Chłodzenie termoelektryczne – Wikipedia

. Chłodzenie termoelektryczne jest techniką chłodzenia przy użyciu termoelektryczności. Do tego wykorzystują komponenty zwane „modułami Peltiera”, które wykorzystują efekt Peltiera, za pomocą którego prąd elektryczny jest przekształcany w różnicę temperatur.

Moduły Peltiera są tak nazwane, ponieważ wdrażają termoelektryczność, a ściślej efekt Peltiera. Taki moduł jest zasilany prądem i ma dwie twarze, jedna powiedziała zimna, a druga ciepła. Obiekt do chłodzenia jest w kontakcie z zimną twarzą, podczas gdy druga strona jest połączona z mechanizmem ewakuacji ciepła (wentylator …).

Ten typ modułu może być również używany do przeciwnego zastosowania, to znaczy wytwarzanie energii elektrycznej z różnicy temperatury, zwanej efektem Seebeck.

Funkcjonowanie [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

Moduł Peltiera składa się z serii „par” złożonego z wybranego materiału półprzewodnika, aby elektrony mogły odgrywać rolę płynu przenoszenia ciepła.

Równania [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

W tej sekcji używane są następujące notacje:

Transfery termiczne w module termoelektrycznym można modelować poprzez kwantyfikację trzech wkładów.

Pierwszy odpowiada mocy cieplnej przeniesionej przez efekt Peltiera. Po zimnej stronie pobrana moc termiczna

${DisplayStyle Q_ {f} = s_ {m} .t_ {f} .i}$

. Po ciepłej stronie, wstrzyknięta moc termiczna

${DisplayStyle Q_ {c} = s_ {m} .t_ {c} .i}$

.

Konieczne jest wówczas rozważenie mocy termicznej ze względu na efekt Joule, który będzie miał zastosowanie z 2 stron modułów i które wzrosną wraz z jego dostawą. Dlatego moc termiczna pobrana po zimnej stronie

${DisplayStyle {frac {1} {2}}. r_ {m} .i^{2}}$

. Zatrudniona ciepłem mocy termiczna musi być zwiększona o tę samą wartość.

Wreszcie, konieczne jest również uwzględnienie przewodnictwa termicznego, które jest przeciwne pożądanym efekcie ^{[[[ Pierwszy ]} ; Dlatego konieczne jest zmniejszenie mocy termicznej pobranej z zimnej twarzy

${DisplayStyle K_ {m} .delta t}$

i zmniejsz moc termiczną, tym bardziej odrzucone wręcz przeciwnie.

Wreszcie mamy moc termiczną pobraną z zimnej strony, która jest warta

${DisplayStyle Q_ {f} = s_ {m} .t_ {f} .i- {frac {1} {2}}. r_ {m} .i^{2} -k_ {m} .delta t}$

. To wyrażenie jest trudne w użyciu, zwłaszcza że współczynniki

${DisplayStyle S_ {M}}$

W

${DisplayStyle K_ {M}}$

W

${DisplayStyle r_ {m}}$

różnią się w zależności od temperatury. Aby móc prawidłowo korzystać z modułów Peltiera, producenci zapewniają krzywe, co daje różnicę temperatury jako funkcję przyłożonego prądu i przeniesionego ciepła.

Napięcie na module jest

${DisplayStyle v = s_ {m} .delta t+i.r_ {m}}$

(Bierzemy pod uwagę efekt Joule i efekt Sebeck).

Moc termiczna odrzucona przez moduł to

${DisplayStyle Q_ {c} = s_ {m} .t_ {c} .i+{frac {1} {2}}. R_ {m} .i^{2} -k_ {m} .delta t}$

, albo

${DisplayStyle Q_ {c} = q_ {f}+v.i}$

(wchłonięta moc termiczna i moc termiczna wytwarzana przez sam moduł) ^{[[[ 2 ] W [[[ 3 ]} .

Zalety i wady [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

W porównaniu z układem chłodzenia sprężarki (takiego jak stosowane w szczególności w lodówkach), chłodzenie termoelektryczne przez efekt Peltiera ma główne zalety:

• jego prostota konstrukcji (brak serpentiny, opcjonalne płetwy w zależności od zastosowań);
• brak użycia czynnika chłodniczego (niektóre niebezpieczne dla środowiska);
• wymagana mała konserwacja (bez części zużycia);
• Brak części mobilnej: bez hałasu, wibracji lub zużycia mechanicznego ^{[[[ 4 ]} ;
• Wysoka odporność komórek na mechaniczne naprężenia kompresyjne ^{[[[ 5 ]} (umożliwiając zastosowanie elementów termoelektrycznych jako wsparcia mechanicznego);
• Doskonały stosunek mocy chłodzenia vs. Składający się: element przemysłowy 55 × 58 mm może wygenerować do około 300 W przepływ termiczny w optymalnych warunkach ^{[[[ N 1 ]} lub 9.3 W/cm ^{2 [[[ 6 ]} (związany jednak ze współczynnikiem wydajności 0,5 do 0,75) ^{[[[ 7 ]} ;
• Wsparcie wstrząsów i odcieni, w przeciwieństwie do obwodów czynników chłodniczych.

Z drugiej strony ma główne wady:

• współczynnik wydajności skorelował z różnicą w temperaturze wewnętrznej/zewnętrznej, wahają się od 0,3 do 11 i ogólnie mniejsze niż 1, gdy różnica temperatury przekracza 20 ° C. ^{[[[ 8 ]} ;
• W konsekwencji do poprzedniej afirmacji chłodzenie staje się niemożliwe dla różnic w przekraczającej temperatury wewnętrzne/zewnętrzne 70 ma 85 ° C. W zależności od elementów ^{[[[ 9 ]} i do 123 ° C. Dla kilku pięter ^{[[[ dziesięć ]} ;
• Współczynnik wydajności skorelowany z intensywnością prądu zasilania jest na ogół większy niż 1 tylko przy niskiej intensywności (1 do 30% maksymalnej intensywności wejściowej) ^{[[[ 8 ] W [[[ 11 ]} ;
• W konsekwencji do poprzednich roszczeń, wysoki współczynnik wydajności (od 1 do 11) tylko dla małych mocy chłodzących (10 do 25% maksymalnej mocy chłodzenia);
• Niska oporność komórek na mechaniczne naprężenia ścinające ^{[[[ 5 ]} .

Chłodzenie efektu Peltiera jest zatem skuteczne i ekonomiczne w zastosowaniach wymagających niskiej mocy chłodzenia (do kilkudziesięciu watów na element) i działającej w temperaturze zbliżonej do otoczenia (do około około około 20 ° C. odchylenie) ^{[[[ 11 ]} .

Gdy efektywność energetyczna nie jest priorytetem, chłodzenie efektu Peltiera pozostaje istotne dla małych zastosowań wymagających znacznych mocy chłodzenia (7,5 do 9,3 W/cm ² ) i/lub światła chłodnicze.

Chłodzenie termoelektryczne jest również jedyną opcją chłodzenia w łatwopalnym, wybuchowym lub wzmocnionym pożywce bezpieczeństwa, ponieważ większość przemysłowych płynów przenoszenia ciepła jest łatwopalna.

Następujące systemy wykorzystują chłodzenie termoelektryczne: