8-900-374-94-44
Элементы Пельтье называются специальные термоэлектрические преобразователи, работающие по принципу Пельтье. (образования разности температур при подключении электрического тока, другими словами, термоэлектрический охладитель).
1 — Изолятор керамический
2 — Проводник n — типа
3 — Проводник p — типа
4 — Проводник медный
В ранние времена вопросы охлаждения никого не интересовали, поэтому это изобретение осталось без применения. Два века спустя, при использовании электронных устройств в быту и промышленности, стали применять миниатюрные элементы Пельтье, вспомнив об эффекте французского изобретателя.
Чтобы понять, как работает элемент на основе изобретения Пельтье, необходимо разобраться в физических процессах. Эффект заключается в соединении двух материалов с токопроводящими свойствами, обладающими различной энергией электронов в районе проводимости. При подключении электрического тока к зоне связи, электроны получают высокую энергию, для перехода в зону с более высокой проводимости второго полупроводника. Во время поглощения энергии проводники охлаждаются. При течении тока в обратную сторону происходит обычный эффект нагревания контакта.
Предполагаем, что металл состоит из смеси электронного и фононного газа, находящегося в термодинамическом равновесии. Во время касания двух металлов с различной температурой, холодный электронный газ перемещается в теплый металл.
Создается разность потенциалов.
На стыке контакта электроны поглощают энергию фононов и отдают ее на другой металл фононам. При смене полюсов источника тока, весь процесс будет обратного действия. Разность температур будет возрастать до того момента, пока имеются в наличии свободные электроны с большим потенциалом. При их отсутствии наступит уравновешивание температур в металлах.
Если на одну сторону пластины Пельтье установить качественный теплоотвод в виде радиатора, то вторая сторона пластины создаст более низкую температуру. Она будет ниже на несколько десятков градусов, чем окружающий воздух. Чем больше значение тока, тем сильнее будет охлаждение. При обратной полярности тока холодная и теплая сторона поменяются друг с другом.
При соединении элемента Пельтье с металлом, эффект становится незначительным, поэтому практически устанавливают два элемента. Их количество может быть любым, это зависит от потребности в мощности охлаждения.
Эффективность действия эффекта Пельтье зависит от того, насколько точно выбраны свойства металлов, силы тока, протекающей по прибору, скорости отвода тепла.
Чтобы применить практически элемент Пельтье, ученые произвели несколько опытов, показавших, что повышение отвода тепла достигается увеличением числа соединений 2-х материалов. Чем больше число спаев материалов, тем выше эффект. Чаще в нашей жизни такой элемент служит для охлаждения электронных устройств, уменьшения температуры в микросхемах.
Элементы Пельтье часто используются в системах охлаждения, кондиционирования. Есть возможность достижения довольно низких температур, что открывает возможность применения для охлаждения оборудования с повышенным нагревом.
В настоящее время специалисты используют элементы Пельтье в акустических системах, выполняющих роль кулера. Элементы Пельтье не создают никаких звуков, поэтому бесшумность является одним из их достоинств. Такая технология стала популярной из-за мощной отдачи тепла. Элементы, изготовленные по современной технологии, имеют компактные размеры, радиаторы охлаждения поддерживают определенную температуру долгое время.
Достоинством элементов является длительный срок службы, потому что они сделаны в виде монолитного корпуса, неисправности маловероятны. Простая конструкция обычного широко применяемого вида простая, состоит из двух медных проводов с клеммами и проводами, изоляции из керамики.
Это небольшой перечень мест применения. Он расширяется за счет устройств бытового назначения, компьютеров, автомобилей. Можно отметить использование элементов Пельтье в охлаждении микропроцессоров с высокой производительностью. Ранее в них устанавливались только вентиляторы. Теперь, при монтаже модуля с элементами Пельтье значительно снизился шум в работе устройств.
Будут ли меняться схемы охлаждения в обычных холодильниках на схемы с использованием эффекта Пельтье? Сегодня вряд ли это возможно, так как элементы имеют низкий КПД. Стоимость их также не позволит применить их в холодильниках, так как она достаточно высока. Будущее покажет, насколько будет развиваться это направление. Сегодня проводятся эксперименты с твердотельными растворами, аналогичными по строению и свойствам. При их использовании цена модуля охлаждения может уменьшиться.
