Производство элементов пельтье: Термоэлектрические модули и агрегаты НПО Кристалл

Содержание

Термоэлектрические модули и агрегаты НПО Кристалл

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

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

Сегодня компания обеспечивает полный цикл создания инновационной охлаждающей продукции, начиная с разработки термоэлектрических материалов и заканчивая продвижением своей продукции на рынке. Доступным является широкий спектр серийно производимой термоэлектрической продукции:

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

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

С 1998 года ООО НПО «Кристалл» имеет репутацию надежного поставщика термоэлектрических изделий. Огромный опыт международных продаж и сильная техническая поддержка являются ключевыми преимуществами продвижения термоэлектрической продукции в Европе, Азии, Ближнем Востоке, Северной Америке и внутреннем рынке.

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

ООО НПО «Кристалл» - производитель высокоэффективных охладителей

Умное охлаждение для комфортной жизни

ООО НПО «Кристалл» - производитель высокоэффективных охладителей Пельтье, Термоэлектрических Охлаждающих Модулей (TEMs) и Термоэлектрических Сборок.

История

1997. Принятие решения о создании компании, подготовительная работа по разработке стратегии и тактики. Совершенствование оригинального способа производства профилированного кристалла методом управляемой кристаллизации. Получение совместного с Panasonic Corporation патента, защищающего способы массового производства термоэлектрических элементов Пельтье, основанных на методе Бриджмена.

1998. Запуск производственной линии в Москве. Начало продаж термоэлектрических элементов на внутреннем рынке. Работа по совершенствованию технологий, повышение качества и надежности термоэлектрических материалов. Разработка специальных анти диффузионных слоев для высокотемпературных модулей Пельтье.

1999. Участие в международном проекте по разработке новых термоэлектрических изделий.

2000. Расширение продаж и выход на зарубежные рынки. Массовое производство термоэлементов для микромодулей, используемых в электронике. Успешные поставки продукции в большинстве стран с традиционно развитым рынком термоэлектрической продукции.

2001. Освоение технологии серийного производства термоэлектрических модулей.

2002. Начало продаж опытных образцов термоэлектрических охлаждающих модулей на внутреннем и международном рынках.

2003. Победа в тендере на разработку высокоэффективных элементов Пельтье следующего поколения. Разработка финансировалась правительством Российской Федерации и была проведена в кооперации с ведущими университетами и исследовательскими центрами.

2004. Начало серийного производства термоэлектрических модулей на собственном заводе в городе Богородицк, Тульской области.

2005. Выход на проектные мощности серийного производства термоэлектрических элементов методом направленной кристаллизации в тонких щелях (метод Бриджмена) и серийного производства модулей Пельтье на их основе.

2006. Разработка серийной технологии вакуумного осаждения толстых пленок на термоэлектрические элементы для применения в модулях, генерирующих электрическую энергию.

2007. НИРиОКР по созданию термоэлектрических, полупроводниковых элементов на базе Bi2Te3 для низкотемпературных генераторных модулей.

2008. Первые серийные партии термоэлектрического генераторного материала и генераторных низкотемпературных модулей.

2009. Начало разработки мощного термоэлектрического кондиционера для кабины машиниста транспорта с электрическим приводом.

2010. Начало серийного производства миниатюрных модулей Пельтье.

2011. Начало производства холодильных агрегатов – термоэлектрических сборок.

2012. Начало серийного производства многокаскадных модулей Пельтье.

2013. Начало производства термоэлектрического кондиционера для кабины машинистов тепловоза. Мощность охлаждения не менее 4,5 кВт.

2014. Разработка новых типов термоэлектрических сборок для специальных применений.

2015. Разработаны и внедрены в серийное производство термоэлектрические сборки серии «Воздух-Воздух» для уличного применения.

2016. Начало производства изделий для охлаждения еды и напитков.

2017. Разработан термоэлектрический рециркуляционный чиллер холодопроизводительностью 150 и 250 Вт.

2018. Компания была сертифицирована на соответствие требованиям стандарта ISO 9001:2015 применительно к разработке, производству и реализации термоэлектрической продукции.

2019. Разработаны специальные высокоэффективные модули Пельтье и запущены в производство термоэлектрические сборки серии COPMAX на их основе.

2020. Компания успешно преодолела 2020 год несмотря на пандемию COVID-2019, уделяя первоочередное внимание безопасности сотрудников, увеличению выпуска продукции для оборудования, используемого при диагностике COVID-2019 и своевременного выполнения заказов своих потребителей. Разрабатывались и осваивались в производстве новые образцы продукции.

 

Программа Криотерм

Предлагаем Вам воспользоваться компьютерной программой "Kryotherm".
Вы можете скачать её, заполнив предварительно краткую форму.

Программа "Kryotherm" позволяет сделать выбор оптимального термоэлектрического модуля,
оценить его параметры и произвести расчет системы охлаждения.

Наша программа специально разработана для оптимизации выбора термоэлектрических модулей и проектирования охлаждающих систем.

На основе многолетнего общения с клиентами мы выделили следующие вопросы, которые чаще всего задают наши клиенты:

  1. Каковы особенности работы данного ТЭМ?
  2. Сколько и каких модулей необходимо использовать для моей задачи?
  3. Что получится, если в имеющейся системе охлаждения использовать данные модули?

Программа "Kryotherm" поможет Вам ответить на эти вопросы.

Программа состоит из трех разделов:

  •  "Perfomance Graphs" ("Графики характеристик"). В этом разделе представлены графики зависимостей характеристик термоэлектрического модуля в различных комбинациях при различных условиях эксплуатации.
  • "Choice of Modules" ("Выбор модулей") – Этот раздел поможет вам выбрать оптимальные (с точки зрения энергопотребления или стоимости) тип и количество термоэлектрических модулей для вашей системы, задав ее основные теплофизические и электрические характеристики. (синтез).
  • "Thermoelectric System" ("Термоэлектрическая система") – С помощью этого раздела вы сможете построить компьютерную модель вашей системы и провести анализ ее работы в зависимости от типа и количества используемых в ней термоэлектрических модулей, вариантов их включения, подаваемого напряжения питания и т.п. (анализ).

 

Заполните краткую регистрационную форму и запустите файл Kryotherm.exe, Вы найдете данные разделы в главном меню основного окна программы.

Кроме собственно характеристик термоэлектрических модулей Криотерм и возможности расчета систем на их основе, в программе Kryotherm имеются алгоритмы расчета теплоизоляции и расчета характеристик теплообменников. Все это позволяет решать с помощью программы "Kryotherm" практически любые задачи термоэлектрического охлаждения – от расчетов бытовых холодильников и охладителей жидкости до систем охлаждения компьютерных процессоров, приборов ночного видения и т.п.

В разделе Help программы Kryotherm вы найдете подробные инструкции по ее использованию на английском и русском языках. В программе предусмотрена возможность сохранения параметров конструируемой термоэлектрической системы в отдельный файл для их дальнейшего использования или передачи. Если при решении конкретной задачи у Вас возникнут затруднения, с помощью этой опции вы сможете отправить расчетные данные специалистам Криотерм. Они помогут Вам найти правильное решение вашей задачи.

Мы уверены, что программа "Kryotherm" станет вашим надежным помощником в использовании термоэлектрических модулей и поможет реализовать широкие возможности термоэлектричества.

