Применение элементов пельтье: Элемент Пельтье : описание, подключение, схема, характеристики

Содержание

Применение элемента пельтье

Буквально на днях на канале YouTube смотрел фильм, где автор рассказывает об инновационной идее обогрева помещения с использованием термомодулей. Судя по дате размещения фильма, на дворе был год. К началу следующего отопительного сезона изобретатель Кондрашов А. Работает такой термомодуль при подведении постоянного электрического тока напряжением 15 В как высокоэффективный тепловой насос. В зимнее время он работают на обогрев помещения, а с наступлением лета будет работать на охлаждение воздуха, подобно кондиционеру. Для этого достаточно будет поменять полярность подключения термомодуля к источнику тока.


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. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Элемент Пельтье 135 Вт, генерация электроэнергии? ЧАСТЬ # 1

Электронщик


В основном, эта разница температур в пределах от 15 до 25 градусов цельсия. Своими словами: Это, пластина с двумя выводами, толщиной около 4 мм. Если подать ток на выводы контакты элемента, то одна его сторона нагревается, а другая охлаждается. Если сменить полярность, то и температуры, на стенках, так же поменяются на противоположные.

В основном, каждый из элементов состоит из ми полупроводников, соединённых последовательно. Из-за этого стоит помнить, что при выходе из строя одного из них, весь элемент придет в негодность. Полярность у которого будет зависеть от того, какую именно сторону будут нагревать. Важно помнить о граничной температуре. Это значит, что если температура нагрева приблизится к этому значению, вероятно весь элемент выйдет из строя расплавится и развалится.

В работе, при охлаждении чего либо с помощью элементов Пельтье, не стоит забывать отводить высокую температуру с обратной стороны элемента. Так как это может привести к разрушению элемента. В автомобильный холодильниках, упоминавшихся ранее, стоит воздухоотвод, который выводит наружу горячий воздух.

Элементы Пельтье уже перестали быть экзотическим продуктом из мира фантастики, и стали доступны по цене для всякого рода экспериментаторов, поэтому количество новинок, на его основе заметно возросло. Но в случае с последним, зачастую элемент не справляется при сильной загрузке компьютера, даже при использовании температурного аккумулятора. Но об этом в следующей статье. Ваш e-mail не будет опубликован.

Оглавление 1 Элемент Пельтье. Что это такое. Похожие записи: Солнечная батарея своими руками. Солнечная батарея для телефона.

Фонарь FlashTorch разжигает огонь. Топ 10 смартфонов по продолжительности работы. Как подключить светодиод? Как проверить реле холодильника. Беспроводная зарядка для смартфона. Батарейки заряжают себя сами. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован.


Полупроводниковые холодильники Пельтье

На практике данное устройство создает температурную разность на разных концах поверхности при протекании энергии электрического тока. Одним из наиболее простейших вариантов данного устройства Пельтье в практическом использовании является модификация ТЕС, изображенная на рисунке 1. Элемент Пельтье — преобразователь термический, электрический ТЕС В корне принципа работы положен термоэлектрический эффект Пельтье. К ним предъявляются высокие требования к эксплуатации, при невыполнении которых, устройство быстро выходит из строя.

Впервые я столкнулся с элементами Пельтье (далее — ЭП) несколько лет назад, когда разрабатывал устройство охлаждения для аквариума. Сегодня .

Применение элементов Пельтье. Лайфхак для любопытных

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. Последний раз. Зарегистрироваться Логин или эл. Напомнить пароль Пароль.

Вы точно человек?

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника. Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

Эффекты Пельтье и Зеебека на данном этапе становления альтернативной энергетики заинтересовали ученых как возможный перспективный метод получения электричества. Единственной сложностью, тормозящей промышленное использование подобных элементов, является их низкий КПД.

Элемент Пельтье

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например элементы Пельтье применяются в маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров и кроме того необходимая 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.

Элемент Пельтье, принцип работы

Элемент Пельтье — это специальный термоэлектрический преобразователь, который работает по одноименному принципу Пельтье — возникновении разности температур во время подачи электрического тока. В английском языке чаще всего упоминается как ТЕС, что в переводе означает термоэлектрический охладитель. Работа элемента Пельтье базируется на контакте двух токопроводящих материалов, которые обладают разным уровнем энергии электронов в зоне проводимости. При подаче электрического тока через подобную связь, электрон приобретает высокую энергию , чтобы потом перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. В момент поглощения этой энергии осуществляется охлаждение места охлаждения проводников. Если же ток протекает в обратном направлении — то это приводит к нагреванию места контакта и к обычному тепловому эффекту. Если с одной стороны сделать хороший отвод тепла, например, при использовании радиаторных систем, то холодная сторона сможет обеспечить очень низкую температуру, которая на десятки градусов будет ниже температуры окружающего мира. Величина тока пропорциональна степени охлаждения.

Если у Вас задача просто отвести тепло от процессора транзистора и т.д. применение элемента Пельтье невыгодно т.к.

Обогрев помещения с помощью элементов Пельтье. Миф или реальность?

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.

В основном, эта разница температур в пределах от 15 до 25 градусов цельсия. Своими словами: Это, пластина с двумя выводами, толщиной около 4 мм. Если подать ток на выводы контакты элемента, то одна его сторона нагревается, а другая охлаждается. Если сменить полярность, то и температуры, на стенках, так же поменяются на противоположные.

Впервые я столкнулся с элементами Пельтье ЭП несколько лет назад, когда разрабатывал устройство охлаждения воды в аквариуме. Сегодня ЭП стали еще более доступными, а сфера их применения существенно расширилась.

В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC от англ. 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.

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация.


Элемент Пельтье — это… Что такое Элемент Пельтье?

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

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.

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

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). 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.

Достоинства и недостатки

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. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

В батареях элементов Пельтье[1] возможно достижение теоретически очень большой разницы температур, в связи с этим лучше использовать импульсный метод регулирования температуры, благодаря которому можно снизить также потребление энергии.

Применение

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, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, необходимая 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. Это позволяет достичь температур на 30—40 К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 для одностадийних холодильников и до −120 для двухстадийных).

Элементы Пельтье применяются также в качестве источника электрической энергии. Это возможно в случае, когда доступен источник тепловой энергии (геотермальный источник, печь, костер) или просто два близко расположенных объекта с разной температурой (трубопроводы горячей и холодной воды, нагретая на солнце металлическая пластина и сосуд со снегом или водой). Такой источник электрической энергии может быть применен для питания измерительной и сигнальной аппаратуры, а также для заряда аккумуляторов различных электронных устройств. http://poselenie.ucoz.ru/publ/6-1-0-45 http://overland-botsman.narod.ru/termogen.htm

Ссылки

Примечания

Элемент Пельтье


Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Принцип действия

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

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.

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 твёрдого раствора SiGe), 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). 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 °C.

Достоинства и недостатки

Достоинством элемента Пельтье являются 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. 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. Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД, а элементы Пельтье нашли широкое применение в технике, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал для элемента Пельтье же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами — хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

В батареях элементов Пельтье 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.

Применение

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, малогабаритных автомобильных холодильниках, охлаждаемых банкетных тележках, применяемых в общественном питании, так как применение компрессорной холодильной установки в этом случае невозможно или нецелесообразно из-за габаритных ограничений, 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. Это позволяет достичь температур на 30—40 градусов ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 °C для одностадийных холодильников и до −120 °C для двухстадийных).

Некоторые энтузиасты используют модуль Пельтье для охлаждения процессоров при необходимости экстремального охлаждения без азота. До азотного охлаждения использовали именно такой способ.

«Электрогенератор Пельтье» (более корректно было бы «генератор Зеебека», но неточное название устоялось) — модуль для генерации электричества, термоэлектрический генераторный модуль, аббревиатура GM, ТGM. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:

  • непосредственно преобразователь разницы температур в электричество на модуле Пельтье,
  • источник тепловой энергии для нагрева преобразователя (например, газовая или бензиновая горелка, твердотопливная печь и т. д.)

  • ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЛЬТЬЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

    ΔTmax. Imax. Umax. Qmax.

    Термоэлектрические модули фирмы Криотерм Кирюша А.М. В настоящее время термоэлектрические модули (ТЭМ) широко применяются в оптоэлектронике, лазерной технике, а также для охлаждения мощных тепловыделяющих

    Подробнее

    концентрации газа свободных электронов

    КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ: ТЕРМОЭМИСИЯ, ТЕРМО-ЭДС, ЭФФЕКТ ПЕЛЬТЬЕ. К термоэлектрическим явлениям относят явления, происходящие в области перехода между частями твердого

    Подробнее

    ЗАВИСИМОСТЬ ОТ СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

    Мелешкина Ирина Игоревна студентка Шарова Юлия Александровна студентка Бегичева Светлана Викторовна старший преподаватель ФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет» г. Екатеринбург,

    Подробнее

    Center of Scientific Cooperation «Interactive plus»

    Орлова Ксения Максимовна студентка Cапунова Татьяна Алексеевна канд. экон. наук, доцент, преподаватель НАН ЧОУ ВО «Академия маркетинга и социальноинформационных технологий ИМСИТ» г. Краснодар, Краснодарский

    Подробнее

    Scientific Cooperation Center «Interactive plus»

    Шаталова Полина Вячеславовна студентка Лошкарёв Андрей Викторович канд. юрид. наук, доцент Институт права Чуракова Екатерина Николаевна канд. юрид. наук, доцент Институт права АДМИНИСТРАТИВНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ

    Подробнее

    ДУБЛИРУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ ФОРМАТ В ВИДЕ ГАДЖЕТА

    Патраль Альберт Владимирович старший научный сотрудник ФГУП «Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки» г. Санкт-Петербург ДУБЛИРУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ ФОРМАТ В ВИДЕ ГАДЖЕТА Аннотация:

    Подробнее

    УРОВНИ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ

    Рабаданова Айшат Арсланалиевна аспирант ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный педагогический университет» тьютор-куратор Бизнес-колледжа ГАОУ ВО «Дагестанский государственный университет народного хозяйства»

    Подробнее

    Руководство по монтажу и эксплуатации.

