Как устроен элемент пельтье: Элемент Пельтье : описание, подключение, схема, характеристики

Элемент Пельтье в действии: обзор кулера Thermaltake SubZero 4G: Обзоры: Компьютеры — Ferra.ru

Как уже говорилось, термодатчик на основании передает информацию контроллеру, и тот уже на основании этих и других (подозреваю, что термодатчик есть также и на самом элементе Пельтье, но его не видно) данных принимает решение о том, в каком режиме и с какой мощностью работать элементу Пельтье, и какое напряжение подать на вентилятор. Это могут быть как стандартные 12 В, так и два других, более низких напряжения: 6 и 8 В, при подаче которых скорость вентилятора, разумеется, сильно упадет, и шум, им издаваемый, тоже снизится. Контроллеру можно запретить снижать скорость вращения — для этого и предусмотрена кнопка переключения режимов работы, коих, собственно, всего два: Power mode (всегда 4800 об/мин, достаточно шумный режим), и Silent mode, в котором скорость вращения определяется контроллером (и шестивольтовый, и восьмивольтовый режимы — очень тихие). Кнопка висит на отдельном проводе, и может быть вынесена на переднюю панель корпуса и подведена, например, под кнопку Turbo, если она у кого-нибудь еще осталась.

Кстати, фанаты тишины могут успокоиться, и идти в магазин за системой водяного охлаждения Thermaltake  Aquarius II (http://www.ferra.ru/online/supply/25229/) — более тихим, чем обычные конвективные кулеры, термоэлектрическая система не будет никогда. Причина проста — к рассеиваемой процессором энергии добавляется энергия, потребляемая, и, соответственно, выделяемая самим элементом Пельтье. И всю эту энергию приходится отводить обычному радиатору, который для выполнения двойной работы, конечно же, должен быть более мощным, а значит, и более шумным. Кстати, по этой же причине радиатор будет иметь такие температуры, какие ему и не снились при работе непосредственно на процессоре — скажем, 90 градусов на горячей стороне элемента Пельтье, и, соответственно, внизу радиатора — это норма. Появление в корпусе источника тепла с такой неприемлемой для большинства окружающих элементов температурой и мощностью потребует пересмотра всей картины охлаждения — например, воздух из околопроцессорной зоны нужно будет выводить быстро и качественно, что потребует большего количества вентиляторов (лучше всего с воздухозаборником, направленным непосредственно на процессорный кулер — так горячий воздух будет выводиться максимально полно), и, соответственно, обеспечит дополнительный шум.

Поскольку прилагаемая карта — все же преобразователь питания, причем довольно мощный, некоторое количество энергии рассеивается непосредственно на ней. Проще говоря, «плата» греется, причем довольно сильно. И, хотя на ней нет никакого крепления, все же крайне желательно охлаждать ее хоть каким-нибудь вентилятором (снова дополнительный шум). Да и устанавливать вплотную к другим PCI-устройствам этот блок питания также не рекомендую — могут возникнуть проблемы с тепловым режимом этих устройств.

Дополнительный разъем питания служит для регулируемого подключения вентилятора. Его рабочее напряжение и, соответственно, режим работы будут совпадать с режимом работы вентилятора на процессоре. Сам 80-миллиметровый вентилятор также входит в комплект поставки. Моддеры будут рады — он подсвечивается тремя яркими синими светодиодами, и, поскольку его крылья прозрачны, эффект получается весьма интересный.

Тестирование проводилось в корпусе ElanVital P10 с одним дополнительным (на выход) вентилятором. Температура окружающей среды — 27 градусов, начальная температура воды — 20 градусов. Охлаждался процессор AMD Athlon 1400 Мгц, разогнанный изменением коэффициента умножения до частоты 1533 Мгц. Между сердечником и процессором лежала паста АлСил-3. Информация о температурах снималась со штатных датчиков системы, а также с помощью внешней термопары с помощью программы Motherboard Monitor 5.2.2.0. Нагружался процессор утилитой burnK7 из комплекта CPUBurn.

Модуль Пельтье: характеристики

Термопреобразователь (модуль Пельтье) работает по принципу, обратному действию термопары, — появлению разности температур, когда протекает электрический ток.

Как работает элемент Пельтье?

Довольно просто применять модуль Пельтье, принцип работы которого заключается в выделении или поглощении тепла в момент контакта разных материалов при прохождении через него тока. Плотность энергетического потока электронов перед контактом и после него отличается. Если на выходе она меньше, значит, там выделяется тепло. Когда электроны в контакте тормозятся электрическим полем, они передают кинетическую энергию кристаллической решетке, разогревая ее. Если они ускоряются, тепло поглощается. Это происходит за счет того, что часть энергии забирается у кристаллической решетки и происходит ее охлаждение.

В значительной степени это явление присуще полупроводникам, что объясняется большой разностью зарядов.

Модуль Пельтье, применение которого является темой нашего обзора, используется при создании термоэлектрических охлаждающих устройств (ТЭМ). Простейшее из них состоит из двух полупроводников p- и n-типов, последовательно соединенных через медные контакты.

Если электроны движутся от полупроводника «p» к «n», на первом переходе с металлической перемычкой они рекомбинируют с выделением энергии. Следующий переход из полупроводника «p» в медный проводник сопровождается «вытягиванием» электронов через контакт электрическим полем. Данный процесс приводит к поглощению энергии и охлаждению области вокруг контакта. Аналогичным образом происходят процессы на следующих переходах.

При расположении нагреваемых и охлаждаемых контактов в разных параллельных плоскостях получится практическая реализация способа. Полупроводники изготавливаются из селена, висмута, сурьмы или теллура. Модуль Пельтье вмещает большое количество термопар, размещенных между керамическими пластинами из нитрида или оксида алюминия.

Факторы, влияющие на эффективность ТЭМ

• Сила тока.
• Количество термопар (до нескольких сотен).
• Типы полупроводников.
• Скорость охлаждения.

Больших величин достигнуть пока не удалось из-за низкого КПД (5-8 %) и высокой стоимости. Чтобы ТЭМ успешно работал, надо обеспечить эффективный отвод тепла с нагреваемой стороны. Это создает сложности в практическом воплощении способа. Если изменить полярность, холодная и горячая стороны меняются друг с другом.

Достоинства и недостатки модулей

Потребность в ТЭМ появилась с возникновением электронных устройств, нуждающихся в миниатюрных системах охлаждения. Преимущества модулей следующие:

• компактность;
• отсутствие подвижных соединений;
• модуль Пельтье принцип работы имеет обратимый при смене полярности;
• простота каскадных соединений для повышения мощности.

Главным недостатком модуля является низкий КПД. Это проявляется в больших затратах мощности при достижении требуемого эффекта охлаждения. Кроме того, он обладает высокой стоимостью.

Применение ТЭМ

Пельтье модуль применяется преимущественно для охлаждения микросхем и небольших деталей. Начало было положено для охлаждения элементов военной техники:

• микросхемы;
• инфракрасные детекторы;
• элементы лазеров;
• кварцевые генераторы.

Термоэлектрический модуль Пельтье постепенно стал применяться в бытовой технике: для создания холодильников, кондиционеров, генераторов, терморегуляторов. Главным его назначением является охлаждение небольших объектов.

Охлаждение процессора

Основные компоненты компьютеров постоянно совершенствуются, что приводит к росту тепловыделения. Вместе с ними развиваются системы охлаждения с применением новаторских технологий, с современными средствами контроля. Модуль Пельтье применение в данной сфере нашел прежде всего в охлаждении микросхем и других радиодеталей. С форсированными режимами разгона микропроцессоров традиционные кулеры уже не справляются. А увеличение частоты работы процессоров дает возможность повысить их быстродействие.

Увеличение скорости вращения вентилятора приводит к значительному шуму. Его устраняют за счет использования модуля Пельтье в комбинированной системе охлаждения. Таким путем передовые фирмы быстро освоили производство эффективных охлаждающих систем, которые стали пользоваться большим спросом.

С процессоров тепло обычно отводится кулерами. Воздушный поток может засасываться снаружи или поступать изнутри системного блока. Главная проблема состоит в том, что температура воздуха порой оказывается недостаточной для теплоотвода. Поэтому ТЭМ стали использовать для охлаждения потока воздуха, поступающего в системный блок, тем самым повышая эффективность теплообмена. Таким образом, встроенный воздушный кондиционер является помощником традиционной системы охлаждения компьютера.

С обеих сторон модуля крепятся алюминиевые радиаторы. Со стороны холодной пластины нагнетается воздух на охлаждение к процессору. После того как он заберет тепло, его выдувает другой вентилятор через радиатор горячей пластины модуля.

Современный ТЭМ управляется электронным устройством с датчиком температуры, где степень охлаждения пропорциональна разогреву процессора.

Активизация охлаждения процессоров создает также некоторые проблемы.

1. Простые охлаждающие модули Пельтье предназначены для непрерывной работы. При пониженном энергопотреблении также уменьшается тепловыделение, что может вызвать переохлаждение кристалла и последующее зависание процессора.
2. Если работа кулера и холодильника не будет должным образом согласована, последний может перейти в режим нагрева вместо охлаждения. Источник дополнительного тепла вызовет перегрев процессора.

Таким образом, для современных процессоров нужны передовые технологии охлаждения с контролем работы самих модулей. Подобные изменения режимов работы не происходят с видеокартами, которые также требуют интенсивного охлаждения. Поэтому для них ТЭМ подходит идеально.

Автохолодильник своими руками

В середине прошлого века отечественная промышленность пыталась освоить выпуск малогабаритных холодильников, основанных на эффекте Пельтье. Существующие технологии того времени не позволили этого сделать. Сейчас сдерживающим фактором преимущественно является высокая цена, но попытки продолжаются, и успехи здесь уже достигнуты.

Широкое производство термоэлектрических устройств позволяет создать своими руками небольшой холодильник, удобный для использования в автомобилях. Его основой является «сэндвич», который делается следующим образом.

1. На верхний радиатор наносится слой теплопроводной пасты типа КПТ-8 и приклеивается Пельтье модуль с одной стороны керамической поверхности.
2. Аналогично к нему крепится с нижней стороны другой радиатор, предназначенный для помещения в камеру холодильника.
3. Все устройство плотно сжимается и просушивается в течение 4-5 часов.
4. На обоих радиаторах устанавливаются кулеры: верхний будет отводить тепло, а нижний — выравнивать температуру в камере холодильника.

Корпус холодильника делается с теплоизолирующей прокладкой внутри. Важно, чтобы он плотно закрывался. Для этого можно использовать обычный пластиковый ящик для инструментов.

Питание 12 В подается из системы автомобиля. Его можно сделать и от сети 220 В переменного тока, с блоком питания. Схема преобразования переменного тока в постоянной применяется самая простая. Она содержит выпрямительный мост и сглаживающий пульсации конденсатор. При этом важно, чтобы на выходе они не превышали величину 5 % от номинального значения, иначе эффективность устройства снижается. У модуля имеются два вывода из цветных проводов. К красному всегда подключается «плюс», к черному — «минус».

Мощность ТЭМ должна соответствовать объему бокса. Первые 3 цифры маркировки означают количество пар полупроводниковых микроэлементов внутри модуля (49-127 и более). Сила тока выражается двумя последними цифрами маркировки (от 3 до 15 А). Если мощности недостаточно, надо приклеить на радиаторы еще один модуль.

Обратите внимание! Если сила тока будет превосходить мощность элемента, он будет нагреваться с обеих сторон и быстро выйдет из строя.

Модуль Пельтье: генератор электрической энергии

ТЭМ можно использовать для выработки электроэнергии. Для этого надо создать перепад температуры между пластинами, и расположенные между ними термопары будут вырабатывать электрический ток.

Для практического использования нужен ТЭМ не менее чем на 5 В. Тогда с его помощью можно будет заряжать мобильный телефон. Из-за низкого КПД модуля Пельтье потребуется повышающий преобразователь постоянного напряжения. Для сборки генератора понадобятся:

• 2 модуля Пельтье ТЕС1-12705 с размером пластин 40х40 мм;
• преобразователь ЕК-1674;
• алюминиевые пластины толщиной 3 мм;
• кастрюля для воды;
• термостойкий клей.

Между пластинами помещаются два модуля на клей, а затем вся конструкция фиксируется на дне кастрюли. Если ее заполнить водой и поставить на огонь, получится необходимая разность температуры, вырабатывающая ЭДС порядка 1,5 В. Подключив модули к повышающему преобразователю, можно повысить напряжение до 5 В, необходимых для зарядки аккумулятора телефона.

Чем больше разница температуры между водой и нижней подогреваемой пластиной, тем генератор работает эффективней. Поэтому надо стараться снижать нагрев воды разными способами: сделать ее проточной, почаще заменять свежей и т. п. Действенным средством увеличения разности температур является каскадное включение модулей, когда они накладываются слоями один на другой. Увеличение габаритных размеров устройства позволяет поместить между пластинами больше элементов и тем самым увеличить общую мощность.

Производительности генератора будет достаточно для зарядки небольших аккумуляторов, работы светодиодных ламп или радиоприемника. Обратите внимание! Для создания термогенераторов потребуются модули, способные работать при 300-400 ⁰С! Остальные подойдут только для пробных испытаний.

В отличие от других средств альтернативного получения электроэнергии они могут работать во время движения, если создать что-то типа каталитического нагревателя.

Отечественные модули Пельтье

ТЭМ своего производства появились у нас на рынке не так давно. Они отличаются высокой надежностью и имеют хорошие характеристики. Модуль Пельтье, который пользуется широким спросом, имеет размеры 40х40 мм. Он рассчитан на максимальный ток 6 А и напряжение до 15 В.

Отечественный модуль Пельтье купить можно за небольшую цену. При потребляемой мощности 85 Вт он создает температурный перепад 60 ⁰С. Вместе с кулером он способен защитить от перегрева процессор с рассеиваемой мощностью 40 Вт.

Характеристики модулей ведущих фирм

Зарубежные устройства представлены на рынке в большем разнообразии. Для защиты процессоров ведущих фирм применяется в качестве холодильника РАХ56В модуль Пельтье, цена которого в комплекте с вентилятором составляет $35.

При размерах 30х30 мм он поддерживает температуру процессора не выше 63 ⁰С при выделяемой мощности 25 Вт. Для питания достаточно напряжения 5 В, а ток не превышает 1,5 А.

Хорошо подходит под охлаждение процессора модуль Пельтье РА6ЕХВ, обеспечивающий нормальный температурный режим при мощности рассеивания 40 Вт. Площадь его модуля составляет 40х40 мм, а потребляемый ток — до 8 А. Кроме внушительных размеров — 60х60х52,5 мм (вместе с вентилятором) — устройство требует наличия вокруг него свободного пространства. Цена его составляет $65.

Когда применяется модуль Пельтье, технические характеристики у него должны соответствовать потребностям охлаждаемых устройств. Недопустимо, чтобы у них была слишком низкая температура. Это может привести к конденсации влаги, которая губительно действует на электронику.

Модули для изготовления генераторов, такие как ТЕС1-12706, ТЕС1-12709, отличаются большей мощностью — 72 Вт и 108 Вт соответственно. Их различают по маркировке, всегда наносимой на горячую сторону. Максимальная допускаемая температура горячей стороны у них составляет 150-160 ⁰С. Чем больше температурный перепад между пластинами, тем выше получается напряжение на выходе. Устройство работает при максимальном температурном перепаде 600 ⁰С.

Модуль Пельтье купить можно недорого — порядка $10 и менее за штуку, если хорошо поискать. Довольно часто продавцы значительно завышают цены, но можно найти в несколько раз дешевле, если приобретать на распродаже.

Заключение

Эффект Пельтье нашел применение в настоящее время в создании небольших холодильников, необходимых современной технике. Обратимость процесса дает возможность изготовить микроэлектростанции, востребованные для зарядки аккумуляторов электронных устройств.

В отличие от других средств альтернативного получения электроэнергии, они могут работать во время движения, если установить каталитический нагреватель.

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 более0,55

Габаритные размеры, мм

с ручкой

без ручки250х130х110 ? 123, h=100

Внутренний объем, дм31,0

Номинальная генерируемая мощность, Вт, не менее8,0

Выходное напряжение, В3,0 ? 12,0

Ток, мА660 ? 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!

Пельтье элемент как источник электричества. (Peltier element as a source of electricity.)

  В данном случае, это полупроводниковый элемент Пельтье, который используется в системе подогрева / охлаждения сидений в автомобиле. Размер – 40 х 40 мм. В машине, к нему «пристегнут» вентилятор, датчик температуры (обычный диод) и два радиатора. Работает следующим образом. Вентилятор постоянно «гонит» воздух через два радиатора, расположенные по обе стороны элемента Пельтье. С одного из них, воздух отводится под сиденье. С другого – выбрасывается наружу. В зависимости от полярности напряжения на элементе Пельтье, под сиденье подается либо горячий, либо охлажденный воздух.

  Обратите внимание на толщину проводов. В автомобиле, этот элемент работает при токах до 15А (средний рабочий ток от 5 до 10 Ампер).

    Но ни это главное. Элемент Пельтье – обратимый. Если одну
сторону нагревать, а другую охлаждать, то он вырабатывает электричество. Вопрос
сколько?

    Заморачиваться с серьезным испытательным стендом не было ни
времени, ни желания. Поэтому, в качестве холодной стороны был выбран радиатор
от процессора «Pentium»,
в качестве горячей – кружка с теплой водой.

  Дальше – без чудес.

  Элемент находится на радиаторе. Остатки теплопроводящей пасты помогают теплообмену.

  Обе стороны – холодные. Ток, соответственно – не вырабатывает.

  Температура радиатора, так же как и температура воздуха – около 10 град. Цельсия.

  Нагрев верхнюю часть элемента Пельте теплом руки, убеждаемся, что ток (хоть и небольшой) течет.

      Ставим чашку с теплой водой (60 — 80 гр.С’) на элемент Пельтье и смотрим что
получилось.

    Тут выяснились некоторые неприятные моменты. Чашка с водой —
не самый хороший источник тепла. Прежде всего, она быстро остывает. В
дополнение вода, в середине чашки, быстро расслаивается. То есть, нижний слой
воды отдает тепло и охлаждается, а оставшаяся горячая вода находится сверху.

    Что бы сгладить эти неприятные эффекты сделаем следующее. Нагреем
воду в чашке, до кипения, поставим на элемент Пельтье и будем помешивать воду для
выравнивания температуры.

   На фотографии выше – результат, который удалось получить устойчиво (в течении 5 минут). Напряжение холостого хода 1,4В, ток короткого замыкания (на нагрузке 1 Ом) – 0,5А.

   Разницу температур холодной и горячей стороны элемента Пельтье измерить не так просто. Теплоемкость керамических пластин, верхней и нижней – очень маленькая. Поэтому пришлось использовать бесконтактный термометр, быстро снимать чашку и тут же измерять температуру верхней пластины. Опуская подробности смотрим что получилось (усредненные температуры в серии измерений на фото, ниже).

   Если свести все вместе, то в результате примитивного эксперимента, с элемента Пельтье удалось устойчиво получить не меньше 0,2 Ватт мощности, при разнице температур холодной и горячей стороны около 50 град. Цельия.
 
  Полупроводниковые элементы Пельтье (в данном случае, между керамическими пластинками размером 40х40мм, находятся 64 полупроводниковых элемента) имеют основное ограничение – температурное. Разница температур между холодной и горячей стороной не  может превышать 100 град. Цельсия. Ограничение чисто механическое, связанное с коэффициентом линейного расширения. При превышении этого диапазона элемент механически трескается и восстановить его невозможно. В дополнение, при изготовлении используется припой, с температурой плавления около 150 град. Цельсия …

Как сделать самодельный холодильник: инструкция по сборке

Готовый ящик уже отлично удерживает холод, однако для того чтобы он мог его вырабатывать, короб следует дополнить преобразователем холода и необходимыми для его работы элементами.

Следующий шаг – это сборка и монтаж охлаждающего узла будущего холодильника. Чтобы получить полноценно работающую технику, нужно подключить корпус к элементу Пельтье, который можно купить в любом магазине радиотехники и компьютерных комплектующих.

Принцип работы термоэлектрического преобразователя Пельтье заключается в разнице температур их верхней и нижней части. При подаче на элемент питания в 12В, ток который проходит через деталь, преобразуется в тепловое излучение (верхняя сторона) и холодный поток (нижняя сторона).

Достоинствами элемента Пельтье является отсутствие движущихся деталей, газа или жидкости. Помимо этого их работа не сопровождается шумом. Используется деталь, как в мини-холодильниках, так и в кондиционерах или кулерах питьевой воды.

Главный недостаток элемента – это его сравнительно высокая стоимость.

Нижний край элемента Пельтье и становится источником холода для самодельного холодильника. Главная технологическая задача на этом этапе заключается в передаче холода во внутреннюю часть холодильника, где устанавливается радиатор и, наоборот, отвода тепловой энергии наружу. С точки зрения физических процессов, эффективной является следующая конструкция:

1. В боковую стенку холодильника под прямым углом монтируется алюминиевый брус. Металлическая поверхность обеспечит подачу холода внутрь корпуса.
2. Со стороны камеры к брусу присоединяется радиатор, который распространяет холод.
3. С внешней стороны к алюминиевой детали прикрепляется элемент Пельтье, который выделяет тепловую энергию.

Можно пойти более легким путем и посадить охладитель на клей-герметик, но это менее эффективно.

Как сделать расчет холодильника, работающего на элементах Пельтье

Для того чтобы самодельный холодильник полностью выполнял возложенные на него функции, следует произвести правильные расчеты.

Учтите, что теплопотеря холодильника зависит от разницы температуры внутри и снаружи прибора. Например, температура помещения, где стоит ларь, равняется 25 градусам. Соответственно если на холодильнике не будет установлен охладительный элемент, внутри его будут те же 25 градусов. Если добавить один элемент Пельтье с радиаторами по сторонам и усилить его кулером, то через некоторое время температура в герметичном отсеке в 30 литров понизится до 19 градусов. Как это выглядит на бумаге:

• начертите на листке две оси. В точке их пересечения поставьте число 0. При этом горизонтальная линия — это температура, а вертикальная — мощность одного элемента Пельтье, который уравновешивает потерю тепла.
• для наглядности на горизонтальной линии поставьте точку, которая обозначит температуру без элемента равную 25 градусам;
• из этой точки начните вести прямую линию в сторону вертикальной оси;
• на участке 2/3 поставьте точку, которая обозначит температурный показатель 19 градусов;
• если отметить еще 1/3 отрезка, то температура уменьшится до 13 градусов и для этого показателя понадобится уже два элемента. Каждая последующая деталь понижает температуру на 6 градусов.

Для охлаждения воздуха в небольшом домашнем холодильнике понадобится три элемента Пельтье. Для обеспечения прибора энергией подойдет блок питания из обычного компьютера. Помимо этого он может работать от автомобильного аккумулятора (понадобится удлинитель с разъемом под прикуриватель).

Чтобы ваш холодильник генерировал холод, важно при установке элемента Пельтье придерживаться ряда правил и рекомендаций.

1. Соблюдайте полярность проводов. Если этого не сделать и поменять полярность, то при работе элемента нагреваться и охлаждаться будут противоположные части детали.
2. Обеспечьте верхней части элемента, которая нагревается, постоянное воздушное охлаждение. Для этой цели подойдет как специально купленный кулер, так и вентилятор из системного блока компьютера. От силы потока воздуха во многом зависит и мощность работы элемента Пельтье.
3. Важной деталью в бесперебойной эффективной работе охладителя является изоляционная прокладка. Она отводит тепло верхней стороны элемента, чтобы нижний охлаждающий радиатор бесперебойно выполнял возложенную на него задачу.
4. Крепить рабочий элемент между верхним и нижним радиатором рекомендуется по типу «бутерброда». Вначале идет верхний радиатор. Далее при помощи шприца наносится небольшой слой теплопроводной пасты. На это вещество приклеивается керамическая поверхность элемента Пельтье. На нижнюю часть детали снова наносится теплопроводной крем, на который крепится нижний охлаждающий радиатор. Для соединения всех комплектующих их следует крепко прижать и дать конструкции просохнуть пять часов.

Дополнительно к нижнему радиатору можно присоединить еще один кулер. Он позволит устройству лучше распространять по площади ларя холод. Также холодильник быстрей наберет необходимую температуру. Кулер исключает возникновение на стенках устройства конденсата, благодаря чему помещенные в него продукты всегда будут сухими.

Процесс набора необходимой для охлаждения продуктов температуры зависит от того, насколько тепло в том месте, где находится холодильник. Чем теплее снаружи, тем охлаждение происходит дольше. Важный аспект — теплоизолирующие качества самого холодильника и его объем. Хороший самодельный холодильник должен быть герметичным и оснащен плотно прилегающей крышкой.

Подводя итоги можно сделать вывод, что для самостоятельного создания небольшого холодильника, который будет морозить и сохранять холод, понадобится три элемента Пельтье и два кулера на охладительный и нагревательный радиатор. Корпусом станет заранее покрытый утеплителем бокс или собственноручно собранная конструкция из пенополистирола, пенопласта или любого другого материала. При наличии всех перечисленных предметов, минимальных навыков работы с техникой, времени и желания повторить опыт самостоятельной сборки холодильника сможет каждый.

Вот как работает термоэлектрический модуль от ADVANCED THERMOELECTRIC (POLLOCK INDUSTRIES)

Вот как работают термоэлектрические охладители

Типичный термоэлектрический (ТЭ) модуль состоит из двух керамических подложек, между которыми расположено множество пар или «пар» кубиков из теллурида висмута. (Пары) игральных костей соединены электрически последовательно и термически параллельно между керамикой. Одна из этих керамик будет «горячей», а другая «холодной».»

Керамические подложки из оксида алюминия

обычно используются для изготовления термоэлектрических модулей. Они ребристые, теплопроводные и отличные электрические изоляторы. Керамика не только обеспечивает прочную основу, но и изолирует электрические элементы внутри модуля от радиатора на горячей стороне модуля и охлаждаемого объекта на холодной стороне.

Подушечки из электропроводящего материала, обычно из меди, достаточно большие, чтобы вместить каждую из множества «пар» игральных костей в модуле, прикреплены к внутренней поверхности керамики.По одной игральной кости P-типа и N-типа электрически соединяются с каждой контактной площадкой. Расположение контактных площадок на двух керамических элементах различается, чтобы создать цепь с кубиками, которая зигзагами проходит через модуль. Обычно все кристаллы припаиваются, чтобы улучшить электрическое соединение и скрепить модуль.

Большинство модулей имеют четное количество кубиков P-типа и N-типа, и один из них, имеющий общее электрическое соединение, известен как «пара». Вышеупомянутый модуль можно описать как модуль с 11 парами.

Хотя материалы P-типа и N-типа представляют собой сплавы висмута и теллура, оба имеют разную плотность свободных электронов при одинаковой температуре. Кости P-типа состоят из материала с дефицитом электронов, в то время как N-типа имеют избыток электронов. Поскольку ток (ампер) течет вверх и вниз через модуль, он пытается установить новое равновесие внутри материалов. Ток рассматривает материал P-типа как горячий спай, который необходимо охладить, а N-типа — как холодный спай, который необходимо нагреть.Поскольку материал на самом деле имеет одинаковую температуру, в результате горячая сторона становится горячее, а холодная — холоднее. Направление тока будет определять, будет ли конкретная матрица охлаждаться или нагреваться. Короче говоря, смена полярности поменяет местами горячую и холодную стороны.

Провода, ведущие к модулям, прикреплены к (медным) контактным площадкам на керамической пластине горячей стороны. Если модуль запаян, вы можете определить горячую сторону без подачи питания. Положите модуль на плоскую поверхность, направьте выводы на себя, положительный вывод, обычно с красной изоляцией, справа.Нижняя поверхность будет горячей стороной.

Исследователи материалов изучают возможность использования других материалов для повышения эффективности термоэлектрических модулей, но теллурид висмута остается наиболее экономичным материалом для охлаждающих модулей, используемых в приложениях с температурой окружающей среды. Однако при низкой температуре (около минус 110 градусов по Цельсию) этот материал перестает быть полупроводником, и его характеристики резко снижаются. Как правило, максимальная температура, с которой могут работать модули, примерно на 30 ° C ниже температуры плавления припоя, используемого в его сборке, обычно +150 или 200 ° C (302 или 392 ° F).

TM 127-1.4-8.5 — наш самый популярный выбор для большинства применений в области производства электроэнергии с использованием термоэлектрических модулей (ТЭГ) с температурой до 200 °C (392 °F).

Некоторые модули на основе теллурида висмута для производства электроэнергии изготавливаются с использованием высокотемпературного припоя или без припоя. Некоторые из них могут использоваться при температурах до +400 °C.

Ссылки по теме:

[email protected]
Бесплатный звонок в Северной Америке: 1 866.665.5434
Международный: 603.888.2467

Как спроектировать модульную систему Пельтье

Модули Пельтье

, также называемые термоэлектрическими модулями, часто являются основой эффективного решения для управления температурным режимом, когда необходимо точно контролировать температуру объекта. Хотя их можно использовать как для нагрева, так и для охлаждения объектов, чаще всего модули Пельтье используются для охлаждения объектов до температуры ниже температуры окружающей среды. Поскольку они обычно предлагаются как компонент, а не как полная система, для правильной интеграции и управления модулем потребуется некоторая работа по проектированию. Спроектировать тепловую систему Пельтье несложно, но базовое понимание характеристик термоэлектрического модуля полезно для обеспечения успешного применения. Для простоты в этом обсуждении будет сделано предположение, что модуль Пельтье охлаждает интересующий объект. Однако следует отметить, что конструктивные соображения по нагреву объекта идентичны, за исключением того факта, что полярность напряжения и тока, питающих устройство Пельтье, обратная (обратно также направлено направление теплового потока через модуль).

Модульные системы Пельтье

На приведенной ниже схеме показаны основные подсистемы, необходимые при использовании модуля Пельтье для контроля температуры объекта. Модуль Пельтье является ключевым элементом системы, но необходимы и другие элементы. Термоэлектрический модуль будет передавать тепло от охлаждаемого объекта, а радиатор необходим для рассеивания как тепла, передаваемого через модуль Пельтье, так и тепла, выделяемого источником электроэнергии. Источник питания обеспечивает ток, необходимый для работы устройства Пельтье, а внешняя петля обратной связи, связанная с тепловым монитором, позволяет системе точно контролировать температуру охлаждаемого объекта.

Типичная конструкция модульной системы Пельтье

Критерии первоначального выбора модуля Пельтье

Модули Пельтье

обычно выбираются на основе тепловых требований приложения. Оттуда можно определить требуемый ток и соответствующее напряжение привода. Наиболее важными тепловыми условиями являются теплота, передаваемая через модуль, максимальная температура по модулю Пельтье и максимальная температура горячей стороны модуля. Производители Пельтье обычно предлагают ряд термоэлектрических модулей, которые будут работать в заданном наборе тепловых условий и обеспечивают диапазон рабочих значений тока и напряжения питания.Более подробное обсуждение выбора устройства Пельтье можно найти в нашем блоге «Как выбрать модуль Пельтье».