О компании

Компания КРИОТЕРМ была образована в 1992 году в результате правительственной программы приватизации на базе крупнейшего в СССР научно-исследовательского института, разрабатывающего термоэлектрические модули (элементы Пельтье) и системы на их основе для нужд военного и аэрокосмического комплексов. Благодаря большому научному потенциалу и применению современных методов управления, компания за время своей деятельности заняла лидирующие позиции на мировом термоэлектрическом рынке. В настоящее время на предприятии работает 200 человек, включая 13 кандидатов наук.

Вся деятельность нашей компании направлена на всемерное развитие, популяризацию и продвижение термоэлектрических знаний и опыта, предложение нашим клиентам самых современных термоэлектрических изделий. Именно в этом мы видим основную цель нашей деятельности.

Поэтому в своей работе и в маркетинговой стратегии развития компания КРИОТЕРМ придаёт первостепенное значение:

  • изготовлению эффективной, надежной и высококачественной термоэлектрической продукции;
  • ведению научно-исследовательских работ, направленных на постоянное совершенствование нашей продукции;
  • предоставлению потребителям наилучшего сервиса и полной инженерной поддержки;
  • максимально точному выполнению обязательств перед клиентами.

Это позволяет нам поставлять свою продукцию в ведущие страны мира, постоянно увеличивая объем производства, стремясь к достижению наибольшей эффективности совместной работы с нашими партнерами.

Наша компания постоянно расширяет и совершенствует номенклатуру выпускаемой продукции. В настоящее время мы серийно выпускаем более 250 типов термоэлектрических модулей. Мы постоянно совершенствуем качество и характеристики нашей продукции, предлагая конкурентоспособные цены на мировом рынке.

Одно из важнейших направлений нашей деятельности состоит в разработке и изготовлении термоэлектрических модулей и систем на их основе по специальным запросам наших клиентов. Такой подход позволяет предложить клиенту максимально эффективное решение, основанное на более чем 40 летнем опыте работы наших инженеров и исследователей в различных сферах применения термоэлектричества.

Финансовая стабильность компании, высокое качество продукции и профессионализм сотрудников дают уверенность в том, что компания КРИОТЕРМ является надежным и выгодным партнером. Технические характеристики и высокая надежность термоэлектрических модулей компании КРИОТЕРМ полностью соответствуют мировым стандартам.

Производство термоэлектрических модулей – Портфельная компания РОСНАНО

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

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

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

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

Охлаждающие и генерирующие термоэлектрические системы

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

Преимущества технологии CERATOM®:

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

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

Техническая иллюстрация принципа работы охлаждающих термоэлектрических систем

До настоящего времени в производстве термоэлектрических модулей и ТЭС использовался ряд дорогостоящих материалов. Выполняя достаточно утилитарную функцию, а именно обеспечивая конструкционную прочность термоэлектрического модуля, эти материалы так же оказывали и негативное влияние на модули: — существенно увеличивали себестоимость; — снижали КПД; — не позволяли варьировать форму и размер модуля в широких пределах; — снижали характеристики, надежность, тем самым ограничивая область применения модулей. Также данные материалы создавали технологические препятствия для автоматизации производства, поэтому на сегодняшний день большая часть керамических модулей в мире собирается вручную. Термоэлектрические системы, произведенные по технологии CERATOM, лишены этих недостатков. Новая технология предусматривает полную автоматизацию как производственного процесса получения наноструктурированных композитов, так термоэлектрических систем и конечной продукции.

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

Продукцией проекта являются устройства охлаждения, термостатирования и генерации. В частности, речь идет о производстве систем охлаждения для твердотельных лазеров, систем термостатирования «cold plate» для диодных лазеров, термостатированных шкафов для телекоммуникационной аппаратуры, торгового охладительного оборудования, термоэлектрических электрогенераторах для индивидуального жилья. Использование термоэлектричества позволяет осуществлять активное охлаждение, термостатирование и генерацию электроэнергии в тех случаях, когда невозможно использовать традиционные методы (компрессионные холодильники, абсорбционные холодильники, утилизация паразитного тепла в промышленности и быту). ТЭМ используются для охлаждения различной аппаратуры в транспорте, космических аппаратах, для охлаждения лазерной и телекоммуникационной техники, электроники, для охлаждения в производственных процессах и быту. Применение термоэлектрических систем в качестве генераторов, преобразующих паразитное тепло в электричество, сильно ограничено ввиду низкого КПД керамических термоэлектрических систем, высокой стоимости и конструкционных недостатков, связанных с использованием керамики в качестве теплопроводов.

По материалам пресс-релиза ГК «Роснанотех»

  • Сравнение элементов Пельтье, созданных по классической технологии и технологии CERATOM

О проектах Visual Science для РОСНАНО

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

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

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

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

Термоэлектрический модуль Пельтье (элемент Пельтье)

Термоэлектрический модуль Пельтье (элемент Пельтье)

ЭЛЕМЕНТЫ ПЕЛЬТЬЕ


ЧТО ЭТО ЗА МОДУЛИ (ЭЛЕМЕНТЫ) ПЕЛЬТЬЕ И ЗА СКОЛЬКО ИХ ЗДЕСЬ МОЖНО КУПИТЬ?
КАК ЭТО СДЕЛАТЬ?
КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЯХ ПЕЛЬТЬЕ
ВСЕ-ТАКИ НЕМНОГО НАУКИ
CСЫЛКИ



Что такое эффект Пельтье и термоэлектрический модуль?
В основе работы термоэлектрического охлаждающего модуля лежит эффект, открытый французским часовщиком Жаном Пельтье, который в 1834 г. обнаружил, что при протекании постоянного электрического тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов (спаях) проводников поглощается или выделяется, в зависимости от направления тока, тепло. При этом количество этой теплоты пропорционально току, проходящему через контакт проводников (Рис.1).Наиболее сильно эффект Пельтье проявляется на контактах полупроводников с различным типом проводимости (p- или n-). Объяснение эффекта Пельтье заключается во взаимодействии электронов проводимости, замедлившихся или ускорившихся в контактном потенциале p-n перехода, с тепловыми колебаниями атомов в массиве полупроводника. В результате, в зависимости от направления движения электронов и, соответственно, тока, происходит нагрев (Th) или охлаждение (Tc) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к спаю (p-n или n-p переходу).


