Как работают элементы Пельтье. Какой КПД у элементов Пельтье. Где применяются элементы Пельтье. Как повысить эффективность элементов Пельтье. Преимущества и недостатки элементов Пельтье.
Принцип работы элементов Пельтье
Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, работа которого основана на эффекте Пельтье. При прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников происходит выделение или поглощение тепла в зависимости от направления тока.
Основные компоненты элемента Пельтье:
- Полупроводники p- и n-типа
- Медные пластины
- Керамические пластины
Как работает элемент Пельтье:
- При подаче постоянного тока одна сторона элемента охлаждается, а другая нагревается
- Разность температур между сторонами может достигать 70°C
- При смене полярности тока горячая и холодная стороны меняются местами
КПД элементов Пельтье
КПД элементов Пельтье обычно невысок и составляет 5-15%. Это связано с рядом факторов:
- Часть энергии теряется на нагрев самого элемента
- Эффект Джоуля-Ленца приводит к дополнительным потерям
- Теплопроводность материалов снижает эффективность
Какие факторы влияют на КПД элемента Пельтье:
- Разность температур между сторонами элемента
- Сила тока и напряжение питания
- Качество теплоотвода с горячей стороны
- Материалы и конструкция элемента
Области применения элементов Пельтье
Несмотря на низкий КПД, элементы Пельтье нашли применение во многих областях благодаря своим преимуществам:
- Компактные размеры
- Отсутствие движущихся частей
- Бесшумность работы
- Возможность точного контроля температуры
Основные сферы применения элементов Пельтье:
- Охлаждение электронных компонентов (процессоры, светодиоды)
- Портативные холодильники
- Системы кондиционирования воздуха
- Термостатирование лазерных диодов
- Осушители воздуха
Способы повышения эффективности элементов Пельтье
Существует несколько способов повысить КПД и эффективность работы элементов Пельтье:
- Оптимизация теплоотвода с горячей стороны (мощные радиаторы, жидкостное охлаждение)
- Использование каскадных конструкций из нескольких элементов
- Применение импульсных источников питания
- Разработка новых термоэлектрических материалов с улучшенными характеристиками
- Оптимизация геометрии и конструкции элементов
Преимущества и недостатки элементов Пельтье
Элементы Пельтье имеют как достоинства, так и недостатки по сравнению с другими методами охлаждения:
Преимущества:
- Компактность и малый вес
- Отсутствие движущихся частей и шума при работе
- Высокая надежность и долговечность
- Возможность как охлаждения, так и нагрева
- Точный контроль температуры
Недостатки:
- Низкий КПД (5-15%)
- Высокое энергопотребление
- Необходимость эффективного отвода тепла с горячей стороны
- Ограниченная холодопроизводительность
- Высокая стоимость при большой мощности
Перспективы развития технологии элементов Пельтье
Основные направления совершенствования элементов Пельтье:
- Разработка новых термоэлектрических материалов с улучшенными характеристиками
- Оптимизация конструкции и технологии производства элементов
- Создание каскадных систем с повышенной эффективностью
- Комбинирование с другими методами охлаждения
- Применение нанотехнологий для улучшения свойств материалов
Какие перспективы открываются перед элементами Пельтье в будущем:
- Повышение КПД до 20-30%
- Снижение стоимости производства
- Расширение областей применения
- Создание мощных и эффективных термоэлектрических генераторов
Сравнение элементов Пельтье с другими методами охлаждения
Как элементы Пельтье соотносятся с альтернативными технологиями охлаждения:
| Характеристика | Элементы Пельтье | Компрессорные системы | Воздушное охлаждение |
|---|---|---|---|
| КПД | Низкий (5-15%) | Высокий (до 60%) | Средний |
| Компактность | Высокая | Низкая | Средняя |
| Шум | Отсутствует | Высокий | Средний |
| Стоимость | Средняя | Высокая | Низкая |
| Обслуживание | Минимальное | Регулярное | Периодическое |
Экологические аспекты использования элементов Пельтье
Элементы Пельтье имеют ряд экологических преимуществ по сравнению с традиционными методами охлаждения:
- Отсутствие хладагентов и вредных выбросов
- Возможность работы от возобновляемых источников энергии
- Длительный срок службы и простота утилизации
Однако есть и некоторые экологические проблемы:
- Высокое энергопотребление из-за низкого КПД
- Использование редких металлов в производстве
- Необходимость эффективной утилизации отработавших элементов
Для минимизации негативного воздействия на окружающую среду необходимо:
- Повышать энергоэффективность элементов Пельтье
- Разрабатывать технологии вторичной переработки
- Использовать экологически чистые материалы в производстве
Заключение
Элементы Пельтье, несмотря на низкий КПД, остаются востребованной технологией охлаждения благодаря своим уникальным свойствам. Основные преимущества — компактность, бесшумность и возможность точного контроля температуры. Недостатки — низкая эффективность и высокое энергопотребление.
