Особливості експлуатації модулів Пельтьє

Пояснення ефекту Пельтьє

Модулі Пельтьє

Особливості експлуатації модулів Пельтьє

Застосування ефекту Пельтьє

1.2 Когенерація, комбіноване виробництво теплової та електричної енергії..

1.3 Застосування термоелектрогенератора на транспорті

1.4 http://www.auto-marketing.ru/archive/2014/1405_08.htm

РОЗДІЛ II

2.1 Експериментальне дослідження елементу Пельтє на автомобілі

2.2…місце дослідження пельт на автомобілі………………….

2.3……наші дослідження (Температурні режими автомобіля)

2.4Розробка лекцій, практичної роботи з використанням Елементу Пельтьє в училищі

2.5Лабораторно-практична робота

РОЗДІЛ III Охорона праці

ВИСНОВКИ…..

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……….

ДОДАТКИ………………………

ВСТУП.

Людина, як індивід, приречена учитися постійно. Тільки засвоївши уроки, які їй надає життя, вона не буде повторювати ті ж помилки. На сьогоднішній день людство розуміє: хто володіє інформацією – той володіє світом.

Адже, створено чи мало корисних винаходів, моделей які позитивно впливають на рівень нашого життя. Про те, є і інша сторона медалі, яка показує низький рівень екології, недосконалість та негативні наслідки наших надбань. Тому слід задуматися, та зробити висновки над нашим майбутнім – використовувати дійсно близькі до досконалого способи отримання енергії. Особливу актуальність це здобуває при впровадженні нових технологій. І найбільше радує те, що є вихід із даної ситуації – це використання когенераційних установок.

Когенерація є одним із найпоширеніших методів повторного використання енергії.

Вона грунтується на трьох важливих ефектах: Зеєбека, Пельтьє та Томсона. Адже, термоелектрика описує процеси перетворення теплової енергії в електричну та навпаки. Ці процеси дістали назву когенерація.

Актуальність даної роботи є очевидною.Адже, термоелектрика є перспективним науково-технічним напрямком, який заснований на використанні прямого, безмашинного перетворення теплової енергії у електричну шляхом використання термоелектричних ефектів (ефект Пельтьє, ефект Зеебека). Термоелектричні перетворювачі енергії мають ряд привабливих властивостей. Серед них – відсутність рухомих частин, можливість функціонування без обслуговування, практично необмежений ресурс роботи, стійкість до екстремальних навантажень. Такі особливості термоелектричних джерел енергії забезпечили їх успішне використання в першу чергу на транспорті.

Актуальність

Тема

Мета

Обзкт і предмет дослідження

Основні завдання

РОЗДІЛ І

Відкриття ефекту Пельтьє

Наукова думка має здатність випереджати час. Відкриття, зроблені вченими, дозволяють майбутнім поколінням, керуючись ними, покращують життя людини, а прилади і пристосування - знаходити нові способи захисту його здоров'я і благополуччя. І явище, відкрите в 1834 році годинникарем Жаном-Шарлем Пельтьє і назване пізніше «Ефектом Пельтьє", не стало винятком. У зв'язку з даною обставиною ефект, що мав місце на початку XIX століття, актуальний і зараз.

Можливості його застосування необмежені. Безліч лабораторій і дослідницьких ценҭҏів займаються розробкою способів його застосування, тому що відкриття, зроблене французьким ученим, дозволяє зробити життя людини комфортним, барвистим, а блага цивілізації - доступними широкому колу споживачів.

У конкретно цій роботі ми розглянемо явище Пельтьє і його застосування.