Рис.1 Схема действия эффекта Пельтье.
Эффект Пельтье лежит в основе работы термоэлектрического модуля (ТЭМ). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота (Qс), поглощаемая на контакте типа n-p, выделяется на контакте типа p-n (Qh). Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар, обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин (Рис.2). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах - от нескольких единиц до нескольких сотен, что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых для изготовления ТЭМ материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки, например, селен и сурьму. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая и она изображается снизу.
Рис.2 Так выглядят модули Пельтье.
При прохождении через ТЭМ постоянного электрического тока возникает разность температур (dT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. По сути элемент Пельтье является своебразным тепловым насосом. При использовании модуля Пельтье необходимо обеспечить эффективный отвод тепла с его горячей стороны, например, с помощью воздушного радиатора или водяного теплообменника (водоблока). Здесь надо учесть, что отводить придется не только "перекачиваемую" теплоту, но и добавляемую (примерно 50%) самим модулем. Если поддерживать температуру горячей стороны модуля на уровне температуры окружающей среды, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже. В высококачественных серийных ТЭМ известных производителей, например, ИПФ КРИОТЕРМ (г.Санкт-Петербург), разность температур может достигать 74 град на одном каскаде. Модуль является обратимым, т.е. при смене полярности постоянного тока горячая и холодная пластины меняются местами. Можно использовать модуль в режиме термоциклирования: чередовать режим охлаждения с режимом нагрева с помощью переключателя. Как уже отмечалось, степень охлаждения пропорциональна величине тока, проходящего через ТЭМ, что позволяет при необходимости плавно регулировать температуру охлаждаемого объекта, причем с высокой точностью. Внешний вид различных типов однокаскадного ТЭМ представлен на Рис.3.
Рис.3 Так выглядят модули в жизни. Для лучшего понимания практического применения ТЭМ при охлаждении процессора
все-таки нужно уяснить кое-какую теорию, a также почитать вот эту статью №1, в которой объясняется, как пользоваться программой KRYOTHERM с сайта компании. В статье №2 приводится пример расчета модуля для охлаждения процессора.

dTmax (град) - это максимальная разность температур между сторонами модуля, достигаемая при идеализированных условиях: при температуре горячего спая Th, поддерживаемой равной 27 град С (ученые выбрали это значение температуры потому, что в градусах по шкале Кельвина - это круглая цифра в 300 град), и при нулевой холодопроизводительности (холодильной мощности) (Qc=0), т.е., якобы, на холодную сторону модуля не поступает никакого тепла (глубокий вакуум, что-ли). Значение dTmax для однокаскадного модуля зависит только от эффективности термоэлектрического вещества. Например, максимальная разность температур для отдельных экспериментальных образцов ИПФ КРИОТЕРМ достигает 76 град. Для многокаскадных модулей значение dTmax зависит не только от эффективности вещества, но и от числа каскадов охлаждения и конфигурации модулей. Максимальная разность температур для двухкаскадных модулей повышенной мощности составляет 83-87 град, а для четырехкаскадных модулей достигает 140 град. Но здесь многокаскадные модули не рассматриваются.
Qmax (Вт) - холодопроизводительность при токе I=Imax и разности температур dT=Th-Tc=0, т.е. считаем, что вся теплота, поступающая на холодную сторону модуля мгновенно и без потерь перекачивается на горячую, причем температура горячей стороны Тh поддерживается равной 27 град С. Величина Qmax традиционно определяется как максимальная, но важно отметить, что на самом деле эта холодильная мощность не является максимальной. Дело в том, что величина Qmax определяется при токе Imax, который является оптимальным для максимальной, а не для нулевой разности температур. При токе несколько большем Imax и при сохранении нулевой разности температур возможно получение холодопроизводительности, большей Qmax примерно на 6 %.
Umax (В) - это напряжение, соответствующее току Imax и разности температур dTmax
Imax (А) - это ток, при котором достигается разность температур dTmax.
Что такое СOP? COP (Сoefficient Of Рerformance) - это отношение холодильной мощности модуля к электрической, потребляемой модулем, и характеризует экономичность протекающих процессов, т.е. своебразный аналог К.П.Д. При заданном значении тока COP практически линейно зависит от разности температур и при более меньших разностях температур он выше. Для термоэлектрических устройств COP в среднем составляет 0.3-0.5, что ниже значений холодильного коэффициента компрессионных машин. Несмотря на отставание по холодильному коэффициенту, во многих случаях применение термоэлектрических модулей является более выгодным, а в ряде случаев и единственно возможным. Более того, теоретически при нулевой разности температур и при малых токах холодильный коэффициент в пределе стремится к бесконечности! На практике это означает, что, если необходимо иметь повышенную экономичность устройства, то предпочтительней использовать большее количество модулей и питать их меньшим напряжением (током).
Какой источник питания необходимо использовать для модулей? Для работы модуля необходимо, чтобы через него протекал постоянный ток. Пульсации постоянного тока не должны превышать 5 %. Если уровень пульсаций будет выше, модуль, конечно, не "умрет", но его параметры будут хуже. Постоянный ток может быть создан как источником тока, так и источником напряжения, но последние используются более широко. Источник тока стремится поддерживать постоянство заданной силы тока, источник напряжения- соответственно напряжения. Подаваемое на модуль напряжение должно выбираться исходя из максимального напряжения модуля Umax и выбранного режима работы (максимальной холодильной мощности или максимального холодильного коэффициента). Максимальный ток (мощность) источника должен выбираться исходя из величины напряжения и сопротивления модуля переменному току. Следует отметить, что рабочая величина тока в стационарном режиме может быть меньше своего первоначального значения примерно на 20-35 %, поскольку благодаря эффекту Зеебека величина тока зависит от разности температур.
Какое напряжение следует подавать на термоэлектрический модуль? Подаваемое на модуль напряжение определяется количеством пар ветвей в модуле. Наиболее распространенными являются 127-парные модули, величина максимального напряжения для которых составляет примерно 16 В. На эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т. е. примерно 75 % от величины Umax. Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным и позволяет обеспечить, с одной стороны, достаточную мощность охлаждения, а с другой стороны, достаточную экономичность (холодильный коэффициент). При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности будет слабым, а потребляемая мощность будет резко увеличиваться. При понижении напряжения питания экономичность будет расти, холодильная мощность будет уменьшаться, но линейно, что очень удобно для организации плавного регулирования температуры. Для модулей с числом пар ветвей отличным от 127, напряжение можно выбирать по тому же принципу, - чтобы оно составляло 75 % от Umax, но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны, и возможности источников питания. На модули серии ДРИФТ (199 термоэлектрических пар) рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В постоянного тока. Такой выбор напряжения питания при условии применения мощных модулей серии ДРИФТ позволяет добиться большой холодильной мощности без снижения холодильного коэффициента, что особенно важно при охлаждении компьютерных процессоров.
Как подобрать подходящий Пельтье? В статье №3 приведен пример выбора модуля, где надо охладить воду. В статье №4 смотрите компьютерную программу "Криотерм" подбора модулей для различных целей.
А здесь можно посмотреть примеры применения модулей Пельтье в различных бытовых устройствах.
Рис. 4 Сборка: процессор, Пельтье, кулер. Принципиальная возможность применения элементов Пельтье для охлаждения мощных компонентов электроники известна довольно давно. С ростом единичной мощности электронных компонентов в последние годы и, следовательно, увеличением количества выделяющегося тепла задача охлаждения, например, процессоров в компьютерах (Рис. 5), приобретает все возрастающее значение. Кулеры рассчитаны на “спокойную” штатную работу процессоров. Однако все большее количество граждан хотят “разогнать” свое “железо” и тут без элементов Пельтье во многих случаях не обойтись. В последнее время многие все чаще посматривают и в сторону жидкостного (водяного) охлаждения . Но и здесь термоэлектрические модули могут существенно помочь “overclockers”. Ни один, даже самый навороченный кулер, даже с помощью "водянки" в принципе не приблизит температуру на процессоре к температуре окружающей среды.
Купить
эти самые “термоэлектрические модули”, “пластины”, “элементы Пельтье”- теперь это легко решаемая задача и по вполне простой схеме. Смотрите каталог, выберите Пельтье по душе и свяжитесь со мной путем отправки
письма или запроса. Наиболее “ходовые” типы модулей Пельтье- это стандартные однокаскадные модули максимальной мощностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Обозначения модулей в скобках расшифровываются следующим способом: первое число-это количество термопар в модуле; второе- это ширина сторон ветки в мм; третье-это высота ветки в мм. Например, ТВ-127-1,4-1,5. Имеется ввиду модуль, который состоит из 127 пар термоэлектрических веток, размеры которых 1,4х1,4х1,5 мм. Размеры модулей 40х40 мм, толщина около 4 мм. Т.к. тепловыделение процессоров стремительно растет (AMD), более высоким спросом будут пользоваться модули 48х48 мм. Модули загерметизированы, поверхность керамики зашлифована до 25 микрон, однако применение термопасты обязательно. Припаяны черный (-) и красный (+) провода. Если “минус” держать в левой руке, а “плюс” в правой проводами к себе, то сверху будет холодная сторона, а снизу- горячая.