Перспективы развития технологии связаны с созданием новых материалов, оптимизацией конструкции и повышением КПД. Это позволит расширить области применения элементов Пельтье и сделать их более конкурентоспособными по сравнению с альтернативными методами охлаждения.
Экологичность и возможность работы от возобновляемых источников энергии делают элементы Пельтье привлекательным решением для устойчивого развития систем охлаждения в будущем.
Кпд элемента пельтье
Экология познания. Элементы Пельтье это такие небольшие обычно 4х4 см. Или наоборот, подавая ток, нагреваем одну сторону и охлаждаем другую. Данное свойство элементов Пельтье используют при изготовлении переносных холодильников, но меня в первую очередь больше интересует генераторная способность этих устройств.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект
- TEC1-12706 термоэлектрический модуль Пельтье
- Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение
- Генератор на элементе Пельтье.
- Очень мощный элемент Пельтье TEC1-12715 15,4В, 15А, 367Вт. в наличии
- Эффект Пельтье
- Краткая теория
- Элементы Пельтье в системе отопления
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Модуль Пельтье — непредсказуемый отморозок
Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект
В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC от англ. Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека. В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых 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 используется контакт двух полупроводников. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды.
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.
Также достоинством является отсутствие шума. Недостатком элемента Пельтье является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла.
В батареях элементов Пельтье [1] возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы.
При этом желательно сглаживать пульсации тока — это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.
Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР -амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках , охлаждаемых банкетных тележках, применяемых в общественном питании, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, требуемая мощность охлаждения невелика.
Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях например в астрофотографии.
Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах. Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.
В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения.
Некоторые энтузиасты используют модуль Пельтье для охлаждения процессоров при необходимости экстремального охлаждения без азота. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 15 сентября ; проверки требуют 18 правок. Термоэлектрические явления Принципы. Термоэлектрические материалы Термопара Элемент Пельтье Термоэлектрогенератор Радиоизотопный термоэлектрический генератор. Дата обращения 22 июня Дата обращения 20 апреля Электронные компоненты.
Резистор Переменный резистор Подстроечный резистор Варистор Фоторезистор Конденсатор Переменный конденсатор Подстроечный конденсатор Катушка индуктивности Кварцевый резонатор Предохранитель Самовосстанавливающийся предохранитель Трансформатор Мемристор Бареттер.
Электронно-лучевая трубка ЖК-дисплей Светодиод Газоразрядный индикатор Вакуумно-люминесцентный индикатор Блинкерное табло Семисегментный индикатор Матричный индикатор Кинескоп.
Терморезистор Термопара Элемент Пельтье. Категории : Электронные компоненты Преобразователи Холодильник. Скрытая категория: Википедия:Статьи с некорректным использованием шаблонов:Cite web не указан язык. Пространства имён Статья Обсуждение. В других проектах Викисклад. Эта страница в последний раз была отредактирована 1 октября в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.
Подробнее см. Условия использования. Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Свяжитесь с нами Разработчики Заявление о куки Мобильная версия.
Термоэлектрические явления. Применения Термоэлектрические материалы Термопара Элемент Пельтье Термоэлектрогенератор Радиоизотопный термоэлектрический генератор.
TEC1-12706 термоэлектрический модуль Пельтье
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика.
Войти Регистрация.
Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого .. По сравнению с кондиционерами — кпд ничтожно.
Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение
В последнее время развелось огромное количество различных электронных устройств, которые я не прочь взять с собой в велопоход. Это и GPS-навигатор, и сотовый телефон а лучше смартфон или КПК , и фотоаппарат, и велофара — она же стояночный фонарь. У кого-то этот список короче, а у кого-то ещё длиннее. В любом случае каждое их этих устройств при работе поглощает электрическую энергию, которую надо либо возить с собой в виде химических источников тока в простонародье батарейках и аккумуляторах , либо вырабатывать в пути. Изучая данный вопрос, я наткнулся на довольно оригинальный способ получить электричество из тепла не применяя сложных механических устройств. С помощью эффекта Пельтье. Не буду подробно описывать тонкости этого эффекта, кто захочет — сам найдет.
Вот несколько ссылок:. Единственное, о чём хочу предупредить — не в коем случае не покупать элементы Пельтье у наших продавцов.
Генератор на элементе Пельтье.
Во всем мире идет активный поиск альтернативных экологически чистых источников энергии. В связи с этим, очень актуальным становится использование термоэлектрических модулей для генерирования электроэнергии. Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.
Забыли пароль? Изменен п.
Очень мощный элемент Пельтье TEC1-12715 15,4В, 15А, 367Вт. в наличии
Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.
Устройство и принцип действия элемента Пельтье. Думаю, что только знатоки физики могут понять, как на самом деле работает элемент Пельтье. Для практиков главное, что существует минимальная единица модуля — термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа. При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте.
Эффект Пельтье
Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Элементы Пельтье называются специальные термоэлектрические преобразователи, работающие по принципу Пельтье. Ни для кого не секрет, что электронные устройства при работе греются. Нагрев отрицательно влияет на процесс работы, поэтому, чтобы как-то охладить приборы, в корпус устройств встраивают специальные элементы, называющиеся по имени изобретателя из Франции — Пельтье. Это малогабаритный элемент, который может охлаждать радиодетали на платах устройств.
Элементы Пельтье называют специальные термоэлектрические Пельтье ? Сегодня вряд ли это возможно, так как элементы имеют низкий КПД.
Краткая теория
Эффект Пельтье — это процесс, сопровождающийся появлением разницы температур на двух различных материалах при прохождении по ним электрического тока. Впервые объяснён академиком и изобретателем Ленцем. Иоффе за грандиозный труд по развитию термоэлектричества в СССР и доведения результатов исследований до сведения общественности.
Элементы Пельтье в системе отопления
Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Установка её в Москвич. Своими руками.
Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика.
Войти Регистрация. Это работает и в обратную сторону — если одну сторону нагревать, а другую охлаждать — вырабатывается электричество.
Прибавляем к получившемуся 53 Вт поглощаемых на холодной стороне, получаем Вт. Итого: на холодной отбираем 53 Вт, на горячей выделяем Вт. При понижении нагрузки КПД растет.
Петербургские ученые превратили тепло в электричество с сумасшедшим КПД
Новая разработка создана Политехом. Планируется, что она будет внедрена уже к концу года
Петербургские исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали термоэлектрический генератор нового поколения. Устройство в десятки раз эффективнее любых аналогов. Проект реализован в рамках программы НЦМУ СПбПУ «Передовые цифровые технологии».
Термоэлектрический генератор – устройство, которое переводит тепловую энергию в электрическую. Квантовые процессы позволяют не только получить электричество, но и сократить возможные выбросы в атмосферу, что особенно актуально в условиях борьбы с глобальным потеплением.
Директор НТЦ «Нейропрогнозирование материалов и технологий электронной промышленности» Ольга Квашенкина отметила, что термоэлектрический генератор (ТЭГ) – это устройство по конвертации или переводу тепловой энергии в электрическую. Термоэлектрические эффекты очень давно наблюдаются в научном сообществе, и на их основе создано большое количество устройств.
«Наше устройство отличается, во-первых, своими размерами, оно очень маленькое, во-вторых, КПД, который измеряется в количестве электроэнергии, выработанной на единицу объема рабочего материала, который и переводит тепловую энергию в электричество. Уже сейчас устройства применяются во множестве областей, начиная от больших промышленных ТЭГ, которые обеспечивают электрической энергией предприятия промышленности, до малых ТЭГ, которые используются, например, в элементах Пельтье (это малые нагревательные элементы, которые часто используются в лабораториях или на электронных производствах). Аналогов много, и все соревнуются по КПД», – рассказала Квашенкина.
По ее словам, все дело в уникальной технологии. Рядовому потребителю генератор может быть доступен к концу 2022-го – началу 2023 года. Устройство отличается высоким КПД – для выработки тока, достаточного для зарядки бытовых приборов, хватает нагрева от системы центрального отопления.
«Любая мировая технология требует больших инвестиций в проект. К сожалению, в нашей стране зачастую невозможно найти такой уровень инвестиций ни от частного бизнеса, ни от государственного сектора. В этом смысле наши ученые-исследователи все технологии выводят малыми средствами, поэтому основным препятствием в масштабировании технологии может стать отсутствие инвестиций. Однако у нас есть уже огромный интерес к этому проекту от иностранных венчурных фондов и заказчиков, поэтому мы уверены в том, что этот проект мы в скорейшее время выведем на мировой уровень», – сказала Квашенкина.
Она добавила, что введение цифровых двойников сильно сокращает время эксперимента. В среднем раньше на разработку материалов требовалось от 10 до 30 лет.
Сейчас существует целая научная отрасль «цифровые материалы», которая занимается прогнозированием физических свойств материалов до момента их появления вживую и в каком-то смысле может предсказывать создание новых материалов.
«Мы в этом кластере работаем уже на протяжении трех лет и здесь понимаем, что ускорение разработки цифрового материала (в данном случае это углеродный композит, который используется как рабочий элемент генератора) очень сильно зависело от специалистов по экспертизе в области цифрового моделирования», – заметила Ольга Квашенкина.
Тест эффективности охлаждения на эффекте Пельтье
Модуль Пельтье — это твердотельное устройство, часто используемое для охлаждения. Их можно найти в некоторых переносных холодильниках для переноски еды на пляж. или в диспенсерах для воды, подобных показанному ниже.
Хотя они полезны для этих целей, они не очень
эффективный. Только около 5% электроэнергии, используемой для питания
их использует для охлаждения.
Я решил провести простой тест эффективности
показано здесь. Я не тестировал модуль напрямую, а вместо этого тестировал
насколько эффективно он может охладить 250 мл воды.
Модуль Пельтье для охлаждения.
Диспенсер для воды, из которого взялся модуль слева.
Обратите внимание, что существует два типа модулей Пельтье, предназначенных для двух разное назначение: ТЭЦ и ТЭГ. TEC расшифровывается как ThermoElectric Cooler, и тип, используемый на этой странице здесь. ТЭГ означает Термоэлектрический генератор и превращает разницу температур в электричество.
Ниже показана внутренняя часть диспенсера для воды сзади, а также части, которые я взял от него для этого тестирования.
Внутри диспенсер для воды.
Детали от диспенсера для воды.
Как показано ниже, модуль Пельтье был прикреплен к задней части нагревателя.
мойка с термопастой. Вентилятор был прикреплен к другой стороне
радиатор для всасывания воздуха через ребра радиатора, переносящего тепло
прочь с этим.
Все это было сито на банках, так что было бы
пространство внизу для отвода воздуха.
Вы также можете видеть, что термопара была вставлена в отдельный емкость с теплой водой. Это было связано с тем, что плата управления отключить модуль Пельтье, если вода на термопаре была правильная температура для диспенсера для воды. Поскольку мне было все равно о поддержании этой температуры, я обманул его, посадив в вода, температура которой никогда не изменится. В результате получается, что По этой причине плата управления не отключала модуль Пельтье.
Начало тестовой настройки.
Как показано ниже, затем я поместил квадратный кусок алюминия на элемент Пельтье.
модуль для более
эффективно отводить тепло от банки, которая бы стояла сверху
из него, на всю поверхность модуля. Затем я поставил банку с газировкой на
который. Верх банки был открыт, а дно сплющено.
насколько это возможно.
Далее была добавлена изоляция по всему периметру.
Я хотел брать тепло от воды в банке, а не от окружающего воздуха.
Влил внутрь 250мл воды.
Затем внутрь был вставлен термометр, который мог измерять
холодные температуры. И, наконец, отверстие в верхней части банки.
был покрыт дополнительным утеплителем.
Ставим алюминиевый квадрат.
Надевание банки.
Добавление изоляции.
Заливка водой.
Вставка термометра.
Теплоизоляция сверху.
Осциллограф был подключен параллельно электрическому выходу. платы управления, идущей к модулю Пельтье. Амперметр был подключен в линию с плюсовыми проводами, идущими от управления плату к модулю Пельтье. Цепь была включена с помощью включения/выключения и регистрировали начальную температуру воды. Напряжение и ток имели первоначальный всплеск продолжительностью в несколько секунд, а затем поселился. Затем их значения записывались.
Полная настройка. Запись измерений.
Через час значения снова записывали. Значения также были
смотрели в течение часа, но не записывали.
Напряжение и ток
постепенно снижалась в течение часа, как и температура.
Расчет эффективности охлаждения методом Пельтье
250 мл воды (0,55 фунта)
| Время | Температура Цельсия | Температура Фаренгейт | Напряжение | Текущий |
|---|---|---|---|---|
| 15:55 | 18К | 64.4F | 13,1 В | 3,8 А |
| 16:56 | 14,5С | 58.1F | 12,8 В | 3,66 А |
входная мощность = 13,1 В * 3,8 А = 49,8 Вт = 49,8 Дж/сек.
входная энергия = 490,8 Дж/сек * 3600 секунд = 179 280 джоулей
изменение температуры = 64,4F — 58,1F = 6,3F
БТЕ, используемые для охлаждения = 0,55 фунта * 6,3 F * 1 БТЕ/фунт-сила = 3,465 БТЕ
энергия, используемая для охлаждения = 3,465 БТЕ * 1055 Дж/БТЕ = 3655,58 Дж
эффективность = 3655,58 / 179 280 = 0,02039 = 2%
Это примерно то, что ожидалось.
Модули Пельтье только вокруг
5% эффективности. Это означает, что было около 3% дополнительных потерь.
Видео — Охлаждение модуля Пельтье — Эффект Пельтье
В следующем видео показано, как взять модуль Пельтье из приведенного выше. диспенсер для воды и проведение этого теста на эффективность охлаждения методом Пельтье. Это имеет дополнительную функцию показа небольшого поворота воды на лед, сидя на модуле Пельтье всего несколько минут.
Эффективность элемента Пельтье
Эффективность применения элемента Пельтье зависит от коэффициента полезного действия (COP), который зависит от рабочей точки, тепловой конструкции и типа питания контроллера ТЕС. Все три пункта обсуждаются в этой статье. 9Контроллеры 0051 TEC используются для термоэлектрического охлаждения и нагрева в сочетании с элементами Пельтье. Элементы Пельтье — это тепловые насосы, которые переносят тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрического тока.
—> Купить контроллер TEC здесь
- Коэффициент полезного действия (COP)
- Тепловой расчет
- Постоянный ток в сравнении с ШИМ (Тип питания TEC)
- Рекомендации123 производителей
2 Сравнение двух контроллеров TEC
- Рекомендации123 производителей
- Линейных контроллеров и контроллеров SMPS TEC
Для достижения максимальной эффективности при охлаждении с элементами Пельтье существуют три золотых правила.
- I/I max при dT
I/I max должен быть в нижней трети (0 — 0,33 x I max ) - 3 I/2 max 2 90d
I/I max должен находиться в средней трети (0,33 — 0,66 x I max ) - Максимальное охлаждение горячей стороны при охлаждении (радиатор, вентилятор …)
Коэффициент полезного действия (COP)
Эффективность самого элемента Пельтье определяется COP = Q C / P или .
Подробнее об определении COP читайте здесь.
COP в зависимости от текущего соотношения элемента Пельтье для различных dT.
Оптимальная рабочая точка элемента Пельтье – это когда COP максимален. Максимум COP сильно зависит от разницы температур (dT) между теплой и холодной сторонами. Как видно, максимум КПД смещается в сторону больших токов при увеличении dT. Ток не должен превышать 0,7 умножить на I max , потому что тогда COP становится слишком маленьким — элемент Пельтье очень неэффективен.
Тепловое проектирование имеет решающее значение, поскольку оно позволяет пользователю напрямую влиять на эффективность и производительность системы. Три наиболее распространенных способа повышения эффективности элемента Пельтье в случае охлаждения:
- Уменьшение dT – оптимизация радиатора и вентилятора
- Минимизация потерь мощности – изоляция охлаждаемой области
- Оптимизация КПД – выбор элемента Пельтье достаточной мощности
1.
Разность температур (dT) между холодной и теплой стороной должна быть сведена к минимуму. Небольшое dT приведет к тому, что максимум КПД, как видно на диаграмме 5, будет смещен вправо, а значит, необходим меньший ток. Тепло, отводимое на теплой стороне, составляется следующим образом Q h = Q C + P el .
Следующая схема представляет систему охлаждения и соответствующую температурную диаграмму справа. Объект охлаждается до -5°C холодной стороной элемента Пельтье. Горячая сторона элемента Пельтье имеет температуру 35°С. Радиатор отдает тепло окружающему воздуху, температура которого составляет 25 °C. Таким образом, радиатор рассеивает 10 °C, поэтому новое значение dT равно 30 K.
Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая температурная диаграмма. Таким образом, температура окружающей среды оказывает меньшее влияние на элемент Пельтье, и в систему поступает меньше тепла из окружающей среды.
Это снижает общую рассеиваемую мощность, что приводит к меньшей входной мощности элемента Пельтье и, следовательно, к лучшему COP.
3. КПД должен быть оптимизирован за счет использования достаточной мощности элемента Пельтье. Это необходимо, потому что COP Maximum имеет низкий ток и помехи могут быть поглощены. Если мощность элементов Пельтье слишком мала, возможно, создается нагреватель.
В качестве примера: если dT равно 30 K, вы можете видеть на диаграмме соотношение COP и тока, максимальное значение COP составляет I = 0,3 * I max . На диаграмме Heat Pumped Vs Current мы получаем значения dT = 30 K и I = 0,3 * I max , Q c / Q max равно 20%. Если необходимо охлаждать 10 Вт, элемент Пельтье должен иметь мощность 50 Вт. режимы питания для управления элементами Пельтье с регуляторами ТЭО. Термоэлектрические охладители работают на эффекте Пельтье и перекачивают тепло с одной стороны на другую. Для поддержания направления теплового потока необходим постоянный ток.
Во многих контроллерах TEC ШИМ используется для управления элементами Пельтье. В целом это означает упрощение аппаратного и логического управления выходом. Для высоких частот ток ШИМ можно рассматривать как постоянный ток той же амплитуды. Однако модули ТЭО, управляемые ШИМ, всегда менее эффективны, чем приложения ТЭО, управляемые постоянным током. Непосредственное управление TEC с помощью ШИМ делает схему более подверженной помехам, может привести к высоким переходным напряжениям и, как правило, менее эффективной.
Другая проблема заключается в том, что ШИМ может вызывать электромагнитные помехи (ЭМП) в проводке, ведущей к устройству ТЕС. Этот эффект может нарушить работу измерительных систем или камер, т.е. при использовании для охлаждения ПЗС-сенсоров.
Рекомендации производителей
Производители элементов Пельтье предлагают использовать постоянный ток и ограничение пульсаций тока для регулирования выходного тока. Они явно не рекомендуют использовать прямое ШИМ-управление элементами Пельтье:
- Ferrotec: «Однако мы рекомендуем ограничить пульсации источника питания до максимум 10 процентов, предпочтительное значение <5%.
» - РМТ: «ТЭП [элементы Пельтье], управляемые ШИМ, работают менее эффективно, чем на постоянном токе. ШИМ-управление всегда менее эффективно, чем работа ТЭМ при тех же средних значениях постоянного тока и потребляемой мощности.»
- Марлоу: «Термоэлектрические охладители требуют плавного постоянного тока для оптимальной работы. Коэффициент пульсаций менее 10% приведет к снижению ∆T менее чем на 1%. […] Марлоу не рекомендует управление ВКЛ/ВЫКЛ. »
»По указанным выше причинам компания Meerstetter продает только контроллеры TEC с питанием от постоянного тока.
—> Купить TEC-контроллер здесь
Сравнение двух TEC-контроллеров
Мы сравнили TEC-контроллер Meerstetter Engineering с постоянным током (вариант 1) с ШИМ-контроллером TEC (вариант 2) другого производителя, чтобы подчеркнуть разницу. между термоэлектрическими системами охлаждения, питающимися от постоянного тока, и системами, использующими ШИМ. Цель состоит в том, чтобы сравнить общую энергоэффективность.
Оба контроллера выполняют одну и ту же задачу, но с точки зрения эффективности разница весьма разительна.
В состав установки входят следующие компоненты:
- Блок питания контроллера ТЭО
- Контроллер ТЭО
- Охлаждаемый объект (нагрузка 1 Вт)
- Элемент Пельтье
- Радиатор
- Вентилятор 0 для охлаждения радиатора2
В качестве целевой температуры для нагрузки мощностью 1 Вт в качестве охлаждаемого объекта мы выбрали в обоих случаях 10 °C при температуре окружающей среды 24,5 °C.
Результаты представлены на следующем рисунке и обсуждаются ниже.
Сравнение двух контроллеров TEC
Замечательные отличия и наблюдения: W)
dT = T HS — T O = T ammb + ΔT HS — T O