Початок XIX століття ознаменоване «Золотим віком фізики й електротехніки». У 1834 році французький годинникар і натураліст Жан-Шарль Пельтьє експериментував з краплею води, поміщеній на стику двох провідників (вісмуту і сурми). При пропущенні струму в одному напрямку крапля води замерзала, а при зміні напрямку струму - танула. Задавалося, на той момент, що відкрито закони та сили магії. Тим самим було встановлено, що при проходженні струму через контакт двох провідників в одному напрямку тепло виділяється, в іншому - поглинається. До свого здивування, він побачив: що крапля несподівано замерзла, а в зротньому напрямку струму – танула. Дане явище було названо ефектом Пельтьє.

Про теплові дії електричного струму на провідники було відомо, а от зворотний ефект був на кшталт магії. Можна зрозуміти почуття Пельтьє: це явище на стику двох різних областей фізики - термодинаміки і електрики викликає відчуття дива і сьогодні.

Процес перетворення електричної енергії в теплову вперше виявив Жан Пельтьє [12]. Peltier J.C. Nouvelles experiences sur la caloricite des courans electrique // Ann. Phys. Chim., LV1, p. 371 (1834).

Його можна розглядати, як зворотний до ефекту Зеєбека (про який ми опишемо нижче). Ефект Пельтье є основною термоелектричного охолодження.

Рис. 1.1. Приклад реалізації ефекту Пельтьє.

Коли електричний струм проходить через два різнорідні матеріали (метали або напівпровідники), один з яких має два спаї (рис. 1.1), то на одному спаї тепло буде поглинатися, а на іншому – виділятися.

При цьому один спай охолоджується, а другий нагрівається, залежно від напрямку струму. Нагрівання (охолодження) контакту можна розглядати з точки зору поглинання чи випромінювання енергії (рис. 1.2), або ж задавати як потік електронів, що рухаються із напівпровідника в металічні електроди (і навпаки) на їх контакті (рис. 1.3).

Цей процес є оборотним: електричний струм може подаватися через контакт для створення градієнта температури (а отже і теплового потоку), або ж градієнт температури може використовуватися для генерування електричного струму (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Схема поглинання і випромінювання енергії на контактах двох напівпровідників

а) б)

в) г)

Рис. 1.3Схема процесів поглинання (а), (б) та випромінювання (в), (г) теплової енергії з точки зору переходу електронів (б), (г) та дірок (а), (в) через контакти між напівпровідником і металом. EF – енергія Фермі

ΔEt n,p – зміщення енергії Фермі на контакті «метал-напівпровідник», відносно енергії Фермі у металі [13].

Hogan T. “Thermoelectricity” in the Encyclopedia of Physical Science and Technology. Third Edition,

R.A. Meyers, editor-in-chief, San Diego: Academic Press, CA (2001).

Коли струм проходить через коло, тепло поглинається на контакті Т2 і виділяється на контакті Т1, якщо диференційний коефіцієнт Пельтьє –негативний. Теплота Пельтье (Q), яка поглинається на холодному спаю в одиницю часу визначається згідно виразу:

dQ/dt =Пав – І = (Па - Пв)І;

де, Па та Пв – коефіцієнти Пельтьє матеріалів A і B, відповідно.

При проведенні одного з експериментів Жан-Шарль Пельтьє пропускав електричний струм через смужку вісмуту, з підключеними до неї мідними провідниками (рис. 1.4). У ході експерименту він виявив, що одне з'єднання вісмут-мідь нагрівається, інше - остигає.

Рис. 1.4 - Схема досліду для вимірювання тепла Пельтьє

Сам Пельтьє не розумів в повній мірі сутність відкритого ним явища. Справжній сенс явища був пізніше пояснений в 1838г. Ленцем.

Тепло Пельтьє пропорційне силі струму і може бути виражено формулою:

Qп = П • q

де q - заряд пройшов через контакт, П - так званий коефіцієнт Пельтьє, який залежить від природи контактуючих матеріалів та їх температури. Коефіцієнт Пельтьє може бути виражений через коефіцієнт Томпсона:

П = T

де  - коефіцієнт Томпсона, Т - абсолютна температура.