ЗАПРОС:


CCЫЛКИ

1. www.kryotherm.ru
Один из мировых лидеров по производству модулей Пельтье.




Сайт управляется системой uCoz

Руководство по проектированию элементов ТЕС / Пельтье

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

TEC Controller Обзор продукта

Содержание

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

Консультации по сложным тепловым расчетам

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

Видео с термоэлектрическим охлаждением

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

Справочная информация

Термоэлектрическое охлаждение и обогрев используется для различных целей, даже при активном охлаждении ниже температуры окружающей среды или высокой точности температуры (стабильность <0.01 ° C). Контроллер TEC - источник тока для элемента Пельтье - в сочетании с элементом Пельтье активно регулирует температуру данного объекта. Это делается без акустических и электрических шумов, вибраций и механических движущихся частей. Переход от охлаждения к нагреву возможен путем изменения направления тока без внесения каких-либо механических изменений.

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

Типовая термоэлектрическая система

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

  • Контроллер ТЕС
  • Элемент Пельтье
  • Радиатор

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

Пожалуйста, посмотрите следующее видео, чтобы получить обзор контроллеров семейства TEC и их функций.

Тепловая схема

На этой схеме простой термоэлектрической системы показаны объекты, участвующие в пути теплового потока от объекта к окружающему воздуху.Это упрощенная схема, в которой мы предполагаем идеальную теплоизоляцию объектов, например на температуру объектов не влияет конвекция. (Q - теплоемкость каждой детали.)


Упрощенная схема системы охлаждения


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


Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая температурная диаграмма

Процесс проектирования

При проектировании термоэлектрического охлаждающего устройства необходимо выполнить следующие шаги:

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

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

1. Оценка тепловых нагрузок

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

  • Рассеиваемая мощность
  • Радиация
  • Конвективный
  • Проводящий
  • динамический (dQ / dT)

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

2. Определение температуры

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

При описании применения термоэлектрического охлаждения важны два конструктивных параметра.

  • T O Температура объекта (температура холодной стороны) [° C]
  • T HS температура радиатора (температура горячей стороны) [° C] = T окр. + ΔT HS
    См. Раздел 5.Радиатор для получения дополнительной информации.

Разница между T O и T HS известна как dT (ΔT или deltaT) [K]:
dT = T HS - T O = T amb + ΔT HS - Т О

3. Выбор элемента Пельтье / ТЕМ-модуля

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

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

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

Добавляем расчетную маржу на

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

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

Список дистрибьюторов см. На странице Элементы Пельтье.

4. Выбор контроллера ТЕС

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

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

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

5. Радиатор

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

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

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

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

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

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

Зависимость отклоненного тепла от dT

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

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

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

Найдите отношение Q h / Q C при заданном токе и dT.

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

Теперь мы можем заменить в приведенной выше формуле для R thHS Q h нашим соотношением Q h / Q C .

R thHS = ΔT HS / (отношение * Q C )

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

Выбор теплового сопротивления радиатора может влиять на dT = T amb + ΔT HS - T O .
(ΔT HS = Q h / R thHS )

Дистрибьюторы / производители

6.Вентилятор

Вентиляторное охлаждение радиатора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху.

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

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

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

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

Рекомендации по вентиляторам

Для получения подробной информации о функциях вентилятора, предложениях вентилятора и оптимальных настройках, пожалуйста, обратитесь к Руководству пользователя TEC Family, глава 6.3 (PDF).

Подключение вентилятора к контроллеру ТЕС

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

7. Примеры расчетов

Рассчитаем для примера расчетные параметры термоэлектрической системы охлаждения.

Для выбора элемента Пельтье необходимы два тепловых параметра .

  • Максимальная холодопроизводительность Q max
  • Разница температур dT
Оценка тепловых нагрузок и определение температуры

Мы предполагаем, что объект с тепловой нагрузкой Q C = 10 Вт должен быть охлажден до нуля градусов Цельсия.(T O = 0 ° C) Предположим, что температура в помещении составляет 25 ° C, а температура радиатора T S ожидается на уровне 30 ° C. Таким образом, разница температур между холодной и горячей сторонами элемента Пельтье dT составляет 30 К. Важно помнить, что было бы неправильно рассчитывать dT как разницу между температурой окружающего воздуха и желаемой температурой объекта.

Выбор модуля Пельтье / ТЕМ

Наша цель - найти Q max , который был бы достаточно большим, чтобы покрыть необходимый Q C и дать лучший COP.

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

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

Теперь мы можем рассчитать Q max для элемента Пельтье. Q макс = Q C / 0,25 = 10 Вт / 0,25 = 40 Вт

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

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

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

Рабочий ток и напряжение рассчитываются следующим образом:
I = I max * (I / I max ) = 5 A * 0,45 = 2,25 A
V = P el / I = 16,7 Вт / 3.83A = 7,42 В

Выбор контроллера ТЕС

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

Радиатор

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

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

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

8. Датчики температуры

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

Измерение температуры объекта

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

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

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

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

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

Подключение датчика температуры

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

9. Требования к источникам питания

Блок питания является источником питания для контроллера ТЕС.

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

Рекомендации по источникам питания

10. Проверьте свою настройку

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

11. Узлы термоэлектрического охлаждения

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

Руководство по проектированию элементов TEC / Пельтье

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

TEC Controller Обзор продукта

Содержание

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

Консультации по сложным тепловым расчетам

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

Видео с термоэлектрическим охлаждением

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

Справочная информация

Термоэлектрическое охлаждение и обогрев используется для различных целей, даже при активном охлаждении ниже температуры окружающей среды или высокой точности температуры (стабильность <0.01 ° C). Контроллер TEC - источник тока для элемента Пельтье - в сочетании с элементом Пельтье активно регулирует температуру данного объекта. Это делается без акустических и электрических шумов, вибраций и механических движущихся частей. Переход от охлаждения к нагреву возможен путем изменения направления тока без внесения каких-либо механических изменений.

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

Типовая термоэлектрическая система

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

  • Контроллер ТЕС
  • Элемент Пельтье
  • Радиатор

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

Пожалуйста, посмотрите следующее видео, чтобы получить обзор контроллеров семейства TEC и их функций.

Тепловая схема

На этой схеме простой термоэлектрической системы показаны объекты, участвующие в пути теплового потока от объекта к окружающему воздуху.Это упрощенная схема, в которой мы предполагаем идеальную теплоизоляцию объектов, например на температуру объектов не влияет конвекция. (Q - теплоемкость каждой детали.)


