Термоэлемент пельтье: Что такое элемент Пельтье и как его сделать своими руками?

Модуль пельтье. Модуль на элемент Пельтье + интересное применение.

Модуль Пельтье: технические характеристики

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

Как работает элемент Пельтье?

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

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

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

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

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

Факторы, влияющие на эффективность ТЭМ

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

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

Достоинства и недостатки модулей

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

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

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

Применение ТЭМ

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

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

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

Охлаждение процессора

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

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

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

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

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

Активизация охлаждения процессоров создает также некоторые проблемы.

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

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

Автохолодильник своими руками

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

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

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

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

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

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

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

Модуль Пельтье: генератор электрической энергии

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

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

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

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

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

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

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

Отечественные модули Пельтье

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

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

Характеристики модулей ведущих фирм

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

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

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

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

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

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

Заключение

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

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

fb.ru

Модуль на элемент Пельтье + интересное применение.

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

Начнём с ликбеза

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

Ок попробуем иначе. Представьте себе специфический аквариум, состоящий из зон двух типов. В первой зоне аквариума рыбки плавают быстро во второй медленно. Ещё представим себе на границах зон лопасти, крутящиеся в воде. Правила следующие 1) рыбка переплывает в другую зону только тогда когда её скорость соответствует скорости установленной для зоны.2) при переходе границ зоны рыбка может взаимодействовать с лопастями для увеличения либо для уменьшения своей скорости. Теперь представим несколько зон расположенных последовательно. (зоны с более высокой скоростью назовём З+ с низкой З- ) Рыбка находится в З+ она хочет перейти в З- она взаимодействует с лопастью на границе и начинает плыть медленнее, при этом лопасти (на границе З+/З-) начинают крутиться быстрее. Далее рыбка хочет перейти в следующую зону З+ ей надо ускориться она взаимодействует с лопастью на границе З-/З+ и ускоряется при этом лопасть начинает крутиться медленнее. Далее всё повторяется. Можно заметить что одни лопасти будут замедлятся а другие ускорятся. Элемент Пельтье работает по аналогичному принципу. Вместо рыбок там электроны вместо скорости рыбок энергия электронов в полупроводниках. При протекании тока через контакт 2х полупроводников, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, При этом чем больше ток тем выше эффект переноса энергии, энергия именно переноситься (а не волшебным образом пропадает) от «холодной» стороны к «горячей», поэтому элемент Пельтье способен охлаждать предметы до температуры ниже комнатной (проще говоря это полупроводниковый тепловой насос). Если у Вас задача просто отвести тепло от процессора транзистора и т.д. применение элемента Пельтье невыгодно т.к. Вам понадобиться Радиатор способный передать в окружающую среду тепло от охлаждаемого объекта + тепло возникающее при работе элемента Пельтье. Думаю с теорией покончено можно двигаться дальше. Давайте посмотрим как по мнению спонсора обзора выглядит 13,90 зелени. Модуль представляет из себя этакий 5 уровневый бутерброд, он состоит из пары радиаторов и вентиляторов и собственно самого элемента Пельтье.Вентилятор большего размера предназначен для отвода тепла. При приложении усилия его можно снять без выкручивания шурупов. Вентилятор самый обыкновенный ( Питание 12В размер 90мм) прикрыт решёткой, изначально вентилятор установлен на отвод воздуха.На противоположной стороне малый вентилятор (Питание 12В размер 40мм)Малыш прикручен на совесть Посмотрим на радиаторыБольшой радиатор размером 100мм*120мм высота 20ммМалый радиатор 40мм*40мм высота 20мм. Радиаторы скреплены двумя винтами, в малом радиаторе нарезана резьба. При снятии радиатора обнаружена термопаста это хорошо, но можно увидеть что есть недожим.Контакт с большим радиатором идеальным тоже не назовёшь.Главный вывод — если хотите выжать из этого модуля максимум то обязательно загляните под радиаторы. А если стереть термопасту то можно увидеть что тут установлен элемент TEC1-12705 (размер 40мм*40мм*4мм) хотя заявлен более мощный TEC1-12706. Мануал на TEC1-12705 peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12705.pdfСнимем малый радиатор и попробуем запустить модуль замерив температуры «тёплой» и «холодной» сторон.Температура «холодной» стороны -16,1 «горячей» 37,5 дельта 53,6. ток потребления при 12В составил 4,2А. На режим элемент Пельтье вышел через 90с.

А теперь весёлая часть. Находим металлическую и блестящую пластину и делаем в ней отверстие для термопары.Кладём термопасту и устанавливаем термопаруДалее изготавливаем узконаправленный фотоприёмник и фотодиод из чёрной бумаги и обычных компонентовСобираем готовое устройство вспоминая правило «угол падения равен углу отражения»Кто догадался что это такое? Это прибор (ну точнее модель для демонстрации принципа действия) для определения температуры точки росы/относительной влажности воздуха. Действует следующим образом: ИК-светодиод светит в отражающую пластинку, после отражения свет от ИК-светодиода попадает на ИК-фотодиод. С обратносмещённого ИК-фотодиода снимается сигнал напряжения. При охлаждении пластинки до температуры точки росы на ней начинает собираться конденсат, интенсивность отражаемого излучения падает, сигнал на фотодиоде изменяется. Регистрируя температуру пластины, и окружающего воздуха можно найти относительную влажность. Для работы я использовал Brymen BM869 (с самодельным кабелем и софтом) и Uni-t UT61E Ниже представлен результат Рыжий график температура пластины, синий график сигнал с фотодиода. Будем считать момент, когда напряжение с фотодиода изменилось на половину от общего изменения напряжения есть момент выпадения конденсата. Исходя из поставленных условий измеренная температура точки росы в комнате +9С.Температура окружающего воздуха 26,7 (на графиках не отображалась т.к. она была неизменна).Одновременно я запустил модуль HTU21 и наблюдал за показаниями в терминале.(скриншот терминала добавлен к графику).Далее я использовал онлайн калькулятор planetcalc.ru/248/ для пересчёта влажности в температуру точки росы Результат пересчёта влажности с HTU21 в температуру точки росы совпал с измеренной напрямую температурой точки росы. Это значит, что если описанным выше методом определять точку росы, а затем делать пересчёт, то можно достаточно точно определять влажность (Ну естественно если делать всё по-взрослому). Данный метод называется методом охлаждаемого зеркала, а гигрометры, построенные на таком принципе, называются конденсационными. Надеюсь вам понравился обзор, и Вы узнали для себя что-то новое. Всем спасибо за внимание.

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

mysku.ru

Пельтье (элемент) своими руками как сделать?

Элементом Пельтье принято называть преобразователь, который способен работать от разности температур. Происходит это путем протекания электрического тока по проводникам через контакты. Для этого в элементах предусмотрены специальные пластины. Тепло от одной стороны переходит в другую.

На сегодняшний день указанная технология является востребованной в первую очередь из-за значительной мощности теплоотдачи. Дополнительно устройства способны похвастаться компактностью. Радиаторы для многих моделей устанавливаются слабенькие. Связано это с тем, что тепловой поток довольно быстро остывает. В результате нужная температура поддерживается постоянно.

Подвижных частей указанный элемент не имеет. Работают устройства абсолютно бесшумно, и это является несомненным преимуществом. Также следует сказать, что эксплуатироваться они способны очень долго, а случаи поломок возникают крайне редко. Самый простой тип состоит из медных проводников с контактами и соединительными проводами. Дополнительно с охлаждающей стороны имеется изолятор. Изготовляют его, как правило, из керамики или нержавеющей стали.

Зачем нужны элементы Пельтье?

Элементы Пельтье чаще всего используются для изготовления холодильников. Обычно речь идет о компактных моделях, которые могут применяться, к примеру, автомобилистами в дороге. Однако на этом область применения устройств не подходит к концу. В последнее время элементы Пельтье активно начали устанавливать в звуковую, а также акустическую технику. Там они способны выполнять функции куллера.

В результате охлаждение усилителя устройства происходит без какого-либо шума. Для портативных компрессоров элементы Пельтье являются незаменимыми. Если говорить о научной отрасли, то ученые применяют данные устройства для охлаждения лазера. При этом можно добиться значительной стабилизации волны изучения у светодиодов.

Недостатки моделей Пельтье

Казалось бы, такое простое и эффективной устройство лишено недостатков, однако они имеются. В первую очередь специалисты сразу отметили малую пробивную способность модуля. Это говорит о том, что у человека возникнут определенные проблемы, если он захочет охладить прибор, который работает от сети с напряжением 400 В. В данном случае частично поможет решить эту проблему специальная диэлектрическая паста. Однако пробой тока все равно будет высоким и обмотка элемента Пельтье может не выдержать.

Дополнительно указанные модели не советуют применять для точной электроники. Поскольку в конструкции элемента имеются металлические пластины, то чувствительность транзисторов может нарушаться. Последним недостатком элемента Пельтье можно назвать малый коэффициент полезного действия. Достигнуть значительной разности температур указанные устройства не способны.

Модуль для регулятора

Сделать элемент Пельтье своими руками для регулятора довольно просто. Для этого следует заранее заготовить две металлические пластины, а также проводку с контактами. В первую очередь для установки готовят проводники, которые будут располагаться у основания. Обычно их закупают с маркировкой «РР».

Дополнительно для нормального контроля температуры следует предусмотреть полупроводники на выходе. Они необходимы для того, чтобы быстро отдавать тепло на верхнюю пластину. Для установки всех элементов следует использовать паяльник. Чтобы доделать элемент Пельтье своими руками, в последнюю очередь подсоединяют два провода. Первый монтируется у нижнего основания и фиксируется у крайнего проводника. Соприкосновения при этом с пластиной следует избегать.

Далее крепят второй провод у верней части. Фиксация осуществляется также к крайнему элементу. Для того чтобы проверить работоспособность устройства, применяют тестер. Для этого два провода нужно подсоединить к прибору. В результате отклонение напряжения должно составить примерно 23 В. В данной ситуации многое зависит от мощности регулятора.

Холодильники с терморезистором

Как сделать элемент Пельтье своими руками для холодильника с терморезистором? Отвечая на этот вопрос, важно отметить, что пластины для него подбираются исключительно из керамики. При этом проводников используется около 20 штук. Это необходимо для того, чтобы перепад температуры был более высоким. Повысить коэффициент полезного действия можно до 70 %. В данном случае важно рассчитать энергопотребление устройства.

Сделать это можно исходя из мощности оборудования. Холодильник на жидком фреоне в этом случае походит идеально. Непосредственно элемент Пельтье устанавливается возле испарителя, который располагается рядом с мотором. Для его монтажа потребуется стандартный набор инструментов, а также прокладки. Они необходимы для того, чтобы оградить модель от пускового реле. Таким образом, охлаждение нижней части устройства будет происходить намного быстрее.

Чтобы добиться получения разницы в температурах (эффект Пельтье) своими руками, проводников может понадобиться не менее 16 штук. Главное при этом — надежно изолировать провода, которые будут подключаться к компрессору. Для того чтобы сделать все правильно, нужно в первую очередь отсоединить осушитель холодильника. Только после этого есть возможность соединить все контакты. По завершении установки предельное напряжение следует проверить при помощи тестера. При нарушении работы элемента в первую очередь страдает терморегулятор. В некоторых случая происходит его короткое замыкание.

Модель для холодильника 15 В

Делается холодильник Пельтье своими руками с малой пропускной способностью. Крепятся модули в основном возле радиаторов. Для того чтобы надежно их закрепить, специалисты используют уголки. К фильтру элемент не должен прислоняться, и это следует учитывать.

Чтобы доделать термоэлектрический модуль Пельтье своими руками, нижнюю пластину в основном выбирают из нержавеющей стали. Проводники, как правило, применяются с маркировкой «ПР20». Нагрузку они максимум способны выдерживать на уровне 3 А. Максимальное отклонение температуры способно достигать 10 градусов. В этом случае коэффициент полезного действия может составлять 75 %.

Элементы Пельтье в холодильниках 24 В

Используя элемент Пельтье, холодильник своими руками сделать можно только из проводников с хорошей герметизацией. При этом они для охлаждения должны укладываться в три ряда. Рабочий ток в системе обязан поддерживаться на уровне 4 А.. Проверить его можно при помощи обычного тестера.

Если использовать керамические пластины для элемента, то максимального отклонения температуры можно добиться в 15 градусов. Провода к конденсатору устанавливаются только после того, как будет подложена прокладка. Закрепить ее на стенке устройства можно разными способами. Главное в данной ситуации — не использовать клей, который чувствителен к температурам свыше 30 градусов.

Элемент Пельтье для автомобильного охладителя

Чтобы сделать качественный автохолодильник своими руками, Пельтье (модуль) подбирается с пластиной, толщина которой не более 1.1 мм. Провода лучше всего использовать немодульного типа. Также для работы потребуются медные проводники. Их пропускная способность должна составлять не менее 4А.

Таким образом, максимальное температурное отклонение будет доходить до 10 градусов, это считается нормальным. Проводники чаще всего используют с маркировкой «ПР20». Они в последнее время показали себя более стабильными. Также они подходят для различных контактов. Для соединения устройства с конденсатором используют паяльник. Качественная установка возможна только на блок реле прокладку. Перепады в данном случае будут минимальными.

Как сделать элемент для кулера питьевой воды?

Модуль Пельтье (элемент) своими руками делается для кулера довольно просто. Пластины для него важно подбирать только керамические. Проводников в устройстве используют не менее 12. Таким образом, сопротивление будет выдерживаться высокое. Соединение элементов стандартно осуществляется при помощи пайки. Проводов для подключения к прибору должно быть предусмотрено два. Крепиться элемент обязан в нижней части кулера. При этом с крышкой устройства он может соприкасаться. Для того чтобы исключить случаи коротких замыканий, всю проводку важно зафиксировать на решетке либо корпусе.

Кондиционеры

Модуль «Пельтье» (элемент) своими руками делается для кондиционера только с проводниками класса «ПР12». Их выбирают для этого дела в основном из-за того, что они хорошо справляются с низкими температурами. Максимум модель способна выдавать напряжение 23 В. Показатель сопротивления при этом будет находиться на уровне 3 Ом. Перепад температуры максимум достигает 10 градусов, а коэффициент полезного действия — 65 %. Укладывать проводники между листами можно только в один ряд.

Изготовление генераторов

Изготовить генератор, используя модуль Пельтье (элемент), своими руками можно. Производительность устройства поднимется в целом на 10 %. Достигается это за счет большего охлаждения мотора. Максимум нагрузка прибором выдерживается 30 А. За счет большого количества проводников сопротивление способно составлять 4 Ом. Отклонение температуры в системе равняется примерно 13 градусов. Крепится модуль непосредственно к ротору. Для этого в первую очередь следует отсоединить центральный вал. Во многих случаях статор не мешает. Чтобы обмотка ротора не нагревалась от индуктора, используют керамические пластины.

Охлаждение видеокарты на компьютере

Для охлаждения видеокарты следует подготовить не менее 14 проводников. Лучше всего подбирать медные модели. Коэффициент проводимости тепла у них довольно высокий. Для подключения устройства к плате используются провода немодульного типа. Монтируется модель возле кулера видеокарты. Для ее закрепления обычно используют маленькие металлические уголки.

Для фиксации их можно воспользоваться обычными гаечками. Появление излишнего шума при эксплуатации говорит том, что устройство работает не должным образом. В данном случае необходимо проверит целостность проводки. Также нужно осмотреть проводники.

Элемент Пельтье для кондиционера

Чтобы качественно сделать элемент Пельтье своими руками для кондиционера, пластины используют двойные. Минимальная их толщина должна составлять не менее 1 мм. В таком случае можно надеяться на температурное отклонение в 15 градусов. Производительность кондиционеров после оснащения модулей в среднем увеличивается на 20 %. Многое в данной ситуации зависит от температуры окружающей среды. Также следует учитывать стабильность напряжения от сети. При небольших помехах нагрузка устройством выдерживается примерно 4 А.

При пайке проводников их следует размещать не слишком близко друг к другу. Чтобы правильно доделать модули Пельтье своими руками, входные и выходные контакты надо устанавливать только на одну из двух пластин. В таком случае прибор получится более компактным. Грубой ошибкой в данной ситуации будет подключать модуль непосредственно к блоку. Это приведет к неминуемой поломке элемента.

Установка модуля на конденсатор

Чтобы установить модуль Пельтье своими руками, важно оценить мощность конденсатора. Если она не превышает 20 В, то элемент следует монтировать с проводниками, на которых указана маркировка «ПР30» или «ПР26». Для того чтобы закрепить модуль Пельтье (элемент) своими руками на конденсаторе, используют маленькие металлические уголки.

Лучше всего их устанавливать по четыре на каждую из сторон. По производительности конденсатор, в конечном счете, способен прибавить плюс 10 %. Если говорить о теплопотерях, то они будут незначительными. Коэффициент полезного действия прибора в среднем равняется 80 %. Для высоковольтных конденсаторов модули не рассчитаны. В данном случае не поможет даже большое количество проводников.

fb.ru

Элемент Пельтье: характеристики, описание, применение

Справочник

Впервые я столкнулся с элементами Пельтье (ЭП) несколько лет назад, когда разрабатывал устройство охлаждения воды в аквариуме. Сегодня ЭП стали еще более доступными, а сфера их применения существенно расширилась. К примеру, в охладителях воды, которые часто можно встретить в офисах, используются ЭП. Там они в форме квадрата 4×4 см (рис.2)с помощью специальной термопасты и стяжных винтов закреплены между радиатором охлаждения и корпусом водяного резервуара, “холодной” поверхностью к резервуару. Распространены и другие ЭП.

 

Рис. 2 Элемент Пельтье

В основе работы элемента Пельтье лежит эффект, открытый французским часовщиком Жаном Пельтье. В 1834 г. Пельтье обнаружил, что при протекании постоянного тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов (спаях) проводников поглощается или выделяется тепло (в зависимости от направления тока). Степень проявления данного эффекта в значительной мере зависит от материалов выбранных проводников и пропорциональна проходящему току. Элемент Пельтье обратим. Если приложить к нему разность температур, в цепи потечет ток.

Классическая теория объясняет явление Пельтье тем, что электроны, переносимые током из одного металла в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В первом случае кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. Во втором случае кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате, происходит охлаждение.

Наиболее сильно эффект Пельтье наблюдается в случае использования полупроводников (р- и n-типа проводимости). В зависимости от направления электрического тока через р-n-переходы вследствие взаимодействия зарядов, представленных электронами (n) и дырками (р), и их рекомбинации энергия либо поглощается, либо выделяется.

Рис. 3 Эффект 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 (Qc), поглощаемая на контакте типа n-р, выделяется на контакте типа p-n (Qh). В результате, происходит нагрев (Тh) или охлаждение (Тс) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к р-п-переходу (рис.3), и возникает разность температур (AT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина охлаждается, а другая нагревается. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая, и она изображается снизу.

Рис. 4

Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар (рис.4), обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин (рис.5). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида

Рис. 5 Термоэлектрический модуль Пельтье

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 материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки (селен и сурьму).

 

 

Рис. 6

Типичный модуль (рис.6) обеспечивает значительный температурный перепад, который составляет несколько десятков градусов. При соответствующем принудительном охлаждении нагревающейся поверхности вторая поверхность-холодильник позволяет достичь отрицательных значений температуры. Для увеличения разности температур возможно каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье (рис.7) при обеспечении их достаточного охлаждения. Устройства охлаждения на основе модулей Пельтье часто называют “активными холодильниками Пельтье” или просто “кулерами Пельтье”.

Рис. 7, каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье

Использование модулей Пельтье в активных кулерах делает их более эффективными по сравнению со стандартными кулерами на основе радиаторов и вентиляторов. Однако в процессе конструирования и использования кулеров с модулями Пельтье необходимо учитывать ряд специфических особенностей, вытекающих из конструкции модулей и их принципа работы.

Большое значение имеет мощность модуля Пельтье, которая, как правило, зависит от его размеров. Модуль малой мощности не обеспечит необходимого охлаждения, что может привести к нарушению работы защищаемого элемента вследствие его перегрева. Однако применение модулей слишком большой мощности может вызвать понижение температуры охлаждающего радиатора до

Рис. 8, активный кулер, на основе полупроводникового модуля Пельтье

уровня конденсации влаги из воздуха, что опасно для электронных устройств. Модули Пельтье в процессе работы выделяют сравнительно большое количество тепла. По этой причине следует применять в составе кулера мощный вентилятор. На рис.8 показан активный кулер, в котором использован полупроводниковый модуль Пельтье.

Подаваемое на модуль напряжение определяется количеством пар ветвей в модуле. Наиболее распространенными являются 127-парные модули, максимальное напряжение для которых составляет примерно 16 В. Но на эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т.е. примерно 75% Umax. Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным: позволяет обеспечить достаточную мощность охлаждения при приемлемой экономичности. При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности незначительно, а потребляемая мощность резко увеличивается. При понижении напряжения питания экономичность растет, поскольку холодильная мощность также уменьшается, но линейно.

Табл.1 элемент Пельтье, характеристики

Тип модуля			Характеристики
	Imax,A	Umax,B	Qmax,Bт	ΔTmax, 0C	Размеры, мм
А-ТМ8,5-27-1 ,4	8,5	| 15,4	72,0	72	40x40x3,7
А-ТМ8,5-127-1,4HR1	8,5	15,4	72,0	71	40x40x3,4
А-ТМ8,5-127-1,4HR2	8,5	15,4	72,0	70	140x40x3,7
А-ТМб.0-127-1,4	6,0	15,4	53,0	72	40x40x4,2
А-ТМ6,0-127-1.4HR1	6,0	15,4	53,0	71	40x40x3,8
А-ТМ6,0-127-1,4HR2	6,0	15,4	53,0	70	40x40x4,2
А-ТМЗ,9-127-1,4	3,9	15,4	35,0	73	40x40x5,1
А-ТМЗ,9-127-1,4HR1	3,9	15,4	35,0	71	40x40x4,8
А-ТМЗ,9-127-1,4HR2	3,9	15,4	35,0	70	40x40x5,1
A-TM3,9-127-1,4	3,9	15,4	34,0	71	30x30x3,9
А-ТМЗ,9-127-1,4HR1	3,9	15,4	34,0	70	30x30x3,9
А-ТМЗ,9-127-1,4HR2	3,9	15,4	34,0	70	30x30x3,9
А-ТМ37,5-49-3,0	37,5	5,9	130,0	71	40x40x4,3
A-TM37,5-49-3,0HR1 i	8,5	15,4	72,0	70	40x40x4,3
A-TM6,0-31-1,4	6,0	3,75	12,5	72	20x20x4,2
A-TM6,0-31-1,4HR1	6,0	3,75	12,5	72	20x20x4,2

Примечание: модули с маркировной HR1 и HR2 отличаются повышенной надежностью.

Для модулей с другим числом пар ветвей (отличным от 127) напряжение можно выбирать по тому же принципу: 75% от Umax, но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны и возможности источников питания. Например, на модули серии “ДРИФТ” (199 термоэлектрических пар) рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В.

При эксплуатации важен надежный термический контакт между теплообменником и радиатором, поэтому ТЭМ крепится с использованием термопроводящей пасты (например, КПТ-8). Если нет специальной термопасты, можно с успехом применить фармакологические средства, купленные в аптеке, например, пасту Лассари или салицилово-цинковую пасту.

Поскольку максимальная температура на горячей стороне ТЭМ достигает +80°С (в высокотемпературных охладителях фирмы Supercool — +150°С), важно, чтобы ЭП охлаждался правильно. Горячая поверхность ТЭМ должна быть обращена к радиатору, с другой стороны которого установлен вентилятор охлаждения (поток воздуха направляется от радиатора). Вентилятор и ТЭМ в соответствии с полярностью подключаются к источнику питания, который может быть простейшим: понижающий трансформатор, выпрямитель на диодах и сглаживающий оксидный конденсатор. Но пульсации питающего напряжения не должны превышать 5%, в противном случае эффективность ТЭМ уменьшается. Лучше, если вентилятор и ТЭМ управляются электронным устройством на основе компаратора и датчика температуры. Как только температура охлаждаемого объекта повышается свыше установленного порога, автоматически включаются охладитель и вентилятор, и начинается охлаждение. Степень охлаждения (или нагрева) пропорциональна проходящегому через ТЭМ току, что позволяет с высокой точностью регулировать температуру “обслуживаемого” объекта.

Термоэлектрические модули загерметизированы, так что их можно применять даже в воде. Керамическая поверхность ТЭМ зашлифована, к ламелям (выводам) припаяны черный (“-”) и красный (“+”) провода. Если ТЭМ (рис.2) расположить выводами к себе так, чтобы черный провод был слева, а красный справа, сверху будет холодная сторона, а снизу — горячая. Маркировка обычно наносится на горячую сторону.

Табл.2

Температура воздействия, 0С	Место воздействия (сторона 1 или 2)*	Время воздействия, сек	Сотротивление (по прошествии времени воздействия), кОм
19	1,2	Постоянное	87
36	1	2	64
36	2	2	136
Нагрев зажигалкой	1	2	10
Нагрев зажигалкой**	2	2,4	>2000
-5 (в холодильнике)	1,2	300	135
-20 (на улице зимой)	1,2	300	98
36 после охлаждения в холодильнике (-5)	1	2	45
36 после охлаждения на улице (-20)	1	2	404
100 (кипящая вода)	1,2	60	2
Топка русской печи (открытое пламя)	1,2	60	0,06

Примечания:

* — сторона 1 — сторона с нанесенной маркировкой, сторона 2 — обратная сторона (относительно маркировки).

