Термоэлектрическое охлаждение
Термоэлектрическое охлаждение — это получение холода за счёт эффекта Пельтье: постоянный ток через полупроводниковые термоэлементы охлаждает одни спаи и нагревает другие. Такие батареи не имеют движущихся частей и хладагента, бесшумны и компактны, но их КПД низок, поэтому их используют в автохолодильниках, мини-барах, приборах и охлаждении электроники.
Одним из перспективных способов получения искусственного холода является термоэлектрическое охлаждение. Термоэлектрические охлаждающие батареи обладают рядом достоинств: простотой устройства, отсутствием рабочего вещества, бесшумностью работы, компактностью.
Термоэлектрическое охлаждение основано на использовании эффекта Пельтье, заключающегося в том, что при прохождении постоянного тока по замкнутой цепи из разных проводников на спаях возникает разность температур.
При термоэлектрическом охлаждении наибольший эффект достигается при использовании полупроводниковых элементов.
Он состоит из полупроводникового термоэлемента и батареи элементов. Каждый термоэлемент состоит из двух последовательно соединенных полупроводников прямоугольной или круглой формы. Полупроводники с помощью медных пластин образуют спаи.
Отдельные термоэлементы соединяются последовательно в батареи. При прохождении через батарею электрического тока, спаи на одной из ее сторон нагреваются, а на другой — охлаждаются. В бытовом холодильнике холодные спаи термобатареи устанавливают в задней внутренней стенке холодильной камеры. Перепад температур между горячими и холодными спаями составляет до 45—50 °C.
В качестве полупроводниковых термоэлементов применяют сплавы свинца и теллура, теллура и сурьмы, окислы металлов и чистые химические элементы: германий, кремний, селен и их соединения.
В настоящее время термоэлектрическое охлаждение применяется в бытовых холодильниках и автономных кондиционерах.
Недостатками термоэлектрического охлаждения являются в основном большой расход электроэнергии и высокая стоимость термоэлектрических охлаждающих батарей.
Эффект Пельтье: принцип работы
Эффект Пельтье — выделение или поглощение тепла на контакте двух разных проводников или полупроводников при прохождении через него постоянного тока. В элементе Пельтье последовательно соединены десятки пар полупроводников n- и p-типа из теллурида висмута, расположенных между двумя керамическими пластинами: при токе одна пластина охлаждается, другая нагревается. Смена полярности меняет стороны местами — тот же элемент может греть.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Напряжение / ток | 12 В / до 6 А |
| Максимальная холодопроизводительность при ΔT = 0 | около 50 Вт |
| Максимальная разность температур сторон | около 65–70 K |
| Холодильный коэффициент на практике | 0,3–0,7 |
Кулер Пельтье и автомобильный холодильник Пельтье работают без хладагента и компрессора, бесшумно, но их COP в 5–10 раз ниже, чем у компрессорной машины, поэтому их используют только при малых мощностях — до сотни ватт. Чем больше разность температур сторон, тем меньше холодопроизводительность элемента, поэтому горячую сторону охлаждают мощным радиатором с вентилятором.
Частые вопросы
Термоэлектрическое охлаждение — это что?
Способ охлаждения, основанный на эффекте Пельтье: при пропускании постоянного тока через цепь из разнородных полупроводников один спай охлаждается, другой нагревается.
Где применяется термоэлектрическое охлаждение?
В автомобильных и переносных холодильниках, мини-барах гостиниц, кулерах для воды, медицинских и лабораторных приборах, для охлаждения процессоров и лазерных диодов.
Как работает элемент Пельтье?
При прохождении постоянного тока через цепочку полупроводниковых пар n- и p-типа одна керамическая пластина элемента охлаждается, а другая нагревается; тепло с горячей стороны нужно отводить радиатором.
Читайте также