    Регулятор Давления Конденсации РДК-8 Руководство по монтажу и эксплуатации. Регулятор давления компенсации РДК-8 (далее прибор), является микропроцессорной системой и предназначен для обеспечения работоспособности

    Подробнее

    Схема управления элементом пельтье. Применение элементов пельтье в радиолюбительских конструкциях

    Контроллер пельтье является полупроводниковым устройством, предназначенным для охлаждения или нагрева термостабилизируемого объекта в зависимости от направления протекающего тока. Использование контроллера пельтья позволяет точно регулировать температуру объекта, управляя направлением и величиной тока.

    Мы производим широкий спектр контроллеров пельтья.

    Основные особенности серии TECA1-xV-xV-D: высокая эффективность и стабильность тока, компактные размеры. Максимальный ток составляет 2,5А. Эта серия часто используются для регулирования температуры в лазерных системах.

    TEC5V4A-D практически идентичен описанным выше TECA1-xV-xV-D за исключением большего максимального выходного тока в 4А вместо 2.5A.

    TEC5V6A-D контроллер имеет ту же цоколевку, что и предыдущие 2 контроллера.

    ATEC24V10A-D контроллер находится в стадии разработки. Это серия будет позволять работать с высоким входным напряжением, высоким выходным током, обладать высокой энергетической эффективностью и небольшим размером.

    ATFC105D является контроллером пельтье с цифровым управлением. Он поставляется с клавиатурой и цифровым дисплеем, может быть запрограммирован на месте, допускает высокое входное напряжение и большой выходной ток.

    Большинство этих контроллеров термоэлектрических охладителей хорошо совместимо с нашими термоэлектрическими модулями, терморезисторами и теплопроводящими материалами.

    Эффективность: 90%

    Максимум выходной ток: 2.5A

    Максимум Выходное напряжение: регулируется извне от 0В до Vps -Iout * 0,1

    Напряжение питания: 3.1V до 3.5V или 4.75 до 5.25 (Укажите 3.3V или 5V при заказе)

    Заданная температура. управляющее напряжение: 0 до 3,0 Вで

    Пакет: DIP-пакет

    Купить Сейчас В запасе: 15

    (В Разработке)

    Это компактный высокой эффективности электронный модуль, дизайн для управления ТECs (термоэлектрические модули) для регулирования температуры целевого объекта в пределах заранее установленного температурного окна.Основное преимущество использования этого контроллера, чтобы сохранить энергию для систем с батарейным питанием: в течение большей части времени работы, цель находится в пределах установленного окна, и контроллер TEC не включен, только иногда, целевая температура выходит за предустановки окна и контроллер TEC включен принести заданную температуру обратно, чтобы быть в пределах.

    Время изготовления: 4 недели

    (В Разработке)

    Высокая Выходное напряжение: 24V

    Высокая Выходной ток: 10A

    Высокая эффективность: >96%

    Высокая температурная стабильность:

    Программируемый Ограничение тока

    Полное экранирование

    Компактный размер: 38,8 х 34,5 х 7,5 (мм)

    DIP и SMT пакеты доступные

    100% Бессвинца (Pb) — и Соответствует RoHS

    Время изготовления: 4 недели

    Приветствую тебя читатель banggood астрологи объявили неделю Пельтье поэтому в обзоре речь пойдёт об одном интересном применении данной штуковины. Милости просим под CUT.

    Начнём с ликбеза

    Как говорит википедия «Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.» Я уверен что после этой фразы понятнее не стало).

    Ок попробуем иначе. Представьте себе специфический аквариум, состоящий из зон двух типов. В первой зоне аквариума рыбки плавают быстро во второй медленно. Ещё представим себе на границах зон лопасти, крутящиеся в воде. Правила следующие 1) рыбка переплывает в другую зону только тогда когда её скорость соответствует скорости установленной для зоны.2) при переходе границ зоны рыбка может взаимодействовать с лопастями для увеличения либо для уменьшения своей скорости. Теперь представим несколько зон расположенных последовательно. (зоны с более высокой скоростью назовём З+ с низкой З-) Рыбка находится в З+ она хочет перейти в З- она взаимодействует с лопастью на границе и начинает плыть медленнее, при этом лопасти (на границе З+/З-) начинают крутиться быстрее. Далее рыбка хочет перейти в следующую зону З+ ей надо ускориться она взаимодействует с лопастью на границе З-/З+ и ускоряется при этом лопасть начинает крутиться медленнее. Далее всё повторяется. Можно заметить что одни лопасти будут замедлятся а другие ускорятся. Элемент Пельтье работает по аналогичному принципу. Вместо рыбок там электроны вместо скорости рыбок энергия электронов в полупроводниках. При протекании тока через контакт 2х полупроводников, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников,
    При этом чем больше ток тем выше эффект переноса энергии, энергия именно переноситься (а не волшебным образом пропадает) от «холодной» стороны к «горячей», поэтому элемент Пельтье способен охлаждать предметы до температуры ниже комнатной (проще говоря это полупроводниковый тепловой насос). Если у Вас задача просто отвести тепло от процессора транзистора и т.д. применение элемента Пельтье невыгодно т.к. Вам понадобиться Радиатор способный передать в окружающую среду тепло от охлаждаемого объекта + тепло возникающее при работе элемента Пельтье. Думаю с теорией покончено можно двигаться дальше.
    Давайте посмотрим как по мнению спонсора обзора выглядит 13,90 зелени.

    Модуль представляет из себя этакий 5 уровневый бутерброд, он состоит из пары радиаторов и вентиляторов и собственно самого элемента Пельтье.
    Вентилятор большего размера предназначен для отвода тепла. При приложении усилия его можно снять без выкручивания шурупов.
    Вентилятор самый обыкновенный (Питание 12В размер 90мм) прикрыт решёткой, изначально вентилятор установлен на отвод воздуха.

    На противоположной стороне малый вентилятор (Питание 12В размер 40мм)
    Малыш прикручен на совесть
    Посмотрим на радиаторы
    Большой радиатор размером 100мм*120мм высота 20мм
    Малый радиатор 40мм*40мм высота 20мм. Радиаторы скреплены двумя винтами, в малом радиаторе нарезана резьба. При снятии радиатора обнаружена термопаста это хорошо, но можно увидеть что есть недожим.
    Контакт с большим радиатором идеальным тоже не назовёшь.
    Главный вывод — если хотите выжать из этого модуля максимум то обязательно загляните под радиаторы. А если стереть термопасту то можно увидеть что тут установлен элемент TEC1-12705 (размер 40мм*40мм*4мм) хотя заявлен более мощный TEC1-12706. Мануал на TEC1-12705

    Снимем малый радиатор и попробуем запустить модуль замерив температуры «тёплой» и «холодной» сторон.
    Температура «холодной» стороны -16,1 «горячей» 37,5 дельта 53,6. ток потребления при 12В составил 4,2А.
    На режим элемент Пельтье вышел через 90с.

    А теперь весёлая часть.
    Находим металлическую и блестящую пластину и делаем в ней отверстие для термопары.
    Кладём термопасту и устанавливаем термопару
    Далее изготавливаем узконаправленный фотоприёмник и фотодиод из чёрной бумаги и обычных компонентов

    Собираем готовое устройство вспоминая правило «угол падения равен углу отражения»
    Кто догадался что это такое? Это прибор (ну точнее модель для демонстрации принципа действия) для определения температуры точки росы/относительной влажности воздуха. Действует следующим образом: ИК-светодиод светит в отражающую пластинку, после отражения свет от ИК-светодиода попадает на ИК-фотодиод. С обратносмещённого ИК-фотодиода снимается сигнал напряжения. При охлаждении пластинки до температуры точки росы на ней начинает собираться конденсат, интенсивность отражаемого излучения падает, сигнал на фотодиоде изменяется. Регистрируя температуру пластины, и окружающего воздуха можно найти относительную влажность. Для работы я использовал Brymen BM869 (с самодельным кабелем и софтом) и Uni-t UT61E
    Ниже представлен результат
    Рыжий график температура пластины, синий график сигнал с фотодиода. Будем считать момент, когда напряжение с фотодиода изменилось на половину от общего изменения напряжения есть момент выпадения конденсата. Исходя из поставленных условий измеренная температура точки росы в комнате +9С.Температура окружающего воздуха 26,7 (на графиках не отображалась т.к. она была неизменна).Одновременно я запустил модуль HTU21 и наблюдал за показаниями в терминале.(скриншот терминала добавлен к графику).Далее я использовал онлайн калькулятор для пересчёта влажности в температуру точки росы
    Результат пересчёта влажности с HTU21 в температуру точки росы совпал с измеренной напрямую температурой точки росы. Это значит, что если описанным выше методом определять точку росы, а затем делать пересчёт, то можно достаточно точно определять влажность (Ну естественно если делать всё по-взрослому). Данный метод называется методом охлаждаемого зеркала, а гигрометры, построенные на таком принципе, называются конденсационными. Надеюсь вам понравился обзор, и Вы узнали для себя что-то новое. Всем спасибо за внимание.

    Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

    Планирую купить +13 Добавить в избранное Обзор понравился +59 +108

    Отличительные особенности:

    • Непосредственное управление в токовом режиме предотвращает броски тока в термоэлектрических (TEC) модулях
    • Встроенные силовые MOSFET
    • Высокоэффективная, импульсная конструкция
    • Функция ограничения пульсаций для снижения уровня шумов
    • Отсутствие мертвой зоны, или рыскания в режимах малого выходного тока
    • Регулируемый предел напряжения TEC модуля
    • Раздельное управление пределами токов нагрева и охлаждения
    • Выход ITEC обеспечивает мониторинг тока TEC модуля
    • ИОН с погрешность 1%
    • Частота преобразования 500 кГц/ 1 МГц
      Выходной ток 3А (MAX1968)
      Выходной ток 6А (MAX1969)
    • Термо- оптимизированный корпус TSSOP-EP

    Области применения:

    • Оптоволоконные лазерные модули
    • Системы температурного контроля лазерных диодов в системах WDM, DWDM (wavelength division multiplexing — мультиплексирование по длине волны, dense wavelength division multiplexing — мультиплексирование с разделением по спектральной плотности)
    • Сетевое оптоволоконное оборудование
    • Оптические усилители EDFA (erbium-doped fiber amplifier — волоконный усилитель, легированный эрбием)
    • Телекоммуникационные оптоволоконные интерфейсы
    • Автоматическое тестовое оборудование
    • Оборудование биотехнологических лабораторий

    Типовая схема включения:

    Расположение выводов:

    Описание:

    ИС MAX1968/MAX1969 имеют высокую степень интеграции и являются экономически — эффективными, высокопроизводительными драйверами импульсного режима TEC- термоэлектрических (охлаждающих) модулей Пелтье. Обе ИС обеспечивают непосредственное управление токовым режимом, для исключения бросков тока в модулях TEC. Встроенные FET снижают число необходимых подключаемых внешних элементов, и одновременно, повышают эффективность управления. Режим управления с частотой 500 кГц/1 МГц и уникальная система подавления пульсаций сокращают размеры используемых компонентов и уровень шумов.

    ИС MAX1968 имеет однополярное питание и обеспечивает биполярный выходной сигнал управления 3 А путем включения модуля TEC между выходами двух синхронных понижающих стабилизаторов. Биполярный режим позволяет осуществлять температурный контроль без образования мертвых зон, или других нелинейностей при низких токах нагрузки. Такая реализация схемы управления обеспечивает отсутствие «рыскания» при приближении состояния системы к пороговой точке управления, требующей небольшого уровня охлаждения или нагрева системы. Аналоговый управляющий сигнал прецизионно устанавливает ток TEC модуля. ИС MAX1969 обеспечивает униполярный сигнал управления, вплоть до 6А. Отказоустойчивость оптимизируется установкой регулируемых порогов, как для напряжения, так и для тока модулей с раздельной установкой пределов тока нагрева и охлаждения. Аналоговый выход, также, осуществляет мониторинг тока TEC модуля.

    Как термоэлектрическое охлаждение использует эффект Пельтье

    Термоэлектрическое охлаждение достигается за счет использования эффекта Пельтье. Эффект Пельтье относится к термоэлектрическому явлению передачи тепловой энергии между двумя материалами при прохождении через них электрического тока. Это явление приводит к присоединению или отводу тепла. Теплопередача пропорциональна току, а также обратима. Это явление было открыто в 1834 году Джоном Пельтье.

    Эффект Пельтье используется в тепловых насосах, которые отводят тепло (хотя они также могут добавлять тепло) с помощью управляемого обратимого твердотельного устройства (что означает отсутствие механических частей).Твердотельные тепловые насосы, использующие эффект Пельтье, эффективно передают тепло с одной стороны устройства на другую.

    Другие общие названия для этих типов устройств включают устройство Пельтье, твердотельный холодильник, термоэлектрический охладитель (TEC) и тепловой насос Пельтье. Наиболее распространенным применением этих устройств является охлаждение с требованиями по отводу тепла от нескольких тысяч ватт до милливатт.

    Эффект Пельтье и термоэлектрические охладители (TEC)

    ТЭП

    — это полупроводниковые устройства Пельтье, которые при подаче постоянного тока передают тепло с одной стороны на другую.Это означает, что одна сторона устройства будет производить холод, а другая — тепло. Нагретая сторона часто прикрепляется к радиатору, чтобы устройство можно было использовать для охлаждения.

    Применение потребительских товаров для TEC варьируется от портативных холодильников до увлажнителей, охладителей напитков и холодильников. В научной сфере ТЭО используются в спутниках, космических кораблях, компьютерных компонентах (таких как процессорные кулеры), для охлаждения лазеров, используемых в оптоволоконных сетях связи, и т. д.

    Фононные и Пельтье ТЭО

    Phononic проектирует и разрабатывает инновационные, высокопроизводительные TEC для приложений телекоммуникаций и передачи данных. По сравнению со стандартной производительностью наши TEC обеспечивают на 60 % более высокую плотность теплового насоса и на 30 % более низкое энергопотребление при очень тонком форм-факторе для поддержки сменных приемопередатчиков. Настраиваемые решения TEC доступны для всех распространенных типов приемопередатчиков: TOSA, SFP, QSFP и OSFP.

    TEC- Термоэлектрический охладитель — Wili® Co., Ltd

     

     

    Контроллеры

    TEC используются для термоэлектрического охлаждения и нагрева в сочетании с элементами Пельтье или резистивными нагревателями.Элементы Пельтье — это тепловые насосы, которые переносят тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрического тока. Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
    В этом руководстве по проектированию системы содержится информация о том, как спроектировать простую систему термоэлектрического охлаждения с использованием контроллеров ТЕС и элементов Пельтье. При разработке термоэлектрического приложения охлаждение является критической частью. Итак, мы возьмем случай охлаждения объекта в качестве примера для руководства по проектированию.

    Обзор контроллера TEC

    Содержимое

    • Исходная информация
    • Типовая термоэлектрическая система
    • Тепловая схема
    • Процесс проектирования
      • 1. Оценка тепловых нагрузок
      • 2. Определение температуры
      • 3. Выбор элемента Пельтье
      • 4. Выбор контроллера TEC
      • 5. Радиатор
      • 6. Вентилятор
      • 7. Пример расчета
      • 8.Датчики температуры
      • 9. Требования к источнику питания
      • 10. Проверьте настройки
      • 11. Термоэлектрические охлаждающие узлы

    Проектирование полной термоэлектрической системы может оказаться сложной задачей. Однако для более простой системы не стоит теряться в деталях. Это руководство является отправной точкой для оценки конструктивных параметров с некоторыми упрощениями для нового применения термоэлектрического охлаждения.
    Шаг за шагом проходим все необходимые этапы проектирования, выделяем важные моменты и наконец просчитываем пример приложения.Рассмотрим систему с однокаскадным элементом Пельтье. Многоступенчатые элементы Пельтье достигают более низких температур, но их конструкция более сложна.

    Консультации по сложным теплотехническим проектам

    Мы сотрудничаем с Elinter AG, поставщиком полных, более сложных решений в области теплового проектирования. Elinter может помочь вам в разработке вашего термоэлектрического приложения. Это включает в себя моделирование, проектирование, механическую конструкцию, а также выбор подходящей электроники, радиаторов и тепловых трубок.

    Термоэлектрическое охлаждение Видео

    В этом видео объясняются основы термоэлектрического охлаждения. Мы приводим примеры важных шагов проектирования для успешного проектирования термоэлектрического приложения с использованием контроллеров ТЭО и элементов Пельтье.

     

    Термоэлектрическое охлаждение и нагрев используются для различных применений, даже когда требуется активное охлаждение ниже температуры окружающей среды или высокая точность температуры (стабильность <0,01 °C). Контроллер ТЭО — источник тока для элемента Пельтье — в сочетании с элементом Пельтье активно регулирует температуру данного объекта.Это делается без акустических и электрических шумов, вибраций и механических движущихся частей. Переход от охлаждения к нагреву возможен путем изменения направления тока без каких-либо механических изменений.

    Существуют температурные ограничения при работе с элементами Пельтье. Они доступны с максимальной рабочей температурой 200 °C, где этот предел определяется температурой оплавления припоя и герметика. Другим ограничением является максимальная температура между горячей и холодной сторонами элемента Пельтье.В общих приложениях разница около 50 К может быть реализована с помощью одного элемента каскада.
    При использовании элемента Пельтье в качестве термоэлектрического охладителя существует предел, при котором температура снова будет повышаться по мере увеличения подаваемого тока. Это происходит из-за рассеивания мощности (I2R) внутри элемента Пельтье при потреблении большего тока, чем Imax.

    Типовая термоэлектрическая система

    Основными частями термоэлектрической системы охлаждения, которые имеют отношение к нашему процессу проектирования, являются следующие:

    • Контроллер ТЕС
    • Элемент Пельтье
    • Радиатор

    Еще одна важная часть, напарник радиатора, не видна напрямую.Это окружающий воздух с его температурой, где тепло рассеивается.
    Помимо упомянутых выше частей, в комплексном приложении важны и другие компоненты. Это, например, датчики температуры, программное обеспечение для настройки и мониторинга контроллера TEC, вентилятор и, конечно же, источник питания.

    В следующем видеоролике представлен обзор контроллеров семейства TEC и их функций.

     

    Тепловая схема

    На этой схеме простой термоэлектрической системы показаны объекты, участвующие в пути теплового потока от объекта к окружающему воздуху.Это упрощенная схема, в которой мы предполагаем идеальную теплоизоляцию объектов, напр. температура объектов не зависит от конвекции. (Q — теплоемкость каждой детали.)


    Упрощенная схема системы охлаждения


    Следующая, еще более упрощенная схема, представляет систему охлаждения и соответствующую температурную диаграмму справа. В данном случае объект охлаждается до -5 °С холодной стороной элемента Пельтье.Горячая сторона элемента Пельтье имеет температуру 35°С. Радиатор отдает тепло окружающему воздуху, температура которого составляет 25 °C.

     


    Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая диаграмма температуры

    Процесс проектирования

    При проектировании термоэлектрического охлаждения необходимо выполнить следующие шаги:

    1. Расчет тепловой нагрузки охлаждаемого объекта
    2. Определить рабочий диапазон температуры объекта и радиатора
    3. Выберите элемент Пельтье, удовлетворяющий требованиям
    4. Выберите контроллер TEC с подходящим диапазоном мощности
    5. Выберите радиатор для элемента Пельтье
    6. Выберите вентилятор для обдува радиатора (дополнительно)
    7. Выберите датчик температуры объекта и дополнительный датчик раковины
    8. Выберите источник питания для контроллера TEC

    Это повторяющийся процесс.Протестируйте свою экспериментальную установку, улучшите ее, повторите вышеописанные шаги.

    1. Оценка тепловых нагрузок

    Важным параметром является количество тепла, которое должно быть поглощено от объекта холодной поверхностью ТЭМ или элемента Пельтье. (QC [Вт])
    В зависимости от применения следует учитывать различные типы тепловой нагрузки:

    • Рассеиваемая мощность
    • Радиация
    • Конвективный
    • Проводящий
    • Динамический (dQ/dt)

    Эти нагрузки суммируются в тепловой нагрузке QC , которая передается с холодной стороны на горячую, где расположен радиатор.

    2. Определение температуры

    Обычно задача состоит в том, чтобы охладить объект до некоторой заданной температуры. Если охлаждаемый объект находится в контакте с холодной поверхностью термоэлектрического модуля, температуру объекта можно считать равной температуре холодной стороны элемента Пельтье через определенное время.

    При определении применения термоэлектрического охлаждения важны два конструктивных параметра.

    • Температура объекта TO (температура холодной стороны) [°C]
    • THS температура радиатора (температура горячей стороны) [°C] = Tamb + ΔTHS
      См. раздел 5.Радиатор для получения дополнительной информации.

    Разница между TO и THS известна как dT (ΔT или deltaT) [K]:
    dT = THS — TO = Tamb + ΔTHS — TO

    3. Выбор элемента Пельтье/модуля ТЕМ

    Элемент Пельтье создает разницу температур между обеими его сторонами из-за протекания тока. Этот раздел основан на справочной информации со следующих страниц:

    • Элементы Пельтье
    • Эффективность элемента Пельтье

    Одним из важных критериев является коэффициент полезного действия (COP) при выборе элемента Пельтье.Определение COP – это тепло, поглощаемое на холодной стороне, деленное на входную мощность элемента Пельтье: COP = QC / Pel
    . Результатом максимального COP является минимальная входная мощность Пельтье, поэтому минимальное общее количество тепла рассеивается теплом. раковина. (Qh = QC + Pel). Следовательно, мы пытаемся найти рабочий ток, который в сочетании с определенным dT приводит к оптимальному COP.

    Наконец, мы получаем оценку для Qmax, которая позволяет нам выбрать элемент Пельтье.

    Добавляем расчетный запас на

    • выбор элемента Пельтье с большей, чем требуется, мощностью теплового насоса,
    • путем разработки системы с рабочим током значительно ниже Imax элемента Пельтье,
    • или в качестве третьего варианта, увеличив размер радиатора или добавив к нему вентилятор для поддержания низкой температуры горячей стороны.

    При применении этих мер изменение температуры окружающей среды или активной тепловой нагрузки не приводит к тепловому разгону.

    Список дистрибьюторов см. на странице Элементы Пельтье.

    4. Выбор контроллера TEC

    Контроллер TEC регулирует ток, подаваемый на элемент Пельтье, в соответствии с желаемой температурой объекта и фактической измеренной температурой объекта.

    • Meerstetter Engineering TEC Controller Products
    • Руководство по настройке контроллера TEC — пошаговое руководство, помогающее настроить контроллер
    • Примечания к контроллеру TEC — информация о том, как подключить аксессуары к контроллеру TEC
    • TEC Family Руководство пользователя (PDF) — подробная информация о функциональности контроллеров TEC

    Мы выбираем рабочий ток для достижения оптимального COP.Основываясь на этом токе, мы выбираем контроллер ТЭО, а не на основе Imax.

    Одноканальные контроллеры TEC:

    • I < 1,2 А TEC-1092 (9,6 В)
    • 1,2–4 А TEC-1091 (21 В)
    • 4–10 А TEC-1089 (21 В)
    • 10–16 А TEC-1090 (30 В)

    Двухканальные контроллеры TEC в параллельном режиме:

    • 16–20 А TEC-1122 (21 В)
    • 20–32 А TEC-1123 (30 В)

    Обзор см. на странице продукта контроллера TEC.

    5. Радиатор

    Радиатор поглощает тепловую нагрузку на горячей стороне элемента Пельтье и рассеивает ее в окружающий воздух.

    Необходимо сделать запас по размерам радиатора, чтобы не допустить слишком высокой температуры. Следующая диаграмма показывает, что теплота Qh, отводимая элементом Пельтье, может в 2,6 раза превышать Qmax. Это связано с внутренним выделением тепла в элементе Пельтье во время откачки тепла.Следовательно, общее количество тепла, которое должно быть рассеяно на радиаторе, состоит из тепла объекта и тепла, производимого внутри элемента Пельтье.

    На приведенном ниже графике показана зависимость между теплом, отводимым элементом Пельтье, и током для различных значений dT. Используйте графики, предоставленные производителем элемента Пельтье, для оценки тепла, рассеиваемого радиатором.

    Поскольку радиатор должен вписываться в приложение по своей форме и размерам, эффективность контроллера TEC также играет решающую роль, поскольку размер радиатора связан с ним.В зависимости от ваших требований, решением может стать изготовленный на заказ радиатор или тепловая трубка.

    Тепловое сопротивление рассчитывается по формуле: RthHS = ΔTHS / Qh [K/Вт]
    ΔTHS = разница температур между радиатором и температурой окружающего воздуха [K]
    Qh = общая тепловая нагрузка (объект + потери на элементе Пельтье) [Вт ]

    Для оценки ΔTHS учитывайте максимально возможную температуру окружающей среды, чтобы в этом случае ваши расчеты были верны.

    Зависимость отведенного тепла от dT

    На следующем графике показано соотношение между Qh и QC для различных значений dT.Отношение возрастает экспоненциально при каждом увеличении dT. Это означает, что при больших dT большое количество тепла рассеивается радиатором при сравнительно небольшом количестве тепла, поглощаемом на холодной стороне элемента Пельтье.

    Мы также можем использовать этот график для оценки результирующего теплоотвода на основе количества переданного тепла QC, даже до выбора элемента Пельтье.

    Для расчета теплового сопротивления мы принимаем реалистичное значение dTHS. Поскольку мы еще не знаем реального Qh, мы оцениваем его по приведенному выше графику.

    Найдите отношение Qh/QC при данных токе и dT.

    Выберите желаемую разницу температур радиатора и температуры окружающего воздуха ΔTHS.

    Теперь мы можем заменить в приведенной выше формуле для RthHS Qh наше соотношение Qh/QC.

    RthHS = ΔTHS / (соотношение*QC)

    Конечно, размеры остаются в силе только в том случае, если позже мы будем работать с элементом Пельтье в выбранной рабочей точке (т. е. с выбранным током).

    Выбором теплового сопротивления радиатора можно влиять на dT = Tamb + ΔTHS — TO .
    (ΔTHS = Qh/RthHS)

    Дистрибьюторы/Производители
    • Дигикей
    • Радиаторы Fischer Elektronik

    6. Вентилятор

    Вентилятор охлаждения радиатора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху.

    Таким образом, вентилятор увеличивает тепловую производительность. Это уменьшает разницу температур dT или позволяет использовать радиаторы меньшего размера.

    Контроллеры TEC позволяют управлять двумя вентиляторами, которые поддерживают следующие функции:

    • Вход управляющего ШИМ-сигнала для управления скоростью вращения вентилятора.TEC генерирует ШИМ-сигнал частотой 1 кГц или 25 кГц в диапазоне от 0 до 100 %.
    • Выходной сигнал генератора частоты, представляющий скорость вращения. Выход должен быть выходным сигналом с открытым коллектором.

    Рекомендуется использовать вентилятор с таким же напряжением питания, как и напряжение питания контроллера ТЭО.

    Рекомендации вентилятора

    Для получения подробной информации о рекомендуемых функциях вентилятора и оптимальных настройках обратитесь к главе 6 Руководства пользователя TEC Family.3 (PDF).

    Подключение вентилятора к контроллеру TEC

    См. страницу примечаний к контроллеру TEC, чтобы узнать, как подключить вентилятор.

    7. Пример расчетов

    В качестве примера рассчитываем расчетные параметры термоэлектрической системы охлаждения.

    Есть два тепловых параметра, которые необходимы для выбора элемента Пельтье.

    • Максимальная холодопроизводительность Qmax
    • Разница температур dT
    Оценка тепловой нагрузки и определение температуры

    Предположим, что объект с тепловой нагрузкой QC = 10 Вт охлаждается до нуля градусов Цельсия.(TO = 0 °C) Предположим, что температура в помещении составляет 25 °C, а температура радиатора TS ожидается на уровне 30 °C. Таким образом, разница температур между холодной и горячей сторонами элемента Пельтье dT составляет 30 К. Важно помнить, что было бы некорректно рассчитывать dT как разницу между температурой окружающего воздуха и температурой желаемого объекта.

    Выбор модуля Пельтье/ПЭМ

    Наша цель — найти значение Qmax, достаточно большое для покрытия необходимого контроля качества и обеспечивающее наилучший COP.

    На графике производительности по сравнению с током мы обнаруживаем максимум кривой dT = 30 K при токе I/Imax = 0,45. Как правило, это соотношение не должно быть выше 0,7.

    Используя этот коэффициент для тока, мы находим на графике тепловой насос и ток значение QC/Qmax = 0,25 для данной разницы температур dT = 30 K и относительного тока 0,45.

    Теперь мы можем рассчитать Qmax для элемента Пельтье.Qmax = QC / 0,25 = 10 Вт / 0,25 = 40 Вт

    На графике производительности по сравнению с текущим графиком мы находим COP = 0,6 для нашего ранее считанного I/Imax. Это позволяет нам рассчитать Pel = QC / COP = 10 Вт / 0,6 = 16,7 Вт.

    Производители элементов Пельтье предлагают широкий ассортимент элементов. В их продуктовой линейке мы ищем элемент с Qmax 40 Вт. Поскольку у нас есть разница температур dT = 30 K, достаточно одноступенчатого элемента Пельтье.

    В качестве примера выберем элемент Пельтье с Qmax=41 Вт, dTmax=68 K, Imax=5 A и Vmax=15.4 В.

    Рабочий ток и напряжение рассчитываются следующим образом:
    I = Imax * (I/Imax) = 5 A * 0,45 = 2,25 A
    В = Pel / I = 16,7 Вт / 3,83 A = 7,42 В

    Выбор контроллера TEC

    На основании расчетных значений выбираем ТЭО-контроллер ТЭЦ-1091 с выходным током 4 А и выходным напряжением 21 В. Хорошо добавить некоторый расчетный запас, выбрав контроллер ТЭО с более высоким, чем требуется, выходным током. Позже, когда производительность системы станет известна, может оказаться достаточным другой контроллер с меньшей производительностью.

    Радиатор

    Чтобы найти радиатор для элемента Пельтье, нам нужно знать требуемое тепловое сопротивление радиатора. На графике отклоненного тепла и тока мы находим Qh / Qmax = 0,6 для выбранных нами тока и dT. Таким образом, Qh = Qmax * 0,6 = 41 Вт * 0,6 = 24,6 Вт.

    Расчет теплового сопротивления радиатора:
    RthHS = ΔTHS / Qh = 5 K / 24,6 Вт = 0,2 K/Вт
    Нам нужен радиатор с тепловым сопротивлением менее 0,2 K/Вт.

    Приведенные выше расчеты являются первой оценкой параметров термоэлектрической системы охлаждения. Тестирование реальной системы и итерация этапов проектирования необходимы для определения оптимальных параметров системы.

    8. Датчики температуры

    Датчики температуры используются контроллером ТЕС для измерения температуры объектов и температуры радиатора.

    • Датчики температуры — предложения по датчикам температуры (NTC, Pt100, Pt1000)
    Измерение температуры объекта

    Чтобы иметь возможность контролировать температуру объекта, необходимо разместить на объекте температурный зонд (датчик).Обратите внимание, что важно расположить датчик как можно ближе к критической точке на объекте, где вам нужна нужная температура.

    Поскольку измерение температуры объекта требует более высокой точности и большего диапазона, мы предлагаем использовать датчики Pt100. Чтобы иметь возможность измерять температуры намного ниже 0 °C, необходимы датчики Pt100/1000. Это связано с тем, что, если температура становится слишком низкой, датчики NTC нельзя использовать, так как значение сопротивления становится слишком большим. Значение сопротивления датчика должно быть меньше эталонного сопротивления в контроллере ТЭО.

    При использовании датчиков Pt100/1000 температура объекта измеряется с использованием четырехконтактного метода измерения (4-проводное измерение) для достижения более высокой точности при низком сопротивлении. Для измерения NTC используется двухпроводная технология.

    Термин «4-проводной» не означает, что необходим датчик с четырьмя контактами. Используются отдельные пары токоведущих и чувствительных к напряжению электродов. (Дополнительная информация о четырехтерминальном распознавании)

    Диапазон измерения температуры контроллера TEC зависит как от датчика температуры, так и от аппаратной конфигурации.Пожалуйста, обратитесь к соответствующему техническому паспорту для получения подробной информации.

    Подключение датчика температуры

    См. страницу примечаний к контроллеру TEC, чтобы узнать, как подключить датчик температуры.

    9. Требования к источнику питания

    Блок питания — это источник питания для контроллера ТЭО.

    В зависимости от выбранного контроллера ТЭО необходимо выбрать блок питания. Убедитесь, что источник питания способен обеспечить мощность, необходимую для управления ТЭО с элементом Пельтье.(Как правило, вы можете добавить 10% резерва. Умножьте необходимую выходную мощность TEC на 1,1.) Обратитесь к техническому описанию контроллера для получения информации о соотношении входного и выходного напряжения.

    Рекомендации по источнику питания
    • Импульсные источники питания MEAN WELL

    10. Проверьте настройки

    Теперь, когда вы выбрали системные компоненты, вы настроили приложение и начали тестирование и оптимизацию. Чтобы упростить сборку и первоначальную настройку с помощью нашего сервисного программного обеспечения, обратитесь к нашему пошаговому руководству по настройке контроллера TEC.
    Полное сервисное программное обеспечение можно скачать и использовать бесплатно.

    11. Термоэлектрические охлаждающие узлы

    Также доступны универсальные предварительно собранные термоэлектрические охлаждающие узлы, если вы не хотите создавать систему с нуля. Эти модули обычно содержат металлическую пластину для крепления объекта, элемент Пельтье, радиатор и вентилятор. Использование таких сборок интересно на этапе прототипирования для первых экспериментов.

    Источник: http://www.thermonamic.com/

    Термоэлектрические модули Пельтье для промышленного применения Kryotherm

    Информация о продукте «Термоэлектрические модули Пельтье для промышленного применения»

    Kryotherm производит широкий ассортимент одноступенчатых термоэлектрических охладителей (ТЭО), которые можно использовать в промышленных целях. Эти ТЭО способны решать большинство задач промышленного охлаждения и термостабилизации и по конструкции подразделяются на высокоэффективные, стандартные, одно- или двухсекционные, круглой, квадратной или прямоугольной формы, с отверстием или без него.

    Термоэлектрические охладители Kryotherm для промышленного применения обеспечивают высокую эффективность, надежность и точность работы. Работа в условиях циклического изменения температуры часто требует быстрых периодических изменений температур одной или обеих сторон ТЭП в широком (несколько десятков градусов) диапазоне и ресурса до 500 000 циклов. Наши термоэлектрические охладители промышленного назначения производства Kryotherm соответствуют всем современным промышленным стандартам и специальным требованиям. Качество и надежность ТЭО подтверждены многочисленными тестами, проведенными в соответствии с передовой системой управления качеством Kryotherm.

    Основные характеристики

    • Холодопроизводительность от 1 Вт до 352 Вт
    • Основания: от 8,0 мм x 8,0 мм до 62,0 мм x 62,0 мм
    • Соответствует RoHS
    • Опции: Высокотемпературный, циклический, металлизированный, влагозащитный

     

    Группа продуктов: Термоэлектрические модули Пельтье для промышленного применения

    Ссылки на другие веб-сайты «Термоэлектрические модули Пельтье для промышленных применений»

    • Другие продукты Kryotherm

    Кейс Медицинское приложение для элементов Пельтье

    Охлаждение Пельтье для центрифуг с охлаждением

    Центрифугирование — это процесс разделения смесей под действием центробежной силы.Центрифуги обычно используются в пищевой промышленности и медицинских исследованиях для белкового, генетического и клеточного анализа. В медицинских лабораториях центрифугирование включает быстрое вращение медицинских образцов для фильтрации или концентрирования веществ с разной плотностью. Плотные компоненты мигрируют от центральной оси, а менее плотные компоненты мигрируют к оси.

    Для соответствия различным требованиям к объему образца, перегрузке и числу оборотов в минуту (об/мин) центрифуги предлагаются в различных моделях.К ним относятся сложные ультрацентрифуги, высокоскоростные центрифуги, центрифуги большой емкости и настольные центрифуги меньшего размера. С точки зрения регулирования температуры существует два типа лабораторных центрифуг. Стандартные вентилируемые центрифуги способны регулировать температуру в барабане, и их эффективность зависит от конструкции центрифуги. Высококлассные центрифуги с охлаждением, которые обеспечивают управление температурой для образцов, требуют контроля температуры за пределами условий окружающей среды. Для многих типов образцов требуется точный контроль температуры внутри камеры центрифуги.Это особенно верно для чувствительных живых клеток и белков, которые необходимо хранить и тестировать при определенных постоянных температурах, чтобы обеспечить правильную реакцию и жизнеспособность.

    Для обеспечения точного контроля температуры в лабораторных центрифугах активные охладители Пельтье и узлы являются идеальным решением для управления температурным режимом. По сравнению с компрессорными технологиями охлаждение Пельтье является более эффективным, экономичным и надежным. Кроме того, правительственные ограничения на традиционные и природные хладагенты, лежащие в основе компрессорных систем, влияют на прошлые, настоящие и будущие конструкции систем управления температурным режимом.Охлаждение Пельтье без хладагента предлагает более желательное, ориентированное на будущее решение для контроля температуры в центрифугах.

    Термические проблемы

    Производители лабораторных центрифуг сталкиваются с рядом проблем, связанных с управлением температурным режимом, таких как температурная стабильность, ограниченное пространство, уровень шума, вибрация, снижение энергопотребления и ограничения по хладагенту.

    В зависимости от типа образца в центрифужной ванне обычно должна поддерживаться точная температура от 0°C до 40°C на протяжении всего процесса центрифугирования при температуре окружающей среды от 23°C до 30°C.Например, образцы тканей человека должны храниться при температуре тела млекопитающего 37°C. Изменение температуры всего на 6°C может существенно повлиять на здоровье клеток и сделать процесс центрифугирования бесполезным.

    Требования к охлаждению тепловой нагрузки центрифуги могут варьироваться от менее 30 до более 150 Вт в зависимости от типа и размера центрифуги. Охлаждающие решения должны быть способны эффективно отводить требуемую тепловую нагрузку с высоким коэффициентом полезного действия для минимизации энергопотребления.

    Миниатюризация всего лабораторного оборудования, включая центрифуги, для освобождения лабораторного пространства побудила инженеров упаковать больше электроники в меньшую площадь. Больше электроники в уменьшенном пространстве повышает функциональность устройства, но также увеличивает плотность теплового потока. Жесткие ограничения пространства требуют эффективного и действенного теплообменника с расширенными возможностями терморегулирования. Блок охлаждения должен иметь компактный форм-фактор, чтобы максимизировать объем камеры центрифуги.

    Поскольку технические специалисты используют медицинские центрифуги в лабораторных условиях, уровень рабочего шума является серьезной проблемой при проектировании.Центрифужные системы, от ротора до системы управления температурным режимом, должны обеспечивать бесшумную работу, чтобы не мешать работе лаборатории.

    Наконец, многие правительства требуют от OEM-производителей поэтапного отказа от использования опасных хладагентов. В старых компрессорных системах используются вредные для окружающей среды хладагенты ГФУ, включая R134a и R404A. В современных компрессорных системах теперь используются различные природные хладагенты: R744 (двуокись углерода), R717 (аммиак), R290 (пропан), R600a (изобутен) и R1270 (пропилен).Однако природные хладагенты создают различные проблемы при проектировании, такие как повышенное давление, высокая токсичность, воспламеняемость, удушье и относительно низкая производительность. Горючий характер некоторых природных хладагентов делает их опасными при транспортировке. В результате производители центрифуг ищут альтернативные технологии, такие как охлаждение Пельтье.

    Термоэлектрические охладители

    Термоэлектрические охладители представляют собой активные твердотельные тепловые насосы, работающие на эффекте Пельтье. Эти термоэлектрические охладители, часто называемые охладителями Пельтье, эффективно перемещают тепло для защиты образцов/жидкостей и обеспечения правильной работы центрифуги.Термоэлектрические охладители спроектированы с учетом размера, эффективности, стоимости и непрерывной надежной работы, что позволяет OEM-производителям центрифуг решать задачи теплового проектирования.

    Термоэлектрические охладители отличаются низким термическим сопротивлением, что увеличивает мощность теплопередачи, работают с более высоким коэффициентом полезного действия (КПД) и снижают энергопотребление. Когда постоянный ток протекает через термоэлектрический охладитель, одна сторона нагревается, а противоположная сторона охлаждается. Если направление тока меняется на противоположное, то обе стороны меняют свою функцию.Производители термоэлектрических охладителей определяют две характеристики: ΔTMax и QcMax. ΔTMax — максимальный перепад температур при отсутствии теплового потока (Qc = 0). QcMax — максимальный тепловой поток при отсутствии разности температур (ΔT = 0). Для большинства одноступенчатых термоэлектрических охладителей ΔTMax обычно составляет около 70°C. Как только тепло (Qc) требуется для перемещения через термический интерфейс, полезное значение ΔT падает до тех пор, пока не будет достигнуто значение QcMax при ΔT = 0. Помимо компромисса между ΔT и Qc, большая часть этой разности температур может быть потерянным из-за тепловых сопротивлений как на горячей, так и на холодной стороне термоэлектрического охладителя.Материал теплового интерфейса и выбор радиаторов представляют собой самые большие проблемы проектирования. Если требуется повышенная холодопроизводительность (Qc), то требуются либо радиаторы с более низким тепловым сопротивлением, либо большее количество термоэлектрических охладителей. Это можно сделать, подключив термоэлектрические охладители последовательно или параллельно, чтобы обеспечить питание 12 или 24 В постоянного тока. Реальная работа термоэлектрических охладителей включает комбинацию ΔT и Qc для удовлетворения требований центрифужного охлаждения для стабилизации температуры.

    Серия керамических пластин Laird Thermal Systems (CP) представляет собой прочный, компактный термоэлектрический охладитель, предназначенный для сильноточных и крупных приложений с тепловым насосом, таких как настольные и высокоскоростные центрифуги.Расположенная под баком центрифуги для охлаждения снизу, конфигурация прямого воздушного охлаждения серии CP обеспечивает максимальную мощность охлаждения до 125 Вт с температурным перепадом (ΔT) 67 °C при малом форм-факторе 62 мм x 62 мм x 4,6 мм или меньше. Серия CP доступна в широком диапазоне производительности теплового насоса, геометрических форм и диапазонов входной мощности для удовлетворения требований центрифуг.

    Твердотельные термоэлектрические охладители, не имеющие движущихся частей, повышают надежность и долговечность в устройствах с высокой вибрацией, таких как центрифуги.Эти устройства активного охлаждения также способствуют снижению уровня рабочего шума. В целом, термоэлектрические охладители значительно снижают затраты на техническое обслуживание, эксплуатацию и общую стоимость владения.

    Продолжить чтение, часть 2: Термоэлектрические охладители в сборе с регуляторами температуры

    Эта статья написана Laird Peltier Cooling for Refrigerated Centrifugs

    Quick-Cool Library: Peltier-Element

    Модули Пельтье или термоэлектрические охладители (TEC) в основном представляют собой термоэлектрические тепловые насосы.Это означает, что при подаче электрической энергии тепло может передаваться против его естественного градиента от одной стороны модуля Пельтье, где тепло поглощается, к другой стороне, где тепло выделяется. Таким образом, эти модули Пельтье можно использовать для обогрева или охлаждения. Это поведение определяется направлением тока. Теоретически разница температур может достигать 73К для простого элемента и более 100К для многоуровневых элементов.

     

    В основном модули Пельтье используются везде, где необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, точный контроль и динамическое поведение.Применение модулей Пельтье очень разнообразно, начиная от технологий комплексного анализа в области медицины и заканчивая светочувствительными ПЗС-сенсорами и мобильными приложениями для охлаждения.

     

     

    Рабочие и физические эффекты

     

    Название, а также функциональность модулей Пельтье произошли от так называемого эффекта Пельтье, который является частью термоэлектричества. К ним относятся различные физические эффекты, при которых тепловые и электрические явления влияют друг на друга.


    Четыре основных эффекта, связанных с термоэлектричеством:

     

    1 . Эффект Пельтье: Когда ток течет по проводнику из различных материалов, электроны, движущиеся по проводнику, имеют разные энергетические уровни в разных материалах проводника. Если электрон попадает на поверхность раздела между двумя проводниками, энергия должна либо поглощаться, либо испускаться, чтобы поддерживать ток. Поглощение энергии отводит тепло от интерфейса.Точно так же выделение энергии нагревает интерфейс. Эффект Пельтье отвечает за перенос тепла в активном элементе Пельтье.

     

    2. Эффект Зеебека: Причина этого термоэлектрического эффекта заключается в связывании и свободном движении электронов в металле. Если металлическую проволоку нагреть только с одного конца, колебания решетки и движение свободных электронов возрастут. Благодаря этому они все больше расширяются и диффундируют к холодному концу, где кинетическая энергия электронов мала, в результате чего они не отталкиваются сильными столкновениями.Это означает, что в проводе происходит неравномерное распределение заряда. Таким образом, на нагретой стороне не хватает электронов, а на холодной — избыток электронов. Результирующее электрическое напряжение также известно как термоэлектрическое напряжение или напряжение Зеебека. Величина этого напряжения определяется коэффициентом Зеебека.

     

    Попытка отвода этого напряжения не удалась, поскольку оно влияет на физическое состояние таким образом, что напряжения компенсируют друг друга.Однако, чтобы сделать это напряжение пригодным для использования, используются два разных материала, которые генерируют как можно более разные напряжения. Теперь эту разницу можно использовать для производства электроэнергии. Кроме того, эту замену материала можно повторять сколь угодно часто, так что может быть достигнуто значительное напряжение. Эффект Зеебека уменьшает эффект Пельтье, так как здесь создается встречное напряжение, увеличивающее внутреннее сопротивление.

     

    3. Эффект Томсона: Если существует разница температур между двумя точками на проводнике с током, перенос тепла увеличивается или уменьшается в зависимости от типа металла.Хотя это также передается через теплопроводность материала, результирующее сопротивление обеспечивает дальнейший нагрев. Это означает, что эффект может быть продемонстрирован только в ограниченной степени. Эффектом Томсона можно пренебречь при расчете охлаждающей способности модулей Пельтье.

     

    4. Джоулев нагрев: Джоулев тепло описывает нагрев проводника с током из-за его внутреннего сопротивления. В основном, все электрические нагревательные элементы и лампочки основаны на этом принципе.

     

    Тепло

    Дж нежелательно в режиме охлаждения. Так как он добавляет тепло той стороне, из которой было извлечено тепло посредством эффекта Пельтье. В результате джоулев нагрев в значительной степени ответственен за то, что суммарный эффект может быть увеличен только до значения Imax. Выше этого тока вводится больше тепла, чем рассеивается.

     

    Структура: Модули Пельтье обычно состоят из двух квадратных пластин из алюмооксидной керамики, расположенных одна над другой на расстоянии 3-5 миллиметров.Эти пластины используются для механической фиксации сложной конструкции. С одной стороны, материал должен быть теплопроводным, чтобы пропускать тепло, а с другой стороны, он должен быть электрически изолирован, чтобы последовательное соединение пар материалов не вызывало короткого замыкания. Между ними есть небольшие кубоиды, называемые ножками или кубиками, сделанные из полупроводникового материала, такого как теллурид висмута или кремний-германий. В результате p- и n-легирования материала получаются два разных проводящих материала, которые при подаче напряжения производят эффекты, описанные выше.

     

    В модуле Пельтье все электрические проводники, сделанные из двух разных материалов, электрически соединены последовательно, так что тепло многократно поглощается и излучается. Пространственное расположение отдельных проводников теперь выбрано таким образом, что энергопоглощающие интерфейсы находятся исключительно на одной стороне Пельтье, а энергоизлучающие интерфейсы — на другой стороне. Итак, ток извивается между двумя керамическими пластинами. Следовательно, с электрической точки зрения схема представляет собой последовательную цепь; с тепловой точки зрения все проводники параллельны.

     

    Тепловые и электрические свойства модуля Пельтье определяются количеством кубиков и их геометрией.

     

    Как уже было сказано, различные эффекты накладываются друг на друга и, таким образом, влияют на желаемую теплопередачу модуля Пельтье. Выше тока Imax или напряжения Umax преобладают нежелательные эффекты, и дальнейшее увеличение подводимой энергии вызывает снижение пропускной способности. С теллуридом висмута этот эффект достигается при температуре около 0.12 В на пару игральных костей и температура теплой стороны 25 градусов Цельсия.

     

    Холодопроизводительность на холодной стороне рассчитывается следующим образом:

     

    Q = S x I x TC — R x I2 — Gth x ∆T

     

     

    Эффект Пельтье

    Джоуль тепла

    естественный тепловой поток от теплого к холодному

     

     

    Как упоминалось в описании каждого эффекта, на сопротивление R влияет эффект Зеебека.Кроме того, все свойства материала зависят от температуры. Температура полупроводниковой кости описывает кривую пространственного расширения и даже превышает температуру теплой стороны внутри.

     

    Поэтому правильное математическое описание чрезвычайно сложно.

     

    Модуль со 127 парами кубиков имеет Umax примерно 15 В, тогда как модуль с 241 парой кубиков имеет примерно 28 В. Подавляющее большинство модулей Пельтье основано на одной и той же сетке с 17, 31, 63, 71, 127, 61, 241 парами кубиков у всех производителей.Пар больше или меньше, в зависимости от того, как расположены пары ножек между керамикой и как выполнено электрическое соединение. Для модулей Пельтье с одинаковым количеством кубиков мощность устанавливается по максимальному току. Чем тоньше модули, тем мощнее они становятся. Более тонкие кубики уменьшают внутреннее сопротивление, Джоулев нагрев и тепловое сопротивление, в то время как охлаждающая способность увеличивается.

     

    Дизайн:

     

    Существуют различные конструкции модулей Пельтье.Наиболее распространенная форма представляет собой небольшую квадратную пластину с электрическими соединениями, через которые можно подавать постоянный ток. Изменяя силу и направление тока, можно управлять температурой контактирующих объектов. Это самая распространенная конструкция.

     

    Так как мощные модули тоньше, чем маломощные, вставить кабель в это пространство зачастую невозможно. В этом случае керамическая сторона, к которой крепится электрическое соединение, выбирается несколько большей, и соединения выполняются на полученном выступе.Этот выступ называется крыльцом. Крыльцо также допускает интеграцию без проводов, например, с помощью нажимных штифтов или клемм, поскольку открытые электрические соединения могут быть подключены напрямую. Для тонких модулей характерно также то, что горячая сторона больше с двух сторон, чем холодная керамическая сторона.

     

    В этом случае положительный (+) полюс подключается с одной стороны, а отрицательный (-) полюс — с другой.

     

    Техническая установка для охлаждения объекта по технологии Пельтье обычно состоит из элемента Пельтье, радиатора и интересующего объекта.При правильном выборе и монтаже этих компонентов можно регулировать температуру объекта в диапазоне от минус 40 °C до плюс 200 °C.

     

    Сложность этой техники заключается в определении размеров. В конце концов, элемент Пельтье генерирует разность температур, а не заданную температуру. Эта разница температур зависит от подводимой мощности, которая вызывает эффект Пельтье, и передаваемой тепловой мощности. Кроме того, в материале существуют температуры, которые влияют на все электрические и тепловые эффекты.Тогда температура охлаждаемого объекта является функцией этой разности температур и температуры на теплой стороне. Температура теплой стороны определяется по присоединенному к ней радиатору.

     

    Инженеры Quick-Ohm могут настроить компоненты для достижения желаемых требований. При необходимости может быть изготовлен дизайн, на основе которого изделие может быть доведено до серийного производства.

    51 важное правило для модулей Пельтье:

     

    1.Модули Пельтье обычно представляют собой прямоугольные пластины с длиной ребра от 10 до 50 мм. Толщина находится в диапазоне от 3 мм до 5 мм. С одной из узких сторон торчат два кабеля электропитания.

     


    2. Модули Пельтье от Quick-Ohm становятся холодными вверху, если элемент расположен так, что красный провод находится справа и находится здесь под положительным напряжением. (красный-справа-вверху-холодный)

     

    3. Разность температур за счет эффекта Пельтье возникает, когда электрическая энергия течет по двум разным проводникам, подключенным к интерфейсу.

     

    4. Модуль Пельтье сочетает в себе расположение многих интерфейсов, выполненных из двух различных проводящих материалов, которые в сумме, приводимые в действие электрической энергией, переносят тепло с одной стороны («холодная сторона») на другую («теплая сторона»). «) элемента.

     

    5. Перенос тепла вызывает падение температуры в месте отвода тепла и повышение температуры в зоне поглощения тепла.

     

    6. Элемент Пельтье создает разность температур между двумя контактными поверхностями за счет подачи электроэнергии.

     

    7. Без дополнительного теплового соединения с радиатором подведенная электрическая энергия остается в элементе Пельтье и приводит к неконтролируемому повышению температуры.


    8. Модуль Пельтье должен иметь возможность высвобождать подаваемую энергию.

     

    9. Если модуль Пельтье подключить к источнику питания без теплового соединения, он перегреется в течение очень короткого времени.

     

    10. Если модуль Пельтье подключен к недостаточному радиатору, желаемый эффект контроля температуры не может контролироваться.

     

    11. Наиболее частым недостатком конструкции элементов Пельтье является неправильный размер радиатора.

     

    12. Разность температур на элементе Пельтье зависит от подводимой мощности, передаваемой мощности и уровня температуры, при котором происходит процесс.

     

    13. Соотношение между подаваемой электроэнергией и передаваемой теплотой (холодопроизводительность Q модуля Пельтье) примерно соответствует полиномиальной функции второй степени. Теплоперенос увеличивается с увеличением электроэнергии до максимального значения.При превышении этого значения производительность транспорта снижается. Здесь модуль перегружен.


    14. Если подаваемый ток примерно в два раза превышает значение Imax (техническое описание), передача тепла прекращается. С этого момента энергия поступает к обеим сторонам элемента Пельтье. Элемент действует как чистый нагреватель.

     

    15. Зависимость между подаваемым током и температурной разницей примерно соответствует полиномиальной функции второй степени.Разница температур между двумя сторонами модуля Пельтье увеличивается с увеличением тока до максимального значения. Максимальная разница температур превышает это значение Imax. Здесь модуль перегружен.

     

    16. Если подаваемый ток в два раза превышает значение Imax (паспорт), знак разности температур меняется. Температура поверхности с обеих сторон увеличивается в результате дальнейшего увеличения тока.

     

    17. Мощность, обеспечиваемая модулем Пельтье, непропорционально возрастает по сравнению с мощностью охлаждения. В результате может быть выгодно заменить один полностью активированный элемент большой мощности несколькими элементами малой мощности. Эта мера снижает потребление энергии и требования к радиатору, расположенному ниже по потоку.

     

    18. Если была создана качественно адекватная конструкция охлаждения, это создает область низкой температуры. Мы воспринимаем эту зону как «холодную».

     

    19. Если в зону охлаждения подается энергия, ее температура повышается. Энергия подается, например, за счет проникновения окружающего тепла или через активные части в зоне охлаждения.

     

    20. Если в зону охлаждения подведена энергия Qmax и подведенный ток I = Imax, а температура на «теплой стороне» 25°С, теплоперенос останавливается. Модуль Пельтье больше не может обеспечивать охлаждающий эффект.Эти значения определены как номинальные данные модуля Пельтье и могут быть прочитаны из таблицы данных.

     

    21. Чтобы передать количество тепла Q ([Q] = ватт) и в то же время достичь «эффекта охлаждения», номинальная мощность Qmax элемента Пельтье должна быть больше, чем это количество тепла.

     

    22. Направление переноса тепла зависит от направления тока и может происходить в обоих направлениях.

     

    23. Направление тока определяет, охлаждает или нагревает модуль Пельтье.

     

    24. Амплитуда тока определяет, насколько сильно модуль Пельтье охлаждается или нагревается.

     

    25. Охлаждаемый объект должен находиться в тепловом контакте с холодной стороной модуля Пельтье. Это соединение представляет собой тепловое сопротивление. Тепловой поток через это тепловое сопротивление создает температурный градиент.Объект никогда не достигает температуры холодной стороны Пельтье.

     

    26. Энергия, накапливающаяся на теплой стороне модуля Пельтье, должна передаваться охлаждающей среде (воздуху, воде и т. д.) через теплообменник. Этот теплообменник качественно описывается его тепловым сопротивлением Rth. Мощность охлаждения Q и подводимая мощность Pzu проходят через это сопротивление и создают перепад температуры. На этот перепад температур температура на теплой стороне модуля Пельтье превышает температуру охлаждающей среды.

     

    27. Эмпирическое правило проектирования теплообменника для модулей Пельтье: Rth <10K / Pzu


    Где:
    — Rth = тепловое сопротивление радиатора
    — Q = рассеянное тепло
    — Pzu = подводимая электрическая мощность

     

    28. По данным производителя, термическое сопротивление радиатора обычно относится к однородному распределению тепла по всей теплопоглощающей поверхности этого радиатора.При охлаждении модуля Пельтье эффективное тепловое сопротивление по сравнению с этой спецификацией значительно хуже (хуже = больше) из-за малой площади контакта с модулем Пельтье.

     

    29. Если объект должен быть охлажден на 30 Кельвинов по сравнению с его окружением, модуль Пельтье должен создавать разницу температур между его поверхностями примерно в 50 Кельвинов, чтобы обеспечить переход тепла от «холодного» к «теплому». «.


    30. Чтобы иметь возможность генерировать очень низкую температуру с помощью модулей Пельтье, несколько модулей Пельтье, возможно, придется термически соединить последовательно. (друг на друге)

     

    31. Если два модуля Пельтье термически соединены последовательно для режима охлаждения, ступень предварительного охлаждения должна передавать сумму тепловой мощности и электроэнергии, подаваемой для работы первой ступени. Следовательно, вторая ступень должна быть более мощной, чем предыдущая.

     

    32. Чтобы вторая ступень двухкаскадного модуля Пельтье могла рассеивать отработанное тепло первой ступени, контактные поверхности должны быть полностью соединены друг с другом.

     

    33. Размер отдельных поверхностей многоуровневого модуля Пельтье должен быть одинаковым, чтобы обеспечить термически когерентное соединение между уровнями.

     

    34. Модули Пельтье с более чем двумя каскадами вызывают значительные различия в номинальной мощности между первым и последним каскадом.Такие разные уровни больше не могут быть размещены на одной и той же площади.

     

    35. Многоступенчатые модули Пельтье должны состоять из уровней разного размера из-за производственного процесса. Это приводит к тому, что тепловое соединение теряет качество. Большая его часть становится неэффективной. Следовательно, отдельные уровни эффективно одинаково сильны. Настоящего каскадирования не происходит. Большая часть потребляемой электроэнергии рассеивается на бесполезных выступающих краях.

     

    36. Для термического соединения большого количества ступеней Пельтье необходимо использовать гомогенизирующие промежуточные слои из теплопроводного материала.

     

    37. Эффективность охлаждения элементов Пельтье снижается при низких температурах и увеличивается при высоких температурах.

     

    38. Эффект Пельтье исчезает при температуре ниже минус 150 °С.

     

    39. Невозможно использовать модули Пельтье для достижения температуры ниже минус 150 °С.

     

    40. Возрастающее предварительное охлаждение «теплой стороны» модуля Пельтье продолжается в меньшей степени на «холодной стороне».

     

    41. Каждый модуль Пельтье является тепловым генератором.

     

    42. Максимальная эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую достигает максимум 5% с модулями Пельтье.

     

    43. Поскольку конструкция теплового генератора, включая его тепловую связь с источником и стоком, требует определенных усилий, а КПД преобразования достаточно низкий, стоимость вырабатываемой энергии не соответствует себестоимости.

     

    44. Для выработки электроэнергии с помощью модулей Пельтье тепловая энергия должна передаваться из «теплой зоны» через модуль Пельтье в «холодную зону».Благодаря этому отводу энергии температура теплой зоны снижается, а температура холодной зоны повышается.

     

    45. Тепловое избыточное тепло никогда не может быть полностью использовано для термоэлектрического преобразования.

     

    46. Модули Пельтье можно подвергать давлению только на керамические пластины. На него могут действовать силы до 200 ньютонов на квадратный сантиметр. Сдвигающая нагрузка или растяжение не допускаются.

     

    47.Модули Пельтье должны быть защищены от вибрации.

     

    48. В связи с ограничениями по нагрузке сборка элементов Пельтье не должна выполняться только с использованием клея.

     

    49. Для долговременных сборок модуль Пельтье всегда будет зажиматься между радиатором и зоной охлаждения.

     

    50. Чтобы свести к минимуму термические нагрузки, соединение между «радиоотводом» и «зоной регулирования температуры» должно быть упругим.(например: тарельчатые пружины вместо шайб — см. ошибку! Источник ссылки не найден.)

     

    51. Если конструкция требует, чтобы сборка производилась исключительно с помощью клея, необходимо убедиться, что на модуль Пельтье не действуют силы сдвига или растяжения.

    Директор по технологиям | Frozen Tec

    Эффект Пельтье  – это наличие нагрева или охлаждения в наэлектризованном соединении двух разных проводников, названный в честь французского физика Жана Шарля Атанаса Пельтье, открывшего его в 1834 году.Когда ток течет через соединение между двумя проводниками А и В, в месте соединения может выделяться (или отводиться) тепло.
    Термоэлектрическое охлаждение использует эффект Пельтье для создания теплового потока между стыками двух разных типов материалов. Охладитель Пельтье, нагреватель или термоэлектрический тепловой насос — это твердотельный активный тепловой насос, который передает тепло от одной стороны устройства к другой с потреблением электрической энергии в зависимости от направления тока.Такой прибор также называют устройством Пельтье, тепловым насосом Пельтье, твердотельным холодильником или термоэлектрическим охладителем (ТЭО). Его можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения, хотя на практике основным применением является охлаждение. Его также можно использовать в качестве регулятора температуры, который либо нагревает, либо охлаждает.

    Термоэлектрический охладитель (TEC), иногда называемый термоэлектрическим модулем или модулем Пельтье, представляет собой полупроводниковый электронный компонент, который работает как небольшой тепловой насос.

    Внутренний структурированный ТЭО

    Эффект Зеебека представляет собой преобразование разницы температур непосредственно в электричество и назван в честь балтийского немецкого физика Томаса Иоганна Зеебека.Зеебек в 1821 году обнаружил, что стрелка компаса отклоняется замкнутой петлей, образованной двумя различными металлами, соединенными в двух местах, с разницей температур между соединениями. Это произошло потому, что металлы по-разному реагировали на разницу температур, создавая петлю тока и магнитное поле. Зеебек не осознавал, что здесь задействован электрический ток, поэтому он назвал это явление термомагнитным эффектом. Датский физик Ганс Кристиан Эрстед исправил ошибку и ввел термин «термоэлектричество».

    Измерение термоэлектрического эффекта

    Термоэлектрический эффект можно использовать для преобразования разности температур в электрическое напряжение или для преобразования электрического напряжения в разность температур. И устройства, использующие термоэлектрический эффект, могут быть построены и сконфигурированы для производства тепла при подаче напряжения. Эффект отличается от резистивного (джоулевого) нагрева, хотя на практике оба эффекта могут присутствовать в одном и том же устройстве.

    Термоэлектрический эффект также можно настроить для измерения изменения температуры или температуры близлежащего объекта.На направление нагрева и охлаждения влияет полярность приложенного напряжения. Следовательно, термоэлектрические устройства можно использовать в качестве регуляторов температуры.

    Пожалуй, самым известным термоэлектрическим устройством является термопара. Он состоит из двух разнородных металлов (обычно проводов), таких как железо и медь, которые скручены вместе или сплавлены для создания соединения. Разница температур по обеим сторонам перехода создаст напряжение и, следовательно, протекание тока. Типичным применением является активация аварийного сигнала, например, если пламя в газовой печи погасло или если погасло пилотное пламя.Устройство не требует внешнего питания и будет работать до тех пор, пока цепь термопары, включая соединение, остается неповрежденной.

    Тем не менее, термоэлектрический эффект, привлекающий наибольшее внимание в наши дни, — это эффект Пельтье, при котором разница температур возникает в результате приложения внешнего напряжения. Тепло излучается с одной стороны соединения и поглощается с другой стороны. Соответственно, устройство можно использовать для обогрева или охлаждения. Эффект назван в честь Жана Шарля Пельтье, открывшего его в 1834 году.Часто применяется простой тепловой насос, который используется для охлаждения датчиков в ПЗС-камерах.

    В термоэлектрических материалах используется эффект Зеебека, описанный балтийским физиком Томасом Иоганном Зеебеком: напряжение возникает на двух сторонах соединения, состоящего из разнородных электропроводящих материалов, когда между ними существует разница температур. Отношение между напряжением и разностью температур называется коэффициентом Зеебека.

    В разных материалах коэффициент Зеебека неодинаков.И пространственный градиент температуры может влиять на коэффициент Зеебека. Если ток проходит через этот градиент, возникает непрерывная версия эффекта Пельтье. Лорд Кельвин (Уильям Томсон) предсказал этот эффект и наблюдал его в 1851 году. В 1854 году работа Кельвина подразумевала, что эффекты Томсона, Пельтье и Зеебека являются феноменологически разными проявлениями коэффициента Зеебека.

    Области интереса на кулере Пельтье, изображенные CUI Devices.

    Эффективность преобразования энергии является важным параметром в модулях Пельтье.Посмотрите на спецификацию модуля Пельтье, и вы, вероятно, увидите, что количество тепла, которое должно быть передано через модуль Пельтье с холодной стороны на горячую, обозначается Q и указывается в ваттах. Этот параметр обычно представляет собой либо тепло, выделяемое охлаждаемым объектом, либо тепло, передаваемое в окружающую среду от горячего объекта. Таким образом, чтобы определить размер модуля Пельтье, вам необходимо знать Q. Для такого устройства, как силовой транзистор, Q — это просто мощность, с которой работает транзистор.(Также обратите внимание, что модули Пельтье не могут поглощать тепловую энергию. Они только передают ее и рассеивают на горячей стороне модуля.)

    Кривые производительности модуля Пельтье включают параметры добротности, входного напряжения и ΔT.

    Процесс определения размера модуля Пельтье аналогичен процессу определения размера радиатора. Сначала определите рассеиваемую тепловую мощность, обычно просто P = I C × V CE в случае силового транзистора. Если вы сомневаетесь, используйте максимально возможное значение для I C и предположите, что V CE составляет половину напряжения питания.Затем найдите максимальную рабочую температуру корпуса (T max ) для транзистора. Когда T max трудно оценить, частым приблизительным предположением является предположение, что T max = 100°C. Затем оцените максимальную температуру окружающей среды, T a, , часто принимаемую за 25°C.

    Разность температур, указанная в спецификации модуля Пельтье (ΔT), измеряется на внешних поверхностях двух керамических пластин модуля. Также важно выяснить, есть ли разница температур между пластинами модуля Пельтье и T a .Некоторые свойства элементов Пельтье также меняются в зависимости от рабочей температуры, поэтому некоторые поставщики элементов Пельтье определяют свои устройства для более чем одной рабочей температуры.

    Таким образом, важными параметрами для определения размера модуля Пельтье для охлаждения являются тепло, передаваемое через модуль, температура поперек модуля и температура горячей стороны модуля Пельтье (т. е. температура корпуса полупроводника). Также обратите внимание, что к противоположной (горячей) стороне модуля Пельтье прикреплен радиатор. Размер этого радиатора должен рассеивать как мощность, передаваемую через модуль Пельтье, так и мощность, рассеиваемую модулем Пельтье.

    Модули Пельтье

    управляются током подобно светодиодам, поэтому лучшим источником питания является управляемый источник тока. Модули Пельтье могут приводиться в действие источниками напряжения, но за счет точного контроля теплового потока и разницы температур в модуле.

    В последние годы термоэлектрические материалы исследовались не только для использования в качестве твердотельного охлаждения, но и в качестве средства получения энергии из отработанного тепла. Для приложений такого рода становится важной безразмерная добротность, называемая ZT: ZT = S 2 sT/k, где S — коэффициент Зеебека, s — электропроводность термоэлектрического материала, T — абсолютная температура, а k – теплопроводность.Высокая эффективность преобразования требует высокого ZT, т. е. больших S и s, но низкого k.

    ZT трудно измерить напрямую, но его можно рассчитать, используя измеренные значения S, s и k. S и s можно измерить напрямую. Температуру k ниже комнатной также можно измерить напрямую с помощью специальных приборов.

    К сожалению, несколько проблем ограничивают использование модулей Пельтье в качестве термогенераторов. Во-первых, их типичная эффективность составляет всего около 5–8%. Современные устройства Пельтье используют высоколегированные полупроводниковые материалы, которые могут быть дорогими.Наконец, для выработки большого количества электроэнергии модулю Пельтье обычно требуется высокая температура. Сплавы на основе висмута и сурьмы, теллура или селена считаются низкотемпературными термоэлектриками, но им нравится работать при температурах выше 300°F. Термоэлектрики на основе свинцовых сплавов выдерживают температуры примерно до 1000°F, а кремний-германиевые термоэлектрики — до температур примерно 1800°F. Следовательно, термогенераторы Пельтье, как правило, находят применение только для маломощных удаленных приложений.

    Но существует большой интерес к разработке термоэлектрических устройств, способных работать при более низких температурах и эффективно преобразовывать тепло в электричество. Исследования ведутся в двух основных областях: материалы, генерирующие электричество при более низких температурах, и конструкции устройств, преобразующие инфракрасное излучение горячих тел в электрический ток. Исследователи говорят, что задача сложная: улучшить ZT сложно, потому что улучшение одного из параметров приводит к тому, что один или несколько других идут в неправильном направлении.Следовательно, многие из стратегий улучшения ZT до сих пор работают только в узком диапазоне температур.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.