|
| 
|
Часто задаваемые вопросы 
|
1. |
Какие еще эффекты действуют при работе термоэлектрического модуля? |
|
|
|
Помимо эффекта Пельтье, действие термоэлектрического модуля основано на эффектах Зеебека, Томсона и законах Джоуля и Фурье.
Эффект Зеебека
Эффект Зеебека заключается в том, что если имеется разомкнутая цепь из двух разнородных проводников, причем один контакт проводников имеет температуру, отличную от температуры другого контакта, то на концах цепи, имеющих одинаковую температуру, возникает термоэлектродвижущая сила, пропорциональная разности температур контактов.
Эффект Зеебека широко известен и используется, например, при измерении температур термопарами. На эффекте Зеебека основано действие термоэлектрических генераторов.
Эффект Томсона
Если вдоль проводника с током существует градиент температур, то в каждой единице объема проводника будет поглощаться или выделяться, в зависимости от направления тока, тепло, пропорциональное току и градиенту температуры.
Эффект Томсона проявляется во всем объеме термоэлектрического вещества. Эффект Томсона является внутренним, объемным эффектом Пельтье.
Закон Джоуля
При протекании электрического тока в проводнике выделяется тепловая мощность, пропорциональная его сопротивлению и квадрату тока.
Вследствие закона Джоуля потребляемая модулем электрическая мощность необратимо преобразуется в тепловую.
Закон Фурье
При появлении разности температур возникает тепловой поток, пропорциональный этой разности и направленный в сторону уменьшения температуры.
На компенсацию этого теплового потока от горячего спая к холодному затрачивается часть холодильной мощности, появляющейся за счет эффекта Пельтье.
|
|
|
2. |
Что такое DTmax? |
|
|
|
DTmax (К) - это максимальная разность температур между спаями модуля, достигаемая при температуре горячего спая Th=300 K и при нулевой холодильной мощности (Qc=0).
Значение DTmax для однокаскадного модуля зависит только от эффективности термоэлектрического вещества. Технологии Инженерно-Производственной Фирмы Криотерм позволяют получать наиболее качественные термоэлектрические материалы, поэтому максимальная разность температур серийно выпускаемых модулей компании Криотерм составляет 74 К, а для отдельных экспериментальных образцов достигает 76 К.
Для многокаскадных модулей значение DTmax зависит не только от эффективности вещества, но и от числа каскадов охлаждения и конфигурации модулей. Максимальная разность температур для двухкаскадных модулей повышенной мощности составляет 83-87 К, а для четырехкаскадных модулей достигает 140 К. |
|
|
3. |
Что такое Imax? |
|
|
|
Imax (А) - это ток, при котором достигается разность температур DTmax. |
|
|
4. |
4. Что такое Umax? |
|
|
|
Umax (В) - это напряжение, соответствующее току Imax и разности температур DTmax |
|
|
5. |
Что такое Qmax? |
|
|
|
Qmax (Вт) - холодопроизводительность при токе I=Imax и разности температур DT=0.
Величина Qmax - максимальная холодопроизводительность - традиционно определяется таким образом, но важно отметить, что на самом деле эта холодильная мощность не является максимальной! Дело в том, что величина Qmax определяется при токе Imax, которой является оптимальным для максимальной, а не для нулевой разности температур. При токе несколько большем Imax и при сохранении нулевой разности температур возможно получение холодопроизводительности, большей Qmax на ~ 6 %.
|
|
|
6. |
Где можно использовать термоэлектрический модуль? |
|
|
|
Термоэлектрический модуль является уникальным устройством по преобразованию электрической и тепловой энергии. При этом термоэлектрический модуль позволяет осуществлять как прямое преобразование энергии (электрической в тепловую) - режимы охлаждения или нагрева, так и обратное преобразование (тепловой энергии в электрическую) - режим генерации электрической энергии. Термоэлектрический модуль может также использоваться и как устройство для измерения тепловой энергии - в качестве датчика теплового потока.
Таким образом можно выделить три основные сферы применения модулей:
охлаждение или нагрев;
генерация электричества;
измерение;
В зависимости от сферы применения существуют различные особенности использования термоэлектрического модуля.
|
|
|
7. |
Как использовать термоэлектрический модуль в качестве охладителя? |
|
|
|
В качестве охладителей термоэлектрические модули используются наиболее широко. Для охлаждения важно определить два параметра - разность температур и холодильную мощность устройства. Разность температур это разность температур между окружающей средой и охлаждаемым объектом. Холодильная мощность определяется в зависимости от эффективности теплоизоляции, требований по скорости охлаждения, уровня тепловыделений в объекте.
