Производство элементов пельтье: Термоэлектрические модули и агрегаты НПО Кристалл — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Термоэлектрические модули и агрегаты НПО Кристалл

ООО НПО «Кристалл» — инновационная компания, специализирующаяся на массовом производстве и исследованиях высококачественных термоэлектрических материалов, модулей Пельтье, термоэлектрических сборок на их основе и систем для промышленных, специальных применений. Продукция создается на основе твердых растворов теллурида висмута, полученных уникальным способом кристаллизации (кристаллизация методом Бриджмена). Наша уникальная технология защищена многочисленными патентами.

Наша миссия — непрерывное развитие исследований, массового производства и продвижения конкурентоспособной продукции в целях:
— укрепления репутации надежного и ответственного поставщика;
— повышения благосостояния каждого сотрудника компании;
— достижения наибольшей прибыли за счет максимального удовлетворения требований заказчиков;
— улучшения экологии;
— развития волонтёрской деятельности.

Сегодня компания обеспечивает полный цикл создания

инновационной охлаждающей продукции, начиная с разработки термоэлектрических материалов и заканчивая продвижением своей продукции на рынке.

Доступным является широкий спектр серийно производимой термоэлектрической продукции:

термоэлектрический модуль стандартный (модуль Пельтье),
термоэлектрический модуль миниатюрный (мини модуль Пельтье),
термоэлектрический модуль многокаскадный (каскадный модуль Пельтье),
специальный термоэлектрический модуль (модуль Пельтье круглой формы, с встроенным терморезистором и др.),
генераторный термоэлектрический модуль,
термоэлектрическая сборка (термоэлектрический агрегат на элементах Пельтье) воздух-воздух,
термоэлектрическая сборка (OUTDOOR термоэлектрический агрегат) воздух-воздух для уличного применения,
термоэлектрическая сборка (термоэлектрический агрегат на элементах Пельтье) жидкость-воздух,

термоэлектрическая сборка (термоэлектрический агрегат на элементах Пельтье) контакт-воздух,
термоэлектрическая сборка (термоэлектрический агрегат на элементах Пельтье) жидкость-жидкость,
чиллеры,
контроллеры.

Преимуществом сотрудничества с компанией ООО НПО «Кристалл» является доступность инженерных разработок в области теплового менеджмента, включая сложные решения в области термоэлектрического охлаждения и разработки систем теплового контроля на основе термоэлектрических модулей Пельтье (TEM). В наших термоэлектрических сборках мы используем модули Пельтье с высокой эффективностью, надежностью и производимые только компанией ООО НПО Кристалл на своем серийном заводе в городе Богородицк, Тульской области.

С 1998 года ООО НПО «Кристалл»

имеет репутацию надежного поставщика термоэлектрических изделий. Огромный опыт международных продаж и сильная техническая поддержка являются ключевыми преимуществами продвижения термоэлектрической продукции в Европе, Азии, Ближнем Востоке, Северной Америке и внутреннем рынке.

Термоэлектрические устройства, производимые компанией Кристалл, выгодно отличаются высокими рабочими параметрами, большим ресурсом, привлекательной ценой и конкурентными сроками поставки.

Производство термоэлектрических модулей – Портфельная компания РОСНАНО

Термоэлектричество — это совокупность явлений, в которых электрический потенциал возникает из-за разницы температур, или же разница температур создается электрическим потенциалом.

Термоэлектрический модуль — устройство, состоящее из твердотельных полупроводниковых элементов, преобразующих тепловую энергию в электричество (эффект Зеебека), либо выполняющих перенос тепловой энергии т.е. охлаждение и нагревание разных сторон термоэлектрического модуля, с помощью электрической энергии (эффект Пельтье). Эти свойства термоэлектрического модуля (эффект Зеебека) используются в термоэлектрических генераторах (ТЭГ) и в термоэлектрических охлаждающих установках (эффект Пельтье).

Основным элементом термоэлектрического модуля является активная структура, которая представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. Наиболее распространенным полупроводниковым материалом для активной структуры (термопар) является теллурид висмута. Активная структура помещается между двумя электроизолированными пластинами — теплопроводами. Термоэлектрическая система (ТЭС) представляет собой устройство, выполненное в виде нескольких скрепленных между собой теплообменников, между которыми установлены термоэлектрические модули. В зависимости от назначения различают охлаждающие, термостабилизирующие и генерирующие ТЭС.

Термоэлектрические устройства, производимые по технологии CERATOM®, выполнены с применением наноструктурированных композитных материалов и лишены недостатков, присущих керамическим аналогам, обладая при этом высоким коэффициентом полезного действия и конкурентоспособной стоимостью. К примеру, уникальная система прямого принудительного охлаждения корпуса твердотельного лазера позволяет снизить ее вес на 15–30%, уменьшить температурный перегрев активных элементов и дополнительно увеличить мощность твердотельных полупроводниковых приборов на 50%.

