Холодильник Пельтье

Холодильник Пельтье
Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler). Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Содержание

Принцип действия

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников.


Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута, Bi2Te3 и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу противоположные (p->n). Протекающий электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 К.


Достоинства и недостатки

Достоинством элемента Пельтье является небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования.

Недостатком элемента Пельтье является очень низкий коэффициент полезного действия, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Кроме того элементы Пельтье с размерами более 60 мм x 60 мм практически не встречаются. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Применение

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например элементы Пельтье применяются в маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров и кроме того необходимая мощность охлаждения невелика.

Кроме того элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров, с тем чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30 - 40 К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей ( до -80 для одностадийних холодильников и до -120 для двухстадийных).

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем написать реферат

Полезное


Смотреть что такое "Холодильник Пельтье" в других словарях:

  • Холодильник — У этого термина существуют и другие значения, см. Холодильник (значения). Сюда перенаправляется запрос «Холодильная установка». На эту тему нужна отдельная статья …   Википедия

  • Холодильник Эйнштейна — Холодильник Эйнштейна  абсорбционный холодильник, изобретённый в 1926 году физиками Альбертом Эйнштейном и Лео Силардом. Был запатентован в …   Википедия

  • Холодильник домашний — Внутренность современного холодильника Холодильник  устройство, поддерживающее низкую температуру в теплоизолированной камере. Применяется обычно для хранения пищи или предметов, требующих хранения в прохладном месте (лекарства, косметика).… …   Википедия

  • Холодильник промышленный — Внутренность современного холодильника Холодильник  устройство, поддерживающее низкую температуру в теплоизолированной камере. Применяется обычно для хранения пищи или предметов, требующих хранения в прохладном месте (лекарства, косметика).… …   Википедия

  • Сумка-холодильник — Сумка холодильник  это вид компактных холодильников, специально предназначенных для удобной транспортировки и переноски. Наиболее популярны при длительных поездках на природу. К данной категории можно также отнести часть сегмента… …   Википедия

  • Интернет-холодильник — Эта статья должна быть полностью переписана. На странице обсуждения могут быть пояснения. Интернет холодильник (англ. Internet re …   Википедия

  • термоэлектрический холодильник на эффекте Пельтье — Peltjė šaldytuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. Peltier effect cooler vok. Peltier Kühler, m rus. термоэлектрический холодильник на эффекте Пельтье, m pranc. refroidisseur à effet Peltier, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Термоакустический холодильник — Термоакустический холодильник  акустический тепловой насос, устройство, в котором благодаря устойчивым звуковым волнам, созданы условия для переноса теплоты из холодной части в горячую.[1] То, что вызванное звуковыми волнами сжатие и… …   Википедия

  • ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — общее название разнообразных приборов, действие к рых основано на свойствах полупроводников, однородных (табл. 1) и неоднородных, содержащих p n переходы (см. ЭЛЕКТРОННО ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД) и гетеропереходы (табл. 2, 3). В П. п. используются разл.… …   Физическая энциклопедия

  • Сумка-термос — Сумка термос (термосумка, изотермическая сумка)  специальный вид сумок для продолжительного сохранения более низкой температуры продуктов питания (напитков или блюд), по сравнению с температурой окружающей среды. Изготавливаются с… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»