** При нагреве тыльной стороны в течение 4 с зажигалкой с открытым пламенем, касавшимся поверхности ЗП, на выводах был зафиксирован ток 200 мкА.

 

 

Наиболее «ходовые» типы модулей Пельтье — это однокаскадные модули максимальной мощностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Обозначения модулей расшифровываются следующим образом: первое число — это количество термопар в модуле, второе — ширина сторон ветки (в мм), третье — высота ветки (в мм). Например, ТВ-127-1,4-1,5 — модуль, состоящий из 127 пар термоэлектрических веток, размеры которых 1,4×1,4×1,5 мм. Размеры модулей — 40×40 мм, толщина — около 4 мм. Стандартные однокаскадные модули выпускаются с максимальной мощностью до 70 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Типовые параметры ТЭМ приведены в табл.1.

Табл.3 Параметры термоэлектрического генератора

Параметр	Значение
Длина, мм	252
Ширина, мм	252
Высота, мм	170
Масса, кг, не более	8,5
Выходное напряжение, В	12
Максимальная выходная мощность, Вт	25
Температура установочной повехности, °С, не более	300

Рис. 9 термоэлектрический генератор

В экспериментах с ТЭМ я проверил изменение его сопротивления в разных режимах. К выводам (ламелям) модуля подключался тестер М830 в режиме измерения сопротивления. Результаты сведены в табл.2. При температурном воздействии, большем чем комнатная температура, на сторону ТЭМ с маркировкой, его сопротивление уменьшалось, на оборотную сторону — пропорционально увеличивалось (в строках 2 и 3 таблицы показана реакция на прикосновение ребром ладони к поверхности ТЭМ, температура указана приблизительно 36°С).

Учитывая обратимость элементов Пельтье, на их основе можно разрабатывать источники электропитания. Например, термоэлектрический генератор “В25-12(М)” компании “Криотерм” (рис.9) позволяет заряжать аккумуляторы мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, смотреть телевизор, продолжительное время работать на ноутбуке и пр. Единственное требование — нужна нагретая поверхность размерами 20×25 см. Параметры генератора приведены в табл.3.

А.Кашкаров.

 

radiopolyus.ru

Что можно сделать из элементов Пельтье и за счет каких механизмов?

Элементы Пельтье — казалось бы, давно уже не новость, однако многие не полностью представляют принцип их работы, и не знают, что можно сделать из модулей и зачем они нужны. Изобретатель Игорь Белецкий покажет несколько наглядных экспериментов, чтобы у вас сложилось понимание того, на что способны эти пластинки.

Их легко приобрести в интернете и заказать доставку по почте. Купить Пельтье лучше всего в этом китайском магазине. Есть и специальный кулер охлаждения.

Модуль (элемент) Пельтье

Самый популярный модуль Пельтье TEC1-12706

Самым популярным среди практиков, увлеченных идеями свободной природной энергии и производителей технических устройств является элемент размером 40 на 40 миллиметров с маркировкой TEC1-12706.  Это означает, что он состоит из 127 пар малюсеньких термоэлементов — полупроводников разного типа, которые попарно соединены при помощи медных перемычек в последовательную цепь и рассчитаны на постоянный ток до 5 А при напряжении 12 вольт.

Схема Элемента Пельтье

Некоторые думают что модули Peltier, это что-то типа солнечных панелей — ведь они такие же плоские, торчат проводки, и те и другие могут генерировать электрический ток. Увы, это не совсем так на самом деле. Чтобы понять, как функционируют загадочные пластинки, посмотрите видео И. Белецкого, описание в текстовом формате ниже.

Эффекты Пельте и Зебека — функции модуля

У этого девайса есть целых два режима работы — 1. выработка холода и тепла; 2 — генерация электрического тока.

1. Итак, знаменитый эффект Пельтье (тепло и холод). Это когда вы подводите к элементу постоянный ток и замечаете, что одна из его сторон стала теплее, а другая холоднее. Таким образом он работает как тепловой насос. Очень полезное свойство. Спору нет.

2. Но оказалось, что имеет место и обратный процесс — так называемой эффект Зебека, а именно возникновение электрического тока при установлении и поддержании определенной разности температур на сторонах самого модуля (пластинки).

Примечание. Никогда не перегревайте элементы, если хотите и далее проводить эксперимент с ними. Полупроводники в модуле спаяны припоем, температура плавления которого может лежать в пределах от восьмидесяти до двухсот градусов. А учитывая, где сегодня производится большинство этих элементов, можно только догадываться на каких соплях их спаяли.

Схема. Как создается электричество при нагреве сторон Пельтье

Вся неприятность в том, что этот элемент будет нормально работать только при эффективном охлаждении.

Тест с получением электричества

Например, мы хотим проверить эффект Зебека. Поставим сверху кружку с кипятком. Тем самым не превышено 100 градусов, допустимых по нагреву.

Наблюдаем появление напряжения. Интересно, что если изменить направление тепловой потока через модуль, то изменится направление постоянного тока. Но со временем на второй стороне благодаря теплопроводности элемента Пельтье температура тоже поднимется и напряжение, естественно, упадет.

Чтобы эффект был постоянным, нужен постоянный отвод тепла. Для этого модуль размещают на массивным радиаторое и желательно с активным охлаждением. Показатели явно лучше, как вы понимаете. Это требует дополнительных энергозатрат.

Допустим, вы хотите сделать из этого элемента походную зарядку для мобильников. Тогда на природе радиатор можно поместить в холодную воду, возможно даже проточную или ледяную, что несомненно еще лучше. Применение этих модулей зимой при хорошем дармовом минусе — наиболее перспективно.

Правда, одного элемента для зарядки телефона явно будет маловато. А вот два — это уже лучше. Естественно, если увеличить нагрев, то выходная мощность тоже возрастет. Но это очень рискованный шаг, который можно сделать только ради эксперимента. Работа такого генератора будет длиться недолго.

Теперь перейдем к эффекту Пельтье, то есть к производству холода.

Холодильник на модулях Пельте — насколько он эффективен?

Для эксперимента будет использован автомобильный холодильник. Полезный объем его 20 литров. Обратите внимание — заявленная мощность — 48 ватт при токе 4 ампера и постоянном напряжении 12 вольт. А это значит, что внутри стоит всего лишь 1 маленький элемент Пельтье. Для тех кто не в теме откроем секрет — такую же мощность имеет обычный домашний холодильник, размеры которого в разы больше. Ну да ладно, сейчас не об этом. Проверим его эффективность. Например поставим ему минимальную задачу охладить стаканчик с водой, имеющей комнатную температуру 26 градусов. Для работы холодильника будем использовать блок питания, идеально подходящий по своим параметрам. Дополнительно в цепь будем помещен ваттметр. Он будет в реальном времени отображать ток, напряжение и мощность. Но самое главное — потребление, так называемый ватт в час. Таким образом мы сможем примерно оценить энергозатраты нашего холодильника.

Включаем и видим, все прекрасно работает. Вот ток 4,29 А. Напряжение 11,15 Вольт. Мощность 47,9 Ватт. 0,1 Ватт-часов.

Пока процесс идет, проведем более наглядный эксперимент, который покажет, что же именно происходит в холодильнике. Когда подадим на элемент постоянный ток, он начнет перекачивать тепло с одной стороны на другую.

Кстати, если поменять направление тока, то изменится и направление перекачки тепла, что весьма удобно. Главное не забываем об активном охлаждении, потому что пятьдесят ватт электрической мощности нагревает элемент мгновенно. Чем эффективнее мы отведем тепло с горячий стороны, чем холоднее на другой.

Как видите, на самой поверхности модуля вода замерзает очень быстро, ну еще бы — столько энергии сжирает.

Но вернемся к нашему холодильнику. Спустя один час работы температура воздуха внутри упала до пятнадцати градусов, а у воды опустилась до 20. Удивило, что за час работы он съел четко 48 ватт. Через два часа у воздуха было 13 градусов, а у воды 17. И наконец, после трех часов работы температура воздуха остановилась на 13-ти градусах, а в стакане с водой была 15 и ниже 12 она уже не опустится. Ну так себе холодильник, учитывая что он был забит напитками не полностью. Но при этом этот монстр потребил 140 Ватт. Для домашней сети может и не много, но для автомобильного аккумулятора это уже весьма ощутимо. Поэтому здесь и стоит всего лишь один элемент. Потому что больше никакой аккумулятор просто не потянет. А это значит, что кпд такого модуля ничтожно мал — буквально считанные проценты, что опять же зависит от производителя. Такой холодильник больше напоминает хороший термос. Если бы взяли из дома холодные продукты, то он бы просто не позволил им быстро нагреться. Делать такие холодильники большими энергетически невыгодно.

В каких случаях Пельтье эффективен?

Кстати это относится и к самодельщикам,  пытающихся делать на этом принципе автомобильные кондиционеры. Есть более эффективные технологии, а вот использовать элементы Пельтье для охлаждения чего-то маленького и компактного — просто идеальное решение. Есть целый спектр таких устройств, например охлаждать процессоры или микросхемы различных малогабаритных приборов. В этом скорее всего и есть самый главный плюс таких элементов. Они миниатюрны и минимальны по весу. По сравнению с теми же фотоэлементами у Пельтье минусов конечно больше, ну а самый эффект безусловно заслуживает внимания. В конце концов все зависит от решаемых задач а если энергия халявная, то высокий КПД не так уж и важен.

До скольки градусов можно охладить элемент? Об этом в отдельном видео.

Заключение

Популярные среди радиолюбителей и инженеров модули Пельтье — электронные элементы, активно использующиеся для систем охлаждения и получения электроэнергии. На их основе разрабатываются источники питания для освещения или зарядки девайсов в походных условиях, мобильные компактные холодильники для автомобилей. Существуют попытки применения для охлаждения компьютерных процессоров. Работа устройств основана на 2 механизмах: при нагреве одной стороны пластины Пельтье и охлаждении второй, вырабатывается электроток; при подаче электричества на контакты одна сторона пластины охлаждается, вторая — нагревается.

izobreteniya.net

Элемент Пельтье он же термоэлектрический модуль

Чуть чуть теории.

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

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

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

Практика.

Элементы Пельте широко используются в системах охлаждения. Но не многие знают об их другом свойстве – вырабатывать энергию. Изучению этих их возможностей и посвящена данная лабораторная работа. 

50*50 мм элемент, установлен между двумя алюминиевыми брусками. Предварительно их поверхности притёрты и смазаны пастой КПТ. В одном из брусков просверлены сквозные отверстия, через которые пропущена медная трубка, для водяного охлаждения. Вот, что получилось:

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

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

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

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

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

Использование термоэлектрического модуля.

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

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

Термоэлектрический холодильник

Термоэлектрический холодильник (вариант 2)

Термоэлектрический холодильник (вариант 3)

Автомобильный охладитель для баночных напитков

Кулер для питьевой воды

Термоэлектрический кондиционер для кабины КАМАЗа

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

Давайте поподробней об этой конструкции.

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

 

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

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

БЫТОВОЙ ГЕНЕРАТОР ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ 1TG-8

Техническая спецификация

Масса без жидкости , кг, не более 0,55

Габаритные размеры, мм

с ручкой

без ручки 250х130х110 ? 123, h=100

Внутренний объем, дм3 1,0

Номинальная генерируемая мощность, Вт, не менее 8,0

Выходное напряжение, В 3,0 ? 12,0

Ток, мА 660 ? 2660

А вот ещё один пример использования .

Из таких небольших термоэлектрических конденсаторов и состоит генератор.

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

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

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

Вот такой он Элемент Пельтье или термоэлектрический модуль!

sdelaysam-svoimirukami.ru

как сделать в домашних условиях и практическое применение

Элемент Пельтье – это специальный термоэлектрический преобразователь, который работает по одноименному принципу Пельтье – возникновении разности температур во время подачи электрического тока. В английском языке чаще всего упоминается как ТЕС, что в переводе означает термоэлектрический охладитель.

Как работает элемент Пельтье

Работа элемента Пельтье базируется на контакте двух токопроводящих материалов, которые обладают разным уровнем энергии электронов в зоне проводимости. При подаче электрического тока через подобную связь, электрон приобретает высокую энергию, чтобы потом перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. В момент поглощения этой энергии осуществляется охлаждение места охлаждения проводников. Если же ток протекает в обратном направлении – то это приводит к нагреванию места контакта и к обычному тепловому эффекту.

Если с одной стороны сделать хороший отвод тепла, например, при использовании радиаторных систем, то холодная сторона сможет обеспечить очень низкую температуру, которая на десятки градусов будет ниже температуры окружающего мира. Величина тока пропорциональна степени охлаждения. Если же сменить полярность электрического тока, то стороны (тёплая и холодная) просто поменяются местами.

В контакте с металлической поверхностью элемент Пельтье становится настолько малым, что его практически невозможно заметить на фоне омического нагрева и других эффектов теплопроводности. Именно поэтому на практике применяется два полупроводника.

Количество термопар может быть самым разнообразным – от 1 до 100, за счёт чего можно сделать элемент Пельтье практически с любыми показателями холодильных мощностей.

Практическое применение

В наше время элементы Пельтье активно применяются для:

1. холодильников;
2. кондиционеров;
3. автомобильных охладителей;
4. кулеров для воды
5. видеокарт ПК;

Элемент Пельтье получил широкое применение в различных холодильных системах, в том числе и среди холодильников и кондиционеров. Возможность достигать очень низких температур делает его превосходным решением для охлаждения электрических приборов или технического оборудования, подвергающегося нагреву. Сегодня разработчики применяют элементы Пельтье в акустических и звуковых системах, где они выполняют роль обычного куллера. Отсутствие интенсивных звуков делает процесс охлаждения практически бесшумным, что является прекрасным преимуществом элемента.

В наше время подобная технология пользуется большой популярностью за счёт очень мощной теплоотдачи. К тому же, современные элементы Пельтье отличаются очень компактными габаритами, а их радиаторы способны хранить нужную температуру на протяжении длительного времени. Ещё одним преимуществом элементов Пельтье является их долговечность, т.к. они состоят из цельных неподвижных элементов, что уменьшает вероятность поломок. Конструкция самого распространённого типа выглядит очень просто и включает в себя два медные проводника с контактами и соединительными проводами, также изолирующий элемент, который изготовляется из нержавеющей стали или керамических материалов.

Модуль для регулятора

Учитывая простоту конструкции, сделать элемент Пельтье своими руками в домашних условиях совсем несложно. Его можно будет использовать для холодильников или прочих приборов. Перед началом работ вам нужно подготовить две металлические пластины и проводку с контактами. Изначально подготовьте проводники, которые необходимо установить у основания элемента. Как правило, применяются проводники с маркировкой «РР».

Также стоит заранее позаботиться об полупроводниках на выходе. Они будут применяться для отдачи тепла на верхнюю пластину. В процессе установки задействуйте паяльник. На конечном этапе нужно присоединить два провода. Первый устанавливается у основания и прочно закрепляется возле крайнего проводника. Важно учесть, чтобы любые соприкосновения с пластиной были устранены.

Второй проводник прикрепляется у верхней части. Фиксируется он таким же образом, как и первый – к крайнему проводнику. Чтобы проверить функциональность устройства стоит применить тестер. Просто соедините два провода к прибору и проверьте вольтаж. Отклонение напряжения будет составлять где-то 23 В.

Как сделать элементы Пельтье для холодильника?

Элементы Пельтье своими руками для холодильника изготавливаются также просто и быстро. Первое, что нужно учесть перед работами, это – материал пластины. Это должна быть прочная керамика. Что касается проводников, то их нужно подготовить не меньше 20-ти штук, что позволит добиться максимального перепада температур. При правильном расчете коэффициент полезного действия может быть увеличен на 70%.

Многое зависит от мощности используемого оборудования. Если холодильник работает на основе жидкого фреона, то проблем с мощностью никогда не будет. Элемент Пельтье, который был изготовлен своими руками устанавливается непосредственно возле испарителя, который установлен вместе с мотором. Для подобного монтажа вам понадобится запастись самым стандартным набором инструментов и прокладками. Они будут применены для элемента модели от пускового реле. С помощью подобного решения охлаждение в нижней части устройства произойдёт намного быстрее.

Стоит помнить, что перед тем как сделать элемент Пельтье для холодильника своими руками, вам нужно запастись достаточным количеством электрических проводников. Для того чтобы добиться разницы в температурах при разработке элемента своими руками, используйте не меньше 16 проводов. Обязательно обеспечьте им качественную изоляцию и только тогда подключайте к компрессору. Убедившись в надёжности и безопасности связи между проводами можно переходить к их соединению. После завершения установки ещё раз проверьте силу предельного напряжения с помощью тестера. Если работа элемента была нарушена, это первым делом скажется на терморегуляторе. Иногда случается его короткое замыкание.

Помимо холодильников, элементы Пельтье активно применяются и в автомобильных охладителях. Сделать качественный автомобильный холодильник своими руками тоже достаточно просто. Для этого необходимо найти хорошую керамическую пластину с толщиной не меньше 1.1 миллиметра. Провода должны быть немодульными. В качестве проводников лучше всего использовать медные провода с пропускной способностью не меньше 4 Ампера.

В связи с этим максимальное отклонение температур будет доходить до десяти градусов, что считается нормой. В частых случаях используются проводники с маркировкой «ПР20», которые сумели отличиться максимальной надёжностью и стабильностью работы. К тому же они подходят для различных типов контактов. При соединении устройства с конденсатором стоит применить паяльник.

Как сделать элемент Пельтье для кулера питьевой воды?

Кулер питьевой воды – это очень важное и необходимое устройство, которое вовремя охлаждает или нагревает питьевую воду. Чтобы ускорить процесс охлаждения, можно применить элемент Пельтье. Сделать его можно так же просто, как и для холодильника или автомобильного охладителя:

• В качестве пластины стоит использовать исключительно керамическую поверхность.
• В устройстве применяется не меньше 12 проводников, которые смогут выдерживать высокое сопротивление.
• Для подключения нужно использовать два провода (желательно медные). Элемент устанавливается в нижней части кулера. К тому же он может соприкасаться с крышкой устройства. Но чтобы предотвратить возможные короткие замыкания фиксируйте всю проводку на решетке либо корпусе.

Элемент Пельтье для кондиционеров своими руками

Если речь идёт об элементе Пельтье для кондиционеров, то он может быть изготовлен только из проводника «ПР12». Дело в том, что этот тип проводников отлично выдерживает аномальные температуры и способен выдавать до 23В напряжения. Сопротивление при этом должно колебаться в пределах 3 Ом. Максимальные перепады температур будут достигать 10 градусов и КПД – 65 процентов. Проводники нужно укладывать в один ряд.

Стоит отметить, что элемент Пельтье может служить в качестве охладителя для видеокарты персонального компьютера. Для изготовления охладителя нужно взять 14 проводников, желательно из меди. Чтобы подключить элемент Пельтье к видеокарте ПК нужно задействовать немодульный проводник. Само устройство монтируется рядом с встроенным кулером на видеокарте. Для закрепления можно использовать маленькие металлические уголки, а для фиксации обычные гаечки.

Если при работе замечаются какие-то интенсивные шумы и прочие неестественные звуки, стоит проверить работоспособность проводки и осмотреть каждый проводник.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

elektro.guru

Элементы Пельтье для охлаждения компьютера (часть 1, теория и замеры эффективности) — PC-01

Зачем нужны и чем отличаются от обычного охлаждения?

К практике предлагаю перейти чуть позже, так как надо вообще вначале определиться, что могут и что не могут элементы пельтье и зачем они нужны.

Допустим есть у вас некоторый процессор, вы в силу желаний улучшения производительности или спортивного интереса начинаете его разгонять и рано или поздно сталкиваетесь с вопросом перегрева процессора. Вы покупаете более производительный кулер, температуры немного снижаются. Вы ставите ещё более производительное охлаждение, температуры ещё чуть-чуть падают. Вы переходите на водяное охлаждение с большим радиатором и температуры падают ещё на пару градусов, потом вы заменяете большой радиатор на 4 радиатора от грузовиков, которые могут рассеять сотню киловатт тепла и получаете ещё выгоду в пол градуса и начинаете подозревать, что вы делаете что-то не так.

Условное изображение графика снижения температур от улучшения охлаждения

Всякие жидкие металлы скальпирования и прочие действия помогут сдвинуть все эти графики вниз на какое-то количество градусов, но суть — не изменится.

Условный график скорректированный для случая минимальных градиентов при передачи тепла от процессора

Проблема тут в том, что мы производим охлаждение относительно температуры воздуха. И не важно обдуваем мы радиатор установленный на процессоре или радиатор к которому подаётся тепло через жидкость. И чтобы мы не обдували воздухом комнатной температуры — рано или поздно мы придём к теоретически наименьшей температуре, которая нас может не устраивать. Конечно другой вопрос, что если процессор выделяет 50 ватт тепла то мы придём к этой температуре на маленьком радиаторе, а если 300 Ватт, то на большом, но суть в том, что предел есть и для процессоров он наступает очень быстро.

Выход из этой ситуации остаётся только один — в качестве среды использовать что-то, что холоднее комнатного воздуха, иначе никак.

И тут есть разные способы. Самый технологически простой — холодная проточная вода.

Есть ещё малозатратные способы — поместить компьютер в холодильник и на обычном кулере вы получите температуры ниже, чем на 4-х радиаторах охлаждения от грузовиков.

Компьютер в холодильнике

Логичным продолжением данной идея стало избавление от холодильника, а использование только самого принципа работы, а именно то, что можно взять некий газ с низкой температурой кипения и заставлять его вскипать там где нам нужно и вскипая он будет забирать тепло.

Проблем в данном решении несколько. Во первых — использование фреона, и опасности связанные с работой с ним, а так же тот факт что одна из частей контура с фреоном находится под высоким давлением. Вторая проблема — шум компрессора, который и обеспечивает нам то самое давление.

Ну и третья — технологически это сложная система состоящая из множества собранных друг с другом элементов. Но зато можно получить целый холодильник который работает не на большую камеру, а на кусок меди который прижат к крышке процессора и этот кусок меди может быть на градусов 60 холоднее окружающего воздуха, что существенно решает вопрос ограничения комнатными температурами, но одновременно с этим создаёт проблемы с конденсатом, так как в жилых помещениях в зависимости от влажности и температуры точка росы составляет от 5 до 20 градусов. Вдобавок данные системы практически неуправляемые, то есть работать в полсилы не могут и мощность отвода тепла закладывается при проектировании самой системы.

Ну и третий глобальный метод отводить тепло относительно более холодной среды — использование модулей Пельтье, о чём далее и будет идти речь.

Что из себя представляют модули Пельтье и как они работают?

Модули Пельтье являются сборками из множества пар полупроводниковых сборок в которых при протекании тока один из элементов каждый пары берет из окружающей среды энергию для перевода электронов в более возбуждённые состояния. То есть при подаче питания начинается охлаждение элемента.

Но не всё так радужно. Дело в том, что в силу своей конструкции и используемых материалов элементы Пельтье далеки от идеальных проводников тока, а значит греются просто от внутреннего сопротивления. И это крайне печально, потому что для энергии перехода электронов годиться и тепло от собственного нагрева. То есть если не отводить тепло от нагрева при протекании тока, то элемент Пельтье будет просто очень быстро разогреваться до тех пор пока не выйдет из строя. Поэтому пары полупроводников собирают в упорядоченном порядке, так чтобы «высасывание» тепла было с одной из сторон, ну а нагрев есть, к сожалению, во всём объёме. Таким образом мы получаем виртуально существенно более холодную среду, нежели комнатный воздух. Чем, естественно, можно воспользоваться для получения более низких температур процессора.

Недостатки элементов Пельтье

Во первых элементу Пельтье требуется не бесконечное количество тепла для работы. То есть если подать слишком большой тепловой поток, то элемент Пельтье просто начнёт греться и будет нагреваться до тех пор пока не выйдет из строя.

Вторая проблема — это закон сохранения энергии. И холод, как и тень от света — это не некая отрицательная энергия — а её отсутствие в том или ином месте или меньшее её количество в сравнении с окружающим пространством. То есть тепло процессора и холод элемента пельтье не аннигилируют друг с другом. Та энергия, что нужна была для перевода электронов тоже превращается потом в тепловую и её тоже надо отводить вместе с нагревом от электрического сопротивления.

Вкупе с самим нагревом от сопротивления выходит две вещи. Во первых элементы Петльте надо очень хорошо охлаждать, а иначе они перегреются и выйдут из строя, а во вторых у них крайне низкий КПД. Вернее КПД у них близок к 0. С точки зрения электричества — это нагреватель с интересными особенностями работы, но если считать за работу не сам перенос тепла, а количество переносимого тепла, то некое подобие КПД у этой вещи появляется.

Возвращаясь к элементам Пельте их можно купить и у нас, и вроде как они получше и число полупроводниковых блоков у них на одну и ту же площадь выше, но стоят они чуть ли не в десять раз дороже китайских. Китайские элементы Пельтье называются TEC1, далее указывается число пар полупроводников, для типоразмера 40 на 40 мм это 127 пар и далее указывается ток в Амперах. Чем выше ток — тем больше тепла элемент перетаскивает с одной стороны своего корпуса на другую. Я купил 15 Амперные модули.

Что касается 15 Амперного элемента, то свои 15 Ампер он потребляет на 15 Вольтах и обещается, что выводит он в идеальных условиях при этом около 130 Ватт тепла. В реальных условиях и на 12 Вольтах цифры ожидать стоит порядка 50-60 Ватт.

Как я выше уже писал — при перенасыщении теплом элемент Пельте уходит в разнос. И для мощного процессора одно элемента мало. Именно поэтому большинство экспериментов с элементами Пельтье которые вы можете найти в интернете сводятся к тому, что либо поставив этот элемент на «селрон» он хорошо охлаждается, либо при установки на i7/i9 или 9-тысячный FX всё это дело вообще не работает. Вернее становится всё ещё хуже чем было.

Ставить элементы пельтье «бутербродом» друг на друга когда и так они перегружены тоже не имеет никакого смысла. Если один элемент не может перевести 100 Ватт, то второй ещё сильнее не сможет перевести 250 Ватт уже от первого.

Трёхкаскадный модуль пельтье

Есть двухкаскадные (и даже трёхкаскадные) заводские сборки этих элементов, но они рассчитаны на то, что источник тепла очень слабый и обычно задача просто охладить что-то, допустим датчик какого-то чувствительного прибора.

Достоинства элементов Пельтье

Простота конструкции, отсутствие подвижных частей и специальных навыков при построении системы, низкая стоимость в сравнении с фреоном и при этом высокая разница температур сопоставимая с фрионными чиллерами.

Минусы фрионок тут тоже есть — а именно конденсат. Но вопрос с конденсатом частично решается тем, что Модули Пельтье поддаются управлению как по напряжению, так и по току. Но не так просто как хотелось бы. Питание должно быть без пульсаций, так как все переменные составляющие питания дают нагрев, но не дают перенос тепла, то есть и без того низкая эффективность ещё сильнее падает. То есть взять «ардуину», датчик температуры и контроллер каких-нибудь двигателей с ШИМ управлением и всё подключить — не получится. Вернее получится, но работать не будет.

Можно, конечно, питать используя силовые транзисторы в режиме управления, но при управлении всё равно сопротивление транзисторов далеко не бесконечное, так что потери эффективности и необходимость отвода от транзисторов тепла будет. Но в теории управлять этим можно динамически, так чтобы все компоненты были по температуре выше точки росы. Но две проблемы, а именно сложности управления и то, что одного элемента мало — дают и выходы из данной проблемы с управлением.

Во первых есть стандартное решение в вопросе нехватки производительности чего-то одного в «холодильных» или «нагревальных» делах. А решение это — объединение нескольких элементов чего-либо в один контур с общим теплонасителем. Мы не можем поставить модули Пельтье друг на друга, но это не значит, что мы не можем поставить их рядом друг с другом и прогонять через их холодные поверхности жидкость и чтобы они все вместе в сумме эту жидкость охлаждали. Так мы можем решить проблему ограниченности максимального переноса тепла одним элементом. В данном случае тут вопрос только в количестве этих элементов. Если есть желание и возможности можно и 100 элементов объединить в один контур.

И вопрос управления становится проще, так как не надо регулировать питание а можно просто подключать нужное количество элементов. Можно для снижения дискретности ещё поставить один более слабый элемент. Допустим если будет 10 мощных отводящих по 50 Ватт и один слабый на 25, то можно варьировать отбор тепла в пределах от ноля до 525 Ватт с шагом в 25 Ватт. А включать выключать элементы можно разрывая цепи питания, допустим электромеханическими реле, что шумно, либо твердотельными, что дорого для больших токов. Либо использовать транзисторы в ключевом режиме полностью их открывая, и автоматизировав всё это дело, измеряя температуру хладагента, влажность и температуру в помещении (для вычисления температуры точки росы), избавляясь от конденсата и лишней траты энергии в простое системы, то есть частично компенсировать имеющиеся недостатки, при этом в максимальной производительности давая виртуальную более холодную среду, чем окружающий воздух.

Практическая часть. Особенности конструкции.

Вообще конструкция этого всего довольно простая. Вам понадобится сделать два жидкостных контура охлаждения. Один низкотемпературный, второй — высокотемпературный.

Схема холодного и горячего контуров. (нажмите для увеличения)

Холодный контур

Низкотемпературный контур включает в себя исключительно водоблоки и помпу. Один водоблок на процессор и ещё число водоблоков равное числу элементов пельте. В принципе можно вместо процессорных или видеочиповых водоблоков найти какой-то один большой и налепить все элементы пельтье на него (но ничего подходящего с хотя бы каким-то оребрением я не нашёл). На стороне холодной части по идее очень важно чтобы водоблоки были хорошими, так как там происходит борьба за то кто будет отдавать тепло — жидкость в конутре или тепло будет браться из нагрева самого модуля. И надо чтобы бралось тепло из контура, и это увеличит эффективность сборки. Поэтому просто плоские железки омываемые как-то жидкостью скорее всего будут малоэффективны. Ну и в этом контуре должна быть ещё помпа. На этом всё. Далее вопрос уже температур. Если предполагается уход ниже ноля градусов, что возможно в простое системы, то вода для контура не подойдёт. У меня с тремя 15 Амерными модулями без тепловой нагрузки температура в контуре упала с примерно 26 до 5 градусов Цельсия за 15 минут, далее я эксперимент прервал во избежание закупорки контура льдом и разрыва контура давлением помпы.

5 градусов Цельсия

В качестве хладагента стоит использовать нетоксичные жидкости. На мой взгляд самый лучший вариант примерно 70% раствор этанола с водой. Или чистый 95-96 процентный этанол. Но купить его сейчас проблематично.

Как вариант можно использовать водку, но в простое температура может упасть ниже 20 градусов при которой уже могут появляться центры кристаллизации, жидкость начнёт становится вязкой, сопротивление контура начнёт расти и если у вас хорошая помпа, то она сможет выдавить уплотнения в стыковочных элементах и жидкость выльется в компьютер.

Второй вариант, который проще купить — это пропиленгликоль он же пищевая добавка Е1520.

Вещество нетоксичное, в том числе его пары или аэрозоли, но в редких случаях вызывает раздражение кожи и слизистых. Наименьшие температуры замерзания достигаются в примерно 60% растворах с водой.

Такая жижа замерзает при -70, а кристаллики начинают образовываться примерно при -50. Если вы не будете делать каскады из элементов Пельте, то при комнатной температуре вы не получите ничего холоднее -35 градусов. При комнатной температуре в 26 градусов элемент пельтье у меня смог выдать -30 градусов Цельсия, то есть это теоретический минимум.

Омываемый водой он уже будет теплее даже без тепловой нагрузки просто потому что сами трубки, вода в резервуаре и корпуса водоблоков тоже нагреваются от воздуха, так что разбавлять можно пропиленгликоль до 50/50, так он будет менее вязким и будет иметь лучшую теплопроводность, но начало образования кристаллов будет уже при -30 … -40 градусах. Из недостатков — пропеленгликоль чувствителен к ультрафиолету и со временем разлагается от солнечного света, так что заменять его надо будет не реже чем раз в год.

Я себе пропиленгликоль не купил ещё, просто слежу за температурами в контуре. Так что практическая сторона этой жидкости для меня пока под вопросом, но как антифриз в жидкостных контурах пропиленгликоль промышленно тоже используется.

Горячий контур

Горячий контур уже будет состоять не только из помпы и водоблоков, но и из радиаторов. Для 15 амперных элементов надо исходить из теплоотдачи 200 Ватт на элемент, но более точно требования мы в этой статье и рассмотрим.

При использовании одинаковых водоблоков элементы пельте просто зажимаются между двумя водоблоками, так что думать над монтажём этих элементов тоже не придётся, скорее всего комплектные винты от водоблоков подойдут.

Сборка пары водоблоков горячей и холодных частей одного модуля

Тестовая реализация

Я же пока решил сразу не собирать всю систему целиком, а для начала попробовать как это работает, так что полноценно эта схема ещё не собрана и вместо горячего контура у меня просто к каждому элементу пельтье подсоединён процессорный кулер.

Упрощённая схема без горячего контура

И задача сейчас стоит оценить элементы в работе, понять стоит оно вообще потраченных денег (и денег которые могут быть потрачены на полноценный вариант) или нет, оценить эффективность и т.д.

В кадре можно увидеть два блока питания. Один питает компьютер, второй систему охлаждения

Для подключения элементов Пельтье я использовал отдельный компьютерный блок питания, и на провода самих элементов просто распаял 8 pin коннекторы (правда затупил и купил по форме как процессорные 8pin, так что используются они как 6-pin). Элементов я купил только 3. Все три — это 15-ти амперные TEC1-12715 чего для экспериментов более чем достаточно, больше элементов было покупать незачем, так как свободных кулеров у меня только 3.

Кулеры с элментами пельте и водоблоками

На 12 Вольтах без подачи тепла на холодную сторону и хорошем охлаждении горячей все три потребляют около 12 Ампер, то есть потребляемая мощность у всех около 150 Ватт.

Единственное я бы всё таки советовал не питать их максимальными допустимыми 15 Вольтами, на которых они и будут по идее потреблять 15 Амер, то есть около 225 Ватт, потому что и на 150 провода уже тёплые (в длительной нагрузке градусов 40 набирают), в максимальных нагрузках эти провода уже не выдержат.

С креплениями для кулеров тут сложнее — пришлось чутка поколхозить, задачи сделать красиво не было. Была задача сделать быстро и так чтобы не сверлить и портить родные крепления кулеров, то есть чтобы потом можно было всё разобрать и пользоваться кулерами как и до доработки.

Ещё надо было куда-то поключить помпу и все вентеляторы. Разветвителя у меня не было и переходников на моликсы не хватило, так что я использовал плату от ардуиновского набора для управления подсветкой от Gelid.

GELID CODI6

Сама Arduino в этом всём никак не участвовала, просто нужна была разводка на плате отвечающая за разветвление питания на вентиляторы. Вообще обычные разветвители стоят копейки, в хороших компьютерных корпусах они есть как правило в наборе с самим корпусом.

Помпа, крепления и резервуар куплены на алиэкспрессе.

Водоблоков всего в системе 4. Три — самые дешёвые что я нашёл с хоть каким-то подобием микроканалов и фиттингами в комплекте.

Четвёртый, на процессор, по сути тоже-же самое только никилированный и с креплением, но без фитингов и чуть дороже (фиттинги купил тоже на али, кстати, попались неплохие). У трёх дешёвых крепление тоже было, но чисто номинальное, без бэксплейта, одни винты (и ставить на винты без бэкплейта крайне не рекомендую, на этот случай есть даже отдельная статья на сайте).

Везде я всё обмазал дешёвой термопастой с алиэкспресса.

Не лучшая паста, зато 30 грамм

Практические тесты, задачи и методика

Для начала меня интересует вопрос того, насколько сложно отвести 200 Ватт тепла от элемента Пельте. Они обладают большой площадью, так что по идее это не должно быть так сложно, как отвести 200 Ватт, например от процессора.

В моей сборке есть 3 кулера. Один — крупный, с мощным серверным вентилятором с оборотами около 5200 в минуту.

Gelid Siroco

Второй — тонкий, по площади примерно как одна тонкая секция СВО с вентилятором на 2000 оборотов.

Третий — по толщине примерно такой же, вентилятор такой же.

Но самое важное у этого кулера — не полное покрытие самого модуля Пельте, то есть подошва радиатора узкая и короткая.

Габариты модуля выходят за пределы подошвы кулера

Для замера эффективности охлаждения предлагаю взять практические результаты, а не температуры самих модулей, да и как измерить эти температуры когда модуль закрыт кулером — не ясно.

Я включал на компьютере постоянную нагрузку и изменял поврелимит процессора до тех пор пока установившаяся температура жидкости в контуре не станет равной комнатной (ограничение TDP и нагрузка задавались в Intel Extreme Tuning Utility).

(нажмите для увеличения)

То есть потери тепла в нагрев или охлаждение комнаты прекратятся, иными словами — то значение поверлимита которые будет выставлено для нагрузки и будет значением отводимой из контура тепловой мощности модулем Пельте. Наибольшую погрешность вносить будет только помпа водяного контура. Я замерил реальное потребление помпы и оно составило порядка 6,1 Ватта, я буду 6 ватт добавлять к TDP, но в реальность корпус помпы нагревался выше 30 градусов, то есть часть этих 6 Ватт отводятся воздухом помещения, сколько реально уходит в жидкость от помпы — неизвестно.

Температура помпы

В теории если окажется, что один элемент сможет с большим кулеров отвести намного больше тепла, чем средний кулер, то значит одной секции СВО на один 15 Амерный элемент мало. А если разница в поверлимитах будет маленькой, то значит и площади одной секции небольшой толщины радиатора будет достаточно на один модуль Пельте. Самый слабый кулер (с маленькой подошвой не покрывающей весь модуль) расскажет насколько критично внутренне распространение тепла в элементе и насколько высоки требования к качеству водоблоков горячего контура.

Замеры температуры воды производятся термодатчиком посаженным на термопасту на фитинг резервуара. Это место не охлаждается дополнительно через корпус водоблоков и более точно передаёт температуры жидкости. Данные с датчика я в режиме реального времени выводились на экран, чтобы точно отслеживать динамику процессов.

Полученные результаты покажут — реально ли собрать такую систему в обычном корпусе или нет. Если хватает одной секции малой толщины радиатора, то в корпусе где можно установить сверху 360 и с переди 240 или 280 радиатор можно будет использовать целых 5 модулей Пельте и сейчас мы узнаем и то сколько высасывает тепла каждый модуль, соответственно эту цифру можно в таком случае будет умножить на 5, по числу элементов — это и будет тот TDP процессора при котором хладогент будет комнатной температуры в длительных непрерывных тестах, ну и конечно холодный контур жидкости можно переохладить и в коротких тестах получать меньшие температуры или рассчитывать на больший временный предельный TDP за счёт того что контуры объёмные и вода будет прогреваться какое-то длительное время за которое тест закончится.

Практические тесты, результаты

И так, при жидкости в холодном контуре комнатной температуры модуль с самыми худшими условиями смог вывести 27 Ватт тепла от процессора и плюс ещё 6 Ватт помпы. Стоит отметить, что модуль потерблял не 12 с небольшим Ампер как без нагрузки, а только чуть больше 10 Ампер, об этом я ещё потом скажу.

Модуль со средними условиями смог вывести 32 Ватта тепла от процессора плюс 6 помпа, это больше, чем модуль который не помещался на основание кулера. Ток так же был около 10 Ампер.

Модуль с лучшими условиями, то есть на большой башне с минимальными оборотами вентилятора около 3 тыс. смог отвести уже целых 58 Ватт тепла от процессора плюс ещё 6 помпа. При этом модуль потреблял почти 12 Ампер. То есть практически столько же, сколько и при холостой работе, при которой все три модуля потребляли чуть больше 12 Ампер.

Этот же кулер с максимальными оборотами позволил элементу Пельтье отвести от процессора 63 Ватта тепла плюс 6 Ватт помпа. А Ток как раз достиг тех же чуть более 12 Ампер как и в холостой работе без нагревания холодной стороны.

Выводы

В общем — выводы не утешительные. По сути на каждый элемент Пельте надо либо по секции 60 мм СВО, либо по две секции тонких радиаторов на элемент. Я, честно, говоря, рассчитывал на чуть меньшие требования, и надеялся что секции 45 мм радиаторов на модуль будет достаточно, но судя по тестам — не достаточно.

Кроме того я замерил ток и напряжением для каждого модуля в нагрузке и зная их и зная тепловыделение процессора можно рассчитать условный КПД модулей. Условный, потому что я повторюсь с точки зрения электричества КПД у модулей 0.

КПД будет показывать отношение выведенной из контура тепловой энергии к затраченной электрической энергии модулем.

Энергоэффективность модулей Пельтье

Модуль Пельте у которого свисали края показал условные КПД примерно 27%.

Модуль примерно с таким же радиатором но более крупным основанием показал условное КПД около 31%.

На башне большей толщины эффективность вышла примерно 44%. И это, на самом деле, не очень плохая цифра, она хуже чем в дата центрах со специальными системами кондиционирования и отвода нагретого воздуха (по разным данным от 50% до 1 к 1), но в целом — уже не 27%. С максимальной скоростью вращения вентилятора эффективность ещё чуть выросла и достигла уже примерно 46,5%. Полагаю, если использовать хорошие водоблоки и хорошую термопасту, то реально получить 50% эффективности. То есть, на 100 Ватт тепла от процессора нужно будет 200 Ватт на питание элементов Пельте. В таком случае полуторакиловатного блока питания для элементов Пельтье может хватить на охлаждение 750 Ваттного процессора. Однако отмечу, что 50% я всё же не получил. С моей эффективностью если бы все элементы были в лучших полученных условиях мне бы полутора киловатного блока питания для элементов Пельтье хватило только на примерно 700 Ватт отведённого тепла (и то надо понимать, что мы получаем условные -40 градусов к температуре воздуха, так что стоит рассчитывать на то что разгон будет в тех пределах как буде-то мы могли бы на процессоре держать не до 100 градусов, а до 140, так что никакие 700 Ватт через процессор мы не получим).

Анализ масштабируемости

Далее встаёт вопрос масштабируемости. Будут ли два элемента работать в сумме так же эффективно как в сумме два по отдельности.

Включим два модуля из трёх и найдем для них то тепловыделение процессора при котором жидкость будет иметь устоявшуюся комнатную температуру. TDP на процессор выставлен был 62 Ватта. Теоретически должно было бы быть 27+32+6 Ватт то есть около 65 Ватт, а не 62+6=68. Но тут надо понимать, что условия были не идеальными, и в целом можно говорить, что эффективность элементов друг с другом складывается.

С тестами трёх уже сложнее — процессор с увеличением поверлимита упирается в ограничение частотной формулы турбобуста, тут ещё возможно накладывается то, что у меня i9 9900k стоит на материнской плате с чипсетом z170, то есть с биос и пин модом. В общем — стресс тест от интел, который очень чтёко держит TDP, даже с разблокированным разгоном через BIOS не захотел нагрузить процессор как следует.

Линпак тоже что-то не особо желал у меня нормально работать. Выдавал нагрузку очень неравномерно. Для трёх модулей я должен был получить около 134 Ватт, я подобрал частоту и напряжение при которых и выходили примерно 134 Ватта, но иногда линпак выдавал потребление около 200 Ватт, то есть среднее по времени потребление было выше, что сказалось и на температуре жидкости.

Перед тестом теплоноситель немного переморозился, потому что долго подбирал режимы и начал я тесты на воде примерно в 18 градусов, и через менее чем десять минут жидкость нагрелась уже до 30 градусов, то есть из-за того что среднее потребление было выше теоретически необходимого — и пошёл рост температур.

Касаемо цифр температур процессора тут в общем-то всё не очень показательно, потому что отпечаток термопасты от процессора на китайском водоблоке примерно такой:

Но для справки — у меня с заводской СВО процессор при потребление около 200 Ватт сразу уходил под 100 градусов, тут же такого не было, какая температура устоялась бы в этих условиях я не замерил.

Итоги

Во первых — это работает и на этом можно сделать экстремальное охлаждение и это не требует специальных знаний и навыков, как, например, самодельная фреонка.

Во вторых — на каждый модуль нужна секция толстой СВО для оптимальной работы 15 Амперных модулей.

В третьих — по потребляемому току можно понять насколько хорошо охлаждается элемент. То есть при недостаточном охлаждении они потребляли меньше тока (в моих условиях 10 Ампер вместо 12).

В четвёртых — в близких к идеальным условиях можно получить эффективность приближенную к 50%, то есть на один отводимый ватт тепла нужно подать на модули 2 Ватта питания.

В пятых — система линейно масштабируемая.

Дальше встаёт вопрос уже полномасштабной реализации.

И тут возникает два этапа которые скорее всего и разделятся на две статьи.

Первый — отработка системы управления автоматической регулировки включения модулей, то есть надо сделать так чтобы температура жидкости не уходила ниже точки росы чтобы на водоблоке процессора не было конденсата, и чтобы не требовалась термоизоляция трубок через которую были бы потери холода и чтобы модули не морозили жидкость в простое зря и не тратили лишнюю энергию.

И по итогу уже можно будет оценить насколько энергозатратна установка в повседневной жизни и уже попробовать разогнать что-нибудь в рамках этих трёх модулей и того железа, что у меня есть.

Ну и последняя третья часть — закупка всего необходимого для полноценной установки, скорее всего нужна будет материнская плата для которой существуют моноблочные водоблоки покрывающие VRM, так как разгон будет очень не слабый. Выбор и закупка корпуса, куда можно установить две помпы и кучу радиаторов и там уже устроим разгон на все деньги. И в итоге должен получится компьютер размером с обычный компьютер, и выглядящий как обычный компьютер, с шумностью обычного компьютера, но с существенно лучшим охлаждением. Как будет в реальности — в текущий момент не известно.

Видео на YouTube канале «Этот компьютер»

Sorry, there was a YouTube error.

Самая низкая цена! Термомодули Пельтье с защитой от замыканий. Пониженное потребление. Термоэлементы для холодильников.