Обратный эффект элементов ПельтьеТехнология подобного вида имеет особенность с интересными фактами. Это заключается в эффекте образования электрического тока путем охлаждения и нагревания пластины модуля Пельтье. Другими словами, он служит генератором электрической энергии, при обратном эффекте.
Такие генераторы электричества существуют пока чисто теоретически, но можно надеяться на будущее развитие этого направления. В свое время французский изобретатель не нашел применения своему открытию.
Сегодня этот термоэлектрический эффект широко используется в электронике. Границы применения постоянно расширяются, что подтверждается докладами и опытами исследователей и ученых. В будущем бытовая и электронная техника станет обладать совершенными инновационными возможностями. Холодильники станут бесшумными, так же, как и компьютеры. А пока модули Пельтье монтируют в разные схемы для охлаждения радиодеталей.
Преимущества и недостатки
Изготовить такие элементы Пельтье можно самому быстро и просто. Для начала нужно определиться с материалом пластин. Нужно взять пластины элементов из прочной керамики, приготовить проводники в количестве больше 20 штук, для того, чтобы обеспечить наибольший перепад температур. При достаточном числе элементов КПД произойдет значительное увеличение производительности холодильника.
Большую роль играет мощность применяемого холодильника. Если он действует на жидком фреоне, то с производительностью проблем не возникнет. Пластины элементов монтируются возле испарителя, смонтированного вместе с двигателем. Для такого монтажа понадобится некоторый набор прокладок и инструмента. Таким образом, обеспечится быстрое охлаждение нижней части холодильника.
Необходима тщательная изоляция проводников, только после этого их подключают к компрессору.
После окончания монтажа нужно проверить напряжение мультиметром. При нарушении работы элементов (например, короткое замыкание), сработает терморегулятор.
Эффект модуля Пельтье применяется сегодня, благодаря законам физики. Избыточная энергия элементов всегда пригодится там, где необходима бесшумный и быстрый обмен теплом.
Охлаждающий кулер может превратиться в нагреватель, а холодильник может выполнять функцию теплового шкафа, если изменить полярность постоянного тока.
Это называется обратимым эффектом.
Такой принцип применяют в рекуператорах. Он состоит из бокса из двух камер. Они между собой сообщаются вентилятором. Элементы Пельтье нагревают холодный воздух, поступающий снаружи, с помощью энергии, которая извлечена из теплого воздуха в помещении. Такое устройство экономит расходы на отопление помещений.
Все вы знаете, что с помощью электрического тока можно нагревать какие-либо предметы. Это может быть паяльник, электрочайник, утюг, фен, различного рода обогревашки и тд. Но слышали ли вы, что с помощью электрического тока можно охлаждать? «Ну а как же, например, бытовой холодильник» — скажите вы.
И будете не правы. В бытовом холодильнике электрический ток оказывает только вспомогательную функцию: гоняет фреон по кругу.
Но существуют ли такие радиоэлементы, которые при подаче на них электрического тока вырабатывают холод? Оказывается существуют ;-). В 1834 году французский физик Жан Пельтье обнаружил поглощение тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Или, иными словами, в этом месте наблюдалась пониженная температура. Ну и как положено в физике, чтобы не придумывать новое название этому эффекту, его называют в честь того, кто его открыл. Открыл что-то новое? Отвечай за базар)). С тех пор зовется такой эффект эффектом Пельтье.
Ну и как тоже ни странно, элемент, который вырабатывает холодок, называют элементом Пельтье. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.
В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. ThermoElectric Cooler — термоэлектрический охладитель).
Выглядеть он может по-разному, но основной его вид — это прямоугольная или квадратная площадка с двумя выводами. Сразу же отметил сторону «А» и сторону «Б» для дальнейших экспериментов
Почему я пометил стороны?
Вы думаете, если мы просто тупо подадим напряжение на этот элемент, он у нас будет полностью охлаждаться? Не хочу вас разочаровывать, но это не так… Еще раз внимательно читаем определение про элемент Пельтье. Видите там словосочетание «разности температур»? То то и оно. Значит, у нас какая-то сторона будет греться, а какая-то охлаждаться. Нет в нашем мире ничего идеального.