Упрощенная схема системы охлаждения


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


Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая температурная диаграмма

Процесс проектирования

При проектировании термоэлектрического охлаждающего устройства необходимо выполнить следующие шаги:

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

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

1. Оценка тепловых нагрузок

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

  • Рассеиваемая мощность
  • Радиация
  • Конвективный
  • Проводящий
  • динамический (dQ / dT)

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

2. Определение температуры

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

При описании применения термоэлектрического охлаждения важны два конструктивных параметра.

  • T O Температура объекта (температура холодной стороны) [° C]
  • T HS температура радиатора (температура горячей стороны) [° C] = T окр. + ΔT HS
    См. Раздел 5.Радиатор для получения дополнительной информации.

Разница между T O и T HS известна как dT (ΔT или deltaT) [K]:
dT = T HS - T O = T amb + ΔT HS - Т О

3. Выбор элемента Пельтье / ТЕМ-модуля

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

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

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

Добавляем расчетную маржу на

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

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

Список дистрибьюторов см. На странице Элементы Пельтье.

4. Выбор контроллера ТЕС

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

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

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

5. Радиатор

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

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

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

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

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

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

Зависимость отклоненного тепла от dT

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

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

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

Найдите отношение Q h / Q C при заданном токе и dT.

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

Теперь мы можем заменить в приведенной выше формуле для R thHS Q h нашим соотношением Q h / Q C .

R thHS = ΔT HS / (отношение * Q C )

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

Выбор теплового сопротивления радиатора может влиять на dT = T amb + ΔT HS - T O .
(ΔT HS = Q h / R thHS )

Дистрибьюторы / производители

6.Вентилятор

Вентиляторное охлаждение радиатора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху.

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

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

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

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

Рекомендации по вентиляторам

Для получения подробной информации о функциях вентилятора, предложениях вентилятора и оптимальных настройках, пожалуйста, обратитесь к Руководству пользователя TEC Family, глава 6.3 (PDF).

Подключение вентилятора к контроллеру ТЕС

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

7. Примеры расчетов

Рассчитаем для примера расчетные параметры термоэлектрической системы охлаждения.

Для выбора элемента Пельтье необходимы два тепловых параметра .

  • Максимальная холодопроизводительность Q max
  • Разница температур dT
Оценка тепловых нагрузок и определение температуры

Мы предполагаем, что объект с тепловой нагрузкой Q C = 10 Вт должен быть охлажден до нуля градусов Цельсия.(T O = 0 ° C) Предположим, что температура в помещении составляет 25 ° C, а температура радиатора T S ожидается на уровне 30 ° C. Таким образом, разница температур между холодной и горячей сторонами элемента Пельтье dT составляет 30 К. Важно помнить, что было бы неправильно рассчитывать dT как разницу между температурой окружающего воздуха и желаемой температурой объекта.

Выбор модуля Пельтье / ТЕМ

Наша цель - найти Q max , который был бы достаточно большим, чтобы покрыть необходимый Q C и дать лучший COP.

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

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

Теперь мы можем рассчитать Q max для элемента Пельтье. Q макс = Q C / 0,25 = 10 Вт / 0,25 = 40 Вт

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

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

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

Рабочий ток и напряжение рассчитываются следующим образом:
I = I max * (I / I max ) = 5 A * 0,45 = 2,25 A
V = P el / I = 16,7 Вт / 3.83A = 7,42 В

Выбор контроллера ТЕС

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

Радиатор

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

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

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

8. Датчики температуры

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

Измерение температуры объекта

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

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

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

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

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

Подключение датчика температуры

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

9. Требования к источникам питания

Блок питания является источником питания для контроллера ТЕС.

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

Рекомендации по источникам питания

10. Проверьте свою настройку

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

11. Узлы термоэлектрического охлаждения

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

Руководство по проектированию элементов TEC / Пельтье

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

TEC Controller Обзор продукта

Содержание

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

Консультации по сложным тепловым расчетам

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

Видео с термоэлектрическим охлаждением

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

Справочная информация

Термоэлектрическое охлаждение и обогрев используется для различных целей, даже при активном охлаждении ниже температуры окружающей среды или высокой точности температуры (стабильность <0.01 ° C). Контроллер TEC - источник тока для элемента Пельтье - в сочетании с элементом Пельтье активно регулирует температуру данного объекта. Это делается без акустических и электрических шумов, вибраций и механических движущихся частей. Переход от охлаждения к нагреву возможен путем изменения направления тока без внесения каких-либо механических изменений.

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

Типовая термоэлектрическая система

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

  • Контроллер ТЕС
  • Элемент Пельтье
  • Радиатор

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

Пожалуйста, посмотрите следующее видео, чтобы получить обзор контроллеров семейства TEC и их функций.

Тепловая схема

На этой схеме простой термоэлектрической системы показаны объекты, участвующие в пути теплового потока от объекта к окружающему воздуху.Это упрощенная схема, в которой мы предполагаем идеальную теплоизоляцию объектов, например на температуру объектов не влияет конвекция. (Q - теплоемкость каждой детали.)


Упрощенная схема системы охлаждения


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


Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая температурная диаграмма

Процесс проектирования

При проектировании термоэлектрического охлаждающего устройства необходимо выполнить следующие шаги:

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

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

1. Оценка тепловых нагрузок

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

  • Рассеиваемая мощность
  • Радиация
  • Конвективный
  • Проводящий
  • динамический (dQ / dT)

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

2. Определение температуры

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

При описании применения термоэлектрического охлаждения важны два конструктивных параметра.

  • T O Температура объекта (температура холодной стороны) [° C]
  • T HS температура радиатора (температура горячей стороны) [° C] = T окр. + ΔT HS
    См. Раздел 5.Радиатор для получения дополнительной информации.

Разница между T O и T HS известна как dT (ΔT или deltaT) [K]:
dT = T HS - T O = T amb + ΔT HS - Т О

3. Выбор элемента Пельтье / ТЕМ-модуля

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

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

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

Добавляем расчетную маржу на

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

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

Список дистрибьюторов см. На странице Элементы Пельтье.

4. Выбор контроллера ТЕС

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

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

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

5. Радиатор

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

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

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

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

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

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

Зависимость отклоненного тепла от dT

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

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

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

Найдите отношение Q h / Q C при заданном токе и dT.

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

Теперь мы можем заменить в приведенной выше формуле для R thHS Q h нашим соотношением Q h / Q C .

R thHS = ΔT HS / (отношение * Q C )

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

Выбор теплового сопротивления радиатора может влиять на dT = T amb + ΔT HS - T O .
(ΔT HS = Q h / R thHS )

Дистрибьюторы / производители

6.Вентилятор

Вентиляторное охлаждение радиатора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху.

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

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

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

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

Рекомендации по вентиляторам

Для получения подробной информации о функциях вентилятора, предложениях вентилятора и оптимальных настройках, пожалуйста, обратитесь к Руководству пользователя TEC Family, глава 6.3 (PDF).

Подключение вентилятора к контроллеру ТЕС

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

7. Примеры расчетов

Рассчитаем для примера расчетные параметры термоэлектрической системы охлаждения.

Для выбора элемента Пельтье необходимы два тепловых параметра .