Необхідно відзначити, що коефіцієнт Пельтьє знаходиться в істотній залежності від температури. Деякі значення коефіцієнта Пельтьє для різних пар металів представлені в таблиці 1.

Таблиця 1.1

Величина тепла Пельтьє, що виділяється і його знак залежать від виду контактуючих речовин, сили струму і часу його проходження.

Розмірність коефіцієнта Пельтьє [П] СІ = Дж / Кл = В

Класична теорія пояснює явище Пельтьє тим, «що при переносі електронів струмом з одного металу в іншій, вони прискорюються або сповільнюються внутрішньою контактною різницею потенціалів між металами. У разі прискорення кінетична енергія електронів збільшується, а потім виділяється у вигляді тепла. У зворотному випадку кінетична енергія зменшується, і енергія поповнюється за рахунок енергії теплових коливань атомів другого провідника, таким чином він починає охолоджуватися. При більш повному розгляді враховується зміна не тільки потенційної, а й повної енергії[3]»

На рис. 1.5. і рис. 1.6. зображена замкнута ланцюг, складена з двох різних напівпровідників ПП1 і ПП2 з контактами А і В.

Рис. 1.5. Виділення тепла Пельтьє (контакт А)

Рис. 1.6. Поглинаня тепла Пельтьє (контакт В)

Такий ланцюг, прийнято називати термоелементом, а її гілки - термоелектродами. Через ланцюг проходить струм I, створений зовнішнім джерелом e. Рис. 1.2. ілюструє ситуацію, коли на контакті А (струм тече від ПП1 до ПП2) відбувається виділення тепла Пельтьє Qп (А)> 0, а на контакті В (струм направлений від ПП2 до ПП1) його поглинання –

Qп (В)<0. У результаті відбувається зміна температур спаїв: ТА> ТВ.

Причина виникнення ефекту Пельтьє на контакті напівпровідників з однаковим видом носіїв струму (два напівпровідника n-типу або два напівпровідника p-типу) така ж, як і у випадку контакту двох металевих провідників. Носії струму (електрони або дірки) по різні сторони спаю мають різну середню енергію, яка залежить від багатьох причин: енергетичного спектру, концентрації, механізму розсіяння носіїв заряду.

Якщо носії, пройшовши через спай, потрапляють в область з меншою енергією, вони передають надлишок енергії кристалічній решітці, в результаті чого поблизу контакту відбувається виділення теплоти Пельтьє (Qп> 0) і температура контакту підвищується. При цьому на іншому спаю носії, переходячи в область з більшою енергією, запозичують відсутню енергію від решітки, відбувається поглинання теплоти Пельтьє (Qп <0) і зниження температури.

Ефект Пельтьє, як і всі термоелектричні явища, виражений особливо сильно в ланцюгах, складених з електронних (n - тип) і діркових (р - тип) напівпровідників. У цьому випадку ефект Пельтьє має інше пояснення.

Розглянемо ситуацію, коли струм в контакті йде від діркового напівпровідника до електронного (р®n). При цьому електрони і дірки рухаються назустріч один одному і, зустрівшись, рекомбінують. В результаті рекомбінації звільняється енергія, яка виділяється у вигляді тепла. Ця ситуація розглянута на рис. 1.7., Де зображені енергетичні зони (ec- зона провідності, ev- валентна зона) для домішкових напівпровідників з дірковою і електронною провідністю.

Рис. 1.7. Виділення тепла Пельтьє на контакті напівпровідників p і n-типу.

На рис. 1.8. (ec - зона провідності, ev - валентна зона) ілюструється поглинання тепла Пельтьє для випадку, коли струм йде від n до p-напівпровідника (n ® p).

Рис. 1.8 - Поглинання тепла Пельтьє на контакті напівпровідників p і n-типу.

Тут електрони в електронному й дірки в дірковому напівпровідниках рухаються в протилежні сторони, йдучи від кордону розділу. Спад носіїв струму в прикордонній області заповнюється за рахунок попарного народження електронів і дірок. На освіту таких пар потрібна енергія, яка поставляється тепловими коливаннями атомів решітки. Утворені електрони і дірки захоплюються в протилежні сторони електричним полем. Тому поки через контакт йде струм, безперервно відбувається народження нових пар. В результаті в контакті тепло буде поглинатися.

Застосування напівпровідників різних типів в термоелектричних модулях представлено на рис. 1.9.

Рис.1.9. Використання напівпровідникових структур в

термоелектричних модулях.

Такий ланцюг дозволяє створювати ефективні охолоджуючі елементи.

Проблема, отримання «чистої енергії» та відводу тепла від пристроїв в XІX не була такою гострою, як сьогодні. Тому до ефекту Пельтьє звернулися тільки через майже два століття, коли з'явилися електронні пристрої, для роботи яких потрібні були мініатюрні системи охолодження.

Перевагою охолоджуючих елементів Пельтьє є малі габарити, відсутність рухомих деталей, можливість каскадного з'єднання для отримання великих перепадів температур.

Крім цього, ефект Пельтьє звернемо: при зміні полярності струму через модуль, охолодження змінюється нагріванням, тому на ньому легко реалізуються системи точного підтримки температури - термостати. Недоліком елементів (модулів) Пельтьє є низький ККД, що вимагає підведення великих значень струму для отримання помітного перепаду температур.

Пояснення ефекту Пельтьє

Пояснення ефекту Пельтьє слід розпочати з того, щоодиничним елементом термоелектричного модуля (ТЕМ) - є термопара, що складається з двох різнорідних елементів з p-і n-типом провідності.

Елементи з’єднуються між собою за допомогою комутаційної пластини з міді. Як матеріал елементів традиційно використовуються напівпровідники на основі вісмуту, телуру, сурми і селену.

В напівпровідниках за перенесення енергії відповідають електрони і "дірки", але механізм перенесення тепла і появи різниці температур зберігається. Різниця температур збільшується до тих пір, поки не вичерпаються високоенергетичні електрони. Настає, так звана, температурна рівновага. Така сучасна картина опису ефекту Пельтьє.

З неї зрозуміло, що ефективність роботи елемента Пельтьє залежить від підбору пари матеріалів, сили струму і швидкості відводу тепла від гарячої зони. Для сучасних матеріалів (як правило, це напівпровідники) ККД становить 5-8%.

Для його збільшення окремі термопари (спаї двох різних матеріалів) збираються в групи, що складаються з десятків і сотень елементів. Основне призначення таких модулів - це охолодження невеликих об'єктів або мікросхем

Електро́н (грец. Ηλεκτρόνιο, англ. electron, нім. Elektron) - стабільна, негативно заряджена елементарна частинка, що входить до складу всіх атомів. Має електричний заряд (-е= −1,6021892(46)×10−19 Кл) і масу (9,109554(906)×10−31 кг). Зазвичай електрон позначається в формулах символом e-.

У напівпровідниках p-типу дірки є основними носіями заряду. Оскільки дірка переміщується в кристалі, як і вільний носій електричного заряду, то їй приписують позитивний заряд. Якщо діє зовнішнє електричне поле, в кристалі напівпровідника виникає впорядковане переміщення дірок і до електричного струму вільних електронів (електронна провідність) додається електричний струм, пов'язаний з переміщенням дірок (діркова провідність).

Питомий опір низки елементів (кремнію, германію, селену тощо) та деяких оксидів, сульфідів, телуридів з підвищенням температури не зростає, як у металів, а, навпаки, різко зменшується. Такі речовини назвали напівпровідниками.

Пояснимо ці закономірності, розглянувши будову напівпровідників на прикладі чотиривалентного елемента силіцію. Взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється за допомогою ковалентного (парноелектронного) зв'язку. У темноті і при низьких температурах усі електрони зайняті в ковалентних зв'язках. Вільних носіїв у кристалі напівпровідника немає (n),Отже:

I = q0nS= 0

тому кристал не проводить струму і його опір великий. За цих умов напівпровідник схожий на ізолятор.