Для того, чтобы определить температуру каждой стороны элемента Пельтье, я буду использовать мультиметр, который шел в комплекте с термопарой
Сейчас он показывает комнатную температуру.
Да, у меня тепло ;-).
Для того, чтобы определить, какая сторона элемента Пельтье греется, а какая охлаждается, для этого цепляем красный вывод на плюс, черный — на минус и подаем чуток напряжения, вольта два-три. Я узнал, что у меня сторона «А» охлаждается, а сторона «Б» греется, пощупав их рукой. Если перепутать полярность, ничего страшного не случится. Просто сторона А будет нагреваться, а сторона Б охлаждаться, то есть они поменяются ролями.
Пока ты тут, узнай что такое твердотельное реле ! Это бесплатно.
Итак, номинальное (нормальное) напряжение для работы элемента Пельтье — это 12 Вольт. Так как я подключил на красный — плюс, а на черный — минус, то у меня сторона Б греется. Давайте замеряем ее температуру. Подаем напряжение 12 Вольт и смотрим на показания мультиметра:
77 градусов по Цельсию — это не шутки. Эта сторона нагрелась так, что когда ее трогаешь, она обжигает пальцы.
Поэтому главной фишкой использования элемента Пельтье в своих электронных устройствах является большой радиатор.
Желательно, чтобы радиатор обдувался вентилятором. Я пока что взял радиатор от усилителя, который дали в ремонт. Намазал термопасту КПТ-8 и прикрепил элемент Пельтье к радиатору.
Подаем 12 Вольт и замеряем температуру стороны А:
7 градусов по Цельсию). Когда трогаешь, пальцы замерзают.
Но также есть и обратный эффект, при котором можно вырабатывать электроэнергию с помощью элемента Пельтье, если одну сторону охлаждать, а другую нагревать. Очень показательный пример — это фонарик, работающий от тепла руки
Элемент Пельтье сам по себе считается очень энергозатратным. Регулировка температуры его сторон достигается напряжением. Чем больше напряжение, тем большую силу тока он потребляет. А чем больше силы тока он потребляет, тем быстрее набирает температуру.
Поэтому, можно регулировать холодок, тупо меняя значение напряжения).
Вот некоторые значения по потреблению электрического тока элементом Пельтье:
При напряжении в 1 Вольт он кушает 0,3 Ампера. Неплохо)
Повышаю напряжение до 3 Вольт
Кушает уже почти 1 Ампер.
Повышаю до 5 Вольт
Чуть больше полтора Ампера.
Даю 12 Вольт, то есть его рабочее напряжение:
Жрет уже почти 4 Ампера! Грабеж).
Давайте грубо посчитаем его мощность. 4х12=48 Ватт. Это даже больше, чем 40 Ваттная лампочка, которая висит у вас в кладовке). Если элемент Пельтье такой прожорливый, целесообразно ли из него делать бытовые холодильники и холодильные камеры? Конечно же нет! Такой холодильник у вас будет жрать Киловатт 10 не меньше! Но зато есть один маленький плюс — он будет абсолютно бесшумен :-). Но если нет никакой возможности, то делают холодильники даже из элементов Пельтье. Это в основном мини холодильники для автомобилей. Также элемент Пельтье некоторые используют для охлаждения процессора на ПК.
Получается очень эффективно, но по энергозатратам лучше все-таки ставить старый добрый вентилятор.
На Али можно найти даже мини-кондиционер из элемента Пельтье вот по этой ссылке.
На Али этих элементов Пельтье можете выбрать сколь душе угодно!
Вот ссылка на них
Элементы Пельтье / термоэлектрические охладители (ТЭО) представляют собой тепловые насосы, передающие тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрического тока. Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
В этой статье объясняется, как работают элементы Пельтье / термоэлектрические охладители, описываются особенности и упоминаются производители элементов Пельтье.
—> Купить контроллер TEC здесь
Содержание
Элемент Пельтье способен передавать тепло с помощью эффекта Пельтье.
Внутри элемента Пельтье эффект Пельтье создает разницу температур между двумя сторонами, когда течет ток.