  • Максимальная холодопроизводительность Q max
  • Разница температур dT
Оценка тепловых нагрузок и определение температуры

Мы предполагаем, что объект с тепловой нагрузкой Q C = 10 Вт должен быть охлажден до нуля градусов Цельсия.(T O = 0 ° C) Предположим, что температура в помещении составляет 25 ° C, а температура радиатора T S ожидается на уровне 30 ° C. Таким образом, разница температур между холодной и горячей сторонами элемента Пельтье dT составляет 30 К. Важно помнить, что было бы неправильно рассчитывать dT как разницу между температурой окружающего воздуха и желаемой температурой объекта.

Выбор модуля Пельтье / ТЕМ

Наша цель - найти Q max , который был бы достаточно большим, чтобы покрыть необходимый Q C и дать лучший COP.

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

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

Теперь мы можем рассчитать Q max для элемента Пельтье. Q макс = Q C / 0,25 = 10 Вт / 0,25 = 40 Вт

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

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

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

Рабочий ток и напряжение рассчитываются следующим образом:
I = I max * (I / I max ) = 5 A * 0,45 = 2,25 A
V = P el / I = 16,7 Вт / 3.83A = 7,42 В

Выбор контроллера ТЕС

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

Радиатор

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

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

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

8. Датчики температуры

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

Измерение температуры объекта

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

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

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

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

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

Подключение датчика температуры

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

9. Требования к источникам питания

Блок питания является источником питания для контроллера ТЕС.

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

Рекомендации по источникам питания

10. Проверьте свою настройку

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

11. Узлы термоэлектрического охлаждения

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

Как вырабатывать электричество с помощью термоэлектрического генератора Пельтье

Термоэлектрический модуль Пельтье вырабатывает электричество, когда обе стороны имеют разную температуру. Например, вы можете использовать огонь, чтобы нагреть термоэлектрический генератор, охлаждая другую сторону водой. Эти модули дешевы, и это простой способ вырабатывать электроэнергию!

Что такое эффект Зеебека и как генерировать электричество?

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

Как пользоваться термоэлектрическим генератором?

Выработать электричество с помощью модуля Пельтье легко, 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 используются в коммерческих целях для создания тепловентиляторов для дровяных печей. Чтобы охладить другую сторону Пельтье, вы также можете использовать воду, содержащую кубики льда. Простая установка - использовать тонкую банку со свечой под ней и поставить сверху металлическую запеканку с холодной водой.

Проверьте термоэлектрический генератор Пельтье SP1848-27145 на Amazon (филиал).

Каков КПД термоэлектрического генератора?

Эффективность термоэлектрического модуля Пельтье будет сильно варьироваться в зависимости от достигнутой разницы температур.Кроме того, важным фактором, который следует учитывать, является контакт между Пельтье и другими поверхностями. Следовательно, неадекватная или неровная поверхность снизит эффективность. Хороший способ генерировать больше электричества - также использовать термопасту. Это обеспечит максимальное рассеивание энергии между поверхностями.

Для справки, некоторые термоэлектрические модули SP1848-27145 также имеют спецификации, в которых указано, что они могут генерировать приблизительно:

Разница температур 20 градусов: 0,97 В и 225 мА

Разница температур 40 градусов: 1.8 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 , электропроводка и нагрузка. Ознакомьтесь с моим руководством по цифровому мультиметру, чтобы узнать, как измерить напряжение и силу тока, создаваемые термоэлектрическим генератором.

Использование его с повышающим преобразователем для генерации определенного напряжения

Если ваша цель - достичь и поддерживать определенное напряжение, вы также можете использовать повышающий преобразователь.Эти модули увеличивают фактическое напряжение термоэлектрического генератора до фиксированного значения напряжения. Например, повышающий преобразователь с уменьшением силы тока для увеличения напряжения до желаемого значения, такого как 3,3 В или 5 В. Недостатком этого является то, что вы дополнительно ограничиваете силу тока в амперах. Вы все еще можете использовать повышающий преобразователь для питания небольших электронных устройств. Некоторые люди используют термоэлектрический генератор, чтобы сделать вентилятор для дровяной печи. Другой альтернативой было бы использование этого в сочетании с аккумулятором для хранения произведенной энергии.

Какой термоэлектрический модуль Пельтье выбрать?

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

С другой стороны, термоэлектрические генераторы устойчивы к нагреванию и оптимальны для производства электроэнергии. Эти модули могут выдерживать температуру до 150 градусов по Цельсию. Следовательно, термоэлектрические генераторы можно использовать с пламенем в качестве источника нагрева, и они будут более эффективны для выработки электроэнергии.

AliExpress.com Продукт - SP1848-27145 TEC 40x40 мм Полупроводниковый термоэлектрический радиатор, модуль пластины Пельтье для выработки электроэнергии

Заключение

Термоэлектрические генераторы Пельтье дешевы и просты в использовании.Несмотря на то, что они не вырабатывают большой ток, их главное преимущество - простота конструкции и использования. Поэтому термоэлектрические генераторы - хороший способ преобразовать тепло в электричество. Их даже можно использовать на открытом воздухе для выработки электроэнергии на костре!

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

Эффект Пельтье - обзор

2.3.1 Тепловые электрогенераторы.

Работа термоэлектрических генераторов (ТЭГ) основана на термоэлектрическом эффекте, открытом в прошлом веке: эффекте Пельтье и Зеебека.

Рассмотрим эффект Пельтье . Если после соединения разнородных проводников (металлов и полупроводников) постоянный ток I пропускается, переход зависит от направления выделяемого или поглощаемого тока тепла:

Qp = αIT.

где α - коэффициент, зависящий от свойств выбранных проводников, а T - температура перехода.

Рассмотрим эффект Зеебека . Если соединение состоит из двух разнородных стыков проводов при разных температурах, T 1 и T 2 , электродвижущая сила (ЭДС) E пропорциональна разности температур:

E = α (T1 − T2)

где α - коэффициент термоэдс. или коэффициент Зеебека.

Оба эффекта дополняют друг друга и имеют одинаковую физическую природу: если в каком-либо из них есть свободные электроны, он стремится прийти к тепловому равновесию с окружающими ядрами материала.Следовательно, в обеих формулах коэффициент α один и тот же.

Схема одного ТЭГ представлена ​​на рис. 1.5. Термоэлектроды 1 и 2 изготовлены из разных материалов и электрически соединены с переходами A и B. Электрод 2 сломан, в нем есть зазор (поз. 3) и нагрузка R.

Рисунок 1.5. Термоэлектрический генератор.

Если соединения A и B поддерживаются при разных температурах, T1> T2, разомкнутая цепь будет иметь значение для разницы (E). Когда потенциалы замыкают ключ 3, цепь и ток нагрузки протекает (I).Однако, согласно эффекту Пельтье, когда ток течет через переход I, разнородные проводники в этом переходе поглощают или выделяют тепло (Q n ). Например, в соединении A ток течет от проводника 1 к проводнику 2 и, таким образом, поглощается тепло, Q1 = αIT1, которое должно выйти из строя. Тогда в переходе B, наоборот, ток течет от проводника 1 к проводнику 2, в результате чего переход генерирует тепло Q2 = αIT2, которое необходимо отвести.

Когда в цепи течет ток I, где эл.м.ф. эффект E - это электрическая энергия, производимая Lel = EI, т. е.

Lel = α (T1 − T2) I

в идеальном случае

Lel = Q1 − Q2

для такого идеального ТЭГ эффективность была бы

ηideal = LEL / Q1 = α (T1 − T2) I / αT1I = 1 − T2 / T1 = ηt, max

В этом случае эффективность равна эффективности цикла Карно.

Однако в реальности такой эффективности получить нельзя. Наряду с процессами, описанными ранее для ТЭГ, другие существенно снижают эффективность. Во-первых, из-за разницы температур между стыками электродов на 1 и 2 удельная теплопроводность от горячего спая к холодному теплу приводит к потоку Q T .Эта жара бесполезна. Именно при постоянной L EL увеличивается требуемое тепло Q 1 (т.е. снижается КПД). Количество тепла при заданной разности Q T T 1 -T 2 пропорционально коэффициенту теплопроводности λ и площади поперечного сечения проводника и обратно пропорционально его длине.

Эффект Пельтье - обзор

1.

Объясните возникновение эффектов Зеебека, Пельтье и Томсона в неоднородных проводниках, используя инструменты феноменологической линейной термодинамики.Каков физический смысл параметров, определяющих величину этих эффектов?

2.

Объясните движение ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического потенциала, используя инструменты линейной термодинамики.

3.

Выведите уравнение для феноменологического описания активного транспорта вещества через мембрану (раздел 2.3.2) для случая сопряженного переноса вещества через мембрану и химических процессов, далеких от равновесия (т.е.e., at | A rij | > RT).

4.

Какие свойства присущи обратным коэффициентам Онзагера? Что можно сказать о значениях обратных коэффициентов Онзагера, учитывающих взаимосвязь диффузии и ступенчатых химических превращений?

5.

Что можно сказать о значениях обратных коэффициентов Онзагера, учитывающих взаимосвязь теплопроводности и ступенчатых химических превращений? В чем разница между коэффициентами «классического» и «модифицированного» коэффициентов Онзагера?

6.

Напишите феноменологические уравнения Хориути-Борескова-Онсагера для трех параллельных взаимодействующих ступенчатых реакций

A ⇄ B

A C

A ⇄ D,

. Объясните значение всех значений в выражении и запишите отношения между ними. Какими будут уравнения, если концентрация компонента D стационарна?
7.

Найдите коэффициенты взаимности Λ ij для случая стационарной скорости параллельных ступенчатых реакций, описываемых схемами:

Стационарное состояние устанавливается по отношению к промежуточным соединениям, обозначенным Y i .

Найдите выражение для уравнений Хориути-Борескова-Онзагера, описывающее взаимное влияние данных ступенчатых реакций при наличии диффузии химических компонентов. Коэффициент диффузии одинаков для всех компонентов.

8.

Ступенчатая реакция R + A 1 ⇄ P 1 сопровождается параллельной ступенчатой ​​реакцией R + A 2 ⇄ P 2 . Найти коэффициенты взаимности Λ ij для случая взаимного влияния этих ступенчатых реакций, протекающих в стационарном режиме, по отношению к их промежуточным продуктам. Реакции следуют механизму

R ⇄ X,

A 1 + X ⇄ P 1 ,

R ⇄ Y 1 ⇄ Y 2 ⇄ Y 3 ⇄ Y 4 ⇄ Y 5 ,

Y 4 + A 2 ⇄ P 2 ,

, где X и Y i - промежуточные.Каковы ожидаемые условия потребления побочного продукта P 2 вместо его образования?
9.

Найти коэффициенты Λ ij для стационарного режима прямоточных ступенчатых реакций, достигаемых механизмом с промежуточными продуктами X i и Y j :

R 1 ⇄ X 1 ⇄ → X 2 ⇄ X 3 ⇄ → X 4 ,

X 2 + R 2 ⇄ Y 1 ⇄ Y 2 ⇄ Y 3 ⇄ Y 4 ⇄ Y 5 ,

Y 2 ⇄ P 1 ,

Y 2 ⇄ P 2 .

10.

Биотехнологический синтез фермента AHD 80 осуществляется хорошо клонированным штаммом микроорганизмов в ходе процессов, сопряженных с реакцией ассимиляции глюкозы, химическое сродство реакции 42 кДж. / моль. Оцените требуемую скорость ассимиляции глюкозы в закрытом ферментере при 37 ° C, если скорость снижения энтропии из-за реакции синтеза фермента составляет 8 кДж / ч · К в ферментере.

11.

В гомогенной реакционной системе параллельные ступенчатые реакции

A 1 + A 2 ⇄ B 1

A 1 + A 2 ⇄ B 2

перейти в стационарный режим через механизм

A 1 ⇄ Y 1 ⇄ Y 2 ⇄ Y 3 ⇄ Y 4 ,

Y 3 + A 2 ⇄ Y 5 ⇄ B 1 ,

Y 4 + A 2 ⇄ B 2 ,

, где Y и являются промежуточными продуктами.

Найдите выражение для модифицированных уравнений Онзагера, описывающее взаимное влияние данных ступенчатых реакций при наличии диффузии химических компонентов, порождаемой неоднородностью системы. Коэффициент диффузии одинаков для всех компонентов.

12.

Почему теорема Пригожина о скорости производства энтропии важна для области химии и каковы условия ее применимости?

13.

Превращение исходных компонентов R i в продукт P следует по схеме

Выразите взаимосвязь между химическими потенциалами и концентрациями промежуточных продуктов реакции A i в стационарном режиме процесса. Напишите выражение для скорости производства энтропии. Сформулируйте теорему Пригожина о скорости производства энтропии в стационарном состоянии для данной системы. Насколько применима эта теорема для данной системы при температуре 1200 К, если сродство ступенчатой ​​реакции R 1 + R 2 ← P равно 2 кДж / моль? 50 кДж / моль?

14.

Превращение исходного компонента R в продукт P происходит по схеме R + A 1 ⇄ 2 A 1

Здесь A и являются промежуточными продуктами. Покажите взаимосвязь между химическими потенциалами и концентрациями промежуточных продуктов реакции в стационарном режиме процесса. Напишите выражение для скорости производства энтропии. Сформулируйте теорему Пригожина о скорости производства энтропии в стационарном состоянии для данной системы.Насколько эта теорема применима для данной системы при температуре 500 К, если сродство ступенчатой ​​реакции R → P равно 2 кДж / моль? 50 кДж / моль?

15.

Преобразование исходного компонента R в продукт P происходит по схеме

R ⇄ A 1 ⇄ A 2 ⇄ A 3 ⇄ P,

A 1 + 2 S ⇄ 2A 4 ⇄ A 2 + 2 S A 5 .

Здесь A и - промежуточные соединения, а S - молекула растворителя.Покажите взаимосвязь между химическими потенциалами и концентрациями промежуточных продуктов реакции S и в стационарном режиме процесса. Напишите выражение для скорости производства энтропии. Сформулируйте теорему Пригожина о скорости производства энтропии в стационарном состоянии для данной системы. Насколько применима эта теорема для данной системы при температуре 300 К, если сродство ступенчатой ​​реакции R ← P равно 2 кДж / моль? 30 кДж / моль?