З підвищенням температури кристала (або під час попадання на нього світла) деякі ковалентні зв'язки руйнуються. На місці кожного розірваного зв'язку відразу утворюється вакантне місце з нестачею електрона. Його називають діркою. Оскільки дірка переміщується в кристалі, як і вільний носій в електричного заряду, то їй приписують позитивний заряд. Якщо діє зовнішнє електричне поле, в кристалі напівпровідника виникає впорядковане переміщення дірок і до електричного струму вільних електронів додається електричний струм, пов'язаний з переміщенням дірок (діркова провідність).

Провідність чистих напівпровідників, що не мають ніяких домішок, називають власною провідністю напівпровідників.

Власна провідність напівпровідників невелика, оскільки малою є кількість вільних електронів. Особливість напівпровідників полягає в тому, що в них за наявності домішок поряд із власною провідністю виникає додаткова - домішкова провідність. Змінюючи концентрацію домішки, можна суттєво змінити кількість носіїв заряду того або того знака, а отже, створити напівпровідники з переважаючою концентрацією чи позитивно, чи негативно заряджених носіїв. Наприклад, внесемо в чотиривалентний кремній Si невелику кількість п'ятивалентного арсену (As) (рис. 1.10). Чотири електрони арсену (As) утворюють ковалентні зв'язки із сусідніми атомами силіцію (Si), а п'ятий одразу стає вільним. Домішки, що легко віддають електрони, і, отже, збільшують кількість вільних носіїв, називають донорними домішками.

Рис.1.10. З’єднання чотиривалентного кремнію Si з п'ятивалентним арсеном (As)

Напівпровідники з донорною провідністю мають більшу кількість електронів порівняно з кількістю дірок. Їх називають напівпровідниками n-типу. У них електрони є основними носіями заряду, а дірки- неосновними[2]. http://metoduchka.c om/konspekt-elektronno-dirkovyj-perehid-joho-vlastyvosti-j-zastosuvannja-napivprovidnykovyj-diod-napivprovidnykovi-prylady-ta-jihnje-zastosuvannja/

Коли як домішку використовують індій (In), атоми якого тривалентні, то характер провідності силіцію зміниться. Тепер для встановлення нормальних парно-електронних зв'язків із сусідами атома індію не вистачає електрона. Унаслідок цього утворюється дірка. Кількість дірок у кристалі дорівнюватиме кількості атомів домішки (рис.1.11).

Рис. 1.11. З’єднання трьох валентного кремнію індій (In) з чотирьох валентним кремнієм (Si)

Домішки цього типу називають акцепторними (приймальними). Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною називають напівпровідниками р-типу. Основними носіями заряду таких напівпровідників є дірки, а неосновними - електрони.

Цікаві явища спостерігаються під час контакту напівпровідників n- і р-типів.

З'єднаємо два напівпровідники: один з донорною, а другий з акцепторною домішкою. Контакт двох напівпровідників називають р-n-переходом (рис.1.12).

На межі контакту електрони частково переходять із напівпровідника n-типу в напівпровідник р-типу, а дірки - навпаки.

Рис.1.12. р-n-перехід, з’єднання з донорною та акцепторною домішкою напівпровідників

Якщо подати напругу на напівпровідник з р-n-переходом так, щоб до напівпровідника р-типу під'єднувався позитивний полюс батареї, а на n-типу - негативний, то при цьому струм через р-n перехід забезпечується основними носіями: з n-типу в р-тип - електронами, а із р-типу в n-тип - дірками. Унаслідок цього провідність усього зразка велика, а опір малий. Такий перехід називають прямим.

Під’єднаємо батареї навпаки. Струм I в колі стане незначним за тієї ж напруги U, оскільки струм через р-n перехід забезпечується неосновними носіями заряду і провідність зразка стає незначною, а опір великим. Утворюється так званий запірний шар. Цей перехід називають зворотним[2].

При проходженні через термоелектричний модуль постійного електричного струму між його сторонами утворюється перепад температур-одна сторона (холодна) охолоджується, а інша (гаряча) нагрівається. Якщо з гарячою боку ТЕМ забезпечити ефективне відведення тепла, наприклад, за допомогою радіатора, то на холодній стороні можна отримати температуру, яка буде на десятки градусів нижче температури навколишнього середовища. Ступінь охолодження буде пропорційною величиною струму. При зміні полярності струму гаряча і холодна сторони міняються місцями.Практика.Елементи Пельтьє широко використовуються в системах охолодження. Але не багато хто знає про їх іншому властивості — виробляти енергію.

Модулі Пельтьє

Об'єднання великої кількості пар напівпровідників p - і n - типу дозволяє створювати охолоджуючі елементи - модулі Пельтьє порівняно великої потужності. Структура напівпровідникового термоелектричного модуля Пельтьє представлена на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Структура модуля Пельтьє

Модуль Пельтьє, являє собою термоелектричний холодильник, що з послідовно з'єднаних напівпровідників p- і n-типу утворюють рn і nр-переходи. Кожен з таких переходів має тепловий контакт з одним з двох радіаторів. В результаті проходження електричного струму певної полярності утворюється перепад температур між радіаторами модуля Пельтьє: один радіатор працює як холодильник, інший радіатор нагрівається і служить для відводу тепла. На рис. 1.14. представлений зовнішній вигляд типового модуля Пельтьє.

Рис. 1.14. Зовнішній вигляд модуля Пельтьє

Типовий модуль забезпечує значний температурний перепад, який становить кілька десятків градусів. При відповідному примусовому охолодженні нагріваючого елемента радіатора, другий радіатор - холодильник, дозволяє досягти від'ємних значень температур. Для збільшення різниці температур можливе каскадне включення термоелектричних модулів Пельтьє при забезпеченні адекватного їх охолодження. Це дозволяє порівняно простими засобами отримати значний перепад температур і забезпечити ефективне охолодження елементів, що захищаються. На рис. 1.15. представлений приклад каскадного включення типових модулів Пельтьє.

Рис. 1.15. Представлений приклад каскадного включення модулів Пельтьє

Пристрої охолодження на основі модулів Пельтьє часто називають активними холодильниками Пельтьє або просто кулерами Пельтьє.

Рис.1.16. - Зовнішній вигляд кулера з модулем Пельтье

Головна характеристика термоелектричного охолоджуючого пристрою - це ефективність охолодження:

Z = a2 / (RL),

де - коефіцієнт термоерс;

R - питомий опір;

L - питома теплопровідність напівпровідника.

Параметр Z - функція температури і концентрації носіїв заряду, причому для кожної заданої температури існує оптимальне значення концентрації, при якій величина Z максимальна. Введення в напівпровідник тих чи інших домішок - основне доступний засіб змінювати його показники (а, г, л) в бажану сторону.

Використання модулів Пельтьє в активних кулерах робить їх істотно більш ефективними в порівнянні зі стандартними типами кулерів на основі традиційних радіаторів і вентиляторів. Однак у процесі конструювання та використання кулерів з модулями Пельтьє необхідно враховувати ряд специфічних особливостей, що випливають з конструкції модулів, їх принципу роботи, архітектури сучасних апаратних засобів комп'ютерів і функціональних можливостей системного та прикладного програмного забезпечення.