Каталог товаров ЗАДАТЬ ВОПРОС или СДЕЛАТЬ ЗАКАЗ

Термоэлементы Пельтье для холодильников, термопаста. Термоэлемент TEC1-12705, термомодуль Пельтье TEC1-12706 цена от 55 до 240 грн. ЗАДАТЬ ВОПРОС или СДЕЛАТЬ ЗАКАЗ Предлагаем самый большой выбор разных по мощности термомодулей Пельтье, от самых слабых до самых мощных по ценам от 55 грн. . Термоэлементы для холодильников, термоохладители, модули Пельтье: — TEC1-12703,     — TEC1-12704,          — TEC1-12705,              — TEC1-12706,                           — TEC1-12708,                  — TEC1-12710,                     — TEC1-12715. .  Модели, описание и цены: . Термоэлементы TEC1-12706 дешевые. Дешевые термоэлементы Пельтье для холодильников и других охладительных систем небольшого размера.  Цена 55/60 грн. . Термоэлементы TEC1-12706 качественные.  Наиболее универсальный элемент тес1-12706. Хорошо создает холод, не требует большой системы охлаждения. Такой термо модуль заменяет термо элементы серий:  TEC1-12703, TEC1-12704, TEC1-12705, TEC1-12706. Качественный термоэлемент с защитой от коротких   замыканий и экономным потреблением тока. Имеет более длительный ресурс работы и высокий КПД охлаждения, высокое качество создания холода.  Используется в автомобильных, переносных холодильниках,  термобоксах, термокулерах, для охлаждения процессоров компьютеров, выработки электричества.  Цена 150 грн. Среднее качество охлаждения, больше нагревается. Цена 180 грн. Среднее качество охлаждения, меньше наревается. Цена 200 грн. Хорошее качество охлаждения, меньше нагревается. Цена 220 грн. Лучшее качество охлаждения, меньше остальных нагревается.  . Термоэлементы TEC1-12710 большой мощности. Мощный термо элемент Пельтье с высоким качеством создания  холода. Наиболее приближенный по качеству создания холода к оригинальным фабричным термоэлементам. Такой термоэлемент заменяет термо элементы серий: TEC1-12705, TEC1-12706, TEC1-12707, TEC1-12708, TEC1-12710. Используется в холодильниках, термобоксах, термокулерах,  для охлаждения процессоров, выработки электроэнергии. Цена 220 грн. . Термоэлементы TEC1-12715 самой большой мощности.  Самый мощный термоэлемент Пельтье с высоким качеством создания холода. Наиболее приближенный по качеству создания холода к оригинальным фабричным термо элементам большой мощности. Такой термо модуль заменяет термоэлементы серий: TEC1 12706, TEC1 12707, TEC1 12708, TEC1 12709, TEC1 12710. Используется  в большого размера холодильниках, термобоксах, термокулерах, для охлаждения процессоров, выработки электроэнергии. Цена 240 грн. . Предлагаем самый большой выбор термоэлементов.  Подбираем наиболее подходящие по мощности и току  термоэлементы: — Ток потребления, в зависимости от модели термоэлемента.   В наличии есть элементы с разными токами потребления:    2,1 Ампера;   3,0 Ампера;   3,5 Ампера;   4,1 Ампера;   4,3 Ампера;   4,5 Ампера;   6,3 Ампера;   6,5 Ампера;   6,8 Ампера;   8,8 Ампера. — Мощность термомодулей:   В наличии есть элементы с разной мощностю от:   25 Ватт,   36 Ватт,   42 Ватт,   48 Ватт,   50 Ватт,   54 Ватт,     72 Ватт,   76 Ватт,   96 Ватт,  102 Ватт,  106 Ватт. — Напряжение питания всех термомодулей: 12 Вольт., — Источник питания: постоянного напряжения или аккумулятор,  — Максимальная температура корпуса модуля: до +90 градусов, — Разница температур на стенках модуля: может достигать 25 градусов.    Не путать с температурой внтури самого холодильника !!!.  — Температура внутри холодильника: в среднем от +10, до +15 градусов тепла.   Температура сильно зависит от размера камеры холодильника и мощности   термоэлемента и может значительно отличаться в разного размера холодильниках. — Размеры всех термо элементов: 4×4 см., толщина 3,5 мм.; — Подключение: Полярность подключения может быть любая.   Если подключать красный к плюсу, черный к минусу, холодить будет со стороны   надписи, а с другой стороны элемент будет нагреваться;   Если подключать красный к минусу, черный к плюсу, холодить будет со стороны   без надписи, а с другой стороны элемент будет нагреваться; — Материал корпуса: керамические пластины белого цвета. — Количество pn переходов: 127; — Вес: около 23 грамм;  В дешевых термоэлементах для холодильников качество создания холода примерно   в 5 — 8 раз ниже чем  у качественных. Это важно учитывать при выборе элемента. . Доставка во все города Украины. По Киеву и в другие города доставка термо холодильников пилтье курьером или Новой Почтой. В комплекте идет инструкция с рекомендациями по правильной установке термо электричееского охладителя пельте, указаны показатели питания, способы его проверки и т.д. Термопаста для термоэлементов Пельтье, процессоров. Цена 5 грн. Темопаста для термомодулей пельтье, термоэлементов , процессоров, радиаторов охлаждения.30 грн. ЗАДАТЬ ВОПРОС или СДЕЛАТЬ ЗАКАЗ Термопаста для термоэлементов Пельтье. Подходит для всех видов процессоров, кулеров и радиаторов охлаждения. цена 30 грн.  Описание: Внешине размеры флакона с термопастой: ширина-3см., высота 3,5 см. Термопасту нужно наносить ровным слоем. Толщину слоя термопасты подобрать такой, когда не видно поверхность процессора или термоэлемента .   Характеристики: Thermal Grease HY410  Thermal grease on the processor (CPU) or graphics card (GPU) Model: термопаста HY410 Colour: White Thermal Conductivity:> 0.925 W / m-K Thermal Impedance: Specific Gravity:> 2 g / cm³ Viscosity: 1000 Thixotropic index: 380 ± 10 1/10 mm Operation Temperature: -30 ~ 280 ° C Термопаста для пельтье термомодулей, термоохладителей, для отвода тепла. Термопаста для процессоров компьютерных чипов, радиаторов. Термомодуль SP 1848 271145 Зеебека генератор электро энергии. ЗАДАТЬ ВОПРОС или СДЕЛАТЬ ЗАКАЗ Для выработки электроэнергии используется термомодуль Зеебека SP 1848 271145, или подобные модели. Термоэлемент SP1848-271145 модуль Зеебека генератор электричества. Цены от 80 до 160 грн, в зависимости от качества генерации напряжения. Уникальные водоочистители не требующие сменных фильтров. Высококачественные бесфильтровые системы водоочистки и активирования воды: Эковод 6 литровый Эковод ЭАВ 6ж емкостью 6 литров.  Cамые лучшие условия и  быстрая доставка в течении 1 дня! Эковод 3х литровый: Эковод 3 литра Жемчуг, Активика, скидки, самые выгодные условия! Отличия и особенности активаторов: Отличительной особенностью даного вида очистителей воды есть то, что не используя  какие либо    сменные фильтры, обычная вода  из разных источников, таких как водопроводы, скважины, родники, колодцы,   превращается в воду, очищенную от лишних солей. Также вода очищается от различных вредных органических и неорганических соединений, тяжелых металлов,  микроорганизмов.  Активированная вода после активации приобретает полезный для организма биоэнергетический потенциал,  полученная вода насыщается ионами кремния, способствует восстанавлению здоровья.  Важнейшее отличие от других очистителей: Избыток солей очен вреден для здоровья, такие соли откладываются в суставах и сосудах.  Черезмерное количество солей — это одна из причин многих болезней и преждевременного   старения организма. Поэтому очень важно найти способ оставлять в воде именно нужное количество солей.   Только водоочиститель Эковод способен убрать только лишние соли из воды  и оставлять только необходимое, полезное для организма их количество!. После окончания процесса очистки, встроенный процессор подает сигнал . По своим лечебным и восстановительным качествам, активированная вода значительно превосходит воду,  прошедшую очистку  другими очистителями воды, водяными фильтрами.  В отличии от обычных фильтров для воды, и даже очень дорогих водяны фильтров, полученная активатором вода имеет высокий ОВП —  окислительно восстановительный потенциал (редокс).  Такая вода обладает особыми лечебными свойствами.  В полученной воде соли, необходимые организму, находятся в наиболее усваиваемой форме, и в необходимом организму количестве, предупреждая таким образом различные заболевания  и поддерживая здоровье.  Применение полученной воды: Уникальная извлекающая  (экстрагирующая) способность активированной воды позволяет при минимальном нагреве до 60 градусов, тоесть не доводя до кипения,  заваривать чаи, травы, экстракты и другие натуральные продукты.  Таким образом сохраняется максимальное количество полезных микроэлементов, ферментов,  витаминов, которые при заваривании в обычном кипятке почти полностью разрушаются. В результате процесса активации получается две разных воды — католит и анолит, живая и мертвая вода. Католит в несколько раз усиливает лечебный эффект от примененения  любых гомеопатических средств и лекарств. Анолит применяется  для лечебного питья, увлажнения воздуха, дезинфекции и обеззараживания.  В сельском хозяйстве католит и анолит применяются для обработки растений, дезинфекции, стимулирования их роста, для подкормки и лечения птицы, домашних животных, пчел и других производсвенных целей. Преимущества активаторов: Полученную воду нет необходимости кипятить, она уже готова к питью. Такую воду можно пить ежедневно, использовать в  косметических целях,  для  мытья волос и умывания, изготовления масок для лица, купания и ухода за детьми. Очистители воды Эковод очень надежны, долговечны, просты и выгодны в эксплуатации. Отсутствие сменных фильтров делает Эководы не только выгодными, но и безопасными, они не забиваются грязной водой как обычные фильтры.  Корпус сделан из специального высококачественного кислото, щелоче устойчивого и прочного пластика.  И самое главное — водоочистители Эковод не требуют смены расходных материалов  за все время экслуатации этих аппаратов !   Новые технологии, системы для озвучивания, самые низкие цены. Сайт веллен ком юа. Нові технології, системи для озвучування, самі низькі ціни.  Сайт велен ком юа. Др.продукция:  Фильтр для воды Экво хрусталь 3, 6, 9 литровый. Прибор для очистки воды Экво 9 кристалл. Электро активатор воды Ekwo 9 кhrustal. Водяной фильтр Экво кристалл 6, 3, 9 литровый. Самый лучший аппарат очистки воды Екво хрусталь. Очиститель воды Ekwo кhrustal 9, 3, 6 литровый. Ионизатор воды Екво 9 кришталь 9, 6, 3 литровый. Электролизер Эковод хрусталь кристалл. Очисник Ековод кришталь 9, 3, 6 літрів. Самый экономный водоочиститель Экво 9 хрусталь. Самый выгодный фильтр для воды Эков 9 кристалл. Электроактиватор воды Эков кристалл 3, 6, 9 литров. Доставка:   Купить Эковод можно с доставкой в Киев, в любой город Украины. Быстрая доставка в течении 1 — 2 дней.  Эковод очиститель воды имеет удобную упаковку, очень  просто транспортируется.  В комплекте с эководом идет инструкция, книга с описанием работы и воды от разработчика, гарантийный заводской талон. Эковод, 3х литровый водоочиститель весит всего 1.5 кг.  6 литровый Эковод  весит всего 3 кг.    Электроактиваторы воды Эковод ЭАВ 3 К, ЭАВ 6 К, ЭАВ 9 К. Основные характеристики активаторов воды:  Емкость, литров.                                                   3 литра     6 литров       9 литров  Степень очистки от солей                   .                  70%            70%               70%   Степень очистки не менее, процентов.:               %                %                   %     — железа, цинка, свинца, нитратов (католит).     97%             97%               97%  — нитритов                                                             98,5%           98,5%           98,5%  — микроорганизмов                                               100%            100%             100%  Значение рН: анолит/католит, около                pH 3/11          pH 3/11          pH 3/11  Редокс-потенциал: анолит/католит, mB.      +1000/-800     +1000/-800     +1000/-800  Напряжение питания.                                     220 вольт       220 вольт       220 вольт  Средняя потребляемая мощность кВт.                  0,4                0,9                  1,1  Габаритные размеры,см.                                  24*16*20      30*25*22         30*25*28

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.

 

Защита от замыканий Термоэлемент TEC1-12705 термомодуль Пельтье TEC1-12706, 60 грн. — Kidstaff

Подробное описание: Защита от замыканий Термоэлемент TEC1-12705 термомодуль Пельтье TEC1-12706

Предлагаем универсальные термоохладители
элементы Пельтье, которые заменяют все основные
модели термомодулей:
TEC1-12703, TEC1-12704, TEC1-12705, TEC1-12706.
.
В продаже есть 2 разных по качеству модели
термоэлементов Пельтье.
.
Первая модель:
Дешевые термоэлементы Пельтье для небольших холодильников.
цена: 60 грн.
.
Вторая модель:
TEC1-12706 w-proff с высоким качеством охлаждения
и пониженным энергопотреблением.
Такой термоэлемент полностью заменяет
термоэлементы серий:
TEC1-12703 , TEC1-12704 , TEC1-12705, TEC1-12706
Это качественный термоэлемент с защитой от коротких
замыканий и экономным потреблением тока.
Имеет длительный ресурс работы и высокий КПД
охлаждения, высокое качество создания холода.
Используется в термобоксах, автомобильных,
переносных холодильниках, для охлаждения
процессоров компьютеров, для производства
электроэнергии.
цена: 150/180/200/220грн.

Общее описание термоэлементов :
Термомодуль Тес1-12706 w-proff наиболее универсальная модель,
которой можно заменить практически любой другой термоэлемент
с напряжением питания 12 вольт и потребляемым током, начиная
от 3 ампер.
.
Заменяемые модели:
Охладитель электрический TEC1-12703.
Термоэлемент TEC1-12704.
Термоэлемент Пельтье TEC1-12705.
Термоэлектрический модуль TEC1-12706.
Термоохладитель для холодильника Пельтье TEC1-12707.
Термомодуль Пельтье TEC1-12708.
Элемент термоэлектрический TEC1-12709.
Охладитель термоэлектрический Пельтье TEC1-12710.
.
Термоэлектрический модуль Пельтье Тес1-12706 w-proff
имеет защиту от коротких замыканий, увеличенный
ресурс работы.
Применяется в разных охлаждающих устройствах:
— для переносных холодильников,
— автомобильных холодильников,
— портативных холодильников,
— для охлаждения процессоров, видеокарт и чипов.
— для вырабатывони электрической энергии .

Характеристики :
Полупроводниковый охладитель Пельтье имеет высокий КПД,
эффективно создает холод.
Термо элемент Thermoelectric Cooler TEC1 12706 по своей
конструкции представляет электрическое устройство.
.
Охладительный модуль внутри он состоит из 127 элементов разной
проводимости. В зависимости от полярности подаваемого на его
вход напряжения питания, он может охлаждать, или нагревать.
.
Термоэлектрический элемент Пельтье TEC1 12706
представляет собой квадратную керамическую
пластину размером 4 на 4см, толщиной 3мм.
Ток потребления при питании от сильно токовых источников
(например автомобильный аккумулятор), до 4,5 Ампера.
При питании от слабо точных источников (портатитвные,переносные
холодильники, док потребления может быть ниже 3х. ампер)
Мощность зависит от источнка питания порядка 60 Ватт.
.
Техническая информация:
Термоэлементы расчитаны на работу с радиаторами, которые отнимают
от них тепло и не дают им перегреться.
Поэтому с горячей стороны радиатор должен быть немного теплый,
а все лишнее тепло с него должно сдуваться вентилятором.
С холодной стороны тепература радиатора будет примерно на 20 градусов
ниже от температуры радиатора с теплой стороны.
.
Производитель термоэлементов дает такие примеры ориентировочных расчетов:
1. Например если температура радиатора с теплой стороны будет 20 градусов,
то соответственно с холодной строны температура будет на 20 градусов ниже,
тоесть около -5 градусов мороза.
2. Если температура радиатора с теплой стороны будет 25 градусов,
то соответственно с холодной строны температура будет на 20 градусов ниже,
тоесть около 0 градусов.
.
Это примерные расчеты, они приведены для использования элементов Пельтье
в фабрично изготовленных холодильниках.
В случае использования в каких-то других, самодельных устройствах,
эти показатели могут быть совсем другими.
.
.
Термоэлемент Пельтье купить можно с доставкой во все города
Украины Новой Почтой.

характеристики, принцип работы и применение

Современный человек не представляет свою жизнь без холодильника. В нем мы храним различные продукты, медикаменты, косметику и т.д. Однако обычный холодильник нельзя взять с собой в путешествие. Для этой цели можно использовать специальную сумку с термоэлементом Пельтье.

Описание и сфера применения

Термоэлемент Пельтье – это специальное охлаждающее устройство, принцип действия которого основан на одноименном эффекте. Своим названием он обязан первооткрывателю Жану Шарлю Пельтье.

Суть эффекта заключается в том, что контакт разных проводников способствует выделению или поглощению тепла. Объясняется это следующим образом: контактная разность потенциалов заставляет электроны замедлять или ускорять свое движение. Соответственно, это приводит к выделению или поглощению тепловой энергии.

Элементы Пельтье нашли широкое применение в системе охлаждения. Они используются в автомобильных холодильниках, настольных охладителях, кулерах для воды и даже в процессорах компьютеров.

Технические характеристики

Как и все электронные устройства, элементы Пельтье имеют ряд технических характеристик, которые позволяют выбрать наиболее подходящий прибор. При покупке устройства необходимо обратить внимание на следующие показатели:

• холодопроизводительность;
• максимальный температурный перепад между сторонами элемента;
• допустимую силу тока;
• максимальное напряжение;
• внутреннее сопротивление резистора;
• коэффициент эффективности.

Все эти данные можно получить у производителя или найти в техническом паспорте устройства. Показатели следует подбирать в зависимости от цели, для которой приобретается прибор.

Внутреннее устройство и принцип работы

Элемент Пельтье представляет собой небольшой модуль, состоящий из двух пластин изоляторов, изготовленных из керамики. Между ними располагаются последовательно соединенные термопары. Соединение осуществляется с помощью медных шин. Количество термопар зависит от назначения устройства. Некоторые приборы могут иметь только одну пару, другие – несколько сотен.

Каждая термопара состоит из полупроводников р – типа и n – типа. Одна часть модуля контактирует с p-n парой, другая – с n-p. Сторона с p-n контактами нагревается, а противоположная, соответственно, охлаждается.

Расшифровка маркировок

Все термомодули имеют специальную маркировку, содержащую несколько букв и цифр. Данное обозначение легко расшифровывается:

• первые две буквы всегда одинаковы – TE, они указывают на то, что это термоэлемент;
• следующая буква обозначает размер: C – стандартный и S – маленький;
• цифра, стоящая перед дефисом, показывает, сколько слоев в данном модуле;
• первые три цифры после дефиса обозначают количество термопар;
• последние две цифры несут информацию о величине номинального тока в Амперах.

Рассмотрим расшифровку на конкретном примере. На фото представлен термоэлемент стандартного размера с одним каскадом (слоем). Устройство имеет 127 термопар. А величина номинального тока равна 6 Амперам.

Плюсы и минусы устройства

Элемент Пельтье – это уникальное устройство, имеющее массу преимуществ. Среди них можно выделить следующие:

• отсутствие движущихся деталей, жидкостей и газов;
• бесшумная работа;
• небольшие размеры;
• возможность выполнения двух функций: нагревание и охлаждение.

Однако прибор имеет достаточное количество недостатков, из-за которых его нельзя использовать вместо обычного холодильника. Основными недостатками термоэлемета являются:

• низкий КПД (прибор способен понизить температуру лишь на несколько градусов относительно окружающей среды);
• отсутствие возможности работы без постоянного источника питания;
• ограниченное число циклов запуск-отключение;
• постепенное включение и отключение.

Элемент Пельтье используется во многих современных приборах, предназначенных для регулировки температуры. Устройство одновременно греется и охлаждается с разных сторон. Данный термоэлемент чаще всего используется в переносных или автомобильных холодильниках.

Конструкция и работа термоэлемента Пельтье

вопрос:
02028 приобрел ТЕС1-12706 как убедится в исправности, при включении на 12в в помещении греются обе стороны, а где же холод об,ясните

Как работает!

Экспресс-метод диагностики модулей Пельтье

Омметром (тестером) не касаясь проводяших частей (в т.ч. тела) замерить электрическое сопротивление между проводами термо модуля. Чаще всего, встречается в термомодуле встречается электрический обрыв, смотри конструкцию и материалы, из которых делается термомодуль Пельтье. На пределе измерения 2 килоома (2k) тестер DT9208A покажет не разрыв («1»), а «ахинею» 0,2…1,4 килоома. Бегущие показания свидетельствуют об изменении разницы температур между горячей и холодной стороной термоэлемента (полупроводниковой «термопары»).

Работа термоэлемента ТЕС1-12706

к
Генерация электричества: практические характеристики термоэлектрических модулей Пельтье и термопар.

02028 Приобрел ТЕС1-12706, как убедиться в исправности; при включении на 12в в помещении греются обе стороны, а где же холод? Объясните!

Работоспособность термоэлектрических модулей Пельтье

Термоэлектрический модуль Пельтье — это по-сути много полупроводниковых термопар, включенных последовательно, и термоэлектрический модуль Пельтье явлеется микросборкой полупроводниковых термопар (кусочков полупроводника с P и N проводимостью) на плате (как провило, керамической) с металлическими облуженными дорожками.

Термоэлемент (китайский) марки ТЕС1-12706 — по-заграничному — термомодуль Пелтье, или просто модуль Пелтье, или даже Пелтье, работает как обычное полупроводниковое устройство, с обратимостью функций:

• при пропускании электрического тока работает как тепловой насос — одна из пластин подложки (стороны, обкладки) — теплее, другая холоднее окружающей среды;
• при помещении одной стороны в тепло, а второй в холод термоэлемент работает как термэлектрический генератор постоянного электрического тока.

Пельтье ТЕС1-12706 всем хорош, кроме исполнения и надёжности и эксплуатационных характеристик термоэлемента:

• высокой теплопроводностью между обкладками;
• низким тепловым контактом сторон с источником тепла/холода;
• низкой механической, температурной и электрической прочностью термомодуля.

Из этого весьма вероятно предполагаю, что в термолементе ТЕС1-12706 нарушена физическая целостность, хотя как то странно.
Но рассмотрим подробно прочность модуля.

В Википедии (в русскоязычном варианте статья — убогая, поэтому читайте на Википедию английском языке):
Thermoelectric effect — Термоэлектрический эффект — Принцип работы термоэлектического модуля.

Хрупкие полупроводниковые «кристаллы» напаяны на хрупкую керамическую подложку с коммутирующим облученным припоем рисунком. Подложка 4х4 см (!) имеет толщину ок.1 мм, полупроводниковые кристаллы имеют размер ок. 1 мм (высота — 1 мм), плошадь контакта каждого кристалла с одной стороной — 1 мм квадратный. Всего в термоэлементе Пельтье ТЕС1-12706 128 полупроводниковых параллелипедов. Толщина металлических дорожек вместе с припоем облудки — 0, шишь десятых.

Щель между сторонами-пластинами, в которой полупроводниковые тела на металлических дорожках с припоем, заклеена (заполнена?) по краям силиконом. Силиконом же заполнено и вокруг подводящих двух проводов, припаянных к металлической дорожке пластины. Из материала «Генерация электричества: практические характеристики термоэлектрических модулей Пельтье и термопар» (линк выше) следует, что тепловой поток не столько генерирует электрический ток (соответственно, в режиме холодильника — не столько отбирает тепловую энергию), сколько проходит через полупроводиковые кристаллы, с низким КПД (коэффициентом полезного действия).

Поэтому — по конструкции термомодуля ТЕС1-12706 — это не столько генератор термо-электричества, сколько тепловой контакт (если рассмотривать электричество как побочный продукт) между горячим и холодным — смотри например теплообменники самодома — samodom.netnotebook.net и envirociety.org(простите за английский!).

Кто имел дело или разбирал микросхемы или транзисторы, диоды в металлических корпусах, тот ужаснется непрочности керамической конструкции ТЕС1-12706 площадью 1600 квадратных миллиметров при толщине 4 мм. Т.е. большая плошадь и маленькая толщина, и всё это — хрупкое керамическое!

Термопаста 40 мм Х 40 мм Х 2 стороны дает очень плохое прилегание или толстый слой с большим термическим сопротивлением, радиаторы типа

Если обеспечить температурное сопротивление холодная/горячая обкладка — радиатор (водный, жидкостный) много меньше, разность температур много больше — то есть обеспечить ВОЗМОЖНОСТЬ телового потока много больше, чем через сам термоэлемент (соответственно — тепловое сопротивление термоэлемента), то появляются условия для выработки электрической энергии. Что и делается в упомянутом самодоме — без всяких вращающихся турбин с воем и шумом, и механическими поломками.

Кто был в машзалах электростанций или наоборот — заводов или насосных станций, тот знает шум и вибрации генераторов / электродвигателей. Жизнь с этими звуками и трясками окрестностей несовместима, а значит и самодом в значительной степени становится безсмыленной затеей.

Какая сторона термомодуля нагревается, какая сторона термомодуля ТЕС1-12706 охлаждается? В режиме холодильника / нагревателя

При протекании тока под действием внешнего источника напряжения одна сторона отдает тепло «выше термической нормы», а вторая принимает это тепло. Ни точками, ни маркировкой, ни надписями горячая и холодная сторона термомодуля не обозначаются (как правило), а стороны термомодуля обозначаются цветом изоляции проводов-выводов — красный и черный провода.

• Красный провод вывода термоэлектрического модуля Пельтье — это плюс;
• Черный провод вывода термоэлектрического модуля Пельтье — это минус.

.

Расположите справа красный провод, слева черный; сверху получится холодная сторона элемента, снизу — горячая сторона.

Определение горячих и холодных сторон термомодуля на практике не так уж и важны, просто такая традиция.

Где плюс, где минус на термоэлементе в режиме генерации тока

(электричество)

На проводах термогенератора ТЕС1-12706: (и аналогичных моделей)
Расположите справа красный провод — плюс, слева черный — минус; наверу получится холодная сторона элемента, внизу — горячая сторона.

Электротехнические детали получения электричества из тепла и холода из электричества

Полная развязка — это когда электрическое сопротивление подложки-провод (выводной, любой) равно бесконечности; то есть, можно подключать термогенераторы «как заблагорассудится», назначив и подключив заземление (зануление) — синий провод — ноль, корпус; фаза — черный или коричневый, земля — желтый в зелёную полосочку. Такую расцветку проводов в кабеле или одиночных применяют, в частности, в европейском строительстве.

Керамические пластины термомодулей (и холодную, и горячую) делают с высокой точностью, низкой шершавостью поверхностей для плотного прилегания к радиаторам через термопасту (для хорошего теплового контакта с твердым телом), однако качественный тепловой контакт не получается, чему способствует отсутствие креплений (например, отверстий) на термомодуле.

Поэтому, тепловой контакт НЕПОСРЕДСТВЕННО жидкости с керамической (а значит — изолирующей!) пластиной обеспечивает несравнимо лучшие условия теплопередачи. Такую тепловую схему термоэлементов применяли в ядерных (радиоизотопных) космических аппаратах — для получения электроэнергии.

Но! Как учит партия, тела при нагревании терасширяются, а при охлаждении сужаются, то есть внутри термосборок возникают большие механические напряжения, которые отрывают ненадежно припаянные полупроводниковые элементы, рвут сами полупроводниковые «кристаллы», образуют микротрещины в керамических «сторонах» — одним словом, приводят к механическим разрушениям термоэлемента.

Сайт компании изготовителя термомодулей Пельтье TEC1-12706 (одного из?)

EVERREDtronics Ltd., производитель термомодулей и светодиодов; КНР.
Технические данные на продукцию.
everredtronics.com.

 
последние изменения статьи 02фев2015, 21мар2017

Термобатареи Пельтье. | Скачать научную диаграмму

Контекст 1

… более высокое значение ZT, требуется большой коэффициент Зеебека и электрическая проводимость, а также небольшая теплопроводность. Теплопроводность снижает FOM, поскольку приводит к нежелательному теплообмену между горячей и холодной сторонами термоэлектрического устройства. Компромисс для увеличения ZT показан на рис. 1, увеличение концентрации носителей для увеличения электропроводности также приводит к увеличению теплопроводности, и коэффициент Зеебека начинает уменьшаться с увеличением теплопроводности из-за отсутствия способности материала поддерживать более высокий градиент температуры.Bi 2 Te 3 является наиболее часто используемым полупроводниковым материалом из-за его относительно высокого FOM ZT = 1 при 300 ° K. Работа термоэлектрического охлаждающего устройства (ТЕС) или охладителя Пельтье зависит от эффекта Пельтье, описанного во введении. Ток в замкнутой цепи двух разнородных материалов вызывает температурный градиент на стыках. В объемных термоэлектрических охладителях полупроводниковый материал помещается между двумя проводящими пластинами. Носители заряда отвечают за процесс теплопередачи из-за разной энергии, необходимой для их движения в полупроводниковом материале и материале проводника.Тепловой ток идет в том же направлении, что и носители заряда, как показано на рис. 3. В термоэлементе n-типа электроны свободно перемещаются в проводнике, и когда они достигают материала n-типа, им требуется больше энергии, которая поглощается из окружающей среды. При переходе от n-типа обратно к проводнику выделяется тепло. Для термоэлемента p-типа электроны, попадающие в полупроводник, заполняют дырку, это падение уровня энергии связано с выделением тепла. И обратно в проводник, электроны возвращаются к более высокому уровню энергии, поглощая тепло.Для большего теплового потока требуется больше термоэлектрических элементов. Были реализованы разные подходы с использованием однотипных устройств. Конфигурация нескольких термоэлементов одного типа, соединенных параллельно электрически и термически, рис. 4.a. Эта конфигурация требует низкого напряжения с большим током, что было непрактично с коммерческой точки зрения. Другая конфигурация представляла собой набор однотипных термоэлементов, соединенных параллельно термически и последовательно электрически, рис. 4.b. Это позволило бы увеличить теплопередачу, но межсоединения, закорачивающие поверхности проводников, ограничивали процесс теплопередачи.Решением указанной проблемы является использование термоэлементов как n-типа, так и p-типа для образования пары. Эта конфигурация называется «термопарой Пельтье» и показана на рис. 4.c. Использование большего количества последовательно соединенных термопар увеличивает теплопередачу. Набор чередующихся термопар соединены последовательно электрически и параллельно термически. Такая конфигурация называется «гермоэлемент Пельтье Т», рис. 5. Чтобы найти различные параметры термобатареи, дается система [5] уравнений, связывающих эти параметры с количеством термоэлементов в термобатареи и параметрами материала.Приведен коэффициент Зеебека для общего числа термопар n …

Переходное термоэлектрическое импульсное охлаждение | ООО «Прикладные термоэлектрические решения»

Введение в переходное термоэлектрическое / импульсное охлаждение Пельтье

Приведенная ниже статья адаптирована из презентации, представленной на Международной конференции по термоэлектричеству (ICT) нашим основателем и техническим директором Альфредом Пигготтом. Выступление было хорошо встречено и вызвало большой интерес к переходному термоэлектрическому импульсному охлаждению.Ниже приводится краткое изложение каждого раздела презентации. Опубликованная статья доступна для просмотра: термоэлектрическое импульсное охлаждение.

Важность исследований по охлаждению переходных термоэлектрических импульсов

Работа, представленная здесь, важна, поскольку она упрощает способ оптимизации кратковременного охлаждения, такого как импульсные лазерные датчики и охлаждение горячих точек на кристалле. Ранее такая оптимизация не выполнялась. Такого же охлаждения можно добиться при меньших затратах или большего охлаждения за ту же цену.Это соответствует цели плана iNEMI по поиску более эффективных и экономичных способов отвода тепла от электронных систем.

Предпосылки переходного термоэлектрического импульсного охлаждения

При прочих равных, температура холодной стороны данного термоэлектрического охладителя или пары зависит от величины электрического тока, при котором работает устройство. Электрический ток в установившемся режиме, который обеспечивает самую низкую температуру или максимальную дельта-T на устройстве, называется Imax.При работе термоэлектрического устройства в установившемся режиме Imax может подаваться импульс тока. Этот импульс тока создает температуру ниже минимально возможной температуры, достижимой при установившемся токе.

Рисунок 1: Температура холодной стороны в зависимости от времени с импульсом тока

Эта мгновенная более низкая температура, достигаемая с помощью импульса тока, называется переохлаждением. Область, охватываемая переохлаждением, показанная на рисунке 1, известна как переходное преимущество.В литературе было обнаружено, что за этим переохлаждением следует период нагрева, который по величине и продолжительности больше, чем переохлаждение. Этот период нагрева называется перегревом. Область, охваченная перегревом, известна как временный штраф. Причина, по которой за этим кратковременным переохлаждением следует перегрев, связана с разделением во времени между охлаждением Пельтье и джоулевым нагревом. Охлаждение Пельтье происходит мгновенно на поверхности спая термоэлемента. Тепло Джоулева происходит мгновенно и по всему объему термоэлемента.Измерение температуры проводится очень близко к стыку, поэтому сначала измеряется низкая температура. Джоулеву теплу требуется время, чтобы рассеяться по термоэлементу к переходу. Это создает временное разделение между охлаждением и нагревом. Все это событие называется переходным термоэлектрическим импульсным охлаждением.

Исследовательская гипотеза о переходном термоэлектрическом импульсном охлаждении

В литературе по термоэлектрическому импульсному охлаждению в переходных процессах в основном изучаемая форма импульса тока представляет собой прямоугольную волну, и потери в переходных процессах по большей части были намного больше, чем переходные преимущества.В одном исследовании нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения использовался импульс тока равнобедренной формы. В этом исследовании было обнаружено, что временное преимущество может быть больше временного штрафа.

Рисунок 2: Высота и продолжительность импульса

Поскольку в исследовании равнобедренных форм использовалась только одна длительность импульса и высота импульса, сформировалась гипотеза о том, что, вероятно, существовала длительность и высота импульса тока, которые потенциально могли бы еще больше увеличить преимущество переходного процесса по сравнению со штрафом за переходный процесс.

Цель исследования для нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения

Целью работы по охлаждению переходных процессов термоэлектрического импульса здесь была оптимизация высоты импульса тока и длительности импульса равнобедренного треугольника, чтобы максимизировать переходное преимущество по сравнению с переходным процессом.

Рисунок 3: Кратковременное преимущество и временный штраф

Переходное термоэлектрическое импульсное охлаждение: представляющие интерес электрические токи

Переходное термоэлектрическое импульсное охлаждение отличается от использования модуля ШИМ.ШИМ использует импульсный электрический ток с заданным рабочим циклом для управления средним током, подаваемым на термоэлектрический охладитель. Импульсы тока ШИМ начинаются с нулевого тока. До сих пор исследования переходного термоэлектрического импульсного охлаждения не запускали импульсы тока с нуля. Переходное термоэлектрическое импульсное охлаждение запускает импульсы тока из установившегося состояния Imax. Когда термоэлектрический охладитель работает в установившемся режиме Imax, он создает наибольшую разницу температур между горячей стороной устройства и холодной стороной.Это называется Delta-Tmax.

Рисунок 4: Iopt и Imax

Для работы здесь был также интерес, что происходит, когда импульс тока начинается с Iopt. Iopt — это ток, обеспечивающий максимальную мощность охлаждения термоэлектрического модуля. Iopt немного выше Imax. Обратите внимание, что в термоэлектрической литературе иногда терминология Imax означает Iopt и наоборот. Для ясности смысла уравнения были указаны на рисунке 4.

Подход к моделированию переходного термоэлектрического импульсного охлаждения

Часто термоэлектрические охладители моделируются уравнениями стационарного состояния с нулевой размерностью. Для нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения эти нульмерные уравнения использовать нельзя. Модель должна иметь возможность моделировать тепловой поток относительно длины термоэлемента во времени во время импульса тока.

Для работы здесь была использована модель SPICE для моделирования нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения.SPICE означает программу моделирования с акцентом на интегральную схему. SPICE — это электротехническое программное обеспечение для численного решения проблем электрических цепей.

Рисунок 5: Модель SPICE

Электротермические аналогии используются в сочетании со SPICE. Согласно этим аналогиям, конденсаторы — это тепловая масса, источники тока — тепловой поток (джоулева тепло и охлаждение Пельтье), резисторы — это тепловое сопротивление термоэлементов.

Рисунок 6: Электротепловые аналогии

На рис. 5 показан термоэлемент, разделенный на 50 «конечных» элементов.Каждый конечный элемент содержит схему, представленную в пунктирном прямоугольнике. Эта часть тепловой модели термоэлемента моделирует распределенную массу, тепловое сопротивление и выделение джоулева тепла. В электрической модели используются распределенные источники напряжения и электрическое сопротивление, которые зависят от температуры и ссылаются на тепловую модель. В электрической модели источники напряжения имитируют эффект Зеебека в каждом из 50 дифференциальных элементов. Этот подход к моделированию SPICE обеспечивает быструю и точную модель для моделирования переходного термоэлектрического импульсного охлаждения.

Валидация модели нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения

Для проверки модели SPICE выходной сигнал сравнивался с выходом других доступных моделей, а также с экспериментальными данными для нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения. Было хорошее согласие между моделями и экспериментальными данными.

Рисунок 7: Валидация модели нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения

Результаты исследования нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения, приведенного здесь

На рисунке 8 в центре изображения показан типичный график, который можно найти в литературе для переходного термоэлектрического импульсного охлаждения.Каждый из характерных параметров указан на графике. Для работы здесь каждый из характеристических параметров нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения был нанесен на ось z трехмерного графика. Независимыми переменными по осям x и y были высота и длительность импульса. Для создания поверхностей было использовано 2025 комбинаций высоты и длительности импульса. (См. Также: анализ переходных процессов термоэлектрического импульсного охлаждения для каждого характеристического участка).

Рисунок 8: Результаты нестационарных термоэлектрических импульсных охлаждающих поверхностей

Основное внимание в исследовании уделялось преимуществам переходных процессов и штрафам за переходные процессы, а также возможности оптимизировать высоту и длительность импульса тока в форме равнобедренного треугольника, чтобы максимизировать преимущество переходных процессов по сравнению со штрафами за переходные процессы.Для этого было решено использовать новый термин. Термин «чистое временное преимущество» определялось как временное преимущество за вычетом временного штрафа. Если чистое переходное преимущество положительное, это означает, что временное преимущество больше, чем временный штраф. Переходная поверхность штрафа была вычтена из временной поверхности преимущества. Поверхность с чистым переходным преимуществом была нанесена на график, чтобы визуально увидеть, где поверхность была положительной, и чтобы увидеть форму поверхности.

Рисунок 9: Определение чистого временного преимущества

Результат исследования нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения

Было обнаружено, что высоту и длительность импульса тока можно оптимизировать, чтобы максимизировать чистое преимущество переходных процессов.Кроме того, другие перечисленные характеристические переходные параметры на рисунке 8 также могут быть максимизированы или минимизированы путем оптимизации высоты и длительности текущего импульса.

Рисунок 10: Чистое кратковременное преимущество при увеличении

Исследования будущего нестационарного термоэлектрического импульсного охлаждения

Вместо того, чтобы сосредотачиваться на переходном термоэлектрическом импульсном охлаждении с точки зрения отдельно стоящей пары и только температуры холодной стороны, будет изучаться переходное термоэлектрическое импульсное охлаждение с точки зрения термоэлектрического модуля и с точки зрения системы.В частности, модуль, прикрепленный к тепловыделяющему объекту.

Вот некоторые вопросы, на которые нужно ответить:

• Работает ли переходное термоэлектрическое импульсное охлаждение с модулем?
• Как импульсное охлаждение влияет на COP, потребляемую мощность, Qc и среднюю температуру охлаждаемого объекта?
• Какие системные переменные наиболее чувствительны к импульсному охлаждению? (т.е. сопротивление термоинтерфейса, теплопроводность теплораспределителя и т. д.)
• Что происходит во время непрерывных импульсов?

• Что происходит с распределением температуры внутри термоэлемента во время импульсов?

Дополнительные ресурсы охлаждения переходными термоэлектрическими импульсами:

1. Охлаждение горячих точек с использованием встроенных термоэлектрических охладителей, 22-й симпозиум IEEE SEMI-THERM, 2006 г.

2. Митрани, Дж. Салазар, А. Тури, М. Дж. Гарсия и Дж. А. Чавес, Аналоговая электрическая модель TE-устройств с распределенными параметрами с переходными процессами, Microelectronics Journal, 40, 1406 (2009).

3. Снайдер, Ж.-П. Fleurial, T. Caillat, R. Yang и G. Chen, Переохлаждение охладителя Пельтье с использованием импульса тока, Journal of Applied Physics, 92, 1564 (2002).

4. Янг, Г. Чен, Г. Дж., Рави Кумар, А. Снайдер и Ж.-П. Fleurial, Переходное охлаждение термоэлектрических охладителей и его приложения для микроустройств, Преобразование энергии и управление, (2005).

5. Манно, В. Пенг и А. Бар-Коэн, Импульсное термоэлектрическое охлаждение для улучшенного подавления горячей точки германия, Компоненты, упаковка и технология производства, IEEE Transactions on, 4, 602 (2014).

6. Manno, охлаждение термоэлектрической точки на кристалле, Ph.D. диссертация, Мэрилендский университет, 2015.

7. Пигготт, Переходное термоэлектрическое переохлаждение: равнобедренные импульсы тока с точки зрения поверхности отклика и эффективность импульсного охлаждения теплогенерирующей массы, магистерская диссертация, Технологический университет Мичигана, 2015.

8. Салливан, Встраиваемые термоэлектрические устройства для охлаждения на кристалле и выработки электроэнергии, доктор философии. диссертация, Технологический институт Джорджии, 2012.

9. Тонхаузер, Дж. Д. Махан, Л. Зикатанов и Дж. Роу, Улучшенное переохлаждение в переходных термоэлектриках, Applied Physics Letters, 85, 3247 (2004).

10. Салливан, М. П. Гупта, С. Мухопадхай и С. Кумар, Термоэлектрические охладители для управления температурным градиентом на кристалле, в: Международный конгресс и выставка машиностроения ASME 2010, Американское общество инженеров-механиков, 187 (2010).

11. Мао, Х. Чен, Х. Цзя и Х. Цянь, Переходное поведение переходов Пельтье в импульсном режиме с переохлаждением, Журнал прикладной физики, 112, 014514 (2012).

12. Редмонд, К. Маникарадж, О. Салливан, С. Мухопадхьяй и С. Кумар, Охлаждение горячих точек в многослойных микросхемах с использованием термоэлектрических охладителей, Компоненты, технология упаковки и производства, IEEE Transactions on, 3, 759 (2013).

13. Lv, X.-D. Ван, Т.-Х. Ван, Ж.-Х. Менг, Оптимальная форма импульсного тока для переходного переохлаждения термоэлектрического охладителя, Энергия, 83, 788 (2015).

14. Ма, Дж. Ю и Дж. Чен, Исследование термоэлектрических охладителей, работающих с непрерывными импульсами тока, Преобразование энергии и управление, 98, 275 (2015).

15. Хойос, К. Рао и Д. Джергер, Быстрый переходный отклик новых переходов Пельтье, Преобразование энергии, 17, 45 (1977).

16. Геометрические эффекты на переходное охлаждение термоэлектрических охладителей, том 691, Бостон, Массачусетс, США, 2001.

17. Ур., X.-D. Ван и Ч.-Х. Ван, Тянь-Хуанд Ченг, Улучшение кратковременного переохлаждения термоэлектрических охладителей за счет переменного поперечного сечения полупроводника, Applied Energy (2016).

18. Lv, X.-D. Ван, Ж.-Х. Meng, T.-H. Ванга, В.-М. Ян, Повышение максимального перепада температуры термоэлектрического охладителя за счет двухступенчатой ​​конструкции и переходного эффекта переохлаждения, Applied Energy, (2016).

19. К. Нгуен и К. В. Почираджу, Поведение термоэлектрических генераторов при воздействии кратковременных источников тепла, Прикладная теплотехника, 51, 1 (2013).

Технические, инженерные и консультационные услуги для вашей идеи, приложения или продукта для термоэлектрического охлаждения или производства термоэлектрической энергии.

• Преодолейте свой текущий вызов
• Выберите самый быстрый, наименее рискованный и эффективный путь к своим целям
• Ваша идея до прототипа и дальше

Теперь принимаются все криптовалюты, включая биткойны! Свяжитесь с нами, чтобы узнать о дополнительных альтернативных способах оплаты.

Работайте с нами

Ознакомьтесь с нашими услугами

Присоединяйтесь к нашему списку рассылки

Другие страницы, которые могут вам понравиться

1. Наши услуги
2. Наша работа
3. Как работают термоэлектрические генераторы
4. Медицинские термоэлектрики
5. Моделирование и моделирование термоэлектрических генераторов — 8 вещей, которые необходимо знать
6. Выиграли конкурс инноваций по применению термоэлектрических генераторов
7. Термоэлектрики импульсные
8. Термоэлектрики переходные
9. Мы судили конкурс NASA Tech Briefs Innovation Contest
10. Прикладные термоэлектрические решения удостоены награды «Выбор редакции»

Нравится это сообщение?

Понравился пост? Не понравился пост? Пожалуйста, оставьте комментарий ниже! И поделиться в социальных сетях

Термоэлектрический эффект — обзор

8.2.2 Обращенный термоэлектрический эффект (Пельтье)

Прямой термоэлектрический эффект был открыт в 1821 году немецким физиком Томасом Зеебеком. Он заключается в появлении электродвижущей силы, когда соединения двух проводов, сделанных из разных электрических проводников (ансамбль называется термопарой), помещаются в среды с разными температурами.

Обратный термоэлектрический эффект был открыт в 1834 году французским физиком Жан-Шарлем Анастасом Пельтье. При подключении термопары к источнику постоянного тока (DC) один спай нагревается, а другой охлаждается.Инвертируя направление тока, холодный и горячий спаи переключаются.

Возникновение разницы температур между двумя переходами, включающими разные металлические проводники, при подключении к источнику постоянного тока называется эффектом Пельтье. Объяснение заключается в том, что разные электрические проводники имеют разные уровни энергии своих электронов проводимости. Когда электроны вынуждены переходить из высокоэнергетической области в низкоэнергетическую под действием электрического поля, электроны отвергают свою избыточную энергию как тепло.Это явление возникает на границе между двумя проводниками, которые соединяются сваркой. Противоположный процесс происходит на другом стыке: электроны с низкой энергией поглощают из окружающей среды энергию, необходимую для перехода в область высоких энергий, и это явление проявляется в отводе тепла от окружающей среды.

В проводниках охлаждающий эффект слабый, тогда как в полупроводниках его интенсивность важна. Максимальная эффективность охлаждения достигается, когда один из полупроводников относится к n-типу, а другой — к p-типу.Типичные полупроводники p-типа, используемые для этой цели, представляют собой сплавы Sb ₂ Te ₃ и Bi ₂ Te ₃ , а полупроводники n-типа представляют собой сплавы Bi ₂ Te ₃ и Bi ₂ SE ₃ . С такими парами достигается разница температур до 60 ° C. Последовательно соединив несколько термоэлектрических пар (расположение батарей: холодный конец одной из них охлаждает горячий конец другой), можно увеличить температурный зазор.

Термоэлектрические холодильные батареи используются как в маломощных, так и в высокомощных приложениях. Для небольших систем оптимизация направлена ​​на получение максимально возможной мощности за счет снижения эффективности. Системы высокой мощности предназначены для достижения максимальной эффективности с точки зрения эффективности. Другими потенциальными применениями термоэлектрических холодильных систем являются небольшие системы кондиционирования воздуха, бытовые холодильники и авиакосмическая промышленность.

Эффект охлаждения снижается за счет тепловыделения при прохождении электрического тока через проводящее тело (эффект Джоуля – Ленца) и за счет теплопроводности между двумя переходами.

Преимущества термоэлектрических холодильных систем обусловлены тем фактом, что они не требуют хладагента, не имеют движущихся частей, просты, холодопроизводительность может быть настолько мала, насколько это необходимо, охлаждающий элемент имеет очень маленький размер (применение в хирургии, электронике , и стоматология), а температуру охлаждения можно легко контролировать, изменяя силу тока. С другой стороны, они обладают плохой ударопрочностью и дороги.

Переохлаждение Пельтье с равнобедренными импульсами тока: охлаждение объекта с внутренним выделением тепла

От портативной электроники до крупномасштабных систем и силовой электроники, используемой для транспорта, растет спрос на более экономичные и эффективные средства отвода тепла. ¹

Устройства

Пельтье предлагают средство отвода тепла, которое имеет много преимуществ. Охладители Пельтье — это твердотельные тепловые насосы, которые преобразуют электрический ток непосредственно в разность температур и тепловой поток. Устройства обратимы, создание разницы температур вызовет протекание тока. Используемый принцип действия — термоэлектрический эффект.

В качестве метода терморегулирования использование термоэлектриков имеет много преимуществ. Термоэлектрики твердотельные.Отсутствие движущихся частей увеличивает надежность и исключает шум или вибрацию. Обогрев и охлаждение могут осуществляться одним и тем же устройством одновременно. Направление теплового потока можно изменить, изменив электрическую полярность устройства. Электрический ток, подаваемый на устройство, можно очень точно контролировать, что позволяет регулировать температуру в пределах +/- 0,01 ° C. ² С помощью термоэлектриков можно достичь температуры ниже температуры окружающей среды. Коэффициент полезного действия ( COP ) больше 1 может быть достигнут для нагрева, что невозможно для резистивных нагревателей Джоуля.Термоэлектрики обладают высокой удельной мощностью охлаждения и могут быть рассчитаны на очень сильное охлаждение COP . ³ В дополнение к высокому коэффициенту COP можно снизить энергопотребление, поскольку устройства можно использовать для управления температурным режимом в зависимости от места установки или зон, а не для охлаждения всего шкафа. Термоэлектрики не используют вредных хладагентов. Устройства будут работать в ориентации.

Благодаря многочисленным преимуществам термоэлектрики ⁴ используются для самых разных приложений.Более поздние исследования и приложения включают использование термоэлектрического охлаждения для повышения эффективности фотоэлектрических систем, ⁵ решение проблем управления тепловым режимом с интеграцией охлаждения в кремниевые фотонные системы, ⁶ высокий COP охлаждение аэрокосмической электроники, ³ интеграция термоэлектрических охлаждение с помощью материалов с фазовым переходом (PCM) для энергоэффективных зданий, ⁷ производство атмосферной воды для засушливого климата, ⁸ высокоэффективная дистилляция воды, ⁹ улучшенный температурный комфорт в автомобильной зональной системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ^10,11 и для гибридных и управление температурным режимом аккумулятора электромобиля. ^12–18

Некоторые из многих коммерческих приложений включают охлаждение ЦП, ¹⁹ охлаждение киосков, ²⁰ сиденья с подогревом и охлаждением, ^18,21 небольшие холодильники, ²² матрасы, сиденья, офисные стулья, ²¹ автомобильные подстаканники и мини-холодильники. ²³

Охлаждающая способность термоэлектрических устройств зависит от используемых полупроводниковых материалов, количества термопар, геометрии термоэлементов, составляющих пары, электрического рабочего состояния устройства, а также внешней тепловой нагрузки и температур. ²⁴

Растущая область исследований ^12,24–55 — это работа термоэлектрических устройств при переходных электрических токах. Когда импульс тока подается на устройство, работающее при установившемся токе, на холодном спайе пары или модуля может быть достигнута временная более низкая температура, чем может быть достигнута при работе с оптимальным установившимся током. Это показано на рисунке 1. Это временное состояние с более низкой температурой называется переохлаждением. И наоборот, за переохлаждением (переходным преимуществом) следует период перегрева (переходные потери), в течение которого температуры холодного спая поднимаются выше значения установившегося состояния.Области переохлаждения и перегрева заключены в заштрихованные области на фиг.1. Было обнаружено, что длительность и высота импульса тока могут быть оптимизированы для получения максимального преимущества в переходных процессах или для максимального увеличения общего охлаждения, что является разницей между преимуществом переходного процесса и переходным штрафом. ²⁴ Было показано, что помимо охлаждения, тепловые импульсы могут повысить эффективность преобразования тепла в электрический термоэлектрических генераторов. ^56–61

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. Временное преимущество и штраф.

Уравнение 1, иногда называемое «идеальным уравнением», ⁶² определяет количество охлаждения, которое может быть достигнуто во время работы в установившемся режиме. Уравнение справедливо для переходных режимов за исключением того, что T _c , Δ T и I зависят от времени. T _c — температура холодного спая пары, а n — количество пар в модуле.В обоих случаях α, R и K зависят от температуры.

Это уравнение состоит из членов Пельтье, Джоуля и Фурье слева направо. α — коэффициент Зеебека пары α = α _p — α _n [В / К], T _c — температура холодного спая каждого термоэлемента, а I электрический ток, приложенный к паре. R — электрическое сопротивление пары в омах. K — теплопроводность пары в [Вт / К]. Δ T равно T _h минус T _c . R зависит от удельного электрического сопротивления полупроводникового материала ρ и геометрии термоэлементов. K , теплопроводность зависит от теплопроводности полупроводника k и геометрии термоэлементов. Когда T _h > T _c и α увеличивается, а ρ и k уменьшаются, увеличиваются.То же самое верно для T _c > T _h , однако уменьшается по мере уменьшения k . Добротность Z = α ² / ρ k используется для характеристики термоэлектрических полупроводниковых материалов. Более высокое значение Z приводит к увеличению, когда T _h > T _c .

На рисунке 1 показана зависимость T _c от времени при подаче импульса тока. Достигнутая мгновенная более низкая температура с последующим ее повышением и выбросом происходит из-за различных постоянных времени условий охлаждения Пельтье и джоулева нагрева в уравнении 1.Усиленное охлаждение Пельтье — это мгновенный и межфазный эффект, который имеет место только на холодном спайе каждой пары. Джоулев нагрев происходит мгновенно во всем объеме каждого термоэлемента. Объемное джоулево тепло имеет более медленную постоянную времени и задерживается при достижении перехода T _c из-за диффузии по термоэлементу.

Уравнение 2 определяет тепло, выделяемое горячей стороной T _h из-за нагрева Пельтье.

Скорость работы, выполняемой подводом мощности к термоэлектрическому устройству, определяется энергетическим балансом с границей вокруг пары.

Подставляя уравнения 1 и 2 в уравнение 3, получаем

Коэффициент полезного действия ( COP ) составляет:

Коэффициент полезного действия важен, поскольку он определяет способ определения того, сколько ватт тепловой мощности перемещается на каждый ватт электрической мощности, подаваемой на устройство.

В данной работе основное внимание уделяется двум значениям установившегося электрического тока. Эти значения тока представляют собой значения, при которых устройство работает до импульса и после импульса во время импульсного режима. Первое значение, I _max , представляет собой электрический ток, который поддерживает максимальную разницу температур между T _h и T _c , когда T _h является фиксированным и T _c утеплен.Второй, I _opt — это электрический ток, который выдерживает максимум при T _h — T _c = 0. I _max ⁶³ и I _opt ⁶⁴ характеризуются следующим образом:

Коэффициент Зеебека пары равен α = α _p — α _n [В / К]. R — электрическое сопротивление пары.

Для работы здесь используются импульсы в форме равнобедренного треугольника.Для любой формы импульса ⁴⁷ нормализованный метод ³⁶ для характеристики амплитуды импульса относительно установившегося тока определяется уравнением 8 и уравнением 9. Для этой работы использовалась величина импульса 1,418 и длительность 10 секунд для цифры с постоянной высотой или длительностью импульса. Эта комбинация была оптимизирована для получения чистого преимущества в переходных процессах для импульсов, начиная с I _max ²⁴ с использованием тех же термоэлементов, которые используются здесь. Для сравнения, одинаковая амплитуда и длительность импульса использовались для импульсов, начиная с I _opt , однако этот импульс не был оптимизирован для получения чистого преимущества в переходных процессах, поскольку чистое преимущество в переходных процессах невозможно, начиная с импульсов с I _opt . ²⁴

Постоянная времени теплового распада ³⁶ от пикового переходного процесса до температуры установившегося состояния дается уравнением 10.

Здесь l — длина термоэлемента, а a — коэффициент температуропроводности термоэлемента.

SPICE (программа моделирования с акцентом на интегральные схемы) была разработана в 1970-х годах для решения проблем интегральных схем. SPICE использовался для моделирования переходных термоэлектриков. ^{24,38,64–66} Электрические компоненты в модели SPICE используются для воспроизведения теплофизики с использованием термических аналогий для определения значений электрических компонентов.

Для работы здесь использовалась модель SPICE из-за ее скорости и точности, и она естественным образом соответствовала ранее разработанной модели SPICE. ²⁴ Используемая здесь модель термоэлектрического модуля была проверена на соответствие другим моделям, а также экспериментальным данным с хорошим согласием. ²⁴

Во многих исследованиях ^12,24–54 импульсное охлаждение рассматривалось с точки зрения одиночной отдельно стоящей пары с очень маленьким или не прикрепленным к нему объектом, который необходимо охлаждать.Кроме того, эти исследования проводились только с точки зрения температуры холодной стороны.

Из-за короткого всплеска охлаждения, обеспечиваемого импульсом, который превышает максимально возможное в установившемся режиме, были предложены приложения, в которых используется непрерывное импульсное охлаждение за счет использования повторяющихся импульсов. ^55,67 Кроме того, некоторые предположили ⁶⁸ , что импульсное охлаждение можно использовать для увеличения COP до большего, чем при установившемся охлаждении, если применяется правильная форма импульса.

Для каждого из этих предложенных приложений или исследований было бы полезно, чтобы читатель имел дополнительные данные, чтобы понять физику того, как охлаждение или COP было или могло быть увеличено. В одном примере была построена отдельно стоящая пара, для которой холодная сторона могла быть механически отключена ⁶⁷ после импульсного охлаждения Пельтье и до того, как задержанное по времени джоулево тепло (переходный штраф) достигло холодной стороны. Затем холодная сторона повторно подключается после того, как джоулево тепло рассеивается через T _h .В этом исследовании снижение температуры холодной стороны было связано с улучшением ZT , однако было неясно, было ли снижение температуры для первого импульса или для одного из повторяющихся импульсов. Читателю было бы полезно увидеть температуру, энергопотребление и COP в зависимости от времени, чтобы понять, как работает система.

Другой пример, ⁵⁵ использовал импульсы тока и в то же время пульсировал коэффициент теплопередачи на горячей стороне устройства.Более высокое значение COP () было достигнуто в импульсном режиме, а затем в устойчивом режиме. Однако снова не было данных о переходных процессах для температуры,, Потребляемая мощность, COP или исходных данных COP , показанных до импульса.

Наконец, было высказано мнение, что импульсное охлаждение может увеличить COP ⁶⁸ , однако не было показано результатов, подтверждающих или количественно определяющих это.

Эти предыдущие исследования подчеркивают необходимость показать соответствующие переходные данные вместе с переходными установившимися базовыми показателями, объяснить физику и сделать это с использованием реалистичной и системной модели.Удовлетворение этой потребности, а также изучение того, как изменение различных переменных системного уровня влияет на реакцию COP , и является целью настоящего исследования.

Для достижения поставленной цели был разработан оптимизированный импульс тока равнобедренной формы с высотой и длительностью импульса тока, взятыми из Ref. 24 был применен к термоэлектрическому модулю, находящемуся в тепловом контакте с системой, содержащей относительно большой объект, выделяющий тепло. Работа здесь также добавила интерфейсные сопротивления и внутреннее генерирование джоулева тепла внутри медных межсоединений.Ранее это не изучалось. Эти дополнительные детали создали реалистичное приложение, для которого можно было изучить импульсное охлаждение.

В предыдущих исследованиях использовались импульсы, начиная только с I _max . В данной работе также использовались импульсы, начинающиеся с I _opt , для сравнения, чтобы увидеть, могут ли импульсы обеспечить большее охлаждение, чем максимум, который может быть достигнут в установившемся режиме.

В данной работе изучались эффекты изменения различных аспектов системы.К ним относятся внутреннее тепловыделение охлаждаемого объекта и межфазные сопротивления между модулем и теплораспределителем, а также между теплораспределителем и охлаждаемым объектом. Эти исследования ранее не проводились.

Это исследование поможет сфокусировать будущую работу на достижении цели ¹ «дорожной карты» iNEMI по поиску более экономичных и эффективных средств отвода тепла для портативной электроники, крупномасштабных систем и силовой электроники, используемых на транспорте.

Объектом исследования является система, изображенная на Рисунке 2.Эта система начинается с охлаждаемого объекта, выделяющего тепло. К объекту прикреплен рассеиватель тепла, закрывающий все лицо. Термоэлектрический модуль прикреплен к лицевой стороне теплораспределителя. На противоположной стороне теплораспределителя находится охлаждаемый объект. Между модулем и теплораспределителем, а также между теплораспределителем и охлаждаемым объектом находится термопаста. Не закрытые термоэлектрическим модулем грани теплораспределителя и охлаждаемого объекта покрыты теплоизоляцией.Периметр охлаждаемого объекта не утеплен; он подвергается воздействию температуры окружающего воздуха. Площадь поверхности охлаждаемого объекта, прикрепленного к теплораспределителю, намного больше, чем площадь краев охлаждаемого объекта. Теплоизлучающий объект размером примерно с аккумуляторную батарею автомобильного типа. Подробные размеры приведены в таблице I.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2.Система — Теплогенерирующий объект, охлаждаемый термоэлектрическим модулем.

Таблица I. Свойства модели системы; Исключая свойства термоэлемента.

	Компонент	Размер [мм]	Количество узлов	Теплопроводность [Вт / м · К]	Плотность [кг / м 3 ]	Удельная теплоемкость [Дж / кг K]
Холодная сторона	Алюминиевый теплоотвод	165 × 230 × 1	25	204 72	2700 72	900 72
	Масса	165 × 230 × 9	125	32 73	2323 73	1605 73
	Диэлектрик из глинозема	0.70	6	230 72	3260 74	740 74
	Межкомпонентные соединения Cu	0,3000	6	386 72	8960 72	385 72
	Пайка олово / свинец	0,0500	6	48 72	не моделируется	не моделируется
	Термопаста	0.0235	6	3,7 75	не моделируется	не моделируется
Горячая сторона			постоянная температура
Обе стороны	Изоляция из пенополиуретана	165 × 230 × 25,4	25	0,35 76	39 77	1450 78

Модель SPICE

Существует две основные модели SPICE, которые составляют системную модель, используемую для данного исследования.Что касается физических компонентов, первая модель — это модель термоэлементов в охлаждающем модуле. Вторая часть модели системы состоит из медных межсоединений, соединяющих термоэлементы, паяных соединений между медью и термоэлементами, диэлектрических пластин из алюминия, термопасты между пластинами из оксида алюминия и теплоотводом, термопасты между теплораспределителем и охлаждаемым объектом, теплоотводом. , теплогенерирующий объект и теплоизоляция. Различие между двумя моделями дается потому, что они были созданы в ходе двух отдельных разработок.Модель для всех физических компонентов, за исключением термоэлементов, будет подробно обсуждена здесь. Кратко остановимся на модели термоэлемента.

Ключевыми особенностями одномерной модели термоэлемента являются распределенная масса и распределенное выделение джоулева тепла внутри термоэлементов. Это позволяет модели точно прогнозировать переходные температуры импульсного охлаждения и тепловые потоки. Детали модели термоэлемента и ее проверка на экспериментальных данных можно найти в предыдущей работе. ^24,49

Модель системы состоит из сетевых электрических компонентов, значения которых указаны с использованием электротермических аналогий. Эти электрические схемы одновременно численно решаются на переходные характеристики с помощью программного обеспечения SPICE.

За исключением модели термоэлемента, схема на Рисунке 3 детализирует сетевые электрические компоненты, используемые для модели системы. Теплоизлучающий объект, теплораспределитель и изоляция — все используют трехмерное расположение сгруппированных электрических компонентов с узлом в центре для моделирования физики.Эти группы электрических компонентов аналогичны «конечным элементам». Резисторы используются в направлениях x, y и z для определения трехмерного теплового сопротивления и температурных градиентов в физических компонентах. Это трехмерное расположение было изменено Салливаном и др. ⁶⁵

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Модель охлаждаемого объекта состоит из 125 узлов. Есть пять узлов в измерении X, 5 узлов в измерении Y и 5 в измерении Z.Резисторы можно моделировать с анизотропными свойствами, однако для работы здесь они изотропны. Значение теплового сопротивления для каждого резистора в K / W рассчитывается по уравнению 11.

Уравнение 11 является примером расчета теплового потока в направлении оси x. Здесь L _x / k _x A _yx — полное тепловое сопротивление в направлении x трехмерного охлаждаемого объекта. Здесь L _x — длина охлаждаемого объекта в x-направлении. k _x — теплопроводность охлаждаемого объекта в x-направлении. A _yz — площадь, нормальная к тепловому потоку в направлении x. Это область, состоящая из размеров y и z охлаждаемого объекта. Эта часть уравнения могла бы существовать отдельно, если бы охлаждаемый объект моделировался одним большим резистором. Однако охлаждаемый объект моделируется множеством параллельных цепочек резисторов, для которых тепло течет в x-направлении. По этой причине это общее сопротивление должно быть умножено на количество параллельных цепочек резисторов, которые проходят в направлении x охлаждаемого объекта и заканчиваются в плоскости yz ( N _p ).Это дает общее сопротивление каждой параллельной струны. Как только он будет обнаружен, его необходимо разделить на количество резисторов в одной из цепочек ( R _count ). Этот процесс повторяется для теплового сопротивления в направлениях y и z.

Умножение общего теплового сопротивления на количество параллельных цепочек может показаться нелогичным. Это аналогично использованию десяти меньших труб для подачи воды, а не одной большой трубы. Каждая труба имеет сопротивление потоку, которое в десять раз выше, чем у одной трубы, но при этом имеется десять параллельных труб, поэтому течет одна и та же вода.

Конденсатор подключен к центральному узлу каждой трехмерной группировки для моделирования переходного характера теплопередачи в массе. Тепловая емкость была равномерно распределена между всеми узлами. Тепловая емкость в каждом узле является произведением общего объема V , плотности ρ и удельной теплоемкости C _p , деленных на количество узлов N , как показано в уравнении 12. Плотность, удельная теплоемкость и размеры для расчета объема можно найти в Таблице I.

Для теплогенерирующего объекта тепловыделение моделировалось в каждом узле с источником тока, и это распределяло общее тепловыделение равномерно по распределенной массе. При желании существует возможность смоделировать это тепловыделение неравномерно.

Между теплораспределителем и охлаждаемым объектом находится термопаста. Сопротивление термоинтерфейса термопасты моделировалось с помощью распределенных резисторов. Один резистор соединяет каждый узел теплораспределителя с каждым узлом на верхней поверхности охлаждаемого объекта.Шесть резисторов использовались для моделирования термопасты между глиноземом и теплораспределителем. Один резистор также подключал каждый узел между изоляцией и теплораспределителем для моделирования сопротивления теплового контакта. На схеме на Рисунке 3 для ясности показан только один резистор. Каждый узел изоляции был подключен к каждому узлу теплораспределителя, за исключением шести узлов, которые были подключены к модулю. Изоляция была смоделирована, как показано на рисунке 2. То есть изоляция, окружающая модуль, и с обеих сторон охлаждаемого объекта.

Для термопасты, чтобы определить значение сопротивления термоинтерфейса, значения в таблице II умножаются на общую площадь поверхности, для которой соприкасается термопаста. Это дает сопротивление термоинтерфейса в K / W . Общее термическое сопротивление — это не только это сопротивление поверхности раздела, но и тепловое сопротивление самого слоя смазки в сочетании с сопротивлением раздела фаз с обеих сторон слоя смазки, как показано в уравнении 13.Эти три сопротивления были рассчитаны для всей области физической части, а затем суммированы. Эта сумма затем умножалась на количество параллельных резисторов, подключенных между всеми узлами. Это дает тепловое сопротивление на каждом резисторе в модели, как показано в уравнении 14. Предполагалось, что сопротивление интерфейса было одинаковым с обеих сторон слоя смазки. В действительности сопротивление поверхности раздела на обеих сторонах будет отличаться из-за различных характеристик поверхности с обеих сторон термопасты.

Таблица II. Сопротивление термоинтерфейса [м ² К / Вт].

Холодная сторона: оксид алюминия — термопаста	6,3 × 10 — 6 75
Холодная сторона: термопаста — распределитель	6,3 × 10 — 6 75
Холодная сторона: Распределитель — термопаста	6,3 × 10 — 6 75
Холодная сторона: термопаста — масса	6.3 × 10 — 6 75
Масса — изоляция	8 × 10 -2 79
Горячая сторона: теплообменник	Постоянная температура (без интерфейсного сопротивления)

Температура окружающей среды была смоделирована с использованием распределенных источников напряжения в каждом узле всех физических частей, подверженных воздействию окружающей среды. Однако в этих источниках напряжения использовалась постоянная температура, однако модель может работать с изменяющейся во времени температурой окружающей среды.Естественная конвекция на каждом конечном элементе моделировалась с помощью резистора. Уравнение 15 используется для определения этого теплового сопротивления. Эта модель также может использовать адиабатические или радиационные граничные условия.

В уравнении 15 A — это площадь, подверженная воздействию окружающего воздуха, а h — коэффициент конвективной теплопередачи. Как и в приведенном выше расчете теплового сопротивления, общее сопротивление необходимо умножить на количество узлов на поверхности, подверженной воздействию окружающей среды.

Для коэффициентов конвективной теплопередачи, смоделированных здесь, использовался упрощенный метод нахождения коэффициентов конвективной теплопередачи. ^70,71 Использовались разные коэффициенты теплопередачи в зависимости от того, были ли поверхности, подверженные воздействию окружающей среды, вертикальными, горизонтальными вверх или горизонтальными вниз.

Между термоэлементами и теплораспределителем тепловые сопротивления припоя, меди и оксида алюминия моделировались последовательными резисторами в шести параллельных цепочках.Это можно увидеть в левой части рисунка 3. Джоулево тепло, генерируемое внутри меди, улавливается в модели с помощью источника тока. Джоулева теплота была рассчитана с использованием I ² R , где I — электрический ток в термоэлектрических модулях, а R — электрическое сопротивление медных межсоединений на холодной стороне устройства. Это общее тепловыделение было разделено на шесть и затем применено к каждому из шести источников тока.

Общая тепловая емкость для каждого компонента может быть рассчитана по уравнению 12. Перед вводом переменной тепловой емкости общая емкость должна быть разделена на количество узлов в физической части. Это позволяет модели уловить распределенную нестационарную теплопередачу. Плотность, удельная теплоемкость и размеры для расчета объема можно найти в таблице I.

Масса и джоулева теплота припоя не были включены из-за небольшой величины каждого из них.В зависимости от необходимой точности, будущие улучшения модели могут включать эти элементы. Дополнительные будущие элементы могут включать сопротивление термического интерфейса между термоэлементом и припоем, припоем и медью, а также между оксидом алюминия и медью.

Для модели модуля термоэлемента оптимизация по размеру и количеству пар не производилась. Количество пар просто масштабировалось, чтобы обеспечить установившуюся температуру охлаждаемого объекта 35 ° C. при заданном внутреннем тепловыделении.Поскольку выделяющий тепло объект был выбран в качестве размера, представляющего элемент батареи, было выбрано 35 ° C, потому что это обычная целевая температура управления температурой для элементов литий-ионной батареи.

На рис. 7 показан эффект оставления импульса тока той же величины на увеличивающееся время. Для импульса тока, начиная с I _max , средняя температура охлаждаемого объекта во время и после импульса ниже, чем в установившемся режиме. Это предполагает чистый отвод тепла от объекта во время импульса.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. Влияние длительности импульса на температуру охлаждаемого объекта.

Для импульсов тока, начинающихся с I _opt , (не показано) средняя температура охлаждаемого объекта становится ниже с увеличением длительности импульса, однако средняя температура объекта восстанавливается до более высокой температуры, чем это было бы при отсутствии пульс.Это говорит о том, что отвод тепла с помощью импульса тока, начиная с I _opt , имеет более низкую чистую Q _c , чем в установившемся режиме.

Если импульсы тока остаются включенными дольше или в течение бесконечного периода времени, термоэлектрическое устройство просто будет работать с новым установившимся током. Работа устройства при токе в установившемся режиме выше I _max обеспечит более высокое значение, однако работа при токе выше I _opt не будет из-за более высокой доли джоулева тепла по сравнению с охлаждением Пельтье при эти текущие уровни.

На рисунке 8 показан тренд COP , снижающийся с каждым последовательным увеличением длительности импульса. Это происходит для импульсов тока, начиная с I _opt (не показано) и I _max . Это происходит потому, что время, затрачиваемое на более высокие уровни тока, в среднем больше для более длительных импульсов. При более высоких токах джоулев нагрев увеличивается и является паразитным по отношению к охлаждению Пельтье, поэтому его меньше по сравнению с потребляемой мощностью. Это в сочетании с более быстрой постоянной времени потребляемой мощности снижает скорость COP .

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Влияние длительности импульса на COP .

На рисунке 11 показано влияние повышенного тепловыделения в охлаждаемом объекте и его влияние на. Самые высокие показатели тепловыделения охлаждаемых объектов составляют наивысшую температуру T _c и снижают энергопотребление до самого низкого уровня. Уравнение 4 показывает увеличение T _c , а поддержание постоянного значения T _h снижает энергопотребление устройства.Когда T _c выше, чем T _h , эффект Зеебека снижает энергопотребление. Когда T _c совпадает с T _h , чистый эффект Зеебека равен нулю, поэтому он не влияет на энергопотребление. Когда T _c ниже, чем T _h , эффект Зеебека увеличивает потребление энергии.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 11. Влияние тепловыделения охлаждаемого объекта на.

Согласно смоделированному сценарию, от 18 до 30 Вт внутреннего тепловыделения в охлаждаемом объекте представляет собой отрицательное значение Δ T на термоэлементе. То есть T _c > T _h . Положительный Δ T , T _h > T _c наблюдается при мощности от 0 до 12 Вт. При примерно 15 Вт Δ T равен нулю. Влияние импульса на COP намного больше при запуске с отрицательной Δ T , чем при положительной ΔT.

Скорость изменения очень похожа для всех показателей выработки тепла. Это делает основной движущей силой снижения COP для всех построенных кривых.

Для некоторых участков с положительным ΔT на Рисунке 12 наблюдается заметное увеличение COP для первых 0,5–1 секунды импульса. Это происходит из-за и относительно друг друга во времени из уравнения 5. Меньшая скорость для графика нулевого внутреннего тепловыделения требует больше времени для увеличения с большей скоростью, чем по сравнению с другими прогонами по тепловыделению.Однако примерно через 1 секунду экспоненциально возрастающая скорость преобладает над уравнением 5, что приводит к уменьшению COP на оставшуюся часть импульса.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 12. Влияние тепловыделения охлаждаемого объекта на COP .

В исследованиях амплитуды импульса минимум COP обусловлен запаздыванием джоулева тепла и разницей постоянной времени между и.Минимальный COP был отмечен на 10 секундах. При переменном тепловыделении объекта Зеебек, управляемый , сокращение COP достигло минимума примерно за 5 секунд для более высокой скорости внутреннего тепловыделения. Для более низких скоростей тепловыделения при снижении COP сначала преобладает эффект Зеебека, а затем — джоулева тепла с задержкой по времени.

На рисунке 13 показано влияние различного времени между импульсами тока и его влияние на среднюю температуру охлаждаемого объекта. Здесь модели позволили работать в квазистационарном состоянии перед записью данных.Время между используемыми импульсами — это постоянная времени (уравнение 10) для понижения температуры обратно до установившегося состояния после пика температуры во время переходного режима, показанного на рисунке 1.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 13. Влияние времени между импульсами на температуру охлаждаемого объекта (a) Импульсы, начиная с I _max (b) Импульсы, начиная с I _opt .

Для импульсов, начинающихся с I _max , температура теплогенерирующего объекта ниже, чем в установившемся режиме I _max , и самая низкая для непрерывных импульсов с наименьшим интервалом между установившимися состояниями. Температура теплогенерирующего объекта никогда не бывает такой низкой, как установившийся ток I _opt . Для графика с импульсами тока, начинающимися с I _opt , I _opt , установившийся ток обеспечивает самую низкую температуру объекта, выделяющего тепло.Наибольшее расстояние между импульсами обеспечивает наибольшее охлаждение, что противоположно тому, что наблюдается для импульсов, начинающихся с I _max .

Известно, что I _opt — это ток, обеспечивающий максимальное охлаждение в установившемся режиме. Если импульсы тока начинаются с I _opt , средний ток будет выше, чем I _opt , что уменьшит охлаждение. Если к одному и тому же промежутку времени добавить больше импульсов, средний ток будет выше и обеспечит дальнейшее снижение охлаждения.Это снижение охлаждения происходит из-за экспоненциально большего количества тепла Джоуля при более высоких токах, но только линейное количество охлаждения Пельтье, добавляемое с более высоким током.

Текущая высота и длительность импульса для импульсов, начиная с I _max , была выбрана так, чтобы средний ток был больше I _max , но меньше I _opt . Следовательно, дополнительное охлаждение наблюдается при увеличении частоты импульсов с импульсами, начиная с I _max .Максимальное охлаждение, которое может быть достигнуто с импульсами, начинающимися с I _max , — это когда средний ток импульсов с течением времени равен I _opt .

Если средний ток найден для одного импульса и одного периода покоя в установившемся состоянии перед следующим импульсом, среднее из двух будет средним током для бесконечного числа импульсов. То же самое относится и к COP . Если из одного переходного процесса COP и одного устойчивого периода COP известно, что среднее значение COP ниже, чем устойчивое состояние COP , никакое количество добавленных импульсов не улучшит COP .Из этой и вышеприведенной информации видно, что использование правильно спроектированного импульса тока, начиная с I _max со средним током I _opt или ниже, можно использовать для увеличения охлаждения. Однако импульсное охлаждение будет иметь COP ниже, чем в установившемся режиме, когда его средний ток равен току установившегося режима.

На рисунке 14 показана взаимосвязь между током, потребляемой мощностью и COP во время непрерывных импульсов.Здесь импульсы начинаются с I _max . Из установившегося состояния наблюдается увеличение пульса, за которым следует его уменьшение. Увеличение больше, чем уменьшение, что приводит к чистому охлаждению. Независимо от увеличения или уменьшения, COP всегда уменьшается во время импульса. Здесь можно сделать вывод, что непрерывные импульсы увеличивают охлаждение, но снижают COP , когда все усредняется по времени.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 14. повторяющихся импульсов — шаг 1,75τ. Связь между током, потребляемой мощностью и COP .

Импульсный ток Охлаждение Пельтье применяется в тех случаях, когда требуются короткие импульсы усиленного охлаждения в течение короткого времени. Примерами являются импульсные лазерные датчики и охлаждение горячих точек на кристалле.

Несколько исследований импульсного тока ^67,55,68 показали увеличение скорости охлаждения и / или COP по сравнению с установившимся режимом работы с использованием одиночных или последовательных импульсов тока.Однако эти исследования не показали переходных результатов для COP , энергопотребления или относительно стационарного исходного уровня. Кроме того, не было объяснения, почему при импульсном охлаждении наблюдались преимущества по сравнению со стационарным режимом. Целью настоящего документа было показать данные переходного режима и дать объяснение охлаждения и поведения COP .

Для изучения здесь импульсного охлаждения была смоделирована термоэлектрическая система охлаждения тепловыделяющего объекта с помощью подробной модели SPICE с использованием электротермических аналогий и решена для переходных характеристик.В этой работе изучалось влияние импульсного охлаждения равнобедренными импульсами тока на переходный процесс, COP , потребляемую мощность и среднюю температуру охлаждаемого объекта. I _max и I _opt установившиеся импульсные пусковые токи, которые используются для сравнения скоростей охлаждения и COP . Были изучены переменные рабочие условия и системные переменные, включая амплитуду импульса, длительность импульса, скорость тепловыделения охлаждаемого объекта, межфазное сопротивление и серию повторяющихся импульсов тока.

Коэффициент производительности ( COP ) Ключевые выводы:

COP зависит от показателей и относительно друг друга в любой момент времени. В большинстве случаев COP во время импульса тока снижался, но в некоторых случаях наблюдалось небольшое увеличение. Причины этого следующие.

Некоторые ситуации приводили к небольшому переходному процессу COP .

• (1)

  Более высокое сопротивление термоинтерфейса дает более высокий COP , чем материалы интерфейса с более низким значением для части переходного процесса.Это противоположно традиционному мышлению устойчивого состояния. При более высоком сопротивлении термоинтерфейса во время импульса тока путь теплового потока от T _c к термоэлементу становится более благоприятным, чем путь к охлаждаемому объекту. Когда это происходит в начале импульса, холодный конец термоэлемента охлаждается, создавая таким образом резервуар для отложенного по времени джоулева тепла. На короткое время это не позволяет некоторому количеству джоулева тепла достичь T _c . поэтому увеличивается по сравнению с потребляемой мощностью, а COP увеличивается.