В зависимости от направления протекания постоянного тока можно охлаждать и нагревать с помощью элементов Пельтье без замены разъемов или механической настройки. Дополнительные преимущества заключаются в возможности реализации небольших конструкций и отсутствии движущихся частей. Ток, подаваемый на элемент Пельтье, регулируется контроллером ТЭО.
Левая сторона: Стандартный элемент Пельтье Правая сторона: Специальные типы элементов Пельтье
Обычно идентификация производителя напечатана на холодной стороне элемента Пельтье. Это холодная сторона, если положительное напряжение питания подключено к красному кабелю элемента Пельтье
Поскольку кабели обладают теплоемкостью, они подключаются к горячей стороне элемента Пельтье, чтобы не снижать охлаждающую способность элемента.
Как вы можете видеть на правом рисунке, существуют различные типы элементов Пельтье.
Они различаются по размеру и форме, мощности и температурному диапазону.
Диапазон размеров: от 1 мм x 1 мм до 60 мм x 60 мм
Формы: квадратные, кольцевые, многоступенчатые, одноступенчатые, герметичные или негерметичные, нестандартные формы
Диапазон температур: перепад температур dT макс. до 130 °C (многоступенчатый), макс. температура до 200 °C
Максимальная мощность охлаждения: до 290 Вт
Элементы Пельтье можно охарактеризовать с помощью модели. В этой модели учитываются следующие три эффекта
Результирующая перекачиваемая тепловая нагрузка Q c зависит от трех эффектов Q p , Q Rth и Q Rv .
В случае охлаждения уравнение для Q c . выглядит следующим образом: Q c = Q p — Q Rth — Q Rv .
Помимо механических свойств элементы Пельтье характеризуются четырьмя важными параметрами. Которые предоставляются производителем: Q max , dT max , U max , I max
Параметры Q макс. и dT макс. Элементы Пельтье. Однако эти максимальные значения никогда не достигаются в термоэлектрическом приложении. Они предоставляются производителем для характеристики производительности модуля Пельтье.
В термоэлектрическом применении всегда существует компромисс между производительностью теплового насоса Q c и разностью температур dT.
Следующие четыре диаграммы характеризуют товар с элементами Пельтье. Они полезны для понимания свойств и поведения элементов Пельтье. Подобные схемы иногда используют и производители, например Ferrotec. Все значения на графиках относительные.
Эта нормализованная диаграмма описывает зависимость между мощностью теплового насоса по оси y и током по оси x для различных значений разности температур между горячей и холодной сторонами (dT = T горячая — T холодная ) в случае охлаждения.
Динамика системы. Нормированная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока
Только при относительно небольшой разнице температур dT может передаваться значительное количество тепла. Многоступенчатые элементы Пельтье используются, когда необходимы более высокие перепады температур.
Перекачиваемое тепло Q C и разность температур dT обратно пропорциональны друг другу, так как тепло подается на холодную сторону, разница температур подавляется.
Обычно ток через элемент Пельтье должен составлять от 0 до 0,7 умноженного на I max .
Динамика системы. Нормализованная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока
Чтобы понять динамику системы, мы можем наблюдать, что происходит при изменении температуры (и, следовательно, dT) или при увеличении тепловой нагрузки.
Если мы используем элемент Пельтье с током около 25 % от I макс. можно компенсировать повышение dT на 10 градусов по Кельвину — точка от A до B — Чтобы обеспечить постоянную производительность теплового насоса, ток должно быть увеличено.
Производительность теплового насоса также может быть увеличена без изменения dT, если мы перейдем от A к C.
Если рабочая точка составляет около 60% от I max , нам потребуется больший ток, чем в предыдущем примере, чтобы компенсировать 10- Повышение dT по шкале Кельвина — точки от D до E — когда производительность теплового насоса не должна изменяться. Производительность теплового насоса можно увеличить без потери разницы температур, если перейти от D к F.
Однако, если элемент Пельтье работает при максимальном токе, изменение температуры не может быть компенсировано увеличением тока. Переход от более низкой к более высокой разности температур приведет к снижению производительности теплового насоса.
Определение COP – это теплота, поглощаемая на холодной стороне Q C , деленная на входную мощность P el элемента Пельтье: COP = Q C /P эль . COP в принципе представляет собой эффективность элемента Пельтье при охлаждении.