Особливості експлуатації модулів Пельтьє

Модулі Пельтьє, застосовувані в складі засобів охолодження електронних елементів, відрізняються порівняно високою надійністю, і на відміну від холодильників, створених за традиційною технологією, не мають рухомих частин. І, як це зазначалося вище, для збільшення ефективності своєї роботи вони допускають каскадне використання, що дозволяють довести температуру корпусів захищаючих електронних елементів до негативних значень навіть при їх значній потужності розсіювання. Також модуль є оборотним, тобто при зміні полярності постійного струму гаряча і холодна пластини міняються місцями.

Однак крім очевидних переваг, модулі Пельтьє володіють і рядом специфічних властивостей і характеристик, які необхідно враховувати при їх використанні в складі охолоджуючих засобів. Деякі з них були вже відзначені, але для коректного застосування модулів Пельтьє вимагають більш детального розгляду.

До найважливіших характеристик відносяться такі особливості експлуатації:

Ø  Модулі Пельтьє, що виділяють в процесі своєї роботи велику кількість тепла, вимагають наявності в складі кулера відповідних радіаторів і вентиляторів, здатних ефективно відводити надмірне тепло від охолоджуючих модулів.

Ø Термоелектричні модулі відрізняються відносно низьким коефіцієнтом корисної дії (ккд) і, виконуючи функції теплового насоса, вони самі є потужними джерелами тепла. Використання даних модулів у складі засобів охолодження електронних комплектуючих комп'ютера викликає значне зростання температури усередині системного блоку, що нерідко вимагає додаткових заходів і засобів для зниження температури всередині корпусу комп'ютера. В іншому випадку підвищена температура всередині корпусу створює труднощі для роботи не тільки для захищаються, і їх систем охолодження, але і решті складових комп'ютера.

Ø  Модулі Пельтьє є порівняно потужної додатковим навантаженням для блоку живлення. Споживаний ними струм перевищує 6А. Занадто тонкі дроти живлення можуть не витримати такої сили струму. З урахуванням значення струму споживання модулів Пельтьє величина потужності блоку живлення комп'ютера повинна бути не менше 250 Вт

Ø  Модуль Пельтьє, в разі виходу його з ладу, ізолює охолоджуваний елемент від радіатора кулера. Це призводить до дуже швидкого порушення теплового режиму захищається елемента і швидкого виходу його з ладу від подальшого перегріву.

Ø  Термоелектричні модулі відповідають технічним даними протягом 2-х років з дати виготовлення при дотриманні споживачем умов зберігання і експлуатації. Термін зберігання і експлуатації - 15 років з моменту прийняття. З досвіду відомо, що якщо тільки модуль не нагріватиметься до температури плавлення олова, він прослужить дуже довго.

Ø  Напруга, що подається пна модуль визначається кількістю пар гілок у модулі. Найбільш поширеними є 127-парні модулі, величина максимальної напруги для яких становить приблизно 16 В. На ці модулі зазвичай подається напруга живлення 12 В. Такий вибір напруги живлення в більшості випадків є оптимальним і дозволяє забезпечити, з одного боку, достатню потужність охолодження, а з іншого боку, достатню економічність. При підвищенні напруги живлення більш 12 В збільшення холодильної потужності буде слабким, а споживана потужність буде різко збільшуватися. При зниженні напруги живлення економічність зростатиме, холодильна потужність зменшуватиметься, але лінійно, що дуже зручно для організації плавного регулювання температури. Для модулів з числом пар гілок відмінним від 127, необхідно враховувати особливості конкретного пристрою, перш за все, умови тепловідведення з гарячою боку, і можливості джерел живлення.

Ø  Велике значення відіграє потужність модуля Пельтьє, яка, як правило, залежить від його розміру. Модуль малої потужності не забезпечує необхідний рівень охолодження, що може привести до порушення працездатності захищається електронного елемента, наприклад, процесора внаслідок його перегріву. Однак застосування модулів дуже великої потужності може викликати пониження температури охолоджуючого радіатора до рівня конденсації вологи з повітря, що небезпечно для електронних ланцюгів. Це пов'язано з тим, що вода, безперервно одержувана в результаті конденсації, може привести до коротких замикань в електронних ланцюгах комп'ютера. Для виключення даної небезпеки доцільно використовувати холодильники Пельтьє оптимальної потужності. Виникне конденсація чи ні, залежить від декількох параметрів.

