Ефект Пельтьє є протилежним «термомагнітним» ефектом Зеєбека.
➞ Елемент Пельтьє — це термоелектричний пристрій, також відомий як термоелектричний модуль (TEM) або Peltier Cooler. Цей пристрій заснований на термоелектричному ефекті, який виявив французький фізик Жан Чарльз Атанасіус Пельтьє у 1834 році.
Основна ідея у тому, що електричний струм може створювати термічну передачу між двома провідниками з різними температурами.
Принцип дії елемента Пельтьє
Розберемо що таке елемент Пельтьє відповідно до його термоелектрорушійної сили:
Механізм пристрою ґрунтується на термоелектричному ефекті, який проявляється у напівпровідниках. Цей ефект дозволяє використовувати електричний струм для передачі тепла між двома зарядженими напівпровідниками.
Основні компоненти включають два різних напівпровідники, зазвичай бісмут-телурид (Bi2Te3) і твердий розчин SiGe, з'єднані металевими елементами на обох кінцях.
При протіканні електричного струму через такий матеріал електрон повинен отримати енергію для переходу в більш високу енергетичну зону та переміщення в інший провідник. У результаті один кінець матеріалу нагрівається, а інший охолоджується.
Різні терморегулюючі пристрої, наприклад інкубатори, часто використовують цю технологію як ключовий компонент для досягнення потрібних температурних умов.
Переваги холодильного обладнання з елементами Пельтьє
Холодильне обладнання, що використовує Пельтьє-технологію, має багато переваг. Розглянемо основні:
Відсутність рухомих частин
Холодильні пристрої з елементами Пельтьє не мають механічних компресорів і частин, що рухаються, що робить їх більш надійними і довговічними. Відсутність компресора також зменшує шум та вібрації, що може бути важливим у чутливих до шуму додатках.
Компактність
Пельтьє-модулі мають невеликі обсяги. Це особливо важливо у випадках, коли обмежений простір, такий як міні-холодильники, автомобільні холодильники або портативні системи.
Оборотність
Елементи Пельтьє мають оборотний ефект, що означає, що вони можуть працювати як охолоджувачі та нагрівачі в залежності від напрямку електричного струму. Така функція потрібна регулювання температури.
Безпека та екологічність
Термоелектричні модулі не використовують шкідливі холодоагенти, такі як фреони, що робить їх безпечнішими для навколишнього середовища.
Низьке енергоспоживання
За відсутності навантаження (наприклад, коли потрібна лише підтримка низької температури), системи з елементами Пельтьє можуть мати низьке енергоспоживання.
Швидкий відгук
Елементи можуть забезпечувати швидкий відгук на зміни температури, що важливо, наприклад, для медичних та лабораторних додатків.
Класичним прикладом термостатування за допомогою цієї технології є інкубатори. Охолоджувальні моделі не можуть підтримувати низькі температури (нижче 10 °C) протягом тривалого часу. З іншого боку, обладнання для інкубації в межах 15 – 70°C має широке застосування в лабораторних дослідженнях.
При виготовленні елементів неминуче створюється тісне розташування теплових та холодних сторін. Сучасні модулі виробляють товщиною до 3-5 мм, що потребує ефективної системи тепловідведення. Для вирішення цієї технічної задачі широко використовуються великі радіатори з вентиляторами.
Однак варто зазначити, що термоелектричні модулі також мають свої недоліки, такі як відносно низький коефіцієнт корисної дії порівняно з компресорними системами у великих масштабах і обмежену здатність до охолодження на значні температурні відмінності. Тому вибір між системами з елементами Пельтьє та традиційними холодильними системами залежить від конкретних вимог до застосування.