• (2)

  Было замечено небольшое увеличение COP при нулевом тепловыделении в охлаждаемом объекте. Во время пульса скорость ненадолго опережала. Вскоре после этого преобладало повышенное направление КС вниз. Возможно, в этом случае в термоэлементах был создан небольшой тепловой резервуар, который на короткое время уменьшил количество джоулева тепла, достигнув Тл _c .

Скорость охлаждения, () последовательных импульсов, основные выводы:

• (1)

  Использование повторяющихся последовательных импульсов может быть выполнено двумя способами.Один из способов — запустить второй импульс после достижения установившегося состояния после первого импульса. Другой способ использования последовательных импульсов — запуск второго импульса до достижения установившегося состояния после первого импульса.

• (2)

  Было обнаружено, что последовательные импульсы, начиная с I _max с периодом установившегося состояния между импульсами, можно использовать для увеличения охлаждения в течение периодов времени, превышающих одно переходное преимущество. Чтобы это произошло, средний ток во время импульса должен быть меньше I _opt .Однако обратная сторона использования импульсов тока для достижения этого повышенного охлаждения заключается в том, что COP уменьшается. Это происходит потому, что работа с более высокими токами приводит к большему выделению тепла Джоулева по сравнению с охлаждением Пельтье.

• (3)

  Было обнаружено, что последовательные импульсы, начиная с I _opt , нельзя использовать для увеличения охлаждения дольше, чем один переходный период преимущества. Здесь за начальным повышением следует большее уменьшение величины, при котором среднее значение доходит до более низкой сети во время повторяющихся последовательных импульсов.

• (4)

  Запуск нового импульса тока до завершения переходного штрафа первого импульса приводит к снижению из-за накопления джоулева тепла в термоэлементе. Это приводит к более низкому COP и более высокой температуре при T _c даже при постоянном граничном условии температуры при T _h .

• (5)

  Любое приложение, в котором используются импульсы тока, начиная с I _max или I _opt , будет иметь более низкое среднее значение COP , чем работа при установившемся токе, равном среднему току во время последовательной подачи импульсов.Причина в том, что работа во время импульсов генерирует больший процент джоулева тепла по сравнению с охлаждением Пельтье, хотя охлаждение Пельтье также увеличивается при более высоких токах. Это происходит потому, что джоулево тепло является квадратом тока, а охлаждение Пельтье — линейной функцией тока.

Анализ импульсного охлаждения Пельтье полезен для глубокого понимания как переходных, так и установившихся режимов работы термоэлектрического охладителя. Дальнейшие исследования могут быть сосредоточены на дальнейшем подробном анализе импульсного охлаждения с низким или нулевым тепловыделением и малой высотой импульса, где в ходе работы было обнаружено небольшое увеличение COP .

Пространственный температурный профиль и характерная длина охлаждения

Энтропия (Базель). 2019 Март; 21 (3): 226.

Пабло Эдуардо Руис-Ортега

¹ Instituto Politecnico Nacional, Depto. Ingenieria Bioquimica, ENCB, Ciudad de Mexico 07738, Mexico

Miguel Angel Olivares-Robles

² Instituto Politecnico Nacional, SEPI ESIME Culhuacan, Ciudad de Mexico 04430, Mexico

^{1Ingenieria Bioquimica, ENCB, Ciudad de Mexico 07738, Mexico}

² Instituto Politecnico Nacional, SEPI ESIME Culhuacan, Ciudad de Mexico 04430, Mexico

^† Эти авторы внесли равный вклад в эту работу.

Поступила 16.01.2019; Принято 21 февраля 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

Abstract

Термоэлектрические охладители (ТЕС) могут достигать температуры ниже, чем достигается при установившемся токе, путем подачи импульса электрического тока, который обеспечивает переходное состояние в устройстве Пельтье. Этот эффект известен как переохлаждение. В этой статье мы изучаем характеристики характеристик, такие как минимальная температура охлаждения и пространственный температурный профиль, в ТЭО, работающем при импульсах тока и охлаждающей нагрузке (Qc). Разработан численный анализ одномерной термоэлектрической модели системы охлаждения и предложен новый программный код MATLAB для переходного состояния на основе анализа методом конечных элементов.Мы также исследуем влияние длины термоэлемента на механизм охлаждения. Новый параметр, называемый «характерная длина охлаждения», предлагается для описания длины, на которой минимальная температура охлаждения возникает вдоль элементов ТЭМ. Результаты показывают профили переходных температур вдоль элементов полупроводникового элемента P-типа, а также характеризуют «характерную длину охлаждения». Мы также предлагаем общий принцип, и самые низкие значения температуры охлаждения достигаются для полупроводника небольшой длины и переменной импульсной охлаждающей нагрузки при токовом импульсном режиме работы.Настоящее исследование послужит руководством для геометрического проектирования ТЭО при текущих импульсных режимах.

Ключевые слова: переохлаждение, термоэлектрический, Пельтье, импульсный ток, переходный

1. Введение

Термоэлектрические охлаждающие устройства используют электричество для создания температурного градиента на основе эффекта Пельтье. Работа термоэлектрических охладителей (ТЭО) заключается в создании непрерывных градиентов температуры и напряжения вдоль термоэлектрического элемента при поддержании местного термодинамического равновесия [1].Термоэлектрические эффекты, такие как эффект Зеебека, эффект Пельтье и эффект Томсона, являются результатом интерференции электрических токов и теплового потока в материале полупроводника, и его взаимодействие позволяет использовать термоэлектрические эффекты для явления охлаждения [2]. Хорошо известно, что существует оптимальный электрический ток (Iopt) для термоэлектрического модуля (TEM) для создания максимальной разницы температур при работе на установившемся токе [3]. ТЭО могут достигать температуры ниже той, которая достигается при установившемся токе, путем подачи импульса электрического тока, который обеспечивает переходное состояние в термопаре Пельтье.Это называется переохлаждением [4]. Когда импульсный ток подается на устройство, работающее при установившемся токе, температура холодной стороны сразу же падает до более низких значений по сравнению с режимом установившегося тока из-за эффекта Пельтье. И наоборот, за переохлаждением следует повышение температуры холодной стороны до максимального значения выброса из-за накопления джоулева тепла в термоэлементе, а также теплопроводности Фурье через термоэлемент от горячей стороны к холодной [5].Это явление происходит потому, что охлаждение Пельтье на холодном конце термоэлектрического материала является мгновенным и межфазным эффектом, который имеет место только на холодном спайе каждой пары; в то время как джоулев нагрев, который происходит равномерно по стержню, требует больше времени для достижения границы раздела из-за конечной скорости термодиффузии, что приводит к временному падению температуры на границе раздела. Во время импульса тока охлаждение на холодном конце происходит до того, как джоулева теплота достигает этого конца, и может наблюдаться временное падение температуры [6].Коэффициент полезного действия (COP) термоэлектрических устройств зависит от свойств используемых полупроводниковых материалов, а также от количества и геометрии термоэлементов. Было изучено несколько новых теоретических и практических методов усовершенствования охлаждающих устройств и, наконец, достигнуты значительные успехи [7]. Снайдер и др. численно и экспериментально исследовано импульсное термоэлектрическое охлаждение и показано, что этот метод может обеспечить низкую температуру холодной стороны, сравнимую с температурой холодной стороны двухступенчатого термоэлектрического охладителя [8].Ян и др. получили выражения для времени достижения минимальной температуры и времени выдержки при импульсном режиме термоэлектрического охладителя [9], а Meng et al. [10] сравнили динамические изменения температуры на холодном и горячем концах, используя трехмерную переходную модель ТЕС. Manikandan et al. исследовал модифицированный метод импульсного режима работы с использованием коэффициента теплопередачи горячей стороны — также импульсного — и показал улучшение эффективности, которое на 23,3% выше, чем при нормальной импульсной работе [11].Также изучалась трехмерная теоретическая модель, в которой Chen et al. разработали имитационную модель для прогнозирования переходного теплового поведения термоэлектрических охладителей [12]. Шен и др. [13] и другие [14,15,16] теоретически и экспериментально исследовали и продемонстрировали импульсный режим работы термоэлектрических охладителей. Было проведено несколько исследований по разработке термоэлектрических устройств, и одно из них включает исследование Линейкина [17], в котором была разработана эквивалентная схема термоэлектрического модуля, совместимая со SPICE (программа моделирования с акцентом на интегральные схемы), которая может быть использована для проектировать сети обратной связи для приложений контроля температуры.Возможные применения этих устройств были исследованы Zhang et al. [18], где изучалась производительность TEC для электронных блоков, таких как процессоры, с использованием оптимизированных токов и конфигураций охлаждения. Работает в микромасштабе Koh et al. [19] проанализировали термоэлектрические (ТЭ) микроохладители для охлаждения горячих точек с целью разработки ТЭ устройств. Эффект кратковременного переохлаждения может найти множество применений, где требуется дополнительное охлаждение на короткое время, например, инфракрасные детекторы в режиме мигания, а конденсационные гигрометры требуют значительного снижения температуры для достижения точки росы, а также переохлаждения сопел или трубок в обычный холодильник.

Переходное охлаждение было исследовано путем моделирования проводников тепла и электричества, и мы рассмотрели термоэлектрические эффекты во время импульсного режима, чтобы предсказать наиболее важные параметры, при которых дополнительное охлаждение необходимо на короткое время. Эффект Пельтье и джоулев нагрев играют важную роль в переходном эффекте переохлаждения и должны быть исследованы, чтобы найти новые приложения или улучшить некоторые из них, например, инфракрасные детекторы или лампы в обычном холодильнике [20].Это преимущество использования моделей переходного состояния для лучшей характеристики переохлаждения по сравнению с моделью установившегося состояния, где более низкие температуры не могут быть достигнуты. Поэтому в этой работе мы предлагаем параметр для установления оптимальных условий для лучшего метода переохлаждения. В этой работе мы обсудим влияние параметров рабочего режима на температурные профили. Однако следует отметить, что характерная длина охлаждения появляется, когда переменная охлаждающая нагрузка рассматривается вместе с импульсом тока.Мы предлагаем общий принцип для определения того, будет ли температурный профиль возникать во время или после импульса тока.

2. Термодинамическое моделирование для импульсной работы термоэлектрического охладителя

Термоэлектрический охладитель обычно состоит из нескольких пар полупроводниковых элементов p-типа и n-типа, соединенных электрически последовательно и термически параллельно. В нашей работе мы разрабатываем численную модель, основанную на методе конечных элементов, для исследования переходной характеристики температурного профиля полупроводникового элемента P-типа.Как известно, тепловые характеристики и распределения температуры в ТЭ элементах практически одинаковы и периодичны, поэтому при моделировании учитывается только один элемент. Проведены численные решения одномерных профилей температуры в полупроводниковом элементе P-типа и переходных изменений температуры холодной стороны. Численный анализ охлаждающего импульса решен для одномерной модели, представленной на рис.

1D модель таблетки p-типа элемента Пельтье.

Свойства термоэлектрического материала и размеры термоэлектрического элемента приведены в [3].

Таблица 1

Свойства термоэлектрических материалов.

Свойство	Материал Bi2Te3	Единица
α	210 × 10−6	В К − 1
κ	1,363	Вт · м − 1 · K − 1
ϵ	1,05	Ом · м
ρ	10 922.08	кг м3
Ta	240	K
A	12,25 × 10-6	м2
L	4,25 × 10-3	м
Cp	200	Дж кг − 1 K − 1

3. Уравнения переходного состояния

Основные уравнения для одномерного нестационарного теплопереноса путем применения анализа баланса энергии для элемента P-типа приводят к следующему: [12]:

∂2T∂x2 − IτAκ∂T∂x + I2εA2κ = ρCpκ∂T∂t

(1)

где T, — температура, κ — теплопроводность, t, — время, τ — эффект Томсона, ε — удельное электрическое сопротивление, ρ — плотность, A — площадь поперечного сечения полупроводника. элемента, I — электрический ток, а Cp — удельная теплоемкость.Граничные условия на поверхностях элемента P-типа следующие [16]:

κ∂T∂x∣x = 0 = QcA = qcκ∂T∂x∣x = L = Th

(2)

Горячий конец ТЭО обычно присоединяется к радиатору, поэтому в этой работе к горячему концу применялось граничное условие с температурой Th = 300 К. Холодный конец ТЭО был прикреплен к поверхности. с равномерным тепловым потоком. Таким образом, к холодному концу было применено граничное условие постоянного теплового потока, что удобно для данной модели для изучения влияния импульсного тока и импульсной охлаждающей нагрузки.

3.1. Нормализованная амплитуда импульсов

В этой работе эффект переохлаждения описывается как функция независимых переменных — отношения импульса к току и отношения импульсной охлаждающей нагрузки, которые определены как:

3.2. Решение уравнения методом конечных элементов

Мы использовали метод Петрова-Галеркина [21] для разработки численного решения задачи. Основные уравнения были дискретизированы на основе метода конечных разностей. Во-первых, была предложена аппроксимация профиля температуры T≃Th = Th (x, t) и заменена в основном уравнении для получения остаточной ошибки r , задаваемой следующим образом:

r = ∂2Th∂x2 − IτAκ∂Th ∂x + I2εA2κ − ρCpκ∂Th∂t

(5)

В методе Петрова-Галеркина локальные подобласти были определены для каждого узла, который полностью находился в глобальной области.Каждый из поддоменов равен нулю, то есть:

где ψi, так называемая функция расширения, соответствующая i-му узлу, является функцией, которая зависит только от пространственных координат, а Ω — это локальная подобласть, которая была проанализирована. Подставляя уравнение (5) в уравнение (6), получаем:

∫Ω∂2Th∂x2ψidΩ − ∫ΩIτAκ∂Th∂xψidΩ − ρCpκ∫Ω∂Th∂tψidΩ + ∫ΩI2εA2κψidΩ = 0

(7)

Затем интегрируется первый член предыдущего выражения:

∫Ω∂2Th∂x2ψidΩ = ∫Ω∂∂x∂Th∂xψidΩ − ∫Ω∂Th∂x∂ψi∂xψidΩ

(8)

применяя теорему Гаусса [22], имеем:

∫V∂∂xiλdV = ∫SλnidS, где λ = ∂Th∂xψi

(9)

получаем:

∫Ω∂2Th∂x2ψidΩ = ∫Γ∂Th∂xn1ψidΓ − ∫Ω∂Th∂x∂ψi∂xψidΩ

(10)

где Γ — граница локальной области Ω, а n1 — составляющая в направлении x единичного вектора нормали n .Заменяя уравнение (10) в уравнение (7), мы получаем выражение для узлов, которые полностью находятся в области определения задачи:

∫Ω∂Th∂x∂ψi∂x − IτAκ∂Th∂xψi − ρCpκ ∂Th∂tψi + I2εA2κψidΩdΩ − ∫Γ∂Th∂xn1ψidΓ = 0

(11)

Функция Th (x, t) выражается как линейная комбинация функций разложения, которые: (a) ϕ (x) функции только пространственных координат и (b) T (t) значения температур, которые необходимо найти, которые будут зависеть только от времени, то есть:

Th (x, t) = ∑j = 1nTj (t) ϕj (х)

(12)

где n — количество узлов, соседствующих с данным узлом i , от j = 1… n, с n = 3 для одномерного случая.Из уравнения (12) мы получаем временные производные как:

∂Th∂t = ∑j = 1n∂Tj∂tϕj

(13)

и пространственные производные,

∂Th∂x = ∑j = 1nTj∂ϕj∂x

(14)

Здесь в этой работе ϕi = ωi = ω (x) [22], где ω — весовая функция, а с помощью В нем мы можем выбрать форму подобластей интегрирования слабой формы, и она используется для построения функций разложения, поскольку используется как весовая функция. Подставляя уравнения (12) — (14) в уравнение (11), получаем:

∫Ω∑j = 1nρCpκ∂Tj∂tϕi + I2εA2κ − ∑j = 1nIτAκTj∂ϕj∂xωidΩ + ∫Ω∑j = 1nTj∂ ϕj∂x∂ωi∂xdΩ − ∫Γ∑j = 1nTj∂ϕj∂xn1ωidΓ = 0

(15)

Выражение (15) можно переписать в виде системы линейных уравнений:

где матрица C содержит коэффициенты при временных производных:

Ci, j = ∫ΩρCpκϕiωidΓ

(17)

вектор f содержит истоковый член:

fi = ∫ΩI2εA2κωidΓ

(18)

матрица K содержит коэффициенты при пространственных производных:

Ki, j = ∫ΩIτAκ∂ϕj∂xωi + ∂ϕj∂x∂ωi∂xdΩ − ∫Γ∂ϕj∂xn1ωidΓ

(19)

а векторы T и T˙ представляют собой неизвестные температуры во времени:

T˙j = ∂Tj (t) ∂xandTj = Tj (t)

(20)

Новый код MATLAB, основанный на конечном элементный метод, был разработан для анализа и получения температурных профилей полупроводника P-типа.Разработанный алгоритм смог разделить систему на локальные подобласти, которые анализировались индивидуально для получения пространственной информации, необходимой для построения матриц в соответствии с граничными условиями, предусмотренными для одномерного анализа. Программа MATLAB была разработана для переходной системы, способной достигать установившегося режима при приложении электрического тока в течение определенного времени. Во время работы в импульсном режиме программа строит кривые распределения температуры вдоль термоэлемента по временным периодам для анализа переохлаждения.Программа MATLAB обеспечивает контроль над методом конечных элементов, что упрощает настройку программы в соответствии с такими требованиями, как геометрия ног.

3.3. Мощность охлаждения (Qc)

Согласно теории неравновесной термодинамики, тепловой поток можно рассчитать как:

jq (x) = — κ∂T∂x + jel0αT (x)

(21)

где Qc = jq (0) A и выделяемый тепловой поток (Qh = jq (L) A) можно рассчитать для холодной стороны (x = 0) и горячей стороны (x = L), используя электрический ток I = jel0 А.

4. Результаты и обсуждение

Были изучены профили температуры во время импульсно-токового режима, и были рассмотрены следующие случаи: (а) постоянный импульс и (б) переменный импульс охлаждающей нагрузки. В нашей имитационной модели было проведено исследование влияния импульсного тока и параметров импульсной охлаждающей нагрузки. Соответствующие постоянные параметры в вычислениях перечислены в. Числовая программа для переходного состояния может прогнозировать установившуюся работу ТЭО, работающего с постоянным электрическим током.Во-первых, ток подавался на время, достаточное для того, чтобы элемент P-типа достиг соответствующего установившегося состояния, о чем также сообщается в других работах [11]. Чтобы получить все значения, необходимые для построения кривых, сначала вдоль термоэлемента была задана температура (240 K) с электрическим током Isteady = 4 A. Затем были построены профили распределения температуры как функция времени с течением времени. шагами Δt = 0,1 с. Для более длительных периодов времени изменение температуры между кривыми показало примерно параллельную тенденцию, а через 1 ° C.8 с система достигла своего устойчивого состояния, как показано на. Охлаждающая нагрузка для установившегося режима работы составляла Qc = 0,14 Вт для ΔT = 60 К.

Температурный профиль, T (x), в установившемся режиме вдоль термоэлемента, где направление стрелки указывает профиль температуры через шаги по времени до достижения устойчивого состояния.

4.1. Температурный профиль: постоянный импульс охлаждающей нагрузки

После того, как термоэлектрический полупроводниковый охладитель P-типа достиг своего установившегося состояния, импульсный ток (Ipulse = 8 A) больше, чем ток установившегося состояния (Isteady = 4 A), подавался на систему в течение Период времени.Из литературы [7] хорошо известно, что отношение P = Ipulse / Isteady должно быть P> 2. В дополнение к импульсному току подавался также импульс постоянной охлаждающей нагрузки Qc, pulse = 0,34 Вт. Когда были приложены импульс тока и импульс охлаждающей нагрузки, температура холодной стороны упала до температуры более низкого значения, чем температура в установившемся режиме. Температурные профили вместе с полупроводником показаны в разное конкретное время. Каждая параболическая кривая представляет собой профили температуры для каждого временного шага данных с Δt = 0.1 с. Следует отметить, что существует предельное время для подачи импульсного тока для достижения минимальной температуры охлаждения, которая в данном случае составляет Tcmin = 124 K после некоторого времени Δt = 4,2 с. Модели позволили работать в квазистационарном состоянии, и эти результаты согласуются с предыдущими работами, единственное главное отличие состоит в том, что в этой работе также учитывалась импульсная охлаждающая нагрузка. Таким образом, показано влияние различного времени между импульсами тока и его влияние на среднюю температуру охлаждаемого объекта [8].

Температурный профиль, T (x): Влияние импульсного тока и постоянной импульсной охлаждающей нагрузки вдоль термоэлемента, где направление стрелки указывает температурный профиль через временные интервалы до достижения установившегося состояния.

Во время импульса температура увеличивается вдоль полупроводникового элемента, достигая максимальных значений температуры в начале импульсного тока и снижаясь со временем до достижения минимальной температуры охлаждения. Следует отметить, что средняя точка термоэлемента достигает максимальной температуры из-за повышенного объемного джоулева нагрева.

Из температурного профиля, достигнутого в элементе для установившегося режима, где Tc = 240 K, показанного на, образцы разной длины были проанализированы во время работы в импульсном режиме. Из, минимальная температура охлаждения показывает зависимость в зависимости от длины образца, и это то, что мы называем характеристической длиной охлаждения Lcooling. Температура охлаждения в элементе снижается во время импульсного режима, и показано, что для значений наименьшей длины L охлаждение увеличивается. Эта характеристическая длина является частью длины полупроводника, которая охлаждается во время работы в импульсном режиме, и может изменяться в зависимости от геометрических параметров, площади поперечного сечения и длины.Для значений наименьшей длины Lcooling увеличивается, как показано на. для образца L = 3,50 × 10–3 м мы получили максимальное значение Lcooling, max = 1,51, по сравнению с образцом L = 4,75 × 10–3 м, где мы получили минимальное значение Lcooling, min = 0,93.

Температурный профиль T (x) после импульсного тока и постоянной импульсной охлаждающей нагрузки вдоль термоэлемента.

Как известно, согласно эффекту Зеебека, вначале он вызывает теплоотдачу от холодного конца, так что температура от холодного конца снижается.Кроме того, увеличение длины элемента оказывает два основных эффекта на температуру охлаждения: (1) оно увеличивает тепловое сопротивление теплопроводности и (2) увеличивает электрическое сопротивление, а также эффект джоулева нагрева, что означает снижение температуры охлаждения.

В этой статье показано, что перенос тепла в переходной системе сильно зависит от размера образцов, где более короткие образцы вызывают большее снижение температуры охлаждения (из-за диффузии тепла транспортерами) по сравнению с более длинными образцами. .Анализ нестационарного переноса тепла при импульсном режиме работы в полупроводниках предоставляет дополнительную информацию об оптимальных геометрических параметрах, которые могут облегчить проектирование термоэлементов. Таким образом, знание характеристической длины охлаждения термоэлемента может быть принципом, необходимым для принятия решения о том, существуют ли оптимальные геометрические параметры для достижения самой низкой температуры охлаждения.

показывает переходное поведение температуры Tc во время работы импульсного тока и импульсной нагрузки охлаждения.Максимальный перепад температуры ΔTmax = 80 K был зарегистрирован без учета ударов металлических полос и керамических пластин. Это значение ΔTmax было связано с тем, что эффект Томсона был пропорционален току, в то время как джоулев нагрев пропорционален квадрату тока. В результате, как только значение тока увеличивается, разница температур элемента P-типа увеличивается. Таким образом, когда ТЭМ испытывает импульс тока, охлаждение холодного спая происходит до того, как джоулева теплота достигает холодного конца, и, наконец, достигается падение Tc, большее, чем это достигается в установившемся режиме работы.

Температура холодной стороны термоэлемента при импульсном режиме.

4.2. Температурный профиль: переменный импульс охлаждающей нагрузки

При различных охлаждающих нагрузках тепловое поведение термоэлектрического охладителя может быть различным. Влияние переменных охлаждающих нагрузок во время импульсного режима на тепловые характеристики показано на рис. Получены более низкие значения температуры TC, min = 87,74 K, по сравнению с уменьшением постоянной импульсной нагрузки охлаждения, а также увеличением характерной длины охлаждения.

Температурный профиль, T (x): Влияние импульсного тока и переменной импульсной охлаждающей нагрузки вдоль термоэлемента, где направление стрелки указывает профиль температуры через временные шаги до достижения установившегося состояния.

показывает переходную температуру TC во время импульсного режима, и, в частности, существует очевидное переохлаждение в различных случаях с переменными значениями Qc. Температура холодной стороны термоэлектрического охладителя снижается с уменьшением импульсной охлаждающей нагрузки, поскольку при более высоких токах термоэлектрический охладитель может обеспечивать большую охлаждающую нагрузку при фиксированной температуре холодной стороны.Однако в этом случае рабочий ток увеличивается (импульсный ток) и охлаждающая нагрузка мала, что приводит к снижению температуры холодной стороны.

Температура холодной стороны термоэлемента при регулируемом импульсном режиме.

Хорошо известно, что кратковременное переохлаждение сильно зависит от материала и параметров конструкции, таких как длина ветви и площадь поперечного сечения полупроводника. Численное моделирование и имитация — очень важные инструменты, которые в настоящее время используются для исследования эффекта переохлаждения в ТЭО, но в предыдущих исследованиях тепло Томсона очень часто игнорировалось, и только джоулева нагрев считался внутренним источником тепла.Как установлено выше, действительно необходима мультифизическая модель, использующая двухмерный подход, чтобы точно моделировать работу устройства и показать распределение переходной температуры вдоль термоэлемента.