Термоэлектрический модуль это устройство, на одной стороне которого поглощается, а на другой выделяется тепловая энергия. Для передачи холода к охлаждаемому объекту, а тепла в окружающую среду крайне важно использовать эффективные теплообменники (радиаторы). Для интенсификации процесса теплообмена рекомендуется обдув радиаторов при помощи вентиляторов. Это позволит уменьшить перепады по холодной и горячей сторонам и приведет к более эффективной работе термоэлектрического модуля. Особенно важно обратить внимание на радиатор горячей стороны, поскольку по горячей стороне идет больший тепловой поток.
|
|
|
8. |
Как использовать термоэлектрический модуль в качестве нагревателя? |
|
|
|
Возможность использования в качестве не только охладителей, но и нагревателей является уникальным преимуществом термоэлектрических модулей. Этим фактом объясняется их широкое использование в системах термостатирования и регулирования температуры.
В режиме нагрева термоэлектрический модуль является, по сути, твердотельным тепловым насосом, т. е. устройством, позволяющем перекачивать тепловую энергию с более низкого на более высокий температурный уровень. За счет эффекта Пельтье на холодной стороне устройства поглощается дополнительная тепловая энергия и эффективность нагрева (отопительный коэффициент) может получаться больше 1, что недостижимо в случае применения обычных электрических нагревателей.
|
|
|
9. |
Как использовать термоэлектрический модуль в качестве генератора электрической энергии? |
|
|
|
Данное направление использования термоэлектрических модулей является особенно актуальным в наши дни. C помощью термоэлектрических модулей можно, например, утилизировать бросовое тепло, количество которого во всем мире практически безгранично.
Количество электрической энергии, генерируемое модулем, прямо пропорционально квадрату разности температур на спаях модуля, поэтому важно иметь максимально большую разность температур. Для обеспечения максимальной разности температур необходимо, с одной стороны, обеспечить подвод достаточного количества тепла на горячую сторону модуля, а с другой стороны, использовать эффективный радиатор на холодной стороне модуля (предпочтительно с водяным охлаждением). При этом температура горячего спая не должна превышать максимально допустимого значения для данного модуля.
Сопротивление нагрузки следует выбирать исходя из сопротивления модуля. При равенстве сопротивлений термоэлектрический генератор будет работать в режиме максимальной мощности, при сопротивлении нагрузки составляющем примерно 130 % от сопротивления модуля, будет достигаться максимальный коэффициент полезного действия.
|
|
|
10. |
Как использовать термоэлектрический модуль в качестве датчика теплового потока? |
|
|
|
Термоэлектрические модули широко используются в качестве измерителей теплового потока, например, для определения тепловых потерь энергетических объектов, контроля тепловых режимов различных приборов и механизмов и т. п.
Применение модулей для измерения тепловых потоков является частным случаем режима генерации. В этом случае при бесконечном сопротивлении нагрузки измеряется термоэдс, развиваемая модулем, и по величине термоэдс определяется величина теплового потока, падающего на поверхность модуля. Для определения соответствия между величинами термоэдс и теплового потока модули должны быть предварительно отградуированы. Применение модулей в качестве датчиков теплового потока не требует использования радиаторов, но необходимо обеспечить хорошее качество монтажа модуля к поверхности, для которой производиться измерение потока.
Для получения большей чувствительности в качестве датчиков теплового потока рекомендуется выбирать модули с большей высотой ветви.
|
|
|
11. |
Какой модуль выбрать? |
|
|
|
Фирма Криотерм выпускает более 150 типов термоэлектрических модулей для самых различных применений. Выпускаемые модули разнообразны как по своим основным потребительским характеристикам - холодильной мощности и разности температур, так и по своим размерам. Это позволяет найти эффективные и недорогие решения практически для всего спектра требований заказчиков.
Наиболее широким спросом пользуются однокаскадные модули типов FROST, DRIFT, ICE, SNOWBALL, ТВ-127-1.4-2.5, двухкаскадные модули
ТВ-2-(127-127)-1.3, ТВ-2-(127-127)-1.15. На них мы советуем обратить внимание в первую очередь.
Для расчета термоэлектрических модулей и устройств имеется программа Kryotherm и с ее помощью можно найти ответы на многие вопросы, возникающие при применении модулей. Если у Вас остались какие-либо затруднения или Вам необходима более подробная информация, рекомендуем обращаться к специалистам нашей фирмы, которые всегда рады прийти к Вам на помощь.
|
|
|
12. |
Что такое СOP? |
|
|
|
COP=coefficient of performance - это отношение холодильной мощности модуля к электрической энергии, потребляемой модулем, и характеризует экономичность протекающих процессов. При заданном значении тока COP практически линейно зависит от разности температур, и при более меньших разностях температур он выше.
Для термоэлектрических устройств COP в