Найважливішими є:

ü температура навколишнього середовища (в даному випадку температура повітря всередині корпусу);

ü температура охолоджуваного об'єкта;

ü вологість повітря.

Чим тепліше повітря всередині корпусу і чим більше вологість, тим імовірніше сконденсовану вологи і подальший вихід з ладу електронних елементів комп'ютера. Нижче представлена таблиця, що ілюструє залежність температуру конденсації вологи на охолоджуваному об'єкті залежно від вологості і температури навколишнього повітря. Використовуючи цю таблицю, можна легко встановити, чи існує небезпека конденсації вологи чи ні. Наприклад, якщо зовнішня температура 25 ° C, а вологість 65%, то конденсація вологи на охолоджуваному об'єкті відбувається при температурі його поверхні нижче 18 ° C.

Таблиця 2

Крім зазначених особливостей, необхідно враховувати і ряд специфічних обставин, , це пов'язано з тим, що існуючі холодильники Пельтьє, як правило, розраховані на безперервну роботу. У зв'язку з цим, найпростіші холодильники Пельтьє, що не володіють засобами контролю, не рекомендується використовувати разом з охолоджуючими програмами. Це дозволяє оптимізувати їх енергоспоживання.

Застосування ефекту Пельтьє

Елементи Пельтьє застосовуються в ситуаціях, коли необхідно охолодження з невеликою різницею температур, або енергетична ефективність охолоджувача не важлива. Наприклад, елементи Пельтьє застосовуються в маленьких автомобільних холодильниках, так як застосування компресора в цьому випадку неможливо через обмежених розмірів і, крім того, необхідна потужність охолодження невелика.

Крім того елементи Пельтьє застосовуються для охолодження пристроїв із зарядним зв'язком в цифрових фотокамерах. За рахунок цього досягається помітне зменшення теплового шуму при тривалих експозиціях (наприклад в астрофотографії). Багатоступінчасті елементи Пельтьє застосовуються для охолодження приймачів випромінювання в інфрачервоних сенсорах.

Також елементи Пельтьє часто застосовуються:

1. для охолодження і термостатування діодних лазерів, щоб стабілізувати довжину хвилі випромінювання;

2. в комп'ютерній техніці;

3. в радіоелектричних пристроях;

4. у медичному і фармацевтичному обладнанні;

5. у побутовій техніці;

6. в кліматичному обладнанні;

7. в термостатах;

8. в оптичній апаратурі;

9. для управління процесом кристалізації;

10. як підігрів в цілях опалення;

11. для охолодження напоїв;

12. в лабораторних і наукових приладах;

13. в льодогенераторами;

14. в кондиціонерах;

15. для отримання електроенергії;

16. в електронних лічильниках витрати води.

Звичайно, охолоджуючі пристрої Пельтьє навряд чи підходять для масового використання. Вони досить дорогі і вимагають правильного режиму експлуатації. Сьогодні це, швидше, інструмент для любителів розгону процесорів. Однак у випадку необхідності сильного охолодження процесорів кулери Пельтье є найбільш ефективними пристроями.

З'явилися повідомлення про експерименти з вбудовування мініатюрних модулів Пельтьє безпосередньо в мікросхеми процесорів для охолоджування їх найбільш критичних структур. Таке рішення сприяє кращому охолодженню за рахунок зниження теплового опору і дозволяє значно підвищити робочу частоту і продуктивність процесорів.

Роботи в напрямку вдосконалення систем забезпечення оптимальних температурних режимів електронних елементів ведуться багатьма дослідницькими лабораторіями. І системи охолодження, що передбачають використання термоелектричних модулів Пельтьє, вважаються надзвичайно перспективними.

­

.