На следующей диаграмме показана производительность (COP) в зависимости от отношения тока I / I max , значения на этой диаграмме являются относительными и нормализованными.
На этой диаграмме показана зависимость производительности (COP) от текущего соотношения. Используйте его, чтобы найти рабочий ток, обеспечивающий наибольшую производительность для соответствующей разницы температур dT.
С левой стороны мы видим, что КПД максимален при наименьшем перепаде температур. Следовательно, мы получаем большое количество тепла, перекачиваемого на единицу электрической мощности. Как видим, в зависимости от dT соответствующий максимум КПД находится на разных уровнях тока — при большем dT он смещается вправо. Если мы проследим за кривой вправо, мы обнаружим, что мы должны вложить в систему много электроэнергии, чтобы получить только небольшое количество тепла, что соответствует низкому значению COP. Мы также можем заметить, что более высокие токи необходимы для создания более высоких перепадов температур.
Причина, по которой COP не начинается с нуля при dT > 0 K, заключается в том, что сначала обратный поток тепла Q Rth должен быть компенсирован эффектом Пельтье Q p , прежде чем элемент Пельтье остынет.
На следующей диаграмме показана теплота Q h , рассеиваемая на теплой стороне элемента Пельтье, в зависимости от тока при охлаждении.
Нормализованная диаграмма, показывающая тепло, отводимое радиатором, в зависимости от тока при различных перепадах температур dT.
Значения нормализованные и относительные. Как видите, Q h , отклоненное элементом Пельтье, может быть в 2,6 раза больше Q max . Количество тепла на горячей стороне Q h может быть таким большим, потому что тепло от эффекта Пельтье Q p и тепло сопротивления потерь Q Rv должны рассеиваться. Q h = Q p + Q Применяется Rv .
На следующей диаграмме показано соотношение между Q h и Q C для разных dT в случае охлаждения. Отношение Q h / Q c показывает, насколько больше тепла должно рассеиваться на горячей стороне, чем на холодной.
Нормализованная диаграмма, показывающая количество тепла, отводимого радиатором, в зависимости от количества перекачиваемого тепла в зависимости от тока для различных значений dT.
Это означает, что при большом dT теплоотвод рассеивает большое количество тепла при сравнительно малом количестве тепла, поглощаемом на холодной стороне элемента Пельтье.
Например, если вы хотите охладить один ватт на холодной стороне Q C = 1 Вт. Это приводит к теплу 1,75 Вт на горячей стороне Q h = 1,75 Вт, если dt = 20 K. При dT = 40 K это около 3,5 Вт на горячей стороне Q ч = 3,5 Вт. при разных значениях температурных перепадов между горячей и холодной стороной (dT = T горячий — T холодный ) в случае охлаждения.
Нормализованная диаграмма, показывающая зависимость напряжения от тока для различных значений dT.
Как видите, кривая линейна. Поведение элемента Пельтье такое же, как у резистора с источником напряжения. Наклон кривой уменьшается с увеличением dT. Смещение по оси Y связано с эффектом Зеебека.
Многоступенчатый элемент Пельтье
Все приведенные выше схемы относятся к стандартным элементам Пельтье, но поведение многоступенчатых элементов Пельтье аналогично. Многокаскадные элементы Пельтье используются, когда требуются более высокие значения dT (до 125 К). Но Q max ниже, т.е. может рассеивать меньше тепла. Это недостаток многокаскадных элементов Пельтье.
| Изготовитель | Описание | Страна | |||||||||
| Ferrotec Thermal.  ferrotec.com | Термоэлектрические модули | США, Азия, Европа | |||||||||
Deltron AG| Термоэлектрические модули | Швейцария | | |||||||||
| Laird www.lairdthermal.com | Термоэлектрические модули | Соединенное Королевство | |||||||||
| II-VI (когерентные) www.ii-vi.com | Термоэлектрические модули | США, Азия, Европа | |||||||||
| Устройства CUI www.cuidevices.com | Термоэлектрические модули | США |
| Термоэлектрические модули , Элементы для термоциклирования | Германия | |
| European Thermodynamics Ltd www.europeanthermodynamics.com | Термоэлектрические модули, элементы для термоциклирования | Германия |
—> Купить контроллер TEC здесь
Элементы Пельтье / термоэлектрические охладители (ТЭО) представляют собой тепловые насосы, которые передают тепло с одной стороны на другую в зависимости от направления электрический ток.
Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
В этой статье объясняется, как работают элементы Пельтье / термоэлектрические охладители, описываются особенности и упоминаются производители элементов Пельтье.
—> Купить контроллер TEC здесь
Содержание
Элемент Пельтье способен передавать тепло с помощью эффекта Пельтье. Внутри элемента Пельтье эффект Пельтье создает разницу температур между двумя сторонами, когда течет ток.
В зависимости от направления протекания постоянного тока можно охлаждать и нагревать с помощью элементов Пельтье без замены разъемов или механической настройки. Дополнительные преимущества заключаются в возможности реализации небольших конструкций и отсутствии движущихся частей. Ток, подаваемый на элемент Пельтье, регулируется контроллером ТЭО.
Левая сторона: Стандартный элемент Пельтье Правая сторона: Специальные типы элементов Пельтье
Обычно идентификация производителя напечатана на холодной стороне элемента Пельтье. Это холодная сторона, если положительное напряжение питания подключено к красному кабелю элемента Пельтье
Поскольку кабели обладают теплоемкостью, они подключаются к горячей стороне элемента Пельтье, чтобы не снижать охлаждающую способность элемента.
Как вы можете видеть на правом рисунке, существуют различные типы элементов Пельтье. Они различаются по размеру и форме, мощности и температурному диапазону.
Диапазон размеров: от 1 мм x 1 мм до 60 мм x 60 мм
Формы: квадратные, кольцевые, многоступенчатые, одноступенчатые, герметичные или негерметичные, нестандартные формы
Диапазон температур: перепад температур dT макс. до 130 °C (многоступенчатый), макс. температура до 200 °C
Максимальная мощность охлаждения: до 290 Вт
Элементы Пельтье можно охарактеризовать с помощью модели. В этой модели учитываются следующие три эффекта
Результирующая перекачиваемая тепловая нагрузка Q c зависит от трех эффектов Q p , Q Rth и Q Rv .
В случае охлаждения уравнение для Q c . выглядит следующим образом: Q c = Q p — Q Rth — Q Rv .
Помимо механических свойств элементы Пельтье характеризуются четырьмя важными параметрами. Которые предоставляются производителем: Q max , dT max , U max , I max
Параметры Q макс. и dT макс. Элементы Пельтье. Однако эти максимальные значения никогда не достигаются в термоэлектрическом приложении. Они предоставляются производителем для характеристики производительности модуля Пельтье.
В термоэлектрическом применении всегда существует компромисс между производительностью теплового насоса Q c и разностью температур dT.
Следующие четыре диаграммы характеризуют товар с элементами Пельтье. Они полезны для понимания свойств и поведения элементов Пельтье. Подобные схемы иногда используют и производители, например Ferrotec. Все значения на графиках относительные.
Эта нормализованная диаграмма описывает зависимость между мощностью теплового насоса по оси y и током по оси x для различных значений разности температур между горячей и холодной сторонами (dT = T горячая — T холодная ) в случае охлаждения.
Динамика системы. Нормированная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока
Только при относительно небольшой разнице температур dT может передаваться значительное количество тепла. Многоступенчатые элементы Пельтье используются, когда необходимы более высокие перепады температур.
Перекачиваемое тепло Q C и разность температур dT обратно пропорциональны друг другу, так как тепло подается на холодную сторону, разница температур подавляется.
Обычно ток через элемент Пельтье должен составлять от 0 до 0,7 умноженного на I max .
Динамика системы. Нормализованная диаграмма Тепловой насос в зависимости от тока
Чтобы понять динамику системы, мы можем наблюдать, что происходит при изменении температуры (и, следовательно, dT) или при увеличении тепловой нагрузки.
Если мы используем элемент Пельтье с током около 25 % от I макс. можно компенсировать повышение dT на 10 градусов по Кельвину — точка от A до B — Чтобы обеспечить постоянную производительность теплового насоса, ток должно быть увеличено.
Производительность теплового насоса также может быть увеличена без изменения dT, если мы перейдем от A к C.
Если рабочая точка составляет около 60% от I max , нам потребуется больший ток, чем в предыдущем примере, чтобы компенсировать 10- Повышение dT по шкале Кельвина — точки от D до E — когда производительность теплового насоса не должна изменяться. Производительность теплового насоса можно увеличить без потери разницы температур, если перейти от D к F.
Однако, если элемент Пельтье работает при максимальном токе, изменение температуры не может быть компенсировано увеличением тока. Переход от более низкой к более высокой разности температур приведет к снижению производительности теплового насоса.
Определение COP – это теплота, поглощаемая на холодной стороне Q C , деленная на входную мощность P el элемента Пельтье: COP = Q C /P эль . COP в принципе представляет собой эффективность элемента Пельтье при охлаждении.
На следующей диаграмме показана производительность (COP) в зависимости от отношения тока I / I max , значения на этой диаграмме являются относительными и нормализованными.
На этой диаграмме показана зависимость производительности (COP) от текущего соотношения. Используйте его, чтобы найти рабочий ток, обеспечивающий наибольшую производительность для соответствующей разницы температур dT.
С левой стороны мы видим, что КПД максимален при наименьшем перепаде температур. Следовательно, мы получаем большое количество тепла, перекачиваемого на единицу электрической мощности. Как видим, в зависимости от dT соответствующий максимум КПД находится на разных уровнях тока — при большем dT он смещается вправо. Если мы проследим за кривой вправо, мы обнаружим, что мы должны вложить в систему много электроэнергии, чтобы получить только небольшое количество тепла, что соответствует низкому значению COP. Мы также можем заметить, что более высокие токи необходимы для создания более высоких перепадов температур.
Причина, по которой COP не начинается с нуля при dT > 0 K, заключается в том, что сначала обратный поток тепла Q Rth должен быть компенсирован эффектом Пельтье Q p , прежде чем элемент Пельтье остынет.
На следующей диаграмме показана теплота Q h , рассеиваемая на теплой стороне элемента Пельтье, в зависимости от тока при охлаждении.
Нормализованная диаграмма, показывающая тепло, отводимое радиатором, в зависимости от тока при различных перепадах температур dT.
Значения нормализованные и относительные. Как видите, Q h , отклоненное элементом Пельтье, может быть в 2,6 раза больше Q max . Количество тепла на горячей стороне Q h может быть таким большим, потому что тепло от эффекта Пельтье Q p и тепло сопротивления потерь Q Rv должны рассеиваться. Q h = Q p + Q Применяется Rv .
На следующей диаграмме показано соотношение между Q h и Q C для разных dT в случае охлаждения. Отношение Q h / Q c показывает, насколько больше тепла должно рассеиваться на горячей стороне, чем на холодной.
Нормализованная диаграмма, показывающая количество тепла, отводимого радиатором, в зависимости от количества перекачиваемого тепла в зависимости от тока для различных значений dT.
Это означает, что при большом dT теплоотвод рассеивает большое количество тепла при сравнительно малом количестве тепла, поглощаемом на холодной стороне элемента Пельтье.
Например, если вы хотите охладить один ватт на холодной стороне Q C = 1 Вт. Это приводит к теплу 1,75 Вт на горячей стороне Q h = 1,75 Вт, если dt = 20 K. При dT = 40 K это около 3,5 Вт на горячей стороне Q ч = 3,5 Вт. при разных значениях температурных перепадов между горячей и холодной стороной (dT = T горячий — T холодный ) в случае охлаждения.
Нормализованная диаграмма, показывающая зависимость напряжения от тока для различных значений dT.
Как видите, кривая линейна. Поведение элемента Пельтье такое же, как у резистора с источником напряжения. Наклон кривой уменьшается с увеличением dT. Смещение по оси Y связано с эффектом Зеебека.
Многоступенчатый элемент Пельтье
Все приведенные выше схемы относятся к стандартным элементам Пельтье, но поведение многоступенчатых элементов Пельтье аналогично. Многокаскадные элементы Пельтье используются, когда требуются более высокие значения dT (до 125 К). Но Q max ниже, т.е. может рассеивать меньше тепла. Это недостаток многокаскадных элементов Пельтье.
| Изготовитель | Описание | Страна |
| Ferrotec Thermal.  |