5. Выводы

В этой статье представлено исследование полупроводникового элемента TEC с учетом переходного режима охлаждения, и была разработана соответствующая новая модель кода MATLAB. Уравнения для численного метода, основанные на анализе конечных элементов, были разработаны и применены в программировании MATLAB.Имитационная модель используется для параметрического исследования, которое исследует влияние таких параметров, как геометрия полупроводника, импульсный электрический ток и охлаждающая нагрузка, на минимально достижимую температуру охлаждения. Отношение P = Ipulse / Isteady = 2, при Isteady = 2 A, и коэффициент охлаждающей нагрузки Q = QC, импульс / QC, устойчивый = 2,3, с Qc, устойчивый = 0,15 Вт, использовались во всех моделированиях с учетом термоэлектрической постоянной. свойства материала полупроводника.

Из уравнения (1) видно, что члены Джоуля и Томсона могут рассматриваться как члены источника и стока соответственно.Поэтому, как правило, джоулев нагрев приводит к увеличению температуры горячей стороны, тогда как эффект Томсона имеет тенденцию к снижению температуры холодной стороны. Электрический поток выше для импульсного переноса из-за концентрации носителей заряда. Разница температур между горячим и холодным концом увеличивается с приложенным током, и мы также обнаружили, что разница температур между двумя концами увеличилась с L . Поскольку L изменен с 4.От 75 до 3,5 × 10–3 м, значение Tc уменьшилось примерно с 142 до 90 K. Температура холодных концов увеличивалась с увеличением охлаждающей нагрузки Qc; таким образом, желательны высокие значения Q. Поскольку средняя температура Tc холодной стороны увеличивается с увеличением Qc, оптимальная импульсная работа может быть выбрана на основе приемлемой средней температуры холодной стороны. Температура охлаждения снижается еще больше, если учитывать переменную импульсную охлаждающую нагрузку, в дополнение к импульсу электрического тока, который обычно используется для достижения минимальных значений температуры холодной стороны по сравнению с установившимся режимом работы.

В соответствии с результатами мы предлагаем общий принцип, согласно которому самые низкие значения температуры охлаждения возникают при минимальных значениях длины полупроводника и при переменной импульсной охлаждающей нагрузке по сравнению с таковой при работе на установившемся токе. Последнее утверждение может быть объяснено благодаря характерной длине охлаждения, которая является характеристикой материала, которая может наблюдаться только при работе с импульсным током и зависит от геометрических параметров, таких как длина полупроводника.Эта работа является важной основой для будущих работ по разработке 2D-моделей и исследований влияния геометрии на превышение температуры на холодной стороне. Эта работа также предоставляет методологию для установления нового параметра, характеристической длины охлаждения и условий, которые влияют на охлаждение, чтобы обеспечить важную перспективу в характеристиках превышения температуры и внести вклад в оптимальную конструкцию реалистичного ПЭМ при текущих импульсных операциях.

Благодарности

Авторы выражают признательность за помощь редакции в улучшении рукописи.

Аббревиатура

A	Площадь (м2)
COP	Коэффициент полезного действия
CPM	Постоянное свойство материала
I	Электрический ток (A)
jel	Плотность электрического тока (А · м − 2)
jq	Тепловой поток (Вт м − 2)
L	Длина (м)
Qc	Мощность охлаждения (Вт)
Qh	Поток тепла (Вт)
T	Температура (K)
Tc	Температура холодной стороны (K)
Th	Температура горячей стороны (K)
TEC	Термоэлектрический охладитель
греческие буквы
α	Коэффициент Зеебека (V K − 1)
Δ	Разница
κ	Теплопроводность (Вт · м − 1 · K − 1)
ϵ	Удельное электрическое сопротивление [(Ом · м) -1]
τ	Коэффициент Томсона [В К − 1]
Индексы
i	локальный поддомен
мин.	Минимальные значения
макс.

Вклад авторов

M.А.О.-Р. разработал исследование и P.E.R.-O. рассчитал данные. M.A.O.-R. и P.E.R.-O. написал газету. Оба автора прочитали и одобрили окончательную рукопись.

Финансирование

Эта работа финансировалась Instituto Politecnico Nacional (грант 201

) и CONACyT-Mexico (Grants CVU (Curriculum Vitae Unico) 4).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

1. Роу Д. Справочник по термоэлектрике.CRC Press; Бока-Ратон, Флорида, США: 1995. С. 214–219. [Google Scholar] 2. Гупиль К. Теория континуума и моделирование термоэлектрических элементов. Wiley-VCH; Вайнхайм, Германия: 2016. С. 114–118. [Google Scholar] 3. Зейферт В., Уельтцен М., Мюллер Э. Одномерное моделирование термоэлектрического охлаждения. Phys. Стат. Sol. 2002; 194: 277–290. DOI: 10.1002 / 1521-396X (200211) 194: 1 <277 :: AID-PSSA277> 3.0.CO; 2-5. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Тонхаузер Т., Махан Г., Зикатанов Л., Роу Дж. Улучшение переохлаждения в переходных термоэлектриках.Прил. Phys. Lett. 2004; 85: 3247. DOI: 10,1063 / 1,1806276. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Мин М., Цзяньлинь Ю. Численное исследование характеристики превышения температуры реалистичного термоэлектрического модуля в режиме токового импульса. Int. J. Heat Mass Transf. 2014; 72: 234–241. [Google Scholar] 6. Морено-Наварро П., Перес-Апарисио Дж., Гомес-Эрнандес Дж. Оптимизация импульсных термоэлектрических материалов с использованием моделирования отжига и нелинейных конечных элементов. Прил. Therm. Англ. 2017; 120: 603–613. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2017.04.036. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Снайдер Дж., Флериал Дж., Кайлат Т., Янг Р., Чен Г. Переохлаждение пельтиеркулера с использованием импульса тока. J. Appl. Phys. 2002; 92: 1564. DOI: 10,1063 / 1,1489713. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Альфред П., Джеффри А. Переохлаждение Пельтье с равнобедренными импульсами тока: перспектива поверхности отклика. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2017; 6: 3045–3054. [Google Scholar] 9. Ян Р., Чен Г., Кумар А. Р., Снайдер Г., Флериал Дж. П. Переходное охлаждение термоэлектрических охладителей и его применения для микроустройств.Energy Convers. Manag. 2005; 46: 1407–1421. DOI: 10.1016 / j.enconman.2004.07.004. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Мэн Дж.-Х., Ван Х.-Д., Чжан Х.-Х. Переходное моделирование и динамические характеристики термоэлектрического охладителя. Прил. Энергия. 2013; 108: 340–348. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2013.03.051. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Маникандан С., Каушик С., Ян Р. Модифицированный импульсный режим термоэлектрических охладителей для систем охлаждения зданий. Energy Convers. Manag. 2017; 140: 145–156. DOI: 10.1016 / j.enconman.2017.03.003. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Ченг С., Хуанг С., Ченг Т. Трехмерная теоретическая модель для прогнозирования переходного теплового поведения термоэлектрических охладителей. Int. J. Heat Mass Transf. 2010; 53: 2001–2011. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2009.12.056. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Шен Л.М., Сяо Ф., Чен Х.Х., Ван С. Численный и экспериментальный анализ переходного эффекта переохлаждения импульса напряжения на термоэлектрический элемент. Int. J. Refrig. 2012; 35: 1156–1165. DOI: 10.1016 / j.ijrefrig.2012.02.004. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ма М., Ю. Дж. Экспериментальное исследование переходных характеристик охлаждения реалистичного термоэлектрического модуля в режиме токового импульса. Energy Convers. Manag. 2016; 15: 210–216. DOI: 10.1016 / j.enconman.2016.08.001. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Lv H., Wang X., Meng J., Wang T., Yan W. Повышение максимального перепада температуры термоэлектрического охладителя за счет двухступенчатой ​​конструкции и переходного эффекта переохлаждения. Прил. Энергия. 2016; 1: 285–292. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2016.05.035. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Шен Л., Чен Х., Сяо Ф., Ян Ю., Ван С. Ступенчатое охлаждение миниатюрного термоэлектрического модуля для импульсного лазера. Energy Convers. Manag. 2014; 30: 39–45. DOI: 10.1016 / j.enconman.2014.01.003. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Линейкин С., Бен-Яков С. Моделирование и анализ термоэлектрических модулей. IEEE Trans. Ind. Appl. 2007. 43: 505–512. DOI: 10.1109 / TIA.2006.889813. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Чжан Х., Муй Ю., Тарин М.Анализ характеристик термоэлектрического охладителя для электронных блоков большой мощности. Прил. Therm. Англ. 2010. 30: 561–568. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2009.10.020. [CrossRef] [Google Scholar] 19. Ко Ю., Ядзава К., Шакури А. Оптимизация производительности и массы термоэлектрических микрокулеров. Int. J. Therm. Sci. 2015; 97: 143–151. DOI: 10.1016 / j.ijthermalsci.2015.06.004. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Чжоу К., Биан З., Шакури А. Импульсное охлаждение неоднородных термоэлектрических материалов. J. Phys. D Прил.Phys. 2007. 40: 4376–4381. DOI: 10.1088 / 0022-3727 / 40/14/037. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Томас-Петер Ф., Герман-Георг М. Классификация и обзор методов без сетки. Институт научных вычислений; Brunswick, Germany: 2004. [Google Scholar]

22. Вьери Б., Лоренцо Л. Обобщение теоремы Гаусса о расходимости. arXiv. 2014. 1406.4349

Методы расчета производительности термоэлектрического генератора

4.1. Модель ячейки ТЭГ

Рис. 7.

Геометрия ячейки ТЭГ в ANSYS и ее сетка.

При программном моделировании характеристики ТЭГ могут быть достигнуты как в тепловом, так и в электрическом аспектах. Но это непросто познать и понять влияние термоэлектрических эффектов по сравнению с вышеуказанной физической моделью. В этой части модель ячейки ТЭГ создается ANSYS, а геометрия и методы построения сетки показаны на рисунке 7. Толщина и площадь поперечного сечения термоэлементов составляют 1,6 мм и 1,4 мм × 1,4 мм соответственно. Остальные геометрические параметры показаны на рисунке 7.Термоэлектрический модуль состоит в основном из p-n термоэлементов, токопроводящих медных лент и керамических подложек для теплопроводности и электроизоляции. В ANSYS термоэлементы и медная перемычка связаны элементом SOLID226. Этот тип элемента содержит 20 узлов с напряжением и температурой в качестве степеней свободы. Он может моделировать трехмерное поле термоэлектрической связи. Элемент SOLID90 используется для создания сетки на керамической подложке. Он имеет 20 узлов с температурой в качестве степени свободы. Сопротивление нагрузки моделируется элементом CIRCU124.

Контактные свойства соединения ножки и ремня реализуются с помощью пар элементов CONTACT174 / TARGET170. Подробные формулировки конечных элементов в ANSYS представлены в [4], а диапазон контактной теплопроводности и удельного электрического сопротивления поясняется в [11].

4.2. Коды APDL для моделирования ТЭГ

ANSYS Parametric Design Language (APDL) широко используется для программного моделирования. Следующие ниже коды APDL учитывают температурные изменения свойств материалов, тепловой контакт и тепловое излучение (хотя его влияние очень слабое).В соответствии с практическими требованиями читатели могут использовать код более кратко, не обращая внимания на некоторые физические эффекты. Единицей измерения длины является метр, а единицей измерения температуры — Цельсия.

! определение размеров ячейки ТЭГ

ln = 1.6e-3! Толщина термоэлемента n-типа

lp = 1.6e-3! Толщина термоэлемента p-типа

wn = 1.4e-3! Ширина термоэлемента p-типа

wp = 1.4e-3! Ширина термоэлемента p-типа

d = 1.0e-3! Расстояние между термоэлементами

hs = 0,2e-3! толщина медной ленты

hc = 1e-3! Толщина подложки

! определение нескольких физических параметров

rsvx = 1.8e-8! Удельное электрическое сопротивление меди

kx = 200! теплопроводность меди

kxs = 24! теплопроводность подложки

T1 = 250! температура теплогенератора

T0 = 30! температура радиатора

Toffst = 273! смещение температуры

! определение выходных параметров ТЭГ и нагрузки

* dim, P0, array, 1! определение P0 как выходную мощность

* dim, R0, array, 1! определение R0 как нагрузки

* dim, Qh, array, 1! определение Qh как теплового потока в ячейку ТЭГ

* dim, I, array, 1! определяя I как текущий

* dim, enta, array, 1! определение enta как энергоэффективности

* vfill, R0 (1), ramp, 0.025! установка нагрузки (Ом)

! предварительная обработка перед расчетом, определение типа элемента, построение структуры и создание сетки

/ PREP7

toffst, Toffst! смещение заданной температуры

et, 1,226,110! 20-узловой термоэлектрический кирпичный элемент

et, 2, shell57! Элемент shell57 для моделирования излучения

et, 3, conta174! Элемент conta174 для имитации контакта

et, 4, targe170! Элемент target170 для имитации контакта

keyopt, 3,1,4! принимая температуру и напряжение как степень свободы

keyopt, 3,9,0

keyopt, 3,10,1

keyopt, 4,2,0

keyopt, 4, 3,0

! Температурные данные

mptemp, 1,25,50,75,100,125,150

mptemp, 7,175,200,225,250,275,300

mptemp, 13,325,350

! Коэффициент Зеебека материала n-типа (V · K ⁻¹ )

mpdata, sbkx, 1,1, -160e-6, -168e-6, -174e-6, -180e-6, — 184e-6, -187e-6

mpdata, sbkx, 1,7, -189e-6, -190e-6, -189e-6, -186.5e-6, -183e-6, -177e-6

mpdata, sbkx, 1,13, -169e-6, -160e-6

! удельное электрическое сопротивление материала n-типа (Ом * м)

mpdata, rsvx, 1,1,1.03e-5,1.06e-5,1.1e-5,1.15e-5,1.2e-5, 1.28e-5

mpdata, rsvx, 1,7,1.37e-5,1.49e-5,1.59e-5,1.67e-5,1.74e-5,1.78e-5

mpdata , rsvx, 1,13,1.8e-5,1.78e-5

! теплопроводность материала n-типа (м * K ⁻¹ )

mpdata, kxx, 1,1,1.183,1.22,1.245,1.265,1.265,1.25

mpdata, kxx, 1,7,1.22,1.19,1.16,1.14,1.115,1.09

mpdata, kxx, 1,13,1.06,1.03

! Коэффициент Зеебека материала p-типа (V · K ⁻¹ )

mpdata, sbkx, 2,1,200e-6,202e-6,208e-6,214e-6,220e-6,223e-6

mpdata, sbkx, 2,7,218e-6,200e-6,180e-6,156e-6,140e-6,120e-6

mpdata, sbkx, 2,13,101e-6,90e-6

! Удельное электрическое сопротивление материала p-типа (Ом * м)

mpdata, rsvx, 2,1,1.0e-5,1.08e-5,1.18e-5,1.35e-5,1.51e-5,1.7e-5

mpdata, rsvx, 2,7,1.85e-5,1.98e-5, 2.07e-5,2.143e-5,2.15e-5,2.1e-5

mpdata, rsvx, 2,13,2.05e-5,2.0e-5

! теплопроводность материала p-типа (м * K ⁻¹ )

mpdata, kxx, 2,1,1.08,1.135,1.2,1.25,1.257,1.22

mpdata, kxx, 2, 7,1.116,1.135,1.13,1.09,1.12,1.25

mpdata, kxx, 2,13,1.5,2.025

! свойство материала для медной ленты

mp, rsvx, 3, rsvx

mp, kxx, 3, kx

! свойство материала для подложки

mp, kxx, 4, kxs

! свойство излучения для материалов p-n

mp, emis, 5

! коэффициент контактного трения

mp, mu, 6,0

! построить структуру ячейки ТЭГ

блок, d / 2, wn + d / 2, -ln, 0,, ​​t

блок, — (wp + d / 2), — d / 2, -lp , 0« t

блок, d / 2, wn + d / 2« hs« t

block, — (wp + d / 2), — d / 2« hs« t

блок, -d / 2, d / 2,, hs ,, t

блок, — (wp + d / 2), — d / 2, -lp, — (lp + hs) ,, t

блок, d / 2, wn + d / 2, -ln, — (ln + hs) ,, t

блок, — (wp + d / 2), wn + d / 2, hs, hs + hc ,, t

блок, — (wp + d / 2), wn + d / 2, — (lp + hs), — (lp + hs + hc) ,, t

! приклейте медную ленту и подложку

vsel, s, loc, y, 0, hs

vsel, a, loc, y, hs, hc + hs

vglue, все

allsel

vsel, s, loc, y, -lp-hs, -lp

vsel, a, loc, y, -lp-hs-hc, -lp-hs

vglue, все

allsel

! сетка структуры ячеек ТЭГ

numcmp, all

mshape, 0,3d

mshkey, 1

type, 1

mat, 3 75 loc, x, -d / 2, d / 2

lsel, r, loc, y, 0

lsel, r, loc, z, t

lesize, all, d / 3

vsel, s, loc, x, -d / 2, d / 2

vsel, r, loc, y, 0, hs

vsweep, все

allsel

esize, ww / 3

type, 1

mat, 3

vsel, s, loc, y, 0, hs

vsel, u, loc, x, -d / 2 , d / 2

vsweep, все

vsel, s, loc, y, -lp-hs, -lp

vsweep, все

тип, 1

мат 1

vsel, s, loc, x, d / 2, d / 2 + wn 9031 8

vsel, r, loc, y, -ln, 0

vmesh, all

mat, 2

vsel, s, loc, x, — (wp + d / 2) , -d / 2

vsel, r, loc, y, -lp, 0

vmesh, all

type, 1

mat, 4

vsel, s, loc, y, hs, hs + hc

vsel, a, loc, y, -lp-hs-hc, -lp-hs

vsweep, все

allsel

! определение параметров контакта

r, 5! выбор теплопроводности и удельного сопротивления контакта

RMORE,

rmore ,, 7e5! установка теплопроводности контакта

rmore, 0.67e8,0.5! установка удельного теплового сопротивления контакта

! определяющий контактный слой между p-образным ответвлением и верхней медной лентой

vsel, s, loc, y, 0, hs

asel, s, ext

asel, r, loc, y, 0

nsla, s, 1

nsel, r, loc, x, — (wp + d / 2), — d / 2

тип, 3

мат, 6

real, 5

esurf

allsel

! определение целевого слоя между p-образной опорой и верхней медной лентой

vsel, s, mat ,, 2

asel, s, ext

asel, r, loc, y, 0

nsla, s, 1

тип, 4

мат, 6

esurf

allsel

! определяющий контактный слой между n-ответвлением и верхней медной лентой

vsel, s, loc, y, 0, hs

asel, s, ext

asel, r, loc, y, 0

nsla, s, 1

nsel, r, loc, x, d / 2, d / 2 + wn

type, 3

mat, 6

real, 5

esurf

allsel

! определение целевого слоя между n-ветвью и верхней медной лентой

vsel, s, mat ,, 1

asel, s, ext

asel, r, loc, y, 0

nsla, s, 1

тип, 4

мат, 6

esurf

allsel

! определяющий контактный слой между p-ответвлением и нижней медной лентой

vsel, s, loc, y, -hs-lp, -lp

vsel, r, loc, x, -wp-d / 2, -d / 2

asel, s, ext

asel, r, loc, y, -lp

nsla, s, 1

тип, 3

мат, 6

реал, 5

esurf

allsel

! определение целевого слоя между p-ответвлением и нижней медной лентой

vsel, s, mat ,, 2

asel, s, ext

asel, r, loc, y, -lp

nsla, s, 1

тип, 4

мат, 6

esurf

allsel

! определяющий контактный слой между n-ответвлением и нижней медной перемычкой

vsel, s, loc, y, -hs-ln, -ln

vsel, r, loc, x, d / 2, d / 2 + wn

asel, s, ext

asel, r, loc, y, -ln

nsla, s, 1

тип, 3

mat, 6

реал, 5

esurf

allsel

! определение целевого слоя между n-ветвью и нижней медной перемычкой

vsel, s, mat ,, 1

asel, s, ext

asel, r, loc, y, -ln

nsla, s, 1

тип, 4

мат, 6

esurf

allsel

! определение элемента оболочки для моделирования излучения, вывод матрицы излучения

! определяющий элемент оболочки для медной ленты

тип, 2

aatt, 3« 2

asel, s, loc, x, — (wp + d / 2), wn + d / 2

asel, r, loc, y, 0, hs

asel, u, loc, y, 0

asel, u, loc, y, hs

amesh, все

allsel

asel, s, loc, x, -d / 2, d / 2

assel, r, loc, y, 0

amesh, all

allsel

aatt, 3« 2

asel, s, loc, x, — (wp + d / 2), wn + d / 2

asel, r, loc, y, -lp-hs , -lp

asel, u, loc, y, -lp

asel, u, loc, y, -lp-hs

amesh, all

allsel 75

, 4« 2

asel, s, loc, x, -d / 2, d / 2

asel, r, loc, y, -lp-hs

9031 7 амеш, все

! определяющий элемент оболочки для термоэлементов pn

allsel

aatt, 5« 2

asel, s, loc, x, — (wp + d / 2), wn + d / 2

asel, r, loc, y, -lp, 0

asel, u, loc, y, -lp

asel, u, loc, y, 0

amesh, all

! определение космического узла для моделирования излучения

n, 10000,0,0,3e-3

fini

! методом радиационной матрицы

/ aux12

emis, 3,1! установка коэффициента излучения

emis, 4,1

emis, 5,1

allsel

geom, 0

stef, 5.68e-8! установка константы Стефана-Больцмана

vtype, скрыто

пробел, 10000

write, teg, sub! выводящий суперэлемент излучения

fini

/ Prep7

! удаление элементов оболочки и соответствующей сетки

allsel

asel, s, type ,, 2

aclear, al

etdele, 2

etdele 17 allsel 9 5, матрица 50,1! определяющий элемент матрицы излучения

! определение граничных условий и нагрузки

nsel, s, loc, y, hs + hc! Горячая сторона ячейки ТЭГ

cp, 1, temp, all! связь температурных степеней свободы

nh = ndnext (0)! получение главного узла

d, nh, temp, Th! установка температурного ограничения на горячую сторону

nsel, all

nsel, s, loc, y, — (ln + hs + hc)! выбор холодной стороны ТЭГ-ячейки

d, all, temp, Tc! установка ограничения температуры на холодной стороне

nsel, s, loc, y, — (ln + hs), — ln

nsel, r, loc, x, d / 2 + wn

cp, 3, вольт, все! электрическая муфта

nn = ndnext (0)! получение главного узла

d, nn, volt, 0! установка узла заземления

nsel, all

nsel, s, loc, y, — (lp + hs), — lp

nsel, r, loc, x, — (wp + d / 2)

cp, 4, вольт, все! ! электрическая муфта

np = ndnext (0)! получение главного узла

nsel, all

type, 5

allsel

d, 10000, temp, 300! установка температуры космического узла

se, teg, sub! считывание радиационного суперэлемента

et, 6, CIRCU124,0! установка элемента резистора нагрузки

fini

/ Prep7

! установка значения нагрузки и свойства

r, 1, R0 (1)

type, 6

real, 1

numcmp, all

e, np18 9000, nn 903

esel, s, type ,, 6

circuit_num = elnext (0)! Получение номера элемента схемы

allsel

fini

! запуск расчета

/ SOLU

антитип, статический! тип раствора

цнвтол, тепло, 1,1.е-3! установка сходимости для теплового режима

cnvtol, amps, 1,1.e-3! установка сходящегося значения для текущего

neqit, 50! шаг итерации вычисления

решить! начало решения

fini

* get, P0 (1), elem, circuit_num, nmisc, 1! получение выходной мощности ячейки ТЭГ

* get, Qh (1), node, nh, rf, heat! получение теплового потока в ячейку ТЭГ

* get, I (1), elem, circuit_num, smisc, 2! получение текущего

* voper, enta, P0, div, Qh! расчет энергоэффективности ячейки ТЭГ

/ Thermoelement — Zellen von OPITEC Österreich GmbH

Alle Preisangaben verstehen sich als Brutto-Europreise zuzüglich eventuell anfallender Verpackungs- und Versandkosten.Die anfallenden Versandkosten, die der Käufer trägt, betragen für jede Bestellung und Lieferanschrift 5,50 € bei Bestellungen до 70,00 €. Bei Bestellungen über 70,00 € erfolgt die Lieferung versandkostenfrei.
Bei der Bestellung von Brennöfen fallen keine weiteren Versandkosten an; diese sind im ausgewiesenen Verkaufspreis bereits inkludiert.

Der Verkäufer verpflichtet sich, nach Abschluss des Kaufvertrages die Ware unverzüglich an den Kunden zu übersenden. Die Lieferung erfolgt stets auf Gefahr und auf Kosten des Käufers, soweit der Käufer kein Verbraucher ist.Der Verkäufer ist auf Verlangen des Käufers berechtigt, aber nicht verpflichtet, die Ware auf Rechnung des Käufers zu versichern.

Wir bemühen uns um baldigen Versand der Waren. Die Lieferzeit beträgt beim Versand innerhalb Österreichs regelmäßig bis zu 5 Werktage. Bei Sondermaßen, die extra für Sie angefertigt werden, beträgt die Lieferzeit 8-14 Tage. Direktversand von sperrigen Artikeln wie zB. Бреннофен: 2-6 Вохен. Schadenersatz für Lieferverzögerungen wird nicht geleistet, soweit ein bestimmter Liefertermin nicht ausdrücklich schriftlich zugesichert wurde.Ein Verschulden beim Frachtführer ist dem Verkäufer nicht zuzurechnen.