(PDF) Обзор производства электроэнергии с использованием модуля Пельтье

Аналогичным образом, их приложения также различаются по принципу работы

.ТЭГ в основном состоят из теллурида висмута

или теллурида свинца. Но оба отличаются свойствами

, такими как теплостойкость и КПД. Bi2Te3 TEG

является высокоэффективным, но не выдерживает таких высоких температур, как

PbTe. Итак, изменение стоимости происходит из-за этих свойств

[21]. Gou X, Xiao H сосредоточился на моделировании

TEG. Интегрированные в большом количестве ТЭГ обеспечивают максимальную выходную мощность и напряжение

.Он легко вырабатывает достаточную мощность при достаточно высоком напряжении

для питания различных маломощных датчиков

даже при получении энергии от разницы температур

до 5 ° C. Таким образом, с увеличением количества модулей

увеличивается и стоимость системы. Кроме того,

μTEG более эффективны для приложений, использующих для сбора

электрической энергии при высокой разнице температур из-за

соображений их размера и материала композиции.

Различные комбинации последовательного и параллельного подключения

скомпонованы для достижения достаточной мощности [22-23].

Sarinee et al. Выявлено, что напряжение увеличивается 2

в 4 раза, когда модули соединены последовательно, а

на ток не сильно влияет [3].

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ

Следующие технологические преимущества

могут быть использованы при проектировании генератора энергии на основе ТЭГ.

 Твердотельная конструкция (без движущихся частей)

 Диффузионные барьеры (стандарт для всех устройств MI)

обеспечивают превосходную долгосрочную термическую стабильность

и высокую надежность.

 Точный контроль температуры.

 Работа без вибрации.

 Не содержит хлорфторуглерода, для применений

, где использование газов запрещено.

 Отсутствие акустических или электрических шумов.

 Выполняется в любой физической или гравитационной ориентации

, в том числе в перевернутом положении или

боком.

 Работает в условиях невесомости.

 Выдерживает высокие перегрузки в космосе и

военных приложений.

 Масштабируемость размеров и производительности.

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Термоэлектрические устройства имеют преимущество перед традиционными источниками

, несмотря на их низкую эффективность.

Более того, их универсальность в применении охлаждения и выработки энергии

также делает их более чем

устройств с электрическим приводом. Поскольку напряжение, получаемое от термоэлектрического генератора

, является крошечным, определенные комбинации модулей

, включенных последовательно и параллельно, делают выработку электроэнергии

сравнительно эффективной.Исходя из соображений стоимости

, термоэлектрики дороже, чем другие методы выработки энергии

, но всегда можно найти компромисс между стоимостью

и традиционными энергетическими ресурсами

. Наш прототип генерирует 3,05 вольт и 2,68

вольт из промышленных отходов тепла и

автомобилей соответственно.

ССЫЛКИ

[1] Суреш Балпанде, Раджеш С. Панде, Раджендра М.Патрикар, Дизайн

и низкозатратное производство сборщика энергии зеленой вибрации,

Elsevier, Датчики и исполнительные механизмы, A: Physical, Volume 251, 1

ноябрь 2016 г., страницы 134-141, ISSN 0924-4247,

http: //dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.10.012

[2] Сураш Балпанде, Маниш Бхайя, доктор, Раджеш С. Панде, Low

Стоимость изготовления пьезоэлектрического генератора на основе полимерной подложки

С PPE, IDE и ME, принятая рукопись, IET

Electronics Letter, ISSN 1350-911XPrint ISSN 0013-5194 DOI:

10.1049 / el.2016.4099

[3] Сарини Уитракул, Предварительный эксперимент для электроэнергии

Генерация с использованием модулей Пельтье, 78-1-4799-2993-1 / 14 / 31,00 долл. США

© 2014 IEEE

[4] Интернет-источник: www.reuk.co.uk/wordpress/thermoelectric/what-is-

a-peltier-cooler /

[5] П.М.Соланки, д-р Д.С. Дешмук, д-р В.Р. Дивар, Обзор

о факторах, которые необходимо рассматривается для термоэлектрического

Проектирование систем выработки электроэнергии, Международная конференция по

Глобальные тенденции в проектировании, технологиях и менеджменте

(ICGTETM-2016), ISSN: 2231-5381

[6] Аллвин Хосе, Алан Д'суза, Сарвеш Дандекар, Джитеш

Карамчандани, Паван Кулкарни, Кондиционер с использованием модуля Пельтье

, Международная конференция по технологиям для устойчивого развития

2015 г. (ICTSD-2015), 978-1-4799-8187-

8/15 / $ 31 .00 © 2015 IEEE

[7] Такафуми Хатано, Мингконг Денг и Шин Вакитани, A

Система охлаждения и удержания тепла, управляемая устройством Пельтье

С учетом управления двигателем вентилятора, 2014 IEEE International

Конференция по науке об автоматизации и Engineering (CASE)

Тайбэй, Тайвань, 18-22 августа 2014 г., 978-1-4799-5283-

0/14 / $ 31,00 © 2014 IEEE

[8] Д-р Стивен О'Халлоран, г-н Мэтью Родригес, Power and

Измерение эффективности термоэлектрического генератора, AC

2012-3976

[9] Сигенао Маруяма, Ацуки Комия, Хироки Такеда и Сетсуя

Айба, Разработка охлаждающего устройства с точным контролем температуры для

Медицинское применение с использованием эффекта Пельтье-2008

Международная конференция по биомедицинской инженерии и

Информатика - Институт гидродинамики, Университет Тохоку - 2008

Международная конференция по биомедицинской инженерии и

информатике, 978-0-7695-3118-2 / 08 $ 25.00 © 2008 IEEE / DOI

10.1109 / BMEI.2008.239

[10] Мохак Гупта, Обзор блока рекуперации тепла с термоэлектрическими генераторами

, Международный журнал инженерии

и инновационных технологий (IJEIT), том 4, выпуск 4, Октябрь

2014, ISSN: 2277-3754

[11] Оскар Анхелес Фрагосо, Фернандо Адан Серрано Ороско, Хесус

Одело Гонсалес и Георгий Логвинов, Линейная теория

Thermoelectric Cooling

, основанная на 2-м эффекте термоэлектрического охлаждения

, основанном на 2-м методе охлаждения. Международная конференция по электротехнике и электронике

Engineering (ICEEE) и XI конференция по электротехнике

Engineering (CIE 2005) - - Номер в каталоге IEEE: 05EX1097

ISBN: 0-7803-9230-2 / 05 / $ 20.00 © 2005 IEEE.

[12] Рашит Ахыска, Хаяти Мамур, Обзор: Термоэлектрические генераторы

в возобновляемых источниках энергии, Международный журнал

Исследования в области возобновляемых источников энергии, Том 4, № 1, 2014 г.

[13] Фанкай Мэн, Линген Чен , Фенжуй Сан, Влияние температурной зависимости термоэлектрических свойств

на мощность

и КПД многоэлементного термоэлектрического генератора

, Международный журнал энергетики и

Окружающая среда, Том 3, Выпуск 1, 2012 стр.137-150.

[14] DCTalele, д-р DS Deshmukh, PM Solanki опубликовали статью

«Рекомендации по проектированию термоэлектрического генератора

Performance Improvement: A Critical Review», PRATIBHA:

International Journal of Science, Spirituality, Business and

Технология (IJSSBT), Vol. 3, No. 2, июнь 2015 ISSN (Print)

2277–7261.

[15] Сакет Кумар, Ашутош Гупта, Гаурав Ядав, Хемендер Пал

Сингх, Модуль Пельтье для охлаждения и отопления с использованием встроенной системы

, Международная конференция 2015 года по последним достижениям в области управления, автоматизации и энергетики

( RDCAPE), 78-1-4799-7247-0 / 15/31 $.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *