхностями. При разнице 60-67С — перенос тепла стремится к 0, а при нулевой разнице — 51 Ватт для 12*6 = 72-х Ваттного элемента. Очевидно, уже это не позволяет так просто соединять элементы в серию — нужно чтобы каждый следующий был по размерам меньше предыдущего, иначе самый холодный элемент будет пытаться отдать больше тепла (72Вт), чем элемент следующей ступени может пропустить через себя при желаемой разнице температур (1-51Вт).

Элементы пельтье собираются легкоплавким припоем с температурой плавления 138С — так что если элемент случайно останется без охлаждения и перегреется — то достаточно будет отпаяться одному из 127*2 контактов чтобы выкинуть элемент на свалку. Ну и элементы очень хрупкие — как керамика, так и сами охлаждающие элементы — я нечаянно разодрал 2 элемента «вдоль» из-за присохшей намертво термопасты:

Итак, маленький элемент — 5В*2А, большой — 12*9А. Кулер на тепловых трубках, температура комнатная. Результат: -19 градусов. Странно… 20-67-67 = -114, а получились жалкие -19…

Идея — вынести все на морозный воздух, но есть проблема — кулер на тепловых трубках хорошо охлаждает только если температура «горячей» и «холодной» стороны кулера лежит по разные стороны фазового перехода газ-жидкость наполнителя трубки. В нашем случае это означает, что кулер в принципе не способен охладить что-либо ниже +20С (т.к. ниже работают только тонкие стенки тепловых трубок). Придется возвращаться к истокам — к цельно-медной системе охлаждения. А чтобы ограниченная производительность кулера не сказывалась на измерениях — добавим килограммовую медную пластину — тепловой аккумулятор.

Результат шокирующий — те же -19 как с одной, так и с двумя стадиями. Температура окружающего воздуха — -10. Т.е. с нулевой нагрузкой мы еле-еле выжали жалкие 9 градусов разницы.

Оказалось, неподалеку от меня хладокомбинат #7, и я решил к ним заглянуть с картонной коробкой. Вернулся с 5-ю килограммами сухого льда (температура сублимации -78С). Опускаем медную конструкцию туда — подключаем ток — на 12В температура моментально начинает расти, при 5В — падает на 1 градус на секунду, и дальше быстро растет. Все надежды разбиты…

Эффективность обычных китайских элементов Пельтье быстро падает при температуре ниже нуля. И если охладить банку колы еще можно с видимой эффективностью, то температуры ниже -20 добиться не удается. И проблема не в конкретных элементах — я пробовал элементы разных моделей от 3-х разных продавцов — поведение одно и то же. Похоже на криогенные стадии нужны элементы из других материалов (и возможно для каждой стадии нужен свой материал элемента).

Ну а с оставшимся сухим льдом можно поступить следующим образом:

PS. А если смешать сухой лед с изопропиловым спиртом — получится жидкий азот для «бедных» — в нем так же весело замораживаются и разбиваются цветы и проч. Вот только из-за того что спирт не кипит при контакте с кожей — получить обморожение существенно легче.

Элементы Пельтье в категории «Техника и электроника»

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

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

2 000 грн

Купить

Ремкомплекты для иномарок

Элемент пельтье TEC1-12705, 5А, 12V

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

139. 99 грн

Купить

IT Electronics

MEMO DL-A3 активное охлаждение с элементом Пельтье проводной кулер вентилятор type-c с подсеткой

Доставка по Украине

599 грн

579 грн

Купить

Интернет-магазин Buttons4you

MEMO DL-A3 активное охлаждение с элементом Пельтье проводной кулер вентилятор type-c с подсеткой

Заканчивается

Доставка по Украине

599 грн

579 грн

Купить

MyButtons

MEMO DL-A2 активное охлаждение с элементом Пельтье проводной кулер вентилятор type-c с подсеткой

Заканчивается

Доставка по Украине

по 549 грн

от 2 продавцов

549 грн

Купить

MyButtons

Элемент Пельтье, термогенератор Зеебека SP1848

Доставка по Украине

250 грн

Купить

Doctor Smarts

Элемент Пельтье TEC1-12706 12 В 6 А 77 Вт Генератор Пельтье модуль 2002-02565

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

160 грн

Купить

ПОЛЕЗНЫЕ МЕЛОЧИ

Элемент пельтье TEC1-12705, 5А, 12V

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

139.99 грн

Купить

Интернет магазин «E-To4Ka»

Элемент Пельтье термоэлектрический TEC1-12706

На складе в г. Днепр

Доставка по Украине

140 грн

Купить

Интернет-магазин радиодеталей Radioformat

Термоэлемент Пельтье TEC1-12706, 12В 6А 77Вт

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

по 160 грн

от 5 продавцов

160 грн

Купить

Techland

Элемент Пельтье TEC1-12710

Доставка из г. Днепр

250 грн

Купить

Doctor Smarts

Зап. части для авто Tesla. Элемент Пельтье (радиатор) высоковольтной батареи Tesla model S 1008528-00-D

Доставка по Украине

3 036.80 грн

Купить

Интернет-магазин «Сток-Тесла»

Зап. части для авто Tesla. Элемент Пельтье (радиатор) высоковольтной батареи Tesla model S REST, Tesla model X

Доставка по Украине

4 368 грн

Купить

Интернет-магазин «Сток-Тесла»

Термоэлемент Пельтье TEC1-12706, 12В 6А 77Вт

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

160 грн

Купить

Магазин «Freedelivery»

Елемент Пельтьє 60Вт 40х40х4мм

Доставка по Украине

142.50 грн

Купить

«DiyLab» — інтернет-магазин електронних модулів та компонентів

Смотрите также

Елемент Пельтьє 36Вт 40х40х4мм

Под заказ

Доставка по Украине

269.50 грн

Купить

«DiyLab» — інтернет-магазин електронних модулів та компонентів

Елемент Пельтьє 105Вт 40х40х4мм

Под заказ

Доставка по Украине

346.50 грн

Купить

«DiyLab» — інтернет-магазин електронних модулів та компонентів

Елемент Пельтьє 150Вт 40х40х4мм

Под заказ

Доставка по Украине

385 грн

Купить

«DiyLab» — інтернет-магазин електронних модулів та компонентів

Елемент Пельтьє 240Вт 55х55х4мм

Под заказ

Доставка по Украине

770 грн

Купить

«DiyLab» — інтернет-магазин електронних модулів та компонентів

Ізоляційна прокладка для елемента Пельтьє

Доставка по Украине

50. 10 грн

Купить

«DiyLab» — інтернет-магазин електронних модулів та компонентів

Flydigi Wasp Wing Pro B2 Dual Mode АКБ 500 мАч портативный охлаждение радиатор с пельтье кулер для смартфона

На складе в г. Софиевская Борщаговка

Доставка по Украине

по 1 349 грн

от 2 продавцов

1 349 грн

Купить

MyButtons

MT2-1,13-127DS (40×44) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

240 грн

162 грн

Купить

ООО Научно-Производственная Фирма «Модуль»

MT1-1,3-127DGeS (30х34) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

234 грн

174 грн

Купить

ООО Научно-Производственная Фирма «Модуль»

Осушувач повітря з елементом пельтьє TTP 10 E 0.7l/24h

Доставка из г. Киев

4 440 грн

Купить

neo. in.ua

Гофра мотора обдува сидения Range Rover L322 HHK500060

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

800 грн

Купить

Ремкомплекты для иномарок

Ремкомплект мотора обдува сидения Range Rover L322 HHK500060

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

2 600 грн

Купить

Ремкомплекты для иномарок

Активное охлаждение MEMO DL01 для телефона кулер радиатор охлаждающий на смартфон с эффектом Пельтье

Заканчивается

Доставка по Украине

по 529 грн

от 2 продавцов

599 грн

529 грн

Купить

MyButtons

Охлаждение Sarafox Wasp Funcooler S02 для телефона кулер радиатор охлаждающий на смартфон с эффектом Пельтье

Заканчивается

Доставка по Украине

599 грн

559 грн

Купить

MyButtons

MT4-1,4-127S (62х62) Термоэлектрический охлаждающий модуль Пельтье

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

840 грн

Купить

ООО Научно-Производственная Фирма «Модуль»

Использование и функции элемента Пельтье

Элемент Пельтье — это устройство, которое преобразует электричество непосредственно в разницу температур на плоской пластине, делая одну сторону горячей, а другую — холодной. Тоже работает в обе стороны. То есть, если вы поместите его между горячим утюгом и глыбой льда, он действительно будет производить электричество!

Одна только мысль об этом навевает воспоминания о малоизвестном утерянном фильме Харрисона Форда 80-х под названием «Берег москитов», в котором этот сумасшедший изобретатель отправляется в джунгли и строит машину для производства льда из огня. Дайте мне любой фильм со словом «сумасшедший изобретатель» в описании, и я зацеплюсь. Я отвлекся…

Элементы Пельтье выглядят как плоские, обычно квадратные, пластины с двумя отходящими от них проводами. Между этими двумя поверхностями находится массив полупроводников последовательно чередующихся между n-типом и p-типом (n-тип имеет «n» для «отрицательных» или много дополнительных электронов; p-тип имеет «p» для «положительных» или нехватка электронов). Они физически устроены так, что когда через систему проходит электрический ток, свободные электроны и промежутки, которым нужны свободные электроны, перемещаются в общем направлении по отношению к двум поверхностям пластин. Это передает тепловую энергию с одной стороны на другую. Направление теплового потока зависит от направления тока.

При применении одна сторона обычно приклеивается к алюминиевому радиатору, который по существу связывает эту сторону с температурой окружающей среды. Другая сторона покрыта керамикой и становится теплее или холоднее, чем окружающая среда.

Подавляющее большинство из них используются для систем охлаждения, например, для микропроцессоров внутри вашего компьютера или в полупроводниковых мини-холодильниках. Некоторые из них также используются как для обогрева, так и для охлаждения, например, подстаканники в вашем модном новом автомобиле. Просто поменяйте полярность источника питания, чтобы изменить его с горячего на холодное.

С точки зрения дизайна элементы Пельтье отличаются простотой и компактностью. Они крошечные и не имеют движущихся частей, поэтому служат вечно. С другой стороны, они не так энергоэффективны, как циклы сжатия газа, используемые в HVAC и других системах охлаждения (всего 10-15% против 40-60%). Также выше себестоимость единицы тепловой энергии.

Элементы Пельтье по-прежнему используются для локального нагрева и охлаждения, когда необходимы частые быстрые замены и где критична долговременная надежность. Если у вас есть такая проблема в дизайне вашего продукта, вы можете подумать об этих маленьких гаджетах.

CDN Inc. — это фирма, занимающаяся проектированием и проектированием продукции, которая может легко адаптироваться к потребностям вашего проекта; проектирование, промышленный дизайн, прототипирование и производство.

Категории

КатегорииВыбрать категориюКнигиБизнесТворчество | НефильтрованноеРазноеПроцессыТехнологии

Архивы

Архивы Выбрать месяц Ноябрь 2021 Апрель 2021 Март 2021 Февраль 2021 Сентябрь 2020 Август 2020 Июнь 2020 Апрель 2020 Март 2020 Февраль 2020 Декабрь 2019 Ноябрь 2019Октябрь 2019 Сентябрь 2019 Август 2019 Июль 2019 Июнь 2019 Май 2019 Апрель 2019 Март 2019 Февраль 2019 Январь 2019 Декабрь 2018

Есть вопросы о том, как мы можем помочь с вашим следующим проектом? Свяжитесь с нами.

25 ноября 2019 г. 4 марта 2019 г. 10 марта 2020 г.

Нагрев/охлаждение с элементами Пельтье — Memmert GmbH + Co. KG

Являясь технологическим лидером в области лабораторного оборудования с элементами Пельтье, компания Memmert устанавливает новые стандарты с помощью усовершенствованной технологии Пельтье: климатическая камера постоянного действия HPPeco и охлаждаемый инкубатор IPPeco работают более энергоэффективно и экономично. , точно, мощно и тихо, чем любое другое подобное устройство, когда-либо существовавшее ранее.

Благодаря усовершенствованной технологии Пельтье компания Memmert практически удвоила эффективность всей технологии нагрева и охлаждения по сравнению с аналогичными приборами, сэкономив до 90 % энергии по сравнению с климатическими камерами с компрессорным охлаждением и охлаждаемыми инкубаторами.

В 2000 году компании Memmert впервые удалось адаптировать принцип Пельтье для более мощных лабораторных приборов, а затем нагревать и охлаждать их с помощью единой системы. На сегодняшний день ни один другой производитель не предлагает сравнимого ассортимента приборов с внутренним объемом до 2140 л, которые охлаждаются и нагреваются по технологии Пельтье в диапазоне температур от 0 до 70 °C.

При рабочих температурах, близких к температуре окружающей среды, технология Пельтье является особенно экономичной и энергосберегающей, поскольку, в отличие от компрессорной технологии, энергия требуется только при нагреве или охлаждении. Тепловая энергия в окружающей среде помещения преобразуется в тепловую энергию и, таким образом, заменяет часть необходимой электроэнергии.

Нагрев и охлаждение в одной системе: Если на элемент Пельтье подается напряжение, одна сторона охлаждается, а противоположная сторона одновременно нагревается. Просто поменяв полярность напряжения питания, можно поменять местами горячую и холодную стороны элемента Пельтье.

Элементы Пельтье, вероятно, являются самым известным промышленным применением эффекта Пельтье. Они соединены последовательно. Загрязнение посторонними атомами вызывает разницу в проводимости двух материалов. Если к выводам полупроводника приложено напряжение, часть энергии преобразуется в тепло. Одна сторона элемента Пельтье становится холодной, так как из нее извлекается энергия при пропускании через нее электрического тока, а другая сторона выделяет тепло, извлекаемое из холодной стороны, в окружающую среду.

Элементы Пельтье работают как электронный тепловой насос в климатической камере постоянных условий HPPeco и инкубаторе с охлаждением на элементах Пельтье IPPeco.

Функциональность элемента Пельтье

Во время работы в режиме обогрева тепловая энергия извлекается из окружающего воздуха и подается внутрь. Обмен наружного воздуха отсутствует, поэтому внутреннее пространство не осушается. Физически вызванное, неизбежное капание воды в процессе охлаждения происходит не внутри климатической камеры постоянных условий HPPeco и инкубатора с охлаждением на элементах Пельтье IPPeco, а вне рабочего пространства в ловушке влаги. Там конденсат подается специально в сборный лоток.

В инкубаторе или климатической камере с охлаждением на Пельтье элементы Пельтье встроены в охлаждающие устройства. Чтобы избежать перегрева элементов Пельтье, оптимизировать эффективность и, прежде всего, обеспечить максимально возможную разницу температур между холодной и горячей сторонами, отходящее тепло должно отводиться как можно эффективнее. Это делается с помощью внешнего вентилятора (регулируемого по потребности) и охлаждающего элемента достаточного размера. В идеале двигатель внутреннего вентилятора должен отводить внутрь как можно меньше тепла.

Структура элемента Пельтье Memmert

Чрезвычайно малые колебания регулирования обеспечивают воспроизводимость и документируемость испытаний и процессов при точно определенных температурных условиях.

Пельтье удивительно универсален. Элемент Пельтье в инкубаторе Memmert IPPeco с охлаждением на Пельтье или в климатической камере постоянных условий Пельтье HPPeco переключается до 18 000 раз в секунду, что обеспечивает чрезвычайно точный контроль температуры.