Эффект Пельтье является противоположным «термомагнитному» эффекту Зеебека.
➞ Элемент Пельтье — это термоэлектрическое устройство, также известное как термоэлектрический модуль (TEM) или Peltier cooler. Это устройство основано на термоэлектрическом эффекте, который обнаружил французский физик Жан Чарльз Атанасиус Пельтье в 1834 году.
Основная идея заключается в том, что электрический ток может создавать термическую передачу между двумя проводниками с различными температурами.
Принцип действия элемента Пельтье
Разберем что такое элемент Пельтье в соответствии с его термоэлектродвижущей силой:
Механизм устройства основан на термоэлектрическом эффекте, который проявляется в полупроводниках. Этот эффект позволяет использовать электрический ток для передачи тепла между двумя разнонаправленно заряженными полупроводниками.
Основные компоненты включают два различных полупроводника, обычно бисмут-теллурид (Bi2Te3) и твёрдый раствор SiGe, соединенные металлическими элементами на обоих концах.
При протекании электрического тока через такой материал, электрон должен получить энергию для перехода в более высокую энергетическую зону и перемещения в другой проводник. В результате этом один конец материала нагревается, а другой охлаждается.
Различные терморегулирующие устройства, например инкубаторы, часто используют данную технологию в качестве ключевого компонента для достижения нужных температурных условий.
Преимущества холодильного оборудования с элементами Пельтьє
Холодильное оборудование, использующее Пельтье-технологию, имеет много преимуществ. Рассмотрим основные:
Отсутствие движущихся частей
Холодильные устройства с элементами Пельтье не имеют механических компрессоров и движущихся частей, что делает их более надежными и долговечными. Отсутствие компрессора также уменьшает шум и вибрации, что может быть важным в чувствительных к шуму приложениях.
Компактность
Пельтье-модули имеют небольшие объемы. Это особенно важно в случаях, когда ограничено пространство, такое как в мини-холодильниках, автомобильных холодильниках или портативных системах.
Обратимость
Элементы Пельтье обладают обратимым эффектом, что означает, что они могут работать как охладители и нагреватели в зависимости от направления электрического тока. Такая функция нужна для регулирования температуры.
Безопасность и экологичность
Термоэлектрические модули не используют вредные хладагенты, такие как фреоны, что делает их более безопасными для окружающей среды.
Низкое энергопотребление
При отсутствии нагрузки (например, когда требуется только поддержание низкой температуры), системы с элементами Пельтье могут иметь низкое энергопотребление.
Быстрый отклик
Элементы могут обеспечивать быстрый отклик на изменения температуры, что важно, например, для медицинских и лабораторных приложений.
Классическим примером термостатирования с использованием этой технологии есть инкубаторы. Охлаждающие модели не могут поддерживать низкие температуры (ниже 10 °C) на протяжении долгого времени. С другой стороны оборудование для инкубации в пределах 15 – 70 °C имеет широкое применение в лабораторных исследованиях.
При изготовлении элементов неизбежно создаётся тесное расположение тепловых и холодных сторон. Современные модули производят толщиной до 3-5 мм, что требует эффективной системы для теплоотвода. Для решения данной технической задачи широко используются крупные радиаторы с вентиляторами.
Однако стоит отметить, что термоэлектрические модули также имеют свои недостатки, такие как относительно низкий коэффициент полезного действия по сравнению с компрессорными системами в больших масштабах и ограниченную способность к охлаждению на значительные температурные различия. Поэтому выбор между системами с элементами Пельтье и традиционными холодильными системами зависит от конкретных требований к применению.