Охлаждающие и генерирующие термоэлектрические системы

Схема охлаждающего модуля на основе элемента Пельтье нового поколения — CERATOM® (TERMIONA). Сравнение элементов Пельтье, созданных по классической технологии и технологии CERATOM®.

Преимущества технологии CERATOM®:

идеальный тепловой контакт с радиатором,
высокая тепловая и механическая прочность слоев,
стала возможна полная автоматизация производства.

Ключевую роль в достижении уникальных качеств ТЭС CERATOM^® с наноструктурными теплопроводами и тонкими высококачественными барьерно-коммутационными слоями, играют используемые нанотехнологические решения. К ним относятся технология микродугового оксидирования, вакуумно-плазменные технологии (PVD) и управление параметрами этих процессов.

Техническая иллюстрация принципа работы охлаждающих термоэлектрических систем

До настоящего времени в производстве термоэлектрических модулей и ТЭС использовался ряд дорогостоящих материалов. Выполняя достаточно утилитарную функцию, а именно обеспечивая конструкционную прочность термоэлектрического модуля, эти материалы так же оказывали и негативное влияние на модули: — существенно увеличивали себестоимость; — снижали КПД; — не позволяли варьировать форму и размер модуля в широких пределах; — снижали характеристики, надежность, тем самым ограничивая область применения модулей.

Также данные материалы создавали технологические препятствия для автоматизации производства, поэтому на сегодняшний день большая часть керамических модулей в мире собирается вручную. Термоэлектрические системы, произведенные по технологии CERATOM, лишены этих недостатков. Новая технология предусматривает полную автоматизацию как производственного процесса получения наноструктурированных композитов, так термоэлектрических систем и конечной продукции.

Схема охлаждения модуля на основе элемента Пельте нового поколения — CERATOM (TERMIONA)

Продукцией проекта являются устройства охлаждения, термостатирования и генерации. В частности, речь идет о производстве систем охлаждения для твердотельных лазеров, систем термостатирования «cold plate» для диодных лазеров, термостатированных шкафов для телекоммуникационной аппаратуры, торгового охладительного оборудования, термоэлектрических электрогенераторах для индивидуального жилья. Использование термоэлектричества позволяет осуществлять активное охлаждение, термостатирование и генерацию электроэнергии в тех случаях, когда невозможно использовать традиционные методы (компрессионные холодильники, абсорбционные холодильники, утилизация паразитного тепла в промышленности и быту).

ТЭМ используются для охлаждения различной аппаратуры в транспорте, космических аппаратах, для охлаждения лазерной и телекоммуникационной техники, электроники, для охлаждения в производственных процессах и быту. Применение термоэлектрических систем в качестве генераторов, преобразующих паразитное тепло в электричество, сильно ограничено ввиду низкого КПД керамических термоэлектрических систем, высокой стоимости и конструкционных недостатков, связанных с использованием керамики в качестве теплопроводов.

По материалам пресс-релиза ГК «Роснанотех»

Сравнение элементов Пельтье, созданных по классической технологии и технологии CERATOM

О проектах Visual Science для РОСНАНО

Компания Visual Science сотрудничает с группой компаний РОСНАНО, создавая графические информационные материалы с 2008 года. Инфографика предназначена для демонстрации технологий, разрабатываемых и внедряемых проектными компаниями РОСНАНО. Целью проекта в каждом случае является демонстрация ключевого принципа, нанотехнологической составляющей проекта и преимуществах избранного решения по сравнению с аналогами.

Материалы подготовлены a формате одного слайда-листа. Модульная структура инфографики позволяет использовать ее как в презентациях целиком так и отдельными фрагментами, что упрощает подготовку иллюстраций для сайта, отчетов и публикаций. Таким образом, один материал позволяет решить практически все задачи иллюстрирования информации о проекте.

В целевую аудиторию изготавливаемой графики входят как профессионалы данной области, так и широкий круг специалистов других направлений без технического бэкграунда. Научная достоверность в сочетании с оптимальной степенью обобщения позволяют эффективно строить коммуникацию с разными по уровню подготовки целевыми группами, включая широкую аудиторию.

Вся подготовленная графика используется ГК РОСНАНО на протяжении 5 и более лет. Как обычно, особенность работы с Visual Science заключается в решении всего спектра задач от изучения научной литературы по проекту до подготовки конечной визуализации на стороне компании, что позволяет существенно сэкономить время высококвалифицированных специалистов заказчика.

TEC1-03108 от 979 рублей в наличии 25 шт производства STONECOLD PM-20X20-17.6

Главная Каталог Полупроводники Оснащение для полупроводников Модули Пельтье всего в наличии 25 шт

Количество	Цена ₽/шт
+1	63000″> 1 026
+4	979

Минимально 1 шт и кратно 1 шт

Условия
Срок поставки 5-10 рабочих дней
Цена включает НДС Cрок поставки и цену сообщим по вашему запросу
Артикул
PM-20X20-17. 6
Производитель
STONECOLD
Техническое описание:

Вы можете запросить у нас любое количество TEC1-03108, просто отправьте нам запрос на поставку.
Мы работаем с частными и юридическими лицами.

