Термоелектрична технологія — це метод активного теплового управління, заснований на ефекті Пельтьє. Його відкрив Дж. К. А. Пельтьє у 1834 році. Це явище включає нагрівання або охолодження місця з'єднання двох термоелектричних матеріалів (вісмуту та телуриду) шляхом пропускання струму через з'єднання. Під час роботи через модуль TEC протікає постійний струм, що призводить до передачі тепла з одного боку на інший. Утворюючи холодну та гарячу сторони. Якщо напрямок струму змінюється на протилежний, холодна та гаряча сторони змінюються. Його охолоджувальну потужність також можна регулювати, змінюючи робочий струм. Типовий одноступеневий охолоджувач (рис. 1) складається з двох керамічних пластин з напівпровідниковим матеріалом p та n-типу (вісмут, телурид) між керамічними пластинами. Елементи напівпровідникового матеріалу з'єднані електрично послідовно та термічно паралельно.
Термоелектричний охолоджувальний модуль, пристрій Пельтьє, модулі TEC можна розглядати як тип твердотільного теплового насоса, і завдяки своїй фактичній вазі, розміру та швидкості реакції, він дуже підходить для використання як частина вбудованих систем охолодження (через обмежений простір). Завдяки таким перевагам, як безшумна робота, ударостійкість, стійкість до ударів, довший термін служби та легке обслуговування, сучасний термоелектричний охолоджувальний модуль, пристрій Пельтьє, модулі TEC мають широкий спектр застосування в таких галузях, як військова техніка, авіація, аерокосмічна галузь, медичне лікування, профілактика епідемій, експериментальна апаратура, споживчі товари (кулери для води, автомобільні кулери, готельні холодильники, винні кулери, персональні міні-кулери, охолоджувальні та нагрівальні килимки для сну тощо).
Сьогодні, завдяки своїй малій вазі, невеликим розмірам або ємності та низькій вартості, термоелектричне охолодження широко використовується в медичному, фармацевтичному обладнанні, авіації, аерокосмічній промисловості, військовій галузі, спектроскопічних системах та комерційних продуктах (таких як диспенсери для гарячої та холодної води, портативні холодильники, автохолодильники тощо).
Параметри | |
I | Робочий струм модуля TEC (в амперах) |
Iмакс. | Робочий струм, що створює максимальну різницю температур △Tмакс.(в амперах) |
Qc | Кількість тепла, яка може поглинатися холодною стороною ТЕС (у Вт) |
Qмакс. | Максимальна кількість тепла, яка може бути поглинена на холодній стороні. Це відбувається при I = Iмакс.і коли Delta T = 0. (у Ватах) |
Tгарячий | Температура гарячої сторони під час роботи модуля TEC (у °C) |
Tхолодно | Температура холодної сторони під час роботи модуля TEC (у °C) |
△T | Різниця температур між гарячою стороною (Th) та холодна сторона (Tc). Дельта T = Th-Tc(у °C) |
△Tмакс. | Максимальна різниця температур, яку може досягти модуль TEC між гарячою стороною (Th) та холодна сторона (Tc). Це відбувається (максимальна холодопродуктивність) при I = Iмакс.і Qc= 0. (у °C) |
Uмакс. | Напруга живлення при I = Iмакс.(у вольтах) |
ε | Ефективність охолодження модуля TEC (%) |
α | Коефіцієнт Зеєбека термоелектричного матеріалу (В/°C) |
σ | Електричний коефіцієнт термоелектричного матеріалу (1/см·ом) |
κ | Теплопровідність термоелектричного матеріалу (Вт/см·°C) |
N | Кількість термоелектричних елементів |
Iεмакс. | Струм, що подається, коли температура гарячої та старої сторін модуля TEC досягає заданого значення, і необхідно отримати максимальну ефективність (в амперах) |
Введення прикладних формул до модуля TEC
Qc= 2N[α(Tc+273)-ЛІ²/2σS-κs/Lx(Tгод- Тс) ]
△T = [Iα(Tc+273)-ЛІ/²2σS] / (κS/L + Iα]
U = 2 N [ IL /σS + α(Tгод- Тс)]
ε = Qc/Інтерфейс користувача
Qгод= Qс + Міжнародний університет
△Тмакс.= Тгод+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Iмакс =κS/Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεмакс =ασS (Tгод- Тс) / L (√1+0,5σα²(546+ Tгод- Тв)/ κ-1)