Питание модуля Пельтье

Модули Пельтье

легче всего охарактеризовать по потреблению тока. Уровень тока, необходимый для приложения, определяется путем оценки характеристик выбранного устройства Пельтье. Доминирующими параметрами, влияющими на требуемый ток, являются передаваемая тепловая мощность, температура, которую необходимо поддерживать, и рабочая температура модуля.Хотя характеристики модуля Пельтье определяются током, для питания устройства и обеспечения требуемого рабочего тока можно использовать источник регулируемого напряжения. Прикладываемое напряжение, необходимое для подачи желаемого тока, можно определить, просмотрев характеристики выбранного термоэлектрического модуля (см. пример).

Управление напряжением, подаваемым на модуль Пельтье

В некоторых приложениях модуль Пельтье должен работать таким образом, чтобы обеспечить непрерывное максимальное охлаждение.В этих случаях к устройству Пельтье прикладывается постоянное напряжение, а результирующий ток нагрузки и охлаждение можно определить на основе графиков характеристик в спецификациях.

Конструкция модуля Пельтье с постоянным напряжением

Однако в других приложениях модули Пельтье используются для поддержания объекта при контролируемой температуре. В этих конструкциях используется тепловой датчик, такой как термопара, твердотельный датчик температуры или инфракрасный датчик, для контроля температуры объекта.Данные о температуре возвращаются обратно в источник питания через контур терморегулирования для регулировки напряжения (или тока), подаваемого на модуль Пельтье. Распространенным методом управления напряжением, подаваемым на термоэлектрический модуль, является включение каскада широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на выходе стандартного источника питания. Внешний ШИМ-каскад необходим, потому что многие блоки питания не имеют возможности простой регулировки выходного напряжения в широком диапазоне. Выходное напряжение каскада ШИМ также должно быть отфильтровано, чтобы его пульсации составляли менее 5%.Более высокие пульсации напряжения не повредят модуль Пельтье, но снизят его коэффициент полезного действия (COP) и могут вызвать проблемы с электрическими помехами в охлаждаемом объекте. Конструкция контура терморегулирования может быть реализована во многих формах из-за требуемой узкой полосы пропускания контура. Кроме того, полярность контролируемого напряжения или тока должна быть реверсивной, если система контроля температуры должна одновременно охлаждать и нагревать объект.

Модульная конструкция системы Пельтье с ШИМ

Учет всех источников тепла

Устройства Пельтье передают тепло через модуль при подаче электроэнергии.Помимо передаваемого тепла, термоэлектрические модули в процессе работы выделяют дополнительное тепло за счет подводимой электрической мощности. Тепловое решение для системы Пельтье должно рассеивать как тепло, передаваемое через модуль Пельтье, так и собственное генерируемое тепло. В системах, работающих при низком КПД, тепло, выделяемое при электрической работе устройства Пельтье, будет значительно больше, чем его теплопередача. Сочетание температуры окружающей среды и эффективности радиатора будет определять максимальную рабочую температуру модуля Пельтье и производительность системы.

Типичный тепловой поток через модуль Пельтье

Резюме

Системы, использующие модули Пельтье, могут быть чрезвычайно эффективным методом контроля температуры объекта. Эти системы имеют преимущества по сравнению с традиционными конфигурациями контроля температуры на основе компрессоров и диссипативных нагревателей, поскольку они могут работать в любом положении и часто меньше по размеру, легче и более энергоэффективны, а также демонстрируют меньший электрический и акустический шум. Стандартные компоненты также можно использовать практически для всех подсистем, необходимых для настройки приложения модуля Пельтье.Это делает модули Пельтье интригующим вариантом, когда дело доходит до дизайна управления температурой вашего следующего проекта.

электронная книга

Загрузите бесплатное подробное руководство по управлению температурным режимом

Доступ сейчас

Дополнительные ресурсы

Есть комментарии по этому посту или темам, которые вы хотели бы видеть в будущем?

Отправьте нам письмо по адресу cuiinsights@cuidevices. ком

Ingenia — КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Широко распространены термоэлектрические нагреватели и охладители — от охлаждения датчиков изображения CCD (прибор с зарядовой связью) в телескопах и камерах для снижения теплового шума до кемпингового холодильника, который может работать от автомобильного аккумулятора. Открытие французского физика Жана Шарля Пельтье имело решающее значение для создания этих устройств.Эффект Пельтье представляет собой разницу температур, создаваемую приложением напряжения между двумя электродами, подключенными к образцу полупроводникового материала. Это явление может быть полезным, когда необходимо передать теплоту от одной среды к другой в малых масштабах.

Эффект Пельтье

В последние годы эффективность охладителей Пельтье значительно повысилась благодаря вставке слоя полупроводникового теллурида висмута между двумя алюминиевыми пластинами. В большинстве термоэлектрических модулей в настоящее время используется теллурид висмута, легированный для получения положительных и отрицательных полупроводниковых свойств для достижения оптимальных характеристик теплового насоса.Обычные холодильники сжимают и расширяют жидкость с низкой температурой кипения для достижения охлаждения, однако холодильники, использующие эффект Пельтье, хотя и менее эффективны, не имеют движущихся частей или газов, через которые могла бы происходить утечка.

Устройства Пельтье в космических кораблях и спутниках поглощают тепло прямых солнечных лучей, а затем рассеивают его с затененной стороны. Охладители Пельтье также можно использовать для отвода тепла от жизненно важных частей ПК без опасности повреждения электроники жидкостями. Устройство Пельтье крепится к верхней части основного процессора, чтобы отводить тепло от миллиардов транзисторов под ним.Другие области применения включают осушители и датчики для измерения теплового потока через стены зданий.

Подробнее читайте на сайте: http://www.ooshutup.com/what-is-peltier-effect-application-peltier-devices-use-physics/

Компания Ingenia благодарит Ричарда Уолдера за помощь в выборе и описании. Как это работает?

Теория эффекта Пельтье — Inst Tools

В 1821 году немецкий ученый Томас Зеебак провел несколько экспериментов с электричеством.Он обнаружил, что электрический ток будет течь по цепи, состоящей из двух разнородных проводников, при условии, что места соединения этих проводников поддерживаются при разных температурах. Однако Зеебак не смог объяснить фактическую научную причину этого явления и ошибочно пришел к выводу, что протекающее тепло производит тот же эффект, что и протекающее электричество.

Позже, в 1834 году, Жан Пельтье, французский часовщик и физик по совместительству, анализируя эффект Зеебака, заметил, что тепло может поглощаться в одном соединении разнородных металлов и отдаваться в другом соединении в той же цепи. Спустя двадцать лет после этого Уильям Томсон (лорд Кельвин) смог научно объяснить эффекты Зеебека и Пельтье и доказать взаимосвязь между ними.

Однако, как бы это ни было интересно, в то время это явление считалось не более чем простым лабораторным экспериментом. Затем, в 1930 г., когда русские ученые приступили к повторному исследованию более ранних работ по термоэлектрическому эффекту, интерес к этому явлению в мире вновь вспыхнул, что привело к созданию практических термоэлектрических устройств.

Эффект Пельтье считается обратным эффекту Зеебека. Поэтому, чтобы иметь возможность понять, как работает эффект Пельтье, давайте сначала рассмотрим эффект Зеебека.

Эффект Зеебека

Эффект Зеебака — это явление, при котором температурный градиент, возникающий между двумя соединениями, образованными двумя разнородными электрическими проводниками или полупроводниками, вызывает возникновение между ними разности потенциалов. Эта разность потенциалов позволяет электрическому току течь по цепи. Таким образом, эффект Зеебака утверждает, что градиент температуры вызывает протекание электрического тока по цепи.

Математически, если (T1 – T2) представляет собой разницу температур между двумя соединениями разнородных металлов, то, в соответствии с эффектом Зеебека, она создаст электродвижущую силу (напряжение), определяемую следующим образом:

Е = α (Т1 – Т2)

Примечание: α — дифференциальный коэффициент Зеебека или (коэффициент термоэлектрической мощности) между двумя проводниками/полупроводниками.Он положительный, когда направление электрического тока совпадает с направлением теплового тока.

Эффект Пельтье

Эффект Пельтье заключается в том, что когда электрический ток протекает по цепи, состоящей из разнородных проводников, тепловая энергия поглощается одним соединением и отводится в другом, в результате чего первое становится холоднее, а второе — горячее. Таким образом, из-за протекающего тока возникает тепловой градиент, что делает эффект Пельтье обратным эффекту Зеебека.

Если QC — мощность охлаждения в ваттах, а QH — мощность нагрева в ваттах, I — ток, протекающий через замкнутую цепь.

КК или КК = β x I

Примечание: β — дифференциальный коэффициент Пельтье между двумя материалами A и B в вольтах.

Эффект Пельтье можно проверить экспериментально, используя следующую установку:

Как показано, два отрезка медного провода подключены к двум клеммам батареи. Затем эти две части соединяются с помощью висмутовой проволоки, что завершает настройку.

Наблюдается, что когда цепь замыкается, как описано выше, возникает температурный градиент, предсказанный эффектом Пельтье. В месте перехода тока от меди к висмуту температура повышается, а в месте перехода тока от висмута к меди температура падает.

Как работает эффект Пельтье?

Эффект Пельтье возникает из-за того, что средняя энергия электронов, участвующих в переносе электрического тока, различна для разных проводников. Он зависит от нескольких факторов, в том числе от энергетического спектра электронов, их концентрации в проводнике и их рассеяния под действием приложенного напряжения.

При соединении двух разнородных проводников электроны переходят из одного проводника в другой. В зависимости от направления потока электрического заряда эти электроны будут либо передавать свою избыточную энергию окружающим атомам, либо поглощать энергию от них. Таким образом, в первом тепло рассеивается, а во втором поглощается.

Преимущества эффекта Пельтье

1) Основное преимущество эффекта Пельтье заключается в том, что он позволяет нам создавать охлаждающие/нагревательные устройства, которые не имеют движущихся частей и, следовательно, с гораздо меньшей вероятностью выхода из строя по сравнению с обычными охладителями и нагревателями. Они также почти не требуют ухода.

2) Приборы Пельтье работают бесшумно и теоретически могут достигать температуры до -80ºC (-176ºF).

3) Эффект Пельтье можно эффективно использовать на микроскопическом уровне, где обычные методы охлаждения не работают.

Недостатки эффекта Пельтье

1) Основным недостатком эффекта Пельтье является то, что он неэффективен. Сам протекающий ток имеет тенденцию генерировать значительное количество тепла, которое добавляется к общему рассеиванию тепла. В больших приложениях это приводит к избыточному количеству тепла, о котором необходимо позаботиться. Как правило, для решения этой проблемы приходится использовать дополнительные вентиляторы.

2) Этот эффект также потребляет много электроэнергии, что может сделать его использование для крупномасштабных приложений очень дорогим.

3) Если компоненты элементов Пельтье слишком сильно охлаждаются, это может привести к образованию конденсата, что может привести к короткому замыканию.

Применение эффекта Пельтье

Эффект Пельтье используется для создания устройств Пельтье. Это твердотельные устройства, которые используют этот эффект для охлаждения или нагрева. Обычно используемые устройства включают нагреватель Пельтье, тепловой насос, охладитель и твердотельный холодильник.

Когда через устройство Пельтье протекает постоянный ток, тепло переходит с одной стороны устройства на другое, что позволяет ему действовать как нагреватель или охладитель.Все устройства Пельтье работают таким образом, передавая тепло от одной стороны устройства к другой против градиента температуры с помощью электрического тока.

Ниже приведены несколько применений элементов Пельтье:

1) Извлечение воды: Эффект Пельтье используется в осушителях для процесса извлечения воды из воздуха.

2) Синтез ДНК: Термоциклер использует этот эффект для процесса синтеза ДНК.

3) Космические корабли: Эффект Пельтье используется в космических кораблях для балансировки воздействия солнечного света на обе стороны корабля.Это помогает рассеивать тепло из-за прямого солнечного света с одной стороны космического корабля на другую сторону, которая не получает солнечного света и поэтому намного прохладнее.

Читайте также: Введение в RTD

Как генерировать электричество с помощью термоэлектрического генератора Пельтье

Термоэлектрический генератор Пельтье может преобразовывать тепло в электричество. Эти модули генерируют электричество, когда обе стороны подвергаются воздействию разной температуры. Например, вы можете использовать огонь для нагрева термоэлектрического генератора, охлаждая другую сторону водой.Эти модули просты в использовании и являются отличным способом получения электроэнергии из тепла!

Что такое эффект Зеебека и как вырабатывать электричество с помощью модуля Пельтье?

Эффект Зеебека — это явление, при котором тепло рассеивается через полупроводник для выработки электричества. Эти термоэлектрические генераторы содержат провода, изготовленные из двух разных материалов, таких как медь и железо. Эти два типа провода лежат с двух сторон и соединены между собой. Следовательно, это создаст разность потенциалов, когда температура с обеих сторон не одинакова. Другими словами, термоэлектрический модуль Пельтье будет вырабатывать электричество.

Как сделать термоэлектрический генератор для преобразования тепла в электричество?

С помощью модуля Пельтье легко генерировать электричество, потому что все, что вам нужно, это найти лучший способ добиться большей разницы температур. Например, вы можете использовать свечу или небольшой огонь, чтобы нагреть одну сторону термоэлектрического генератора. Действительно, термоэлектрические генераторы Пельтье коммерчески используются для создания вентиляторов дровяных печей, работающих на тепле.Чтобы охладить другую сторону Пельтье, вы также можете использовать воду, содержащую кубики льда. Простая установка может состоять в том, чтобы использовать тонкую банку со свечой внизу и поставить металлическую кастрюлю с холодной водой сверху.

Проверьте этот термоэлектрический генератор Пельтье SP1848-27145 на Amazon

Сколько энергии может производить термоэлектрический генератор и каков их КПД?

Эффективность термоэлектрического модуля Пельтье сильно зависит от достигнутой разницы температур. Кроме того, важным фактором, который следует учитывать, является контакт между элементом Пельтье и другими поверхностями. Таким образом, несоответствующая или неровная поверхность снизит эффективность. Хорошим способом получения большего количества электроэнергии также является использование термопасты. Это обеспечит максимальное рассеивание энергии между поверхностями.

В качестве справки, некоторые термоэлектрические модули SP1848-27145 также имеют спецификации, указывающие, что они могут генерировать приблизительно:8 В и 368 мА

Разница температур 60 градусов: 2,4 В и 469 мА

Разница температур 80 градусов: 3,6 В и 558 мА

Разница температур 100 градусов: 4,8 В и 669 мА

Эти значения могут варьироваться в зависимости от вашей настройки , проводка и нагрузка. Посмотрите мой учебник по цифровому мультиметру, чтобы узнать, как измерить напряжение и силу тока, создаваемые термоэлектрическим генератором.

Использование его с повышающим преобразователем для создания определенного напряжения

Если ваша цель — достичь и поддерживать определенное напряжение, вы также можете использовать повышающий преобразователь.Эти модули будут увеличивать фактическое напряжение термоэлектрического генератора до фиксированного значения напряжения. Например, повышающий преобразователь с уменьшением силы тока для увеличения напряжения до желаемого значения, например 3,3 В или 5 В. Недостатком этого является то, что вы дополнительно ограничиваете силу тока. Вы все еще можете использовать повышающий преобразователь для питания небольших электронных устройств. Некоторые люди также используют термоэлектрический генератор, чтобы сделать вентилятор дровяной печи, работающий на тепле. Другой альтернативой может быть использование этого в сочетании с банком мощности для хранения произведенной энергии.

Какой термоэлектрический модуль Пельтье выбрать?

Существует два основных типа термоэлектрических модулей Пельтье: термоэлектрические охладители (ТЭО) и термоэлектрические генераторы (ТЭГ). Эти модули Пельтье используют ту же технологию, но предназначены для определенной цели. Вы можете использовать TEC для охлаждения устройств. В результате ток, подаваемый на ТЭП, может быть использован для охлаждения одной из его сторон. Такие модули Пельтье не являются термостойкими и также широко используются в термоэлектрических холодильниках или системах кондиционирования воздуха.Прочтите мой предыдущий пост, если хотите узнать больше о термоэлектрических охладителях Пельтье.

Проверьте это SP1848-27145 TEC Semiconductor Термоэлектрический модуль Пельтье для производства электроэнергии на AliExpress

С другой стороны, термоэлектрические генераторы устойчивы к нагреву и оптимальны для производства электроэнергии. Эти модули могут выдерживать температуры до 150 градусов по Цельсию. Следовательно, термоэлектрические генераторы могут использоваться с пламенем в качестве источника тепла и будут более эффективными для выработки электроэнергии.

Портативный термоэлектрический генератор MiniO для кемпинга: зарядное устройство USB для телефонов и малой электроники

Этот портативный термоэлектрический генератор для кемпинга является хорошим примером коммерческого продукта, использующего эту технологию. Термоэлектрический генератор MiniO — аккуратный и хорошо продуманный объект. Генератор Пельтье заключен в разборную чашу из термостойкого силикона и настолько удобен в использовании! Все, что вам нужно сделать, это наполнить чашку водой и поставить ее на любую походную плиту!

MiniO — портативный термоэлектрический генератор, идеально подходящий для кемпинга.Вы можете легко поместить его в свой рюкзак, так как в сложенном виде он имеет размеры всего 4 дюйма на 1,5 дюйма (10 x 4 см). Его вес тоже не так уж плох, и в целом он весит менее фунта (350 г).

Посмотрите портативный термоэлектрический генератор MiniO для кемпинга с зарядкой через USB мощностью 5 Вт на Amazon

Кроме того, MiniO является эффективным термоэлектрическим генератором. Его модуль Пельтье может производить электричество и мощность 5 Вт, что примерно соответствует мощности обычного зарядного устройства для телефона. Выход USB также удобен для зарядки других небольших электронных устройств.

Поскольку термоэлектрические генераторы производят больше энергии при большем перепаде температур, вы можете увеличить количество электроэнергии, вырабатываемой при использовании холодной воды. Поэтому было бы еще лучше, если бы вы разбили лагерь в зимний сезон и добавили лед или снег в резервуар для воды, чтобы еще больше охладить его.

Если вы хотите увидеть портативный термоэлектрический генератор в действии, посмотрите следующее видео:

Заключение

Термоэлектрические генераторы Пельтье дешевы и просты в использовании. Хотя они не производят много тока, их основным преимуществом является простота конструкции и использования. Поэтому термоэлектрические генераторы являются хорошим способом преобразования тепла в электричество. Их можно использовать даже на открытом воздухе для выработки электроэнергии с помощью костра!

См. также мой предыдущий пост об ультразвуковой диффузии эфирных масел и его использовании в ароматерапии или о том, как сделать простое преобразование градусов Цельсия в градусы Фаренгейта.

Эксперименты по охлаждению на эффекте Пельтье – устройства Пельтье

Скачать PDF YouTube

Охлаждающее устройство Пельтье представляет собой термоэлектрический полупроводниковый компонент, обеспечивающий охлаждение без движущихся частей.Он очень прост в использовании и может быть очень холодным – и очень горячим!

Сегодня мы проведем несколько экспериментов с распространенным и недорогим устройством охлаждения Пельтье.

Введение

Возможность охлаждения воздуха или теплообмена имеет решающее значение во многих ситуациях. От компьютерных чипов, которые должны защищать от перегрева, до космических аппаратов, которые должны выдерживать экстремальные температуры, проектирование систем охлаждения — это большой бизнес.

Большинство из нас знакомы с кондиционированием воздуха.Снижая температуру и влажность, они позволяют нам жить и работать в условиях, которые в противном случае были бы неудобными или даже невыносимыми. Даже в прохладном климате кондиционеры используются в центрах обработки данных для поддержания комфортной рабочей температуры оборудования (и персонала).

В обычном кондиционировании воздуха используется хладагент или хладагент, который циркулирует по трубам, насосам, испарителям и конденсаторам для отвода тепла и отвода его наружу. Он эффективен и эффективен, но также занимает много места.

Существуют также области применения, в которых обычное кондиционирование воздуха нецелесообразно или даже невозможно.

Введите устройство Пельтье. Этот полупроводниковый компонент может осуществлять теплообмен без каких-либо движущихся частей. Он идеально подходит для охлаждения компьютерных микросхем, а также для создания небольших охлаждающих устройств для личного пользования. Он также используется в космических кораблях, поскольку обычный кондиционер не работает в условиях низкой гравитации.

Мы не будем строить космические корабли в мастерской, по крайней мере, сегодня.Но мы можем использовать недорогие устройства Пельтье, обеспечивающие охлаждение, для небольших проектов или просто для интересных и забавных экспериментов.

Эффект Пельтье

В 1834 году французский физик Жан Шарль Атанас Пельтье обнаружил, что пропускание тока через два разнородных металла может привести к повышению или понижению температуры на стыке двух металлов.

Пельтье экспериментировал с проводами из меди и висмута. Он обнаружил, что при протекании тока от меди к висмуту на переходе выделяется тепло.Он также обнаружил, что верно и обратное: когда ток протекает между висмутом и медью, переход становится холоднее.

Это явление стало известно как Эффект Пельтье .

Эффект Зеебека

Эффект, тесно связанный с эффектом Пельтье, называется эффектом Зеебека .

Эффект Зеебека назван в честь немецкого физика Томаса Иоганна Зеебека, который открыл этот эффект в 1821 году, однако на самом деле его наблюдал еще в 1794 году итальянский ученый Алессандро Вольта.Если это имя звучит знакомо, Вольта действительно тот джентльмен, в честь которого назван Вольт.

Эффект Зеебека по существу противоположен эффекту Пельтье. Эффект Зеебека описывает преобразование тепла непосредственно в электричество на стыке различных типов проводов.

Устройство Пельтье также можно использовать как устройство Зеебека и наоборот, хотя эффективность обоих ограничена. Эффекты Пельтье и Зеебека относятся к категории Термоэлектрические эффекты .

Современные устройства Пельтье

Вместо разнородных металлов современные устройства Пельтье используют полупроводники.

Полупроводниковый охладитель Пельтье состоит из набора «ножек», состоящих из полупроводникового материала P- или N-типа. «Нога» строится путем создания нескольких слоев материала подложки, наращиваемых для того, чтобы иметь некоторую высоту.

Эти «ножки» расположены в виде матрицы с чередованием материалов типа P и N.

Токопроводящая пластина помещается ниже и выше матрицы для обеспечения электрических соединений.Затем вся сборка помещается между теплопроводным изолятором, обычно керамическим.

Это тип устройства Пельтье, с которым мы сегодня будем экспериментировать.

Проблемы с модулями Пельтье

Модули Пельтье

— очень полезные охлаждающие устройства, но они далеки от совершенства.

Самая большая проблема с модулем Пельтье — его неэффективность. Охладитель Пельтье далеко не так эффективен, как обычное устройство на основе хладагента. Хотя их можно использовать для создания небольших кондиционеров, было бы нецелесообразно использовать их для охлаждения всего здания.

Еще одна проблема — срок службы. Модуль Пельтье не вечен, эффективность всех термоэлектрических охладителей с возрастом снижается. Справедливости ради следует отметить, что обычные системы кондиционирования воздуха также страдают тем же недостатком.

TEC1-12706 Охладитель Пельтье

Устройство Пельтье, которое мы собираемся использовать, представляет собой очень распространенный модуль, охладитель Пельтье TEC1-12706.

Это небольшое устройство размером 40мм х 40мм, я измерил толщину своего модуля 3,75мм.Это модуль Пельтье стандартного размера, и вы обнаружите, что 40 мм x 40 мм также являются стандартным размером радиатора.

Модуль имеет два вывода, красный и черный. Это для его питания, я использовал 12-вольтовый блок питания для своего модуля. Поскольку модули Пельтье не очень эффективны, вам потребуется хороший ток, чтобы управлять этим, я рекомендую использовать блок питания, рассчитанный на 6 ампер.

Чтение номера детали

В эксперименте можно использовать и другие модули Пельтье.Эти модули имеют стандартную схему номеров деталей, как показано ниже.

Номер детали моего устройства выглядит следующим образом:

• TE – это аббревиатура от «Термоэлектрический»

.

• C — указывает размер модуля. Модуль «C» — это модуль стандартного размера, тогда как модуль «S» — это модуль меньшего размера.
• 1 — указывает количество стадий или слоев полупроводникового материала. В этой серии большинство из них имеют только один слой, но доступны модули Пельтье с большим количеством слоев.
• 127 – Количество пар, «пара» – это пара соединений P-N.
• 06 – Сила тока, на которую рассчитано устройство, в амперах. Обратите внимание, что эти модули не имеют номинального напряжения.

TEC1-12706 Эксплуатация

В моем модуле сторона с маркировкой охлаждается, однако это может быть нестандартно, поэтому я советую вам протестировать ваш модуль.

Кстати, вы можете изменить полярность напряжения, подаваемого на модуль Пельтье. В результате тепло будет излучаться с другой стороны модуля. Это хорошая уловка, чтобы знать, если вам случится установить свой модуль задом наперед.

Одна вещь, которую вы обнаружите очень быстро, это то, что вы ДОЛЖНЫ использовать радиатор на горячей стороне, модуль сгорит, если вы этого не сделаете, а холодная сторона вообще не будет сильно охлаждаться.

Модули Пельтье

также не рассчитаны на температуру, при которой они охлаждаются. Вместо этого модуль рассчитан на разницу температур между горячей и холодной сторонами.Таким образом, чем холоднее будет горячая сторона, тем холоднее станет холодная сторона.

Эксперименты с модулем Пельтье

Мы собираемся провести несколько экспериментов с модулем Пельтье. Хотя ни один из этих экспериментов (кроме, пожалуй, последнего) не имеет практической ценности, они дадут вам хорошее представление о степени охлаждения, которую вы можете получить от модуля Пельтье.

Они также покажут вам важность использования хорошего радиатора и мощного блока питания.

Быстрое включение

Первый эксперимент максимально прост!

Все, что мы собираемся сделать, это на короткое время включить наш модуль, чтобы посмотреть, насколько сильно нагреется горячая сторона.Я подчеркнул «очень кратко», и я имею в виду, что пара секунд — это все, что требуется при подходящем блоке питания.

Сначала я измерил температуру модуля перед включением питания. Обратите внимание, что я поместил модуль на приспособление, чтобы держать его, вы не хотите держать его в руке, когда будете проводить этот эксперимент! Так как может быть ОЧЕНЬ жарко!

В моем случае было измерено 20,8 по Цельсию, что примерно соответствует температуре окружающей среды в мастерской, когда я проводил измерения.

Затем я подал питание от своего 12-вольтового настольного источника питания.Это привело к тому, что горячая сторона модулей сразу же нагрелась, и я отключил питание всего через 2 секунды. Затем я провел еще одно измерение температуры.

Как видите, температура резко возросла всего за пару секунд!

Из-за устройства, которое я использовал для удержания модуля, «холодная» сторона была вовсе не такой холодной, мой кондуктор отводит тепло в обе стороны. И, поскольку модуль Пельтье создает разницу температур, было бы не так холодно, даже если бы я использовал устройство для изоляции двух сторон.

Во всяком случае, этот эксперимент показывает, насколько важно иметь радиатор на горячей стороне. Чем мы и займемся дальше.

Изготовление льда в мастерской!

Для этого эксперимента я установил модуль Пельтье на большой радиатор горячей стороной к радиатору. Я использовал термопасту на радиаторе, чтобы обеспечить хорошую теплопроводность между ним и модулем Пельтье.

Затем я поместил всю сборку в поддон с водой, чтобы вода и алюминиевый поддон могли расширить возможности радиатора.

Я подал питание на модуль Пельтье и заметил, что он сразу начал остывать. Затем я взял пару капель воды и поместил ее поверх модуля.

Я немного подождал и увидел воду на модуле.

Примерно через 90 секунд я заметил, что вода начала замерзать. Я позволил эксперименту продолжаться, наблюдая за процессом замораживания.

Примерно через три минуты вода полностью замерзла!

Чтобы заморозить воду, нужно понизить температуру как минимум до нуля градусов Цельсия.Я подозреваю, что, поскольку он замерзал так быстро, фактическая температура была ниже этой.

Это убедительно доказывает, что модуль Пельтье действительно сильно остывает.

Производство электроэнергии

В последнем эксперименте с модулем Пельтье я собираюсь использовать модуль для того, для чего он не предназначен.

Помните эффект Зеебека? Это был дополнительный эффект эффекта Пельтье, он создает электричество из тепла.

Оказывается, модуль Пельтье может работать как прибор Зеебека, хотя и очень неэффективный.

Я проверил эту теорию, нагрев «горячую сторону» моего модуля с помощью теплового пистолета, одновременно наблюдая за выходным напряжением с помощью измерителя, подключенного к двум проводам.

Мне удалось получить около 1,5 вольта от моего модуля после того, как я его нагрел. Недостаточно, чтобы что-то с этим делать, тем более, что я подозреваю, что это был очень слаботочный ток.

Теоретически можно соединить несколько модулей последовательно, чтобы увеличить напряжение, и параллельно, чтобы получить больший ток.Но для практических целей это всего лишь научный курьез.

Если вы действительно хотите получать электричество из тепла, есть много способов сделать это лучше!

Охладитель Пельтье в сборе

Охладители Пельтье

доступны на eBay и в ряде других источников. Они очень недороги и могут быть использованы для практических целей, таких как создание крошечной холодильной установки или персонального холодильника.

По крайней мере, эти узлы являются отличным источником запчастей по очень низкой цене. Тот, который я получил, имел три вентилятора, модуль Пельтье и несколько радиаторов и тепловых трубок. Он даже поставлялся с новым 12-вольтовым 6-амперным блоком питания. Очень много, если учесть, что это стоит примерно столько же, сколько блок питания сам по себе!

Так как все в сборке работает от 12 вольт, заставить устройство работать было очень просто.

После подключения я попытался получить показания температуры с «холодной стороны», конца с маленьким вентилятором.

Было нелегко получить показания, но в конце концов я получил один из 17.4 Цельсия. В предыдущих попытках мне удалось получить показания всего 15 градусов.

Одна вещь, которую я заметил, заключалась в том, что у меня образовывался конденсат на радиаторе «холодной стороны», что могло быть вызвано конденсацией влаги в воздухе на холодной поверхности. Таким образом, устройство также действовало как небольшой осушитель!

Это отличные устройства для экспериментов. Следите за eBay, чтобы выбрать одно для себя.

Заключение

Модули Пельтье

очень просты в использовании и при правильном теплоотводе действительно могут снизить температуру.Они могут обеспечить охлаждение полупроводников или морозного напитка без каких-либо движущихся частей.

Надеемся, что эта статья и сопровождающее видео натолкнут вас на идеи для ваших собственных крутых проектов!

Ресурсы

PDF-версия — PDF-версия этой статьи, отлично подходящая для печати и использования на рабочем месте.

Родственные

Обзор

Название изделия

Эксперименты по охлаждению на эффекте Пельтье

Описание

Узнайте об эффекте Пельтье и о том, как использовать обычный и недорогой охладитель Пельтье для охлаждения электронных устройств.Мы проведем несколько экспериментов с модулем Пельтье, в том числе используем его для приготовления льда!

Автор

Мастерская дронботов

Имя издателя

Мастерская дронботов

Логотип издателя

Часто задаваемые вопросы и техническая информация — TE Technology

Нажмите на интересующий раздел:

Часто задаваемые вопросы по термоэлектрике

1. Как работает термоэлектрический модуль?

Термоэлектрические модули представляют собой твердотельные тепловые насосы, работающие на эффекте Пельтье (см. определения). Термоэлектрический модуль состоит из массива полупроводниковых элементов p- и n-типа, сильно легированных электрическими носителями. Элементы расположены в массив, который электрически соединен последовательно, но термически соединен параллельно. Затем этот массив прикрепляется к двум керамическим подложкам, по одной с каждой стороны элементов (см. рисунок ниже).Давайте рассмотрим, как происходит теплопередача при прохождении электронов через одну пару элементов p- и n-типа (часто называемую «парой») внутри термоэлектрического модуля:

Полупроводник p-типа легирован определенными атомами, которые имеют меньше электронов, чем необходимо для завершения атомных связей в кристаллической решетке. Когда прикладывается напряжение, электроны проводимости стремятся завершить атомные связи. Когда электроны проводимости делают это, они оставляют «дыры», которые по существу представляют собой атомы внутри кристаллической решетки, которые теперь имеют локальные положительные заряды. Затем электроны постоянно падают и выталкиваются из отверстий и движутся к следующему доступному отверстию. По сути, именно дырки действуют как электрические носители.

Электроны движутся гораздо легче в медных проводниках, чем в полупроводниках. Когда электроны покидают p-тип и входят в медь на холодной стороне, в p-типе образуются дырки, поскольку электроны выпрыгивают на более высокий энергетический уровень, чтобы соответствовать уровню энергии электронов, уже движущихся в меди.Дополнительная энергия для создания этих отверстий поступает за счет поглощения тепла. Между тем, вновь созданные отверстия перемещаются вниз к меди на горячей стороне. Электроны с горячей стороны меди переходят в p-тип и падают в дырки, высвобождая избыточную энергию в виде тепла.

Полупроводник n-типа легирован атомами, которые обеспечивают больше электронов, чем необходимо для завершения атомных связей в кристаллической решетке. При приложении напряжения эти дополнительные электроны легко перемещаются в зону проводимости. Однако требуется дополнительная энергия, чтобы электроны n-типа соответствовали уровню энергии входящих электронов с холодной стороны меди. Дополнительная энергия поступает за счет поглощения тепла. Наконец, когда электроны покидают горячую сторону n-типа, они снова могут свободно перемещаться в меди. Они опускаются на более низкий энергетический уровень и при этом выделяют тепло.

Приведенное выше объяснение является неточным, поскольку оно не охватывает всех деталей, но оно служит для словесного объяснения очень сложных физических взаимодействий.Суть в том, что тепло всегда поглощается на холодной стороне элементов n- и p-типа, а тепло всегда выделяется на горячей стороне термоэлектрического элемента. Тепловая мощность модуля пропорциональна току и зависит от геометрии элемента, количества пар и свойств материала.

Вернуться к началу

2. Какое математическое уравнение описывает работу термоэлектрического модуля?

На рисунке выше показана термоэлектрическая пара. 2 * R * L/A – K * A/L * (Th – Tc)] V = 2 * N * [S * (Th -Tc) + I * R * L/A]

Первый член Qc, S*I*Tc, представляет собой охлаждающий эффект Пельтье.2*R*L/A представляет собой эффект джоулевого нагрева, связанный с прохождением электрического тока через сопротивление. Джоулево тепло распределяется по всему элементу, поэтому 1/2 теплоты уходит на холодную сторону, а 1/2 теплоты идет на горячую сторону. Последний член, K*A/L*(Th-Tc), представляет собой эффект Фурье, при котором тепло передается от более высокой температуры к более низкой температуре. Так, при охлаждении Пельтье уменьшаются потери, связанные с электрическим сопротивлением и теплопроводностью.

Для напряжения первый член S*(Th-Tc) представляет собой напряжение Зеебека.Второй член, I*R*L/A, представляет собой напряжение, связанное с законом Ома.

Эти уравнения очень упрощены и предназначены для демонстрации основной идеи, лежащей в основе расчетов. Настоящие дифференциальные уравнения не имеют решения в закрытой форме, поскольку S, R и K зависят от температуры. К сожалению, предположение о постоянных свойствах может привести к значительным ошибкам.

TE Technology использует специальное запатентованное программное обеспечение для моделирования, которое учитывает температурную зависимость свойств термоэлектрического материала, а также все соответствующие аспекты проектирования всей системы.Программное обеспечение использует данные о свойствах материалов из реальных результатов испытаний термоэлектрических модулей, поэтому оно дает очень точные результаты. Когда мы создаем индивидуальный кулер для вашего приложения, такая высокая точность означает, что вам обычно нужен только один прототип для проверки эффективности охлаждения.

Вернуться к началу

3. В чем преимущества термоэлектрической установки перед компрессором?

Термоэлектрические модули не имеют движущихся частей и не требуют использования хлорфторуглеродов.Поэтому они безопасны для окружающей среды, надежны по своей сути и практически не требуют технического обслуживания. Они могут работать в любом положении и идеально подходят для охлаждения устройств, чувствительных к механическим вибрациям. Их компактный размер также делает их идеальными для приложений с ограниченным размером или весом, где даже самый маленький компрессор будет иметь избыточную мощность. Их способность нагревать и охлаждать за счет простого изменения направления тока полезна для приложений, где необходимы как нагрев, так и охлаждение, или где критически важен точный контроль температуры.

Вернуться к началу

4. Какие отрасли промышленности обслуживает термоэлектрика?

Термоэлектрические охладители используются в самых требовательных отраслях, таких как медицина, лаборатория, аэрокосмическая, полупроводниковая, телекоммуникационная, промышленная и потребительская. Область применения варьируется от простых холодильников для еды и напитков для дневного пикника до чрезвычайно сложных систем контроля температуры в ракетах и ​​космических кораблях.

Термоэлектрический охладитель позволяет снизить температуру объекта ниже температуры окружающей среды, а также стабилизировать температуру объектов выше температуры окружающей среды.Термоэлектрический охладитель отличается от радиатора тем, что он обеспечивает активное охлаждение, в отличие от радиатора, который обеспечивает только пассивное охлаждение.

Термоэлектрические охладители

могут использоваться для приложений, требующих отвода тепла в диапазоне от милливатт до нескольких тысяч ватт. Однако в термоэлектрике действует общая аксиома: чем меньше, тем лучше. Термоэлектрический охладитель наиболее целесообразен при использовании в тех случаях, когда даже самая маленькая система парового компрессора обеспечивает гораздо большее охлаждение, чем необходимо.В этих ситуациях термоэлектрический охладитель может обеспечить решение, которое меньше по размеру, меньше весит и является более надежным, чем сравнительно небольшая компрессорная система.

Однако в последние годы наблюдается тенденция к увеличению размеров термоэлектрических систем. Поскольку источники питания становятся менее дорогими, это привело к снижению стоимости всей термоэлектрической системы (охладитель, источник питания и регулятор температуры), поэтому более мощные системы теперь более востребованы на рынке. Системы с мощностью в диапазоне 200-400 Вт становятся все более распространенными, хотя они все еще не так распространены, как системы меньшего размера с охлаждающей способностью ниже 100 Вт.

Большие термоэлектрические системы мощностью в киловатт были построены для специализированных применений, таких как охлаждение внутри подводных лодок и железнодорожных вагонов или охлаждающие технологические ванны в специализированных областях, таких как производство полупроводников. В случаях, когда термоэлектрические охладители используются для таких больших приложений, как правило, была веская причина, по которой система парового компрессора не использовалась (например, необходимо минимизировать вибрацию или требуется точный контроль температуры).В этом случае дополнительные затраты и более высокое энергопотребление термоэлектрического охладителя могут быть оправданы.

Типичные области применения термоэлектрических охладителей включают:

Лазерные диоды

Приборы лабораторные

Температурные бани

Электронные корпуса

Холодильники

Телекоммуникационное оборудование

Вернуться к началу

5. Каков КПД термоэлектрического модуля?

С технической точки зрения, слово «эффективность» относится к соотношению количества работы, выполняемой машиной, к количеству потребляемой мощности.В приложениях с тепловыми насосами этот термин используется редко, потому что можно удалить больше тепла, чем количество потребляемой мощности, необходимой для перемещения этого тепла. Для термоэлектрических модулей стандартно использовать термин «коэффициент полезного действия», а не «эффективность». Коэффициент полезного действия (КПД) представляет собой количество перекачиваемого тепла, деленное на количество подаваемой электроэнергии.

COP зависит от тепловой нагрузки, входной мощности и требуемой разницы температур. Как правило, COP находится в пределах 0.3 и 0,7 для одноступенчатых приложений. Тем не менее, COP выше 1,0 может быть достигнуто, особенно когда модуль работает против положительной разницы температур (то есть, когда модуль отводит тепло от объекта, который теплее окружающей среды). На рисунке ниже показан нормализованный график зависимости COP от I/Imax (отношение входного тока к спецификации модуля Imax). Каждая строка соответствует константе DT/DTmax (отношение требуемой разности температур к спецификации DTmax модуля).

Вернуться к началу

6. Хочу сделать свой блок охлаждения. Как выбрать правильный модуль для моей системы?

Вы можете использовать нашу программу выбора модулей на Peltier-Thermoelectric-Cooler-Module-Selector. Подробную инструкцию по использованию программы совместно с вашей тепловой моделью можно скачать оттуда. Мы видели, что другие модульные программы основывают производительность и рекомендации на определенных предположениях, которые в противном случае могут привести к значительным ошибкам. Наша программа выбора модуля не делает никаких предположений о конструкции вашей системы — рекомендации основаны на рабочих температурах модуля, тепловой нагрузке и DTmax. Это делает процесс выбора более точным, поскольку вы знаете, какие предположения делаются. Имейте в виду, что правильный выбор модуля — это повторяющийся процесс, требующий времени и исследований. Если вы не хотите тратить время и деньги на выбор собственного модуля, разработку собственной системы, наличие необходимой квалифицированной рабочей силы для ее сборки и т. д., то у нас есть настоятельно рекомендуемая альтернатива: стандартные (или нестандартные) блоки охлаждения. Вся тяжелая работа уже проделана нами, когда вы покупаете сборку от TE Technology.

Однако, если вы уверены, что хотите сделать свой собственный блок охлаждения, вот краткое описание того, что для этого нужно:

Сначала вы должны определить свои рабочие температуры и количество тепла, которое вам нужно удалить. Основываясь на этих параметрах, программа выбора модуля поможет вам выбрать модуль с наименьшим энергопотреблением, наименьшим размером или их комбинацией.

Затем вы анализируете свою тепловую систему на основе размера и рабочего напряжения и тока для выбранного модуля. На этом этапе вы убедитесь, что рабочие температуры и тепловая нагрузка, которые вы использовали для выбора модуля, являются реалистичными. Если анализ показывает, что ваши цифры были реалистичными, то с вами покончено. В противном случае вы должны ввести новую тепловую нагрузку и рабочие температуры и повторять процесс до тех пор, пока выбранный вами модуль не будет соответствовать вашим окончательным требованиям.

Вернуться к началу

7.Насколько надежны термоэлектрические системы?

Термоэлектрические системы очень надежны при условии, что они установлены и используются надлежащим образом. Конкретную надежность термоэлектрических охладителей, как правило, трудно определить, поскольку частота отказов сильно зависит от конкретного применения. Термоэлектрические модули, находящиеся в установившемся режиме (постоянная мощность, тепловая нагрузка, температура и т. д.), могут иметь среднее время наработки на отказ (MTBF) более 200 000 часов.Тем не менее, приложения, включающие термоциклирование, показывают значительно худшие показатели среднего времени безотказной работы, особенно когда охладители TE циклически работают до высокой температуры. При термоциклировании более подходящей мерой надежности является не время, а количество циклов.

Все материалы расширяются или сжимаются при нагревании или охлаждении. Различные материалы расширяются с разной скоростью. Скорость расширения определяется свойством материала, называемым коэффициентом теплового расширения (КТР). Как правило, по мере того, как холодная сторона модуля становится холоднее, он сжимается, а когда нагревается горячая сторона, он расширяется.Это изгибает термоэлектрические элементы и их паяные соединения. Кроме того, поскольку модуль изготовлен из нескольких разных материалов, возникает дополнительное напряжение просто потому, что сами материалы расширяются/сжимаются с разной скоростью. После многократного термоциклирования припойные соединения в модуле утомляются, и электрическое сопротивление увеличивается. Производительность охлаждения снижается, и со временем модуль становится неработоспособным. Таким образом, «точка отказа» зависит от рабочей температуры, количества температурных циклов и степени деградации конкретной системы, прежде чем производительность станет неприемлемой.Все термоэлектрические модули (независимо от производителя) испытывают одинаковые эксплуатационные нагрузки, но то, как они переносят эти нагрузки, зависит от качества сборки — выбор производителя с хорошими прочными паяными соединениями обязателен! (Конечно, мы уделяем особое внимание тому, чтобы наши модули имели паяные соединения самого высокого качества.)

Аналогичное явление возникает, когда модуль припаивается или приклеивается эпоксидной смолой к радиатору. Точка «нулевого напряжения» (то есть точка, в которой нет внутреннего напряжения, возникающего из-за несоответствия КТР) замерзнет между керамической подложкой и радиатором, когда припой или эпоксидная смола станут жесткими при некоторой температуре, которая обычно отличается от рабочая температура. Другими словами, модуль подвергается предварительному напряжению, когда модуль и припой остывают до комнатной температуры (при условии, что модуль припаян к радиатору).

Поскольку узел подвергается термическому циклированию, не только сам модуль подвергается усталостному напряжению, но и линия соединения между модулем и радиатором. Опять же, разные материалы будут расширяться с разной скоростью. Радиатор, припой (или эпоксидная смола) и модуль будут расширяться по-разному. Это может быть особенно хлопотно, потому что соединение потенциально может выйти из строя в локальных точках.Модуль может перегреться в этих локальных точках, что усугубит проблему. Вот почему мы не рекомендуем припаивать (или заливать эпоксидной смолой) модуль к его радиатору. Если вы припаиваете (или заливаете эпоксидной смолой) модули, мы рекомендуем подвергнуть готовую сборку термическому циклу, чтобы обеспечить достаточный срок службы.

TE Technology не публикует данные о надежности термоэлектрических охладителей для общего пользования. Данные о надежности действительны только для условий, в которых проводилось испытание, и не обязательно применимы к другим конфигурациям.Существует множество параметров и условий применения, которые влияют на надежность. Сборка кулера, методы монтажа, источник питания, системы и методы контроля температуры, а также температурные профили — это лишь несколько факторов, сочетание которых может привести к частоте отказов в диапазоне от чрезвычайно низкой до очень высокой. Опять же, «точка отказа» специфична для каждого приложения.

Также может быть компромисс между тепловыми характеристиками охладителя, стоимостью изготовления охладителя и надежностью в отношении термоциклирования или других факторов.Например, наша линейка стандартных охлаждающих узлов оптимизирована для нашего типичного клиента — эти клиенты не используют систему в условиях повторяющихся термоциклов и, следовательно, не хотят платить (по стоимости или производительности) за кулер, оптимизированный для термоциклирования.

Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам, если ваше приложение связано с термоциклированием. Возможно, мы сможем предоставить незапатентованные результаты испытаний, которые в какой-то степени могут быть применимы; если нет, мы можем помочь вам с программой тестирования, чтобы у вас были данные для определения того, насколько система охлаждения подходит для вашего приложения.Чтобы оценить истинную надежность, мы рекомендуем протестировать все системы охлаждения в реальных условиях.

Ниже приведены лишь несколько комментариев, касающихся общих тенденций в отношении надежности:

а) Термоэлектрические модули обладают относительно высокой механической прочностью на сжатие, но сравнительно низкой прочностью на растяжение и сдвиг. Следовательно, ТЭ-модуль не следует использовать для поддержки веса, который, в частности, может подвергнуть его растяжению или напряжению сдвига. Кроме того, в приложениях, где будут присутствовать удары и вибрация, термоэлектрический модуль следует зажать между двумя пластинами, а не использовать припой или эпоксидную смолу для крепления модуля к его радиатору. При правильном монтаже термоэлектрические модули успешно отвечают требованиям к ударам и вибрации в аэрокосмической, военной и других подобных средах. Кроме того, наша заливка обеспечивает повышенную механическую прочность. На самом деле наша заливка изначально была разработана для того, чтобы модули могли выдерживать нагрузки при запуске баллистических ракет. Для получения дополнительной информации нажмите здесь. Кроме того, загрузите tem_(thermoelectric_module)_mounting_procedure.pdf [Документ Adobe PDF] для получения дополнительной информации о надлежащих методах монтажа.

Аналогично, при использовании нескольких модулей в сборке они должны иметь общую высоту с точностью до 0.025 мм. В противном случае неравномерное усилие зажима может привести к поломке модуля.

b) Нельзя допускать попадания влаги внутрь термоэлектрического модуля, чтобы предотвратить как снижение охлаждающей способности, так и возможную коррозию материалов модуля. Дополнительную информацию см. в разделе Защита от влаги.

c) Применение, связанное с большими перепадами температуры или термоциклированием, может вызвать термическую усталостную нагрузку. Опять же, термоэлектрические модули нельзя устанавливать с помощью припоя или эпоксидной смолы.Такие способы монтажа могут привести к концентрации напряжений из-за различных несоответствий коэффициентов теплового расширения. Мы настоятельно рекомендуем монтировать модули с помощью зажима (сжатия) и использования термопасты или гибкого монтажного материала, такого как прокладка для термопереноса, в качестве интерфейса между модулем и пластиной. В любом случае, жесткий монтаж вообще не рекомендуется для модулей размером более 15 кв. мм.

Чтобы свести к минимуму влияние термоциклирования, сведите к минимуму температурный диапазон цикла и минимизируйте количество термоциклов.Если термоциклирование является обязательным, вам следует выбрать физически небольшой модуль с большой площадью пеллет. (Пеллетка — это термоэлектрический элемент, используемый в модуле. В номере детали модуля вторая цифра определяет ширину каждой гранулы в мм, что, в свою очередь, определяет площадь основания гранулы.) Таким образом, чем меньше размер модуля, тем больше он, как правило, надежен, и чем больше площадь контакта с пеллетами, тем он более надежен. Кроме того, при необходимости модули можно настроить так, чтобы они лучше справлялись с термоциклированием.

d) Методы контроля температуры также влияют на надежность термоэлектрического модуля. Линейное управление или управление с широтно-импульсной модуляцией (частота не менее 300 Гц) всегда следует выбирать вместо управления ВКЛ/ВЫКЛ для обеспечения большей надежности. Контроллер типа ВКЛ/ВЫКЛ в основном вызывает термоциклирование, поэтому его следует избегать.

e) Воздействие высоких температур должно быть сведено к минимуму для повышения надежности. Стандартные модули рассчитаны на максимальную температуру 80 °C. Высокотемпературные модули рассчитаны на 200 °C модулей.Однако эти температурные пределы несколько условны. Все модули, независимо от производителя, будут подвергаться воздействию высоких температур. Некоторые, конечно, более устойчивы к изменениям, чем другие.

Модуль состоит из никелированных медных проводников для электрического соединения термоэлектрических таблеток друг с другом. Медь имеет тенденцию диффундировать в термоэлектрический материал, что ухудшает рабочие характеристики. Таким образом, никелирование добавляется, чтобы служить диффузионным барьером для меди.К сожалению, никель не является идеальным барьером, и атомы меди все равно будут диффундировать, хотя и гораздо медленнее, чем если бы никелевого барьера вообще не было. Скорость диффузии обычно увеличивается экспоненциально с температурой: чем выше рабочая температура, тем быстрее будет происходить диффузия и соответствующее ухудшение характеристик. Однако, в частности, с модулем на 80 °C, при 85 °C компоненты припоя могут начать мигрировать по плоскостям спайности термоэлектрического материала из-за предполагаемой незначительной эвтектической реакции. Это приводит к механически слабому паяному соединению и физическому расширению таблетки.

Температурные характеристики модулей зависят от технологии их изготовления. В модуле на 80 °C используется припой, который плавится при 140 °C. У него отличные электрические контакты. Модуль на 200 °C также имеет два никелевых барьера: слой никеля на медном язычке и слой никеля на концах таблетки. Припой плавится при 232°С.

f) Дополнительную информацию можно найти, загрузив публикации о надежности на странице Downloads.

г) Не все термоэлектрические модули сделаны одинаково качественно! Разные производители используют разные технологии, и мы наблюдали сильно различающееся качество при сравнении модулей одинакового размера и емкости от разных производителей. Неправильная пайка, неправильная металлизация керамики и неправильное никелирование — вот лишь некоторые из потенциальных проблем, которые могут снизить надежность. Будьте внимательны при выборе поставщика модуля!

Вернуться к началу

8. Будет ли TE Technology заниматься контрактным производством?

TE Technology занимается контрактным производством для компаний, которые уже разработали термоэлектрическую конструкцию и хотели бы найти компанию для производства своей детали. У нас есть собственные современные возможности механической обработки, а также полный испытательный отдел контроля окружающей среды. Когда компании суммируют затраты на инженеров-теплоэлектриков, сборщиков, инвентарь и производственные площади вместе с затратами на проектирование, техническое обслуживание и калибровку необходимого термоэлектрического испытательного оборудования, они обнаруживают, что это дороже, чем само сырье.Благодаря аутсорсингу эти клиенты сокращают свои накладные расходы, получая при этом неизменно превосходное качество сборки. Независимо от того, насколько малы или велики ваши производственные мощности, если вы хотите изучить этот вариант, пожалуйста, отправьте нам спецификации вашей термоэлектрической охлаждающей сборки с необходимыми вам количествами, и мы будем рады процитировать.

Вернуться к началу

9. Могу ли я использовать термоэлектрический холодильник в качестве нагревателя?

Термоэлектрические охладители действительно можно использовать для очень эффективного и экономичного обогрева.Поскольку термоэлектрические охладители являются твердотельными тепловыми насосами, они могут активно перекачивать тепло из окружающей среды в дополнение к эффекту нагрева, возникающему за счет электрического сопротивления самого охладителя. Таким образом, термоэлектрический охладитель может быть эффективнее резистивного нагревателя (в определенных пределах). Нагрев может быть настолько эффективным, что вы можете очень легко заставить модуль достичь точки плавления припоя! Необходимо следить за тем, чтобы модуль не перегревался.

Если вы заинтересованы в использовании одного из наших стандартных охлаждающих узлов для охлаждения и/или обогрева, проконсультируйтесь с нами, чтобы определить, какой узел подойдет лучше всего.

Если вы заинтересованы в создании собственной сборки, вы можете использовать графики охлаждающей способности термоэлектрического модуля, чтобы оценить, сколько нагрева может быть сделано. Общая тепловая нагрузка рассчитывается путем предварительной оценки разницы температур в модуле и предположения о входном токе для любого конкретного модуля. Определяет активное количество тепла, которое модуль может перекачивать из окружающей среды. Сочетание этого с общей потребляемой мощностью определяет, сколько общего нагрева может сделать модуль.Затем вы повторите предположение о разнице температур на основе тепловых сопротивлений к модулю и от него и соответствующих передаваемых тепловых нагрузок.

Модуль может обеспечивать нагрев, при котором разница температур по модулю превышает его DTmax. Однако в таких случаях модуль не может качать какое-либо активное тепло, и тогда модуль будет действовать по существу как резистивный нагреватель.

Если вы планируете использовать циклы изменения температуры, вы можете использовать один из наших биполярных контроллеров температуры.Эти контроллеры автоматически определяют, требуется ли обогрев или охлаждение, основываясь только на заданном значении. (Пожалуйста, также просмотрите FAQ # 7 для вопросов о надежности модуля.) Если вам нужно только нагревать или охлаждать выше или ниже температуры окружающей среды, может работать контроллер только для нагрева/только для охлаждения.

Вернуться к началу

10. Насколько большим или маленьким может быть термоэлектрический холодильник?

Существуют практические ограничения на размеры отдельных модулей или блоков охлаждения. Микромодули, например, дороже в производстве, потому что они менее подходят для автоматизированной обработки.Для более крупных модулей коэффициенты теплового расширения и стоимость, как правило, ограничивают термоэлектрические модули определенной физической площадью.

Для охлаждающих узлов минимальный размер может быть ограничен минимальными требованиями, необходимыми для обеспечения достаточного отвода тепла. Максимальный размер ограничен требованиями монтажных плат. Если пластины становятся слишком большими, становится слишком сложно поддерживать достаточную плоскостность поверхности. Как правило, когда требуется большая охлаждающая способность, чем может обеспечить кулер самого большого размера, используется несколько кулеров, а не один гигантский кулер.Приблизительно говоря, размер самого большого индивидуального кулера составляет примерно 254 мм x 177 мм, как у нашего стандартного CP-200. Однако всегда есть исключения; это всего лишь общие рекомендации.

Вернуться к началу

11. Как лучше всего питать термоэлектрический охладитель?

а) В идеале термоэлектрические охладители должны работать только на постоянном токе для достижения наилучших результатов. Однако коэффициент пульсаций 10 % приведет к ухудшению разницы температур только на 1 %.Большинство блоков питания имеют лучшую фильтрацию, поэтому пульсации вряд ли будут проблемой.

b) Следует соблюдать осторожность, чтобы не перегрузить охладитель. Перегрузка кулера может привести к непреднамеренному превышению номинальных температур и повреждению кулера.

в) Потребляемая мощность для максимальной эффективности кулера не соответствует его максимальному рабочему напряжению и току. Когда желательна максимальная эффективность, подаваемая мощность обычно должна составлять от 1/3 до 2/3 спецификаций Vmax и Imax модуля (модулей), используемых в сборке.

d) Если используется регулятор температуры, он должен быть линейного типа или с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), чтобы свести к минимуму любые вредные эффекты циклического изменения температуры. Следует соблюдать осторожность, чтобы использовать частоту ШИМ, достаточно быструю, чтобы внутри устройства не возникало теплового цикла. Контроллеры TE Technology используют частотный диапазон примерно от 300 Гц до 3000 Гц.

Вернуться к началу

12. Как именно термоэлектрический холодильник может поддерживать температуру?

Существует множество факторов, которые способствуют или снижают общую стабильность системы.Однако термоэлектрический охладитель может обеспечить очень высокую степень температурной стабильности, поскольку степень охлаждения, которую он обеспечивает, пропорциональна приложенному току. Один из наших клиентов сообщил о стабильности в пределах +/-0,0003 °C. Однако достижение такого уровня стабильности требует значительных усилий. В конечном итоге ответ на этот вопрос зависит от контроллера и его разрешающей способности, времени отклика конкретной холодильной установки и времени отклика охлаждаемого объекта.

Вернуться к началу

13. В каких диапазонах температур может работать термоэлектрический охладитель?

Подавляющее большинство применений связано с разницей температур менее 60 °C в модуле TE и менее 45 °C между охлаждаемым объектом и окружающей средой. Одно специальное приложение, которое мы создали, включало охлаждение до 145 К. Однако это потребовало особых усилий для достижения незначительного количества теплового насоса. В любом случае диапазон температур будет зависеть от множества факторов, главным образом от количества ступеней.При размещении модулей один поверх другого каждый модуль или каскад действует как электронный радиатор для модуля над ним. С увеличением количества ступеней увеличивается и достижимая разница температур. К сожалению, мощность теплового насоса снижается.

Вернуться к началу

14. Какие температуры окружающей среды выдерживают термоэлектрические охладители?

Максимальная температура окружающей среды будет зависеть от желаемой надежности, радиатора, количества рассеиваемого тепла и номинальной температуры модуля или других компонентов системы (таких как вентиляторы и изоляционные материалы).Обычно максимальная температура окружающей среды ограничивается примерно 50 °C для стандартных кулеров, в которых используются радиаторы с вентиляторным охлаждением. Однако кулеры, использующие высокотемпературные модули, могут работать и при более высоких температурах окружающей среды. Однако большинство имеющихся в продаже вентиляторов имеют максимальную рабочую температуру от -10 °C до +70 °C. Обязательно проконсультируйтесь с нами, чтобы узнать, возможна ли работа при более высоких температурах окружающей среды.

Вернуться к началу

15. Как определить, подходит ли термоэлектрическое охлаждение для моего приложения?

Термоэлектрическое охлаждение идеально подходит для очень небольших систем охлаждения.Термоэлектрики также идеальны, когда требуется как нагрев, так и охлаждение, а также когда требуется точный контроль температуры. Термоэлектрические системы также идеально подходят для применения в аэрокосмической отрасли, поскольку охладитель может быть установлен в любом положении и при этом функционировать должным образом. Однако по мере увеличения тепловой нагрузки преимущества термоэлектрического охлаждения по сравнению с компрессорными системами уменьшаются. При оценке только на основе тепловой нагрузки компрессорная система, вероятно, будет более рентабельной, когда тепловая нагрузка превышает приблизительно 200 Вт.

Вернуться к началу

16. Почему TE Technology должна изготовить систему для моего приложения?

TE Technology обладает техническими знаниями во всех соответствующих дисциплинах, применимых к термоэлектрике. В каждый продукт вложено более сорока лет термоэлектрического опыта. Кроме того, у нас есть специализированное испытательное оборудование, уникальное для термоэлектрической промышленности, которое позволяет получать быстрые (недорогие) и точные результаты испытаний 100 % нашей продукции (нажмите здесь для получения дополнительной информации).Мы предоставляем надежные, долговечные, экономичные системы, и мы поставляем их вовремя. Наш большой складской запас, современная обработка и обширные глобальные ресурсы обеспечивают дополнительную универсальность от прототипа до серийного производства.

Вернуться к началу

17. Какой тип тестирования рекомендует TE Technology?

TE Technology рекомендует, чтобы все продукты были испытаны в «наихудших» условиях их реального или смоделированного применения. Мы хотим, чтобы наши клиенты чувствовали себя комфортно в том, что система охлаждения отвечает всем их требованиям по пригодности и надежности.Хотя мы не можем сказать нашим клиентам, могут ли определенные продукты быть подходящими или надежными для их конкретных требований, мы можем и тестируем продукты и собираем данные, чтобы клиенты могли принимать обоснованные решения. TE Technology располагает обширным испытательным оборудованием, включая: камеры с регулируемой температурой; корпуса с повышенной влажностью; оборудование для термоциклирования; оборудование для измерения температуры; и термоэлектрические тестеры. TE Technology предлагает ценные услуги по тестированию, поэтому вашей компании не придется «изобретать велосипед».Кроме того, мы можем помочь нашим клиентам в разработке индивидуальных экспериментов по тестированию продуктов. Просто позвоните нам, и мы будем рады обсудить наши различные услуги по тестированию и их стоимость.

Вернуться к началу

18. Какая защита от перегрева мне нужна?

Если приобретается блок охлаждения, мы также рекомендуем использовать защиту от перегрева/понижения температуры, чтобы свести к минимуму потенциальное повреждение охладителей во время работы. Это может произойти, если жидкость (в жидкостном охладителе) замерзнет или если охлаждающая среда (воздух, жидкость и т.) уменьшается, и кулер перегревается. Некоторые клиенты используют наши стандартные контроллеры температуры, такие как TC-48-20, которые имеют схему защиты от перегрева, которая может снизить вероятность возникновения таких ситуаций. Другие заказчики предпочитают включать эту защитную схему в блок питания. Конечно, мы в TE Technology рады помочь нашим клиентам в выборе типа защиты, который может быть наиболее эффективным для их систем. Обратите внимание, что стандартные кулеры не оснащены защитой от перегрева/понижения температуры, если не указано иное.Если это не указано, заказчик несет ответственность за обеспечение этой защиты или запрос на включение защиты от перегрева. Мы разработали и интегрировали многие из этих средств защиты в продукты на нашем предприятии. Просто свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваши варианты.

Вернуться к началу

19. Как работают контроллеры с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)?

При использовании ШИМ питание устройства TE быстро включается и выключается с постоянной частотой. Это создает прямоугольный «импульс» мощности с постоянным периодом времени. Время «ON» или длительность импульса можно изменять для создания среднего выходного напряжения (Vaverage), которое требуется устройству TE для поддержания заданной температуры (рис. 19.1)

Рисунок 19.1

Импульсы «ВКЛ» и «ВЫКЛ» происходят так быстро, что модуль не успевает изменить температуру в ответ на каждый электрический импульс. Вместо этого модуль предполагает разность температур относительно Vaverage.При правильной настройке контроллера термоциклирование исключается. Таким образом, эти контроллеры не снижают надежность модуля из-за термоциклирования, как это сделал бы термостатический или медленный контроллер «ВКЛ-ВЫКЛ».

Все контроллеры TE Technology требуют некоторого минимального напряжения для работы встроенного микропроцессора. Минимальное напряжение может составлять от 9 до 50 В постоянного тока, в зависимости от контроллера. Если термоэлектрическая нагрузка также может управляться этим входным напряжением, то для приложения требуется только один источник питания. Все стандартные термоэлектрические охлаждающие сборки TE Technology сконструированы таким образом, что сборка и контроллер могут работать от одного источника питания.

При работе от одного источника питания входное напряжение контроллера температуры будет определять выходное напряжение во время «ВКЛ» части сигнала, а Vaverage будет варьироваться от 0 В до V+ в зависимости от отношения времени «ВКЛ» к « Время отключения. В сигналах, показанных выше, V+ равно входному напряжению от источника питания, и во время цикла «ВКЛ» сигнала V+ будет приложено к термоэлектрической нагрузке.Поэтому при использовании одного источника питания следует выбирать входное напряжение, не превышающее максимальное значение Vmax охлаждающей сборки или термоэлектрического модуля(ей). При сборке собственной системы охлаждения из термоэлектрических модулей максимальное рабочее напряжение (напряжение на входе контроллера) обычно составляет не более 75% от Vmax модуля. Конечно, если вы подключаете несколько модулей последовательно или в последовательно-параллельной комбинации, Vmax модульной системы будет равна Vmax каждого модуля, умноженной на количество модулей, соединенных последовательно. В этом случае входное напряжение обычно составляет не более 75% модульной системы.

Что произойдет, если вы хотите, чтобы термоэлектрический модуль работал при напряжении, меньшем, чем требуется для работы микропроцессора контроллера? В этом случае следует использовать терморегулятор, позволяющий питать микропроцессорную и термоэлектрическую нагрузку от двух независимых источников питания. В этой конфигурации микропроцессор может питаться от небольшого источника с более высоким напряжением, а термоэлектрическая нагрузка может питаться от источника питания, который, теоретически, может достигать 0 В.Снова обращаясь к приведенным выше формам сигналов, это позволяет пользователю выбрать V+, который подходит для низковольтной термоэлектрической нагрузки, при этом обеспечивая достаточное напряжение для работы микропроцессора. Все терморегуляторы TE Technology могут быть оснащены двумя блоками питания.

ШИМ-контроллеры

бывают двух основных разновидностей, и разница между ними определяет, может ли контроллер автоматически изменять направление мощности для достижения как нагрева, так и охлаждения, или он должен быть настроен только на охлаждение или только на обогрев. В базовом контроллере только охлаждение/только обогрев имеется один транзистор, последовательно соединенный с термоэлектрическим модулем и источником питания (рис. 19.2). Этот транзистор действует как переключатель S, который либо замыкается, либо размыкается для включения или выключения питания термоэлектрического модуля. Пользователь должен сообщить контроллеру, если подача большей мощности на термоэлектрический модуль приведет к тому, что датчик температуры станет теплее или холоднее. Если пользователь хочет изменить конфигурацию контроллера с охлаждения на обогрев, провода, идущие от контроллера к термоэлектрическому модулю, должны быть физически перепутаны местами, а контроллер должен быть переконфигурирован так, чтобы он знал, что теперь подача большей мощности имеет обратное значение. влияет на температуру датчика.Преимущество этого типа контроля в том, что он прост и менее затратен.

Рисунок 19.2

Вторая разновидность контроллера — биполярный контроллер. Биполярный контроллер имеет 4 транзистора, действующих как переключатели, которые могут автоматически изменять направление тока, протекающего к термоэлектрическому модулю. Эта схема известна как Н-мост, потому что термоэлектрический модуль и транзисторы образуют на схеме букву «Н».

В этом типе контроллера, когда все переключатели (обозначенные от S1 до S4) разомкнуты, через модуль не протекает ток (Рисунок 19.3). Замыкание переключателей S1 и S4 заставляет ток течь в одном направлении (рис. 19.4). В качестве альтернативы замыкающие выключатели S2 и S3 (теперь S1 и S4 разомкнуты) позволяют изменить направление тока (рис. 19.5). Этот тип схемы управления является более сложным и, следовательно, более дорогим, но это единственное практическое решение, когда приложение может потребовать как нагрева, так и охлаждения для поддержания желаемой температуры.

Рисунок 19.3

Рисунок 19.4

Рис. 19.5

Вернуться к началу

20. Что следует учитывать при использовании охладителя жидкости?

Стандартные охладители жидкости

TE Technology предназначены для охлаждения воды и инертных газов. Этот тип теплообменника идеально подходит для низкой стоимости и высокой производительности. Это позволяет использовать большее количество проходов потока, чем можно было бы получить с теплообменниками, в которых используется одна змеевидная трубка, запрессованная в пластину.

При использовании этого типа обменника необходимо учитывать некоторые особенности.Любая жидкость, которую вы используете в кулерах, будет контактировать с анодированным алюминием, медью и эпоксидной смолой, которая используется для соединения медных трубок. Некоторые жидкости, добавки и ингибиторы коррозии разрушают эпоксидную смолу и разъедают металлические поверхности. Поэтому, если вы планируете использовать какие-либо другие жидкости и/или добавки, вам следует тщательно протестировать устройство в реальных рабочих условиях и температурах, прежде чем использовать его в своем изделии, чтобы убедиться, что оно не будет повреждено. Следует отметить, что коррозия металлических поверхностей может нанести ущерб не только теплопередаче, но и другим компонентам системы.Например, охлаждение соленой воды в морском аквариуме может привести к попаданию меди в воду. Это может повредить или даже убить рыбу, поэтому этот тип жидкостного охладителя не рекомендуется для этого применения. В любом случае вам следует протестировать кулер, чтобы убедиться в его пригодности для конкретного применения.

В связи с этим стандартные жидкостные охладители испытываются под давлением до 410 кПа (60 фунтов на кв. дюйм). Однако рекомендуется, чтобы рабочее давление не превышало 205 кПа (30 фунтов на кв. дюйм). Это следует иметь в виду, если вы непреднамеренно охладите воду до температуры ниже точки замерзания, поскольку при замерзании вода будет расширяться, что потенциально может привести к разрыву эпоксидных швов или разрыву самой медной трубки.Возможно, вам также придется учитывать температуру транспортировки и хранения. Если охладитель не опорожнить перед хранением или транспортировкой, это может привести к замерзанию и повреждению. Опять же, если вы используете добавку для снижения стандартной точки замерзания воды (или какой-либо другой жидкости), добавку следует проверить на совместимость.

Термическое циклирование также потенциально может вызвать проблемы с теплообменником (а также с термоэлектрическими модулями, которые рассматриваются в отдельном разделе часто задаваемых вопросов). Алюминий, эпоксидная смола и медь имеют разные коэффициенты теплового расширения.Следовательно, быстрые изменения температуры могут вызвать напряжение термической усталости, что может привести к утечкам.

TE Technology может заменить стандартный жидкостный теплообменник в системе охлаждения жидкостным теплообменником, в котором жидкость контактирует только с одним материалом. Мы можем предложить теплообменники, которые имеют цельную змеевидную трубку из нержавеющей стали, запрессованную в алюминиевую пластину. Эти теплообменники могут быть присоединены к некоторым из наших стандартных охлаждающих плит, эффективно превращая их в охладители жидкости. Кроме того, в качестве специального устройства медные трубки с эпоксидным покрытием в нашем стандартном жидкостном обменнике можно заменить приваренными алюминиевыми торцевыми крышками и резьбовыми фитингами для входа и выхода жидкости. Этот метод устраняет проблемы совместимости с эпоксидной смолой и проблемы термоциклирования из соображений теплообменника. TE Technology также производит жидкостные теплообменники со складчатыми ребрами и жидкостные теплообменники, изготовленные из цельного блока материала, такого как нержавеющая сталь или медь. Если вы заинтересованы в нестандартных устройствах, пожалуйста, свяжитесь с фабрикой.

Наконец, стандартная производительность чиллеров основана на предположении, что вода течет со скоростью 1,6 л/мин (25 галлонов в час). Производительность изменится, если используется другая жидкость и/или другая скорость потока. Проконсультируйтесь с TE Technology, и мы сможем определить для вас производительность в различных условиях эксплуатации.

Вернуться к началу

21. Каков процесс производственных испытаний всех охлаждающих узлов в TE Technology?

TE Technology проводит многочисленные тесты на уровне компонентов и систем, чтобы гарантировать качество и стабильность производимых нами термоэлектрических систем охлаждения.Каждый шаг является звеном в цепи качества, которая была разработана на основе многолетнего опыта изготовления десятков тысяч охлаждающих узлов.

Процесс начинается с тестирования 100% термоэлектрических (ТЭ) модулей на их термоэлектрические свойства. Каждый модуль тестируется на нашей собственной термоэлектрической испытательной системе, изготовленной по индивидуальному заказу. Эта система измеряет термоэлектрические свойства материала: удельное электрическое сопротивление, теплопроводность, коэффициент Зеебека и добротность. Эти измерения гарантируют, что полупроводники, используемые в модулях, обеспечивают стабильные тепловые и электрические свойства при использовании в охлаждающей сборке.Система также проверяет сопротивление переменному току всего модуля. Эта проверка важна, так как подтверждает, что паяные соединения внутри модуля не повреждены. Например, типичный модуль на 127 пар содержит 254 термоэлектрических элемента и 508 паяных соединений. Если хоть один из этих паяных соединений сломается, весь модуль станет бесполезным. Кроме того, если более одного модуля подключены последовательно, то все модули, подключенные в этой серии, также будут бесполезны. Важно помнить, что иметь в системе «мертвый» модуль гораздо хуже, чем если бы его не было вовсе.Мало того, что мертвые модули не смогут обеспечить сколько-нибудь полезное охлаждение, они также обеспечат путь для утечки тепла с горячей стороны охлаждающего узла обратно на холодную сторону.

Затем компоненты узла охлаждения проверяются, чтобы убедиться, что они обладают физическими характеристиками, необходимыми для эффективной передачи тепла от охладителя через модуль TE и затем к радиатору. Для этого проверяются физические параметры теплообменников и ТЭ модулей.Поверхности теплообменников измеряются на плоскостность и чистоту поверхностей в местах, контактирующих с ТЭ-модулями. Если в охлаждающем узле будет использоваться более одного модуля, высота модулей будет соответствовать друг другу, так что разница по высоте между ними не превысит 0,025 мм. Модули также проверяются, чтобы убедиться, что керамические подложки плоские и параллельные в соответствии со спецификацией.

На данный момент компоненты были проверены, чтобы убедиться, что все компоненты имеют достаточное качество для использования в сборке.Однако само по себе это не гарантирует, что получится хорошая охлаждающая сборка. Есть еще много проблем, которые могут возникнуть в процессе сборки. Три основные проблемы и их тестовые решения следующие:

1) Один или несколько модулей TE непреднамеренно помещены вверх дном в охладитель: модули TE всегда имеют провода, подключенные к горячей стороне модуля. Без питания модуля это единственный способ отличить горячую сторону модуля от холодной.Когда модули подключаются к жгуту, можно непреднамеренно перевернуть модуль, чтобы он нагревался, а не охлаждался. Это становится легче сделать, если модуль загерметизирован эпоксидной смолой, а модуль лишь немного толще его проводов. Поэтому по мере сборки модули размещаются на радиаторе и кратковременно запитываются слабым током. Затем сборщик проверяет правильность ориентации охлаждающих сторон модулей, прикасаясь к каждому модулю и убеждаясь, что он работает в режиме охлаждения, а не в режиме нагрева.

2) Провод модуля ТЭ закоротил на теплоотвод или холодоотвод: Если лишний шарик припоя или жила провода коснется радиатора или холодоотвода, напряжение, подаваемое на термоэлектрики, может быть закорочено на металлические поверхности кулер, что создает потенциально опасное состояние для любого, кто прикасается к устройству, когда оно включено. TE Technology проверяет отсутствие коротких замыканий путем измерения высокопотенциального сопротивления между проводкой модуля и открытыми металлическими поверхностями.

3) Неадекватные тепловые интерфейсы. Рассмотрим типичный блок охлаждения, в котором охлаждающий радиатор, модули TE и радиатор скреплены вместе винтами. Винты закручиваются до определенного уровня, что, в свою очередь, приводит к определенному сжимающему усилию на модуль, что обеспечивает тесный тепловой контакт между модулями TE и поверхностями пластин радиатора и холодоотвода. Однако, если в одном из резьбовых отверстий есть заусенец, если на винте деформирована резьба, если винт слишком длинный или резьбовое отверстие слишком короткое, крутящий момент не будет трансформироваться в надлежащее усилие сжатия.Если термопаста скрывает частичку грязи или волос, термоинтерфейс будет испорчен. Визуальный осмотр для этой проблемы почти невозможен; тем более, что обычно по периметру модулей окружает пароизоляционная прокладка. Компания TE Technology разработала уникальный тест качества теплового перехода для решения этой проблемы. С помощью вышеупомянутого термоэлектрического испытательного оборудования к термоэлектрическим модулям подается слабый ток и создается разница температур между радиатором и холодным стоком.Затем ток отключают, и разность температур спадает. Модули TE действуют как небольшие генераторы энергии во время спада, поэтому, контролируя соответствующую скорость спада напряжения, можно измерить качество тепловых интерфейсов в сборке. Также проверяется сопротивление кулера переменному току, чтобы убедиться, что паяные соединения внутри модулей не были повреждены в процессе сборки.

Эти тесты занимают всего несколько минут и выполняются на 100% сборок, произведенных в TE Technology.Поскольку тест теплового интерфейса выполняется очень быстро, он стоит намного меньше, чем полный тест производительности, который является единственным другим способом проверки тепловых переходов в сборке.

Таким образом, для каждой сборки выполняются следующие тесты:

·        Термоэлектрические свойства проверяются для каждого модуля.

·        Сопротивление переменному току проверяется на каждом модуле, чтобы убедиться, что паяные соединения внутри модуля не повреждены.

·        Физические размеры и отделка проверяются для всех компонентов.

·        Модули проверяются на правильную полярность/ориентацию проводки во время сборки.

·        Высокопотенциальное сопротивление между проводкой модуля и открытыми металлическими поверхностями проверяется на отсутствие коротких замыканий.

·        Тепловые интерфейсы проверены, поэтому гарантируется надлежащая передача тепла.

·        Проверяется сопротивление переменному току каждой собранной сборки, чтобы убедиться, что паяные соединения внутри модулей не были повреждены во время сборки.

Таким образом, следуя этой цепочке шагов, TE Technology может обеспечить стабильную производительность для каждого производимого нами узла охлаждения. Чтобы узнать больше об этих методах тестирования, просмотрите технические документы в разделе загружаемых публикаций в разделе загружаемых публикаций.

Вернуться к началу

22. Как работает система нумерации модулей TE Technology?

Номера деталей модуля

TE Technology состоят из трех разных компонентов: кода категории, конфигурации элемента и суффикса заливки.

Существует пять различных двухбуквенных кодов категорий. Ниже приведен список различных категорий модулей:

TE = стандартный, микро- и многоступенчатый

л.с. = высокая производительность

CH = центральное отверстие

VT = высокая температура

SP = последовательно/параллельно

За категорией модуля следует конфигурация элемента. Конфигурация элемента состоит из разных чисел, разделенных дефисом. Конфигурация может содержать до шести различных номеров в зависимости от категории модуля.

Как правило, первая цифра указывает количество пар на ступень (см. исключение ниже), за ней следует ширина элемента (в мм) и высота элемента (в мм). Например, CH-19-1.0-1.3 представляет собой модуль с центральным отверстием, который имеет 19 пар с элементами шириной 1,0 мм и высотой 1,3 мм. В этом примере высота элемента 1,3 мм НЕ включает толщину медного проводящего стержня, припаянного к каждой стороне элемента. Размеры 1,0 мм и 1,3 мм предназначены для самого полупроводникового элемента.

Чтобы помочь вам понять терминологию, помните, что «элемент» — это один из полупроводниковых блоков внутри термоэлектрического модуля. Элементы всегда используются парами внутри модуля — один элемент N-типа и один элемент P-типа. Затем формируется «пара» из одного элемента N-типа и одного элемента P-типа, соединенных последовательно (электрически). Таким образом, на каждую пару внутри модуля будет два элемента. Иногда для физической прочности в месте входа провода в модуль в углу модуля добавляется резервный элемент N-типа или P-типа, но они не учитываются для увеличения количества пар.

Кроме того, некоторые высокопроизводительные или высокотемпературные модули могут иметь четвертый номер, добавленный к конфигурации элемента, например, HP-127-1.4-1.5-72. Это последнее число указывает DTmax материала, если оно больше, чем используемое для стандартных модулей. Следовательно, DTmax в этом случае составляет 72°С.

Исключение : Конфигурация элемента немного отличается для многоступенчатых модулей. Здесь первое число — это количество этапов, за которым следует количество пар на каждом этапе.В скобках указано количество пар на этап. Последняя цифра — высота элемента. Например, ТЭ-2-(127-127)-1,15 представляет собой двухкаскадный модуль, состоящий из двух 127-парных каскадов с высотой элемента 1,15 мм.

Последним компонентом номера детали модуля является суффикс герметизации. Модуль может либо не иметь суффикса, указывающего на то, что этот модуль не герметизирован (TE-63-1.4-1.15), либо может иметь заглавную букву «P» (TE-63-1.4-1.15P), что означает, что этот модуль герметизирован. .Это означает, что модуль имеет герметизирующий состав (влагозащита Ruggedizing), нанесенный по периметру модуля.

Вернуться к началу

  23. Как лучше всего прикрепить датчик температуры при измерении температуры или при использовании терморегулятора?

Надлежащее крепление датчика температуры к какой-либо конкретной детали сложнее, чем кажется. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим техническим руководством: приложение к датчику [документ Adobe PDF].

Вернуться к началу

Термины и определения

Температура окружающей среды:	Температура воздуха или окружающей среды вокруг термоэлектрической системы охлаждения; иногда называют комнатной температурой.
Активная тепловая нагрузка:	Количество тепла, выделяемого чем-либо, независимо от того, существует ли разница температур. Например, это может быть отработанное тепло от работающего электронного устройства.Как правило, это входная мощность устройства (напряжение * ток) за вычетом любой выходной мощности. Другим примером является тепло, выделяемое экзотермической химической реакцией. См. также «Пассивная тепловая нагрузка».
Сопротивление переменному току (ACR):	Электрическое сопротивление термоэлектрического модуля. «AC» относится к переменному току и служит напоминанием о том, что измерение с помощью обычного омметра (который использует сигнал постоянного тока) даст ошибочные результаты. На самом деле даже омметр переменного тока тоже может давать ошибочные результаты (хотя и не такие серьезные погрешности, как обычные омметры).Поэтому TE Technology использует специально разработанное испытательное оборудование для точного измерения этого параметра.
БТЕ (британская термальная единица):	Количество тепла, необходимое для нагревания одного фунта воды на один градус Фаренгейта при стандартной температуре 39,2 °F и давлении в одну атмосферу. 1 БТЕ = 1055 Дж.
CFM (кубических футов в минуту):	Объемный расход газа, обычно воздуха, выраженный в английской системе единиц.Обычно это относится к количеству воздуха, проходящего через ребра радиатора с принудительной конвекцией.
COP (коэффициент производительности):	COP – это отношение отведенного (или добавленного, в случае нагрева) тепла к подводимой мощности.
DTмакс.:	Максимально достижимая разница температур между холодной и горячей сторонами термоэлектрических элементов внутри модуля, когда применяется Imax и к модулю не применяется тепловая нагрузка.Этот параметр основан на том, что горячая сторона элементов внутри модуля имеет температуру 300 К. В действительности практически невозможно удалить все источники тепла, чтобы достичь истинного DTmax. Таким образом, число служит только стандартным показателем охлаждающей способности термоэлектрического модуля.
Удельное электрическое сопротивление:	Удельное электрическое сопротивление относится к величине тока, который объект будет передавать через свой объем, вызванный разностью напряжений в этом объеме. Типичная единица измерения – ом * м. Удельное электрическое сопротивление является внутренним свойством материала. При умножении на длину объекта и делении на площадь поперечного сечения объекта получается электрическое сопротивление объекта.
Тепловой насос:	Количество тепла, которое термоэлектрическое устройство способно удалить или «накачать» при заданном наборе рабочих параметров.
Радиатор/холодоотвод:	Радиатор – это устройство, которое крепится к горячей стороне термоэлектрического модуля.Он используется для облегчения передачи тепла от горячей стороны модуля к окружающей среде. К холодному модулю присоединен холодный слив. Он используется для облегчения передачи тепла от охлаждаемого объекта (жидкость, газ, твердый объект) к холодной стороне модуля. Наиболее распространенным радиатором (или холодным радиатором) является алюминиевая пластина с прикрепленными к ней ребрами. Вентилятор используется для перемещения окружающего воздуха через радиатор для отвода тепла от модуля. В другом стиле используется пластина со встроенной в нее трубкой.Жидкость направляется по трубке для отвода тепла от модуля.
Iмакс.:	Ток, который создает DTmax, когда горячая сторона элементов внутри термоэлектрического модуля поддерживается на уровне 300 К.
Характеристики материалов:	Спецификации материалов в контексте термоэлектрики — это тепловые и электрические свойства полупроводников, которые помогают определить поведение полупроводника.К ним обычно относятся такие параметры, как коэффициент Зеебека, удельное электрическое сопротивление и теплопроводность, если они указаны для полупроводникового материала N-типа или P-типа. После того, как термоэлектрический модуль (Пельтье) собран, свойства материала модуля могут быть испытаны в целом. Если указано для термоэлектрического модуля, можно измерить средние свойства всех элементов внутри модуля (используя метод испытаний с малой мощностью). и используется для проецирования таких параметров, как DTmax, Imax, Vmax и Qmax.Испытание модуля с помощью теплового испытания на полной мощности было бы нецелесообразным, поскольку для этого потребуется поместить термоэлектрический модуль в охлаждающую сборку и проверить тепловые характеристики этой сборки (длительно и дорого). Спецификации материала для модуля не полностью определяют, как сам модуль будет вести себя в сборке, поскольку эти свойства материала предсказывают тепловые характеристики полупроводниковых элементов, исключая (1) паразитные потери из-за герметизации по периметру (заливки) и ( 2) температура на подложках повышается и падает.По этой причине прогнозируемые кривые охлаждения будут показывать несколько более низкие значения максимальных значений V, I, Q и DT.
Пассивная тепловая нагрузка:	Теплота, передаваемая за счет разницы температур. Например, это тепло, поступающее через изолированные стенки шкафа, когда температура шкафа ниже температуры окружающей среды. Другим примером является тепло от солнечного излучения.
Эффект Пельтье:	Явление, при котором прохождение электрического тока через соединение, состоящее из двух разнородных металлов, приводит к охлаждающему эффекту.При обратном направлении тока происходит нагрев.
Qмакс.:	Количество тепла, которое ТЭ-элементы могут удалить при нулевой разнице температур между элементами внутри модуля, температура горячей стороны элементов составляет 300 К, а модуль питается током Imax .
Коэффициент Зеебека:	Коэффициент Зеебека является мерой потенциала электрического напряжения, существующего в электрическом проводнике, концы которого поддерживаются при двух разных температурах, а ток не течет.Это внутреннее свойство и имеет единицы V/K. Термопары, используемые для измерения температуры, используют этот принцип.
Удельная теплоемкость:	Количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры определенного вещества на один градус температуры. Типичными единицами являются Дж/кг/К.
Коэффициент теплового расширения:	Мера изменения размеров материала из-за изменения его температуры.Общие единицы измерения включают сантиметр на сантиметр на градус Цельсия и дюйм на дюйм на градус Фаренгейта.
Теплопроводность:	Теплопроводность относится к количеству тепла, которое объект будет передавать через свой объем, когда в этом объеме создается разность температур. Это неотъемлемое свойство, и типичные единицы измерения включают Вт/м/К и БТЕ/ч/фут/°F. При умножении на площадь поперечного сечения объекта и делении на длину объекта получается теплопроводность объекта.
Термоинтерфейс:	Физический интерфейс между двумя объектами, через который передается тепло. В случае термоэлектричества это относится к физическому соединению модуля с радиатором/холодоотводом. Обычно между модулем и радиатором используется термопаста. Иногда это может быть припой. В других случаях это может быть теплопроводная прокладка.
Термическое сопротивление:	Мера, относящаяся к повышению температуры на единицу подведенного тепла.Все среды, через которые передается тепло, имеют соответствующее термическое сопротивление. Обычными тепловыми сопротивлениями являются сопротивление радиатора и сопротивление теплового интерфейса. Термоэлектрические охладители работают лучше с радиаторами, имеющими низкое тепловое сопротивление.
Термоэлектрический модуль:	Электронный компонент на основе полупроводника, работающий как небольшой тепловой насос. При подаче низковольтного источника питания постоянного тока на модуль TE тепло будет перемещаться через модуль с одной стороны на другую. Следовательно, одна сторона будет охлаждаться, а противоположная — нагреваться. Следовательно, модуль TE можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения.
Коэффициент Томсона:	Если концы электрического проводника держать при двух разных температурах, создается потенциал напряжения, потому что электроны на горячем конце проводника будут иметь тенденцию дрейфовать к холодному концу проводника. Когда подается внешний ток, так что электрические носители перетекают от холодного конца к горячему, электрические носители должны поглощать тепло, чтобы поддерживать равновесие с температурой.Если бы внешний ток был подан от горячего к холодному, носители выделяли бы тепло для поддержания температурного равновесия. Коэффициент Томсона является мерой напряжения на разницу температур, а при подаче внешнего тока является мерой тепла, генерируемого или поглощаемого на единицу разницы температур на единицу тока. Обычно эффект Томсона присущ материалу. Однако эффект Томсона также можно применять к проводнику извне, изменяя свойства материала по длине проводника.Это может фактически улучшить характеристики охлаждения по сравнению с обычным изотропным материалом. Эффект Томсона действительно сложнее описанного выше. Трудно выразить словами то, что точно описывает математика.
Vмакс.:	Напряжение, создаваемое при DTmax, когда применяется Imax, и температура горячей стороны элементов внутри термоэлектрического модуля составляет 300 K.
Показатель качества (Z)	Z — это прямая мера охлаждающей способности термоэлектрического модуля.2/R/K, где S — коэффициент Зеебека, R — удельное электрическое сопротивление, а K — теплопроводность термоэлектрического материала. Однако Z зависит от температуры, поэтому при сравнении одного модуля с другим они должны основываться на одинаковых температурах горячей стороны.

Наверх

Техническая информация по узлам охлаждения

Инструкции ниже приведены в документах Adobe PDF. На большинстве компьютеров уже установлена ​​программа Acrobat Reader.Если у вас нет, вы можете скачать бесплатную программу Adobe Acrobat Reader здесь. (ссылка откроется в новом окне)

1. Нажмите здесь, чтобы просмотреть простой рисунок, показывающий монтаж блока охлаждения с использованием монтажных отверстий (более подробная информация о монтаже и размеры вырезов доступны в Руководстве по эксплуатации блока охлаждения термоэлектрической системы, ссылка ниже).

2. Нажмите здесь, чтобы просмотреть инструкции по монтажу блока охлаждения с использованием резьбовых приливов.

3. Нажмите здесь, чтобы просмотреть инструкции по монтажу термостата защиты от перегрева (с резьбовыми выступами).

4. Нажмите здесь, чтобы ознакомиться с руководством по эксплуатации термоэлектрической охлаждающей сборки (TCA).

Вернуться к началу

Техническая информация о модулях TE

Описанные ниже процедуры представлены в документах Adobe PDF. На большинстве компьютеров уже установлена ​​программа Acrobat Reader. Если у вас нет, вы можете скачать бесплатную программу Adobe Acrobat Reader здесь. (ссылка откроется в новом окне)

1. Нажмите здесь, чтобы просмотреть процедуру монтажа стандартных и металлизированных модулей (инструкцию по использованию термопасты и/или модулей для пайки).

2. Нажмите здесь, чтобы получить информацию о герметизации (герметизации модуля) для защиты от влаги и повышения прочности.

Вернуться к началу

Технические документы и литература компании

Мы стремимся оставаться в авангарде термоэлектрических технологий и разработок на глобальном уровне. При этом наш инженерный персонал опубликовал широкий спектр технических документов по таким темам, как проектирование и проектирование, надежность и испытания материалов и устройств. Мы приглашаем вас изучить этот раздел и ознакомиться с термоэлектрическим полем.

Информация для заказа [Adobe PDF]

Полный список наших загружаемых публикаций и литературы компании можно просмотреть, выбрав вкладку меню «Загрузки» или нажав здесь.