Купить TEC1-03108 от 1 шт с помощью банковской карты можно прямо сейчас на нашем сайте.
Работаем с частными и юридическими лицами.

PM-20X20-17.6 описание и характеристики

Модуль: элемент Пельтье; 3,75В; 8,5А; 20x20x3,5мм; 17,6Вт; 16AWG

Производитель
STONECOLD
Длина провода
150мм
Производительность макс.
17,6Вт
Материал контакта
BiSn
Материал изоляции
тефлон
Материал
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Сопротивление
360мОм
Размер провода
16AWG
Внешние размеры
20x20x3,5мм
Рабочая температура
макс. 90°C
Рабочее напряжение макс.
3,75В
Тип модуля
элемент Пельтье
Рабочий ток макс.
8,5А
Разница температур макс.
68°C

Бесплатная доставка
заказов от 5000 ₽

Доставим прямо в руки или в ближайший пункт выдачи

Зарядная станция на базе Элемента Пельтье

Актуальность

Изучить физику работы элемента Пельтье, проверить на опыте реальность эффекта Зеебека.

Цель

Собрать установку для преобразования тепловой энергии в электрическую.

Задачи

1. Собрать установку.

2. Проверить работоспособность.

3. Провести замер выходных данных.

4. Проанализировать выходные данные.

5. Спрогнозировать использование технологии и рациональность её применения.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Элемент Пельтье

Установка, закрепляющая все части проекта

Источник тепла, топливо

Источник холода, вода

Контроллер напряжения для выравнивания нестабильного постоянного тока

USB-выход для подсоединения к аккумулятору телефона

Описание

Из подручных материалов изготовлен скелет (фонарь для свечей), к его крышке прикреплён элемент Пельтье. Конструкция проверена на отсутствие мест возможного прямого контакта с огнём. Сверху на элемент прикреплена металлическая кружка с холодной водой. В качестве прослойки использованы термопаста, термоклей и металлические пластины, хорошо проводящие тепло, но не очень массивные, чтобы исключить большие потери энергии. Провода от элемента выведены к контроллеру напряжения, который соединён с кабелем USB.

Результаты работы/выводы

Подобное устройство не рассчитано на большой КПД, так как изначально рассматривалось как побочный преобразователь энергии. Поэтому использование его в быту достаточно рационально, так как Пельтье не привередлив к источникам тепла и охлаждения. Главное – поддерживать разницу температур, достаточную для получения напряжения и тока, необходимых для подключаемого устройства. Такая установка достаточно актуальна, проста в сборке и использовании, а также довольно дешёвая.

Перспективы использования результатов работы

Усовершенствовать устройство для повышения КПД, продумать внешний вид и способы снижения себестоимости. Запустить в серийное производство.

Охлаждающий кожух TPCC ISD400 Core (элемент Пельтье)

Охлаждающий кожух TPCC ISD400 Core (элемент Пельтье) | SICK

Тип:Охлаждающий кожух TPCC ISD400 Core (элемент Пельтье)

Артикул: 6036994

Технический паспорт изделия Русский Cesky Dansk Deutsch English Español Suomi Français Italiano 日本語 – Японский 한국어 – Корейский Nederlands Polski Portugues Svenska Türkçe Traditional Chinese Китайский

Copy shortlink

Технические характеристики
Загрузки
Сценарии применения
Таможенные данные

Охлаждающий кожух TPCC работает с использованием эффекта Пельтье и дает возможность эксплуатировать датчики длительное время при температуре окружающей среды до +75 °C. Кроме того, с помощью ТРСС может существенно увеличиваться срок службы лазерных датчиков. Физически обусловлено снижение срока службы лазерного датчика наполовину на каждые 10 °C повышения температуры. При применении в условиях высоких температур, связанных с климатом или технологией, TPCC предлагает оптимальную защиту датчика, снижает риск неожиданных поломок и, соответственно, простои оборудования. Целенаправленное продление срока службы датчиков позволяет снизить расходы на их замену и сократить простои производства. Инновационный охлаждающий кожух TPCC надежно защищает датчики, повышает производительность и снижает расходы.
Краткий обзор
- Эффективная защита для датчиков при повышенных температурах окружающей среды
- Не требующая техобслуживания система охлаждения с использованием эффекта Пельтье
- Прочный корпус из полиамида-6 с передним защитным стеклом
- Термостатическое регулирование внутренней температуры
- Контроль температуры с автоматическим отключением при превышении температуры
- Юстировочное крепление для простого монтажа
Ваши преимущества
- Активное охлаждение датчиков с использованием эффекта Пельтье увеличивает их срок службы на 15 % при температуре окружающей среды 25 °C и на 400 % при температуре окружающей среды 45 °C. Благодаря более редкой замене датчиков значительно снижаются расходы на их замену.
- Повышенная доступность датчиков исключает неожиданные поломки и связанные с этим простои оборудования. Тем самым исключаются затраты вследствие поломки оборудования и повышается производительность.
- Постоянная внутренняя температура гарантирует высокую точность измеряемых значений и, соответственно, обеспечивает получение прецизионных результатов измерения
- Электрическое охлаждение с использованием эффекта Пельтье не требует техобслуживания, необходимо лишь обеспечить подключение напряжения 24 В вместо затратного водяного охлаждения
Технические чертежи
Dimensional drawing

Наверх

Пожалуйста, подождите…

Ваш запрос обрабатывается, это может занять несколько секунд.

Элемент Пельтье он же термоэлектрический модуль

Чуть чуть теории.

Единичным элементом термоэлектрического модуля (ТЭМ) является термопара, состоящая из двух разнородных элементов с p- и n- типом проводимости. Элементы соединяются между собой при помощи коммутационной пластины из меди. В качестве материала элементов традиционно используются полупроводники на основе висмута, теллура, сурьмы и селена.

Термоэлектрический модуль (Элемент Пельтье) представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В стандартном термоэлектрическом модуле термопары помещаются между двух плоских керамических пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах — от единиц до сотен пар, что позволяет создавать ТЭМ практически любой холодильной мощности — от десятых долей до сотен ватт.

При прохождении через термоэлектрический модуль постоянного электрического тока между его сторонами образуется перепад температур -одна сторона (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Если с горячей стороны ТЭМ обеспечить эффективный отвод тепла, например, с помощью радиатора, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже температуры окружающей среды. Степень охлаждения будет пропорциональной величине тока. При смене полярности тока горячая и холодная стороны меняются местами.

Практика.

Элементы Пельте широко используются в системах охлаждения. Но не многие знают об их другом свойстве – вырабатывать энергию. Изучению этих их возможностей и посвящена данная лабораторная работа.
50*50 мм элемент, установлен между двумя алюминиевыми брусками. Предварительно их поверхности притёрты и смазаны пастой КПТ. В одном из брусков просверлены сквозные отверстия, через которые пропущена медная трубка, для водяного охлаждения. Вот, что получилось:

Подключаем воду к охладителю к одной стороне элемента Пельтье, а другую ставим на конфорку. К выходу элемента подключаем 10Вт 6 вольтовою лампочку. Результат — наш генератор работает !

Опыт доказывает, что элемент Пельтье хорошо вырабатывает электричество. Лампочка горит достаточно ярко, напряжение около 4.5 вольта.

Нагрев до 160 градусов оказался не оптималенлен, при 120 градусах результат был хуже всего на 10%.

Температура охлаждающей жидкости на выходе десять градусов, на входе на один градус меньше. Судя по таким результатам, вода, для охлаждения, не так уж необходима…

При помощи элементов Пельтье можно добывать электричество в экспедиции, в турпоходе, на охотничьем зимовье, словом в любом месте, где это может понадобиться. Естественно, при наличии дров или яркого солнца, ну и обязательно смекалки.

Использование термоэлектрического модуля.

Такой термоэлектрический генератор прекрасно помнят те, кто помнит советские совхозы и колхозы. Говорят, в войну немцы не могли понять, как партизаны могут подолгу вести радиопередачи из осажденного леса.

Да, как говорится — если бы нашим ученым платили деньги, то они бы iphone ещё в `85 изобрели бы ! 🙂

Термоэлектрический холодильник

Термоэлектрический холодильник (вариант 2)

Термоэлектрический холодильник (вариант 3)

Автомобильный охладитель для баночных напитков

Кулер для питьевой воды

Термоэлектрический кондиционер для кабины КАМАЗа

В такой «ковшик» наливается вода, ставится на огонь и, пожалуйста, подзаряжай мобильник. Весь секрет в дне, там «зарыт» Пельтье

Давайте поподробней об этой конструкции.

В настоящее время растет интерес к использованию термоэлектрических генераторных модулей в бытовых устройствах. В первую очередь это касается возможности питания маломощных потребителей электроэнергии — радиоприемники, сотовые и спутниковые телефоны, переносные компьютеры, устройства автоматики и т.п. от имеющихся источников тепла. Термоэлектрический генератор, в котором отсутствуют вращающиеся, трущиеся и какие-либо другие изнашиваемые части, позволяет непосредственно получать электричество из любого источника тепла: выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, горячей воды геотермальных источников, «бросового» тепла ТЭЦ и т.п. Руководствуясь опытом, полученным при создании промышленных термоэлектрических генераторов (ТЭГ) различной мощности — от нескольких Ватт до нескольких килоВатт ИПФ КРИОТЕРМ приступила к серийному производству бытового ТЭГ номинальной мощностью 8 Вт. Конструктивно генератор выполнен в виде алюминиевого ковшика с внутренним объемом около 1 л в донной части которого установлены генераторные модули производства ИПФ Криотерм.

Необходимый для работы генератора перепад температур достигается при разогреве ковшика, например, пламенем костра. Вода, нагреваемая внутри ковшика может идти на приготовление пищи или на другие цели. Данный генератор в первую очередь предназначен для использования в глухих, труднодоступных местах для подзарядки элементов питания индивидуальных средств связи и навигации, освещения и т.п. Он незаменим для охотников, туристов, моряков, сотрудников спасательных и специальных служб, вынужденных долгое время находится вдали от источников центрального энергоснабжения.

Преимуществом генератора является малый вес и объем, высокая удельная генерируемая мощность, функциональность и высокая надежность. Конструкция генератора исключает возможность его перегрева при правильном использовании. В качестве дополнительной опции к генератору предлагается ступенчатый стабилизатор напряжения с диапазонами 3 В — 6 В — 9В -12В и переходники для зарядных устройств.

БЫТОВОЙ ГЕНЕРАТОР ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ 1TG-8

Техническая спецификация

Масса без жидкости , кг, не более 0,55

Габаритные размеры, мм

с ручкой

без ручки 250х130х110 ? 123, h=100

Внутренний объем, дм3 1,0

Номинальная генерируемая мощность, Вт, не менее 8,0

Выходное напряжение, В 3,0 ? 12,0

Ток, мА 660 ? 2660

А вот ещё один пример использования .

Из таких небольших термоэлектрических конденсаторов и состоит генератор.

Уже сейчас термоэлектрические генераторы (TEG) благодаря применению новейших материалов способны вырабатывать электроэнергию мощностью до 1000 Вт.

Термогенератор особенно порадует любителей динамичной езды: ведь чем выше обороты мотора, тем больше вырабатывается электроэнергии, которая в будущем может использоваться в гибридных силовых установках, например, для еще лучшей разгонной динамики.

Почти две трети энергии топлива в современных ДВС «улетает» в атмосферу вместе с теплом. Поэтому инженеры BMW вместе со специалистами американского аэрокосмического агентства NASA активно работают над технологиями превращения тепловой энергии выхлопных газов в электрическую. Такие установки имеют еще один позитивный эффект: дополнительное нагревание непрогретого мотора. Пока TEG «окутывает» отрезок выхлопной трубы, но в будущем планируется интегрировать эту систему в катализатор, используя тем самым его тепловой режим. Для более масштабного внедрения данной технологии в автомобиле придется модернизировать днище, расширив в некоторых местах центральный тоннель. Ожидается, что подобная система уже совсем скоро сможет давать 5-процентную экономию топлива, повышая КПД двигателя внутреннего сгорания.

Вот такой он Элемент Пельтье или термоэлектрический модуль!

Руководство по проектированию элементов ТЕС / Пельтье

Контроллеры ТЕС используются для термоэлектрического охлаждения и нагрева в сочетании с элементами Пельтье или резистивными нагревателями. Элементы Пельтье — это тепловые насосы, которые передают тепло от одной стороны к другой в зависимости от направления электрического тока. Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
В данном руководстве по проектированию системы содержится информация о том, как разработать простую систему термоэлектрического охлаждения с использованием контроллеров ТЕС и элементов Пельтье.При разработке термоэлектрического устройства охлаждение является критически важной частью. Итак, мы возьмем случай охлаждения объекта в качестве примера для руководства по дизайну.

TEC Controller Обзор продукта

Содержание

Проектирование полной термоэлектрической системы может быть большой сложной задачей. Однако для более простой системы не следует теряться в деталях. Это руководство является отправной точкой для оценки проектных параметров с некоторыми упрощениями для нового приложения термоэлектрического охлаждения.
Шаг за шагом мы проходим все необходимые этапы проектирования, выделяем важные моменты и, наконец, рассчитываем пример приложения. Мы обрабатываем систему одноступенчатым элементом Пельтье. Многоступенчатые элементы Пельтье достигают более низких температур, но их сложнее проектировать.

Консультации по сложным тепловым расчетам

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 моделирование, проектирование, механическое строительство, а также выбор подходящей электроники, радиаторов и тепловых трубок.

Видео с термоэлектрическим охлаждением

Это видео объясняет основы термоэлектрического охлаждения. Мы приводим примеры важных шагов проектирования для успешного проектирования термоэлектрического приложения с использованием контроллеров TEC и элементов Пельтье.

Справочная информация

Термоэлектрическое охлаждение и обогрев используется для различных целей, даже при активном охлаждении ниже температуры окружающей среды или высокой точности (стабильность <0.01 ° C). Контроллер TEC - 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 внесения каких-либо механических изменений.

При работе с элементами Пельтье существуют температурные ограничения. Они доступны с максимальной рабочей температурой 200 ° C, где этот предел определяется температурой оплавления припоя и уплотнения.Другой предел — максимальная температура между горячей и холодной сторонами элемента Пельтье. В общих приложениях разница примерно в 50 К может быть реализована с помощью одноступенчатого элемента.
При использовании элемента Пельтье в качестве термоэлектрического охладителя существует предел, при котором температура снова будет повышаться при увеличении подачи тока. Это происходит из-за рассеивания мощности (I ² R) внутри элемента Пельтье при потреблении большего тока, чем I _max.

Типовая термоэлектрическая система

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

Контроллер ТЕС
Элемент Пельтье
Радиатор

Другая важная деталь, напарник радиатора, не видна напрямую. Это окружающий воздух с его температурой, где рассеивается тепло.
Помимо вышеупомянутых частей, для всего приложения важны и другие компоненты. Это, например, датчики температуры, программное обеспечение для настройки и контроля контроллера ТЕС, вентилятор и, конечно же, источник питания.

Пожалуйста, посмотрите следующее видео, чтобы получить 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, например на температуру объектов не влияет конвекция. (Q — теплоемкость каждой детали.)

Упрощенная схема системы охлаждения

Следующая — еще более упрощенная схема — представляет систему охлаждения и соответствующую температурную диаграмму справа. В этом случае объект охлаждается до -5 ° C холодной стороной элемента Пельтье.Горячая сторона элемента Пельтье имеет температуру 35 ° C. Радиатор отводит тепло в окружающий воздух, имеющий температуру 25 ° C.

Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая температурная диаграмма

Процесс проектирования

При проектировании термоэлектрического охлаждающего устройства необходимо выполнить следующие шаги:

Оценить тепловую нагрузку охлаждаемого объекта
Определить рабочий диапазон температуры объекта и радиатора
Выберите элемент Пельтье, соответствующий требованиям
Выберите контроллер ТЕС с подходящим диапазоном мощности
Выбрать радиатор для элемента Пельтье
Выберите вентилятор для вентиляции радиатора (дополнительно)
Выберите датчик температуры объекта и дополнительный датчик раковины
Выберите источник питания для контроллера ТЕС

Это итеративный процесс. Протестируйте свою экспериментальную установку, улучшите ее, повторите вышеуказанные шаги.

1. Оценка тепловых нагрузок

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

Рассеиваемая мощность
Радиация
Конвективный
Проводящий
динамический (dQ / dT)

Эти нагрузки суммированы в тепловой нагрузке Q _C, которая передается с холодной стороны на горячую, где расположен радиатор.

2. Определение температуры

Обычно задача состоит в том, чтобы охладить объект до 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 описании применения термоэлектрического охлаждения важны два конструктивных параметра.

T _O Температура объекта (температура холодной стороны) [° C]
T _HS температура радиатора (температура горячей стороны) [° C] = T _окр. + ΔT _HS
См. Раздел 5.Радиатор для получения дополнительной информации.

Разница между T _O и T _HS известна как dT (ΔT или deltaT) [K]:
dT = T _HS — T _O = T _amb + ΔT _HS — Т _О

3. Выбор элемента Пельтье / ТЕМ-модуля

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

Одним из важных критериев при выборе элемента Пельтье является коэффициент полезного действия (COP).Определение COP — это тепло, поглощенное на холодной стороне, деленное на входную мощность элемента Пельтье: COP = Q _C / P _el
Результатом максимального COP является минимальная входная мощность Пельтье, таким образом, минимальная общая тепло отводится радиатором. (Q _h = Q _C + P _el) Следовательно, мы пытаемся найти рабочий ток, который в сочетании с определенным dT приводит к оптимальному COP.

Наконец, мы получаем оценку Q _max, которая позволяет нам выбрать элемент Пельтье.

Добавляем расчетную маржу на

выбор элемента Пельтье с мощностью теплового насоса выше требуемой,
путем разработки системы с рабочим током значительно ниже I _max элемента Пельтье,
или в качестве третьего варианта, увеличив размер радиатора или добавив к нему вентилятор, чтобы поддерживать низкую температуру горячей стороны.

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

Список дистрибьюторов см. На странице Элементы Пельтье.

4. Выбор контроллера ТЕС

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

Мы выбираем рабочий ток для достижения оптимального COP. На основе этого тока мы выбираем контроллер TEC, а не на основе I _max.

Пожалуйста, обратитесь к странице продукта контроллера TEC для обзора наших устройств.

5. Радиатор

Радиатор поглощает тепловую нагрузку с горячей стороны элемента Пельтье и отводит ее в окружающий воздух.

При подборе радиатора необходимо добавить некоторый запас, чтобы его температура не стала слишком высокой. На следующей диаграмме показано, что тепло Q _h, отклоняемое элементом Пельтье, может быть в 2,6 раза больше Q _max. Это происходит из-за внутреннего тепла в элементе Пельтье во время теплового насоса.Следовательно, общее тепло, которое должно рассеиваться на радиаторе, состоит из тепла объекта и тепла, производимого внутри элемента Пельтье.

На графике ниже показано соотношение между теплотой, отклоняемой элементом Пельтье, от тока для различных dT. Используйте графики, предоставленные производителем элемента Пельтье, чтобы оценить тепло, рассеиваемое радиатором.

Поскольку радиатор должен вписываться в приложение по форме и размерам, эффективность контроллера ТЕС также играет решающую роль, поскольку размер радиатора зависит от него.В зависимости от ваших требований решением может быть изготовленный на заказ радиатор или тепловая трубка.

Тепловое сопротивление рассчитывается по формуле: R _thHS = ΔT _HS / Q _h [K / W]
ΔT _HS = разница температур между радиатором и температурой окружающего воздуха [K]
Q _h = Общая тепловая нагрузка (объект + потеря элемента Пельтье) [Вт]

Чтобы оценить ΔT _HS, примите во внимание максимально возможную температуру окружающей среды, чтобы ваши расчеты в этом случае были верны.

Зависимость отклоненного тепла от dT

На следующем графике показано соотношение между Q _h и Q _C для различных dT. Отношение экспоненциально растет с каждым увеличением dT. Это означает, что при большом dT большое количество тепла рассеивается радиатором, а на холодной стороне элемента Пельтье поглощается сравнительно небольшое количество тепла.

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

Для расчета теплового сопротивления мы принимаем реальное значение для dT _HS. Поскольку нам еще неизвестен реальный Q _h, мы оцениваем его по приведенному выше графику.

Найдите отношение Q _h / Q _C при заданном токе и dT.

Выберите желаемую разницу температур между радиатором и температурой окружающего воздуха ΔT _HS.

Теперь мы можем заменить в приведенной выше формуле для R _thHS Q _h нашим соотношением Q _h / Q _C.

R _thHS = ΔT _HS / (отношение * Q _C)

Конечно, размеры сохраняются только в том случае, если мы позже задействуем элемент Пельтье в выбранной рабочей точке (т. Е. С выбранным током).

Выбор теплового сопротивления радиатора может влиять на dT = T _amb + ΔT _HS — T _O.
(ΔT _HS = Q _h / R _thHS)

Дистрибьюторы / производители

6.Вентилятор

Вентиляторное охлаждение радиатора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху.

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

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

Входной сигнал управления ШИМ для управления скоростью вентилятора. TEC генерирует ШИМ-сигнал 1 кГц или 25 кГц в диапазоне от 0 до 100%.
Выходной сигнал генератора частоты, который представляет скорость вращения. Выход должен быть выходным сигналом с открытым коллектором.

Рекомендуется использовать вентилятор с таким же напряжением питания, что и напряжение питания контроллера ТЕС.

Подключение вентилятора к контроллеру ТЕС

См. Страницу с примечаниями к контроллеру TEC, чтобы узнать, как подключить вентилятор.

7. Примеры расчетов

Рассчитаем для примера расчетные параметры термоэлектрической системы охлаждения.

Для выбора элемента Пельтье необходимы два тепловых параметра .

Максимальная холодопроизводительность Q _max
Разница температур dT

Оценка тепловых нагрузок и определение температуры

Мы предполагаем, что объект с тепловой нагрузкой Q _C = 10 Вт должен быть охлажден до нуля градусов Цельсия.(T _O = 0 ° C) Предположим, что температура в помещении составляет 25 ° C, а температура радиатора T _S 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 неправильно рассчитывать dT как разницу между температурой окружающего воздуха и заданной температурой объекта.

Выбор модуля Пельтье / ТЕМ

Наша цель — найти Q _max, который был бы достаточно большим, чтобы покрыть необходимый Q _C и дать лучший COP.

На графике зависимости производительности от тока мы находим максимум кривой dT = 30 K при токе I / I _max = 0,45 . Как правило, это соотношение не должно быть выше 0,7.

Используя этот коэффициент для тока, мы находим на графике тепловой насос в зависимости от тока значение Q _C / Q _max = 0,25 для данной разницы температур dT = 30 K и относительного тока 0,45.

Теперь мы можем рассчитать Q _max для элемента Пельтье. Q _макс = Q _C / 0,25 = 10 Вт / 0,25 = 40 Вт

На графике зависимости производительности от тока мы находим COP = 0,6 для нашего ранее считанного I / I _max. Это позволяет нам рассчитать P _el = Q _C / COP = 10 Вт / 0,6 = 16,7 Вт .

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

В качестве примера мы выбираем элемент Пельтье с Q _max = 41 Вт, dT _max = 68 K, I _max = 5 A и V _max = 15,4 В.

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

Выбор контроллера ТЕС

Исходя из рассчитанных значений, мы выбираем TEC-контроллер TEC-1091 с выходным током 4 А и выходным напряжением 21 В. Хорошо добавить некоторый расчетный запас, выбрав контроллер ТЕС с более высоким, чем требуется, выходным током. Позже, когда производительность системы станет общеизвестной, может быть достаточно другого контроллера с меньшей производительностью.

Радиатор

Чтобы найти радиатор для элемента Пельтье, нам нужно знать необходимое термическое сопротивление радиатора.На графике отклонения тепла от тока мы находим Q _h / Q _max = 0,6 для выбранного нами тока и dT. Таким образом, Q _h = Q _max * 0,6 = 41 Вт * 0,6 = 24,6 Вт.

Расчет теплового сопротивления радиатора:
R _thHS = ΔT _HS / Q _h = 5 K / 24,6 Вт = 0,2 K / Вт
Нам нужен радиатор с меньшим тепловым сопротивлением чем 0,2 К / Вт.

Приведенные выше расчеты являются первой оценкой параметров термоэлектрической системы охлаждения.Для определения оптимальных параметров системы необходимо тестирование реальной системы и повторение этапов проектирования.

8. Датчики температуры

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

Измерение температуры объекта

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

Поскольку измерение температуры объекта требует более высокой точности и большего диапазона, мы предлагаем использовать датчики Pt100. Чтобы иметь возможность измерять температуру намного ниже 0 ° C, необходимы зонды Pt100 / 1000. Это потому, что, если температура становится слишком низкой, датчики NTC не могут использоваться, поскольку значение сопротивления становится слишком большим. Значение сопротивления датчика должно быть меньше эталонного сопротивления в контроллере ТЕС.

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

Термин «4-проводной» не означает, что необходим датчик с четырьмя контактами. Используются отдельные пары токоведущих и чувствительных электродов. (Подробнее о четырехконтактном считывании)

Диапазон измерения температуры контроллера ТЕС зависит как от датчика температуры, так и от конфигурации оборудования. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему техническому описанию для получения подробной информации.

Подключение датчика температуры

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

9. Требования к источникам питания

Блок питания является источником питания для контроллера ТЕС.

В зависимости от выбранного контроллера ТЕС необходимо выбрать источник питания. Убедитесь, что источник питания может обеспечить питание, необходимое для управления контроллером ТЕС с элементом Пельтье. (Как правило, вы можете добавить 10% резерва. Умножьте необходимую выходную мощность ТЕС на 1,1). Информацию о соотношении входного и выходного напряжения см. В таблице данных контроллера.

10. Проверьте свою настройку

Теперь, когда вы выбрали системные компоненты, вы настраиваете приложение и начинаете тестирование и оптимизацию. Чтобы упростить сборку и первоначальную настройку с использованием нашего сервисного программного обеспечения, пожалуйста, обратитесь к нашему пошаговому руководству по установке контроллера TEC.
Комплексное сервисное программное обеспечение можно загрузить и использовать бесплатно.

11. Узлы термоэлектрического охлаждения

Существуют также универсальные предварительно собранные термоэлектрические охлаждающие узлы, если вы не хотите строить систему с нуля. Эти модули обычно содержат металлическую пластину для крепления объекта, элемент Пельтье, радиатор и вентилятор. Использование таких сборок представляет интерес на этапе создания прототипа для первых экспериментов.

Руководство по проектированию элементов TEC / Пельтье

Контроллеры ТЕС используются для термоэлектрического охлаждения и нагрева в сочетании с элементами Пельтье или резистивными нагревателями. Элементы Пельтье — это тепловые насосы, которые передают тепло от одной стороны к другой в зависимости от направления электрического тока.Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
В данном руководстве по проектированию системы содержится информация о том, как разработать простую систему термоэлектрического охлаждения с использованием контроллеров ТЕС и элементов Пельтье. При разработке термоэлектрического устройства охлаждение является критически важной частью. Итак, мы возьмем случай охлаждения объекта в качестве примера для руководства по дизайну.

TEC Controller Обзор продукта

Содержание

Проектирование полной термоэлектрической системы может быть большой сложной задачей.Однако для более простой системы не следует теряться в деталях. Это руководство является отправной точкой для оценки проектных параметров с некоторыми упрощениями для нового приложения термоэлектрического охлаждения.
Шаг за шагом мы проходим все необходимые этапы проектирования, выделяем важные моменты и, наконец, рассчитываем пример приложения. Мы обрабатываем систему одноступенчатым элементом Пельтье. Многоступенчатые элементы Пельтье достигают более низких температур, но их сложнее проектировать.

Консультации по сложным тепловым расчетам

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 моделирование, проектирование, механическое строительство, а также выбор подходящей электроники, радиаторов и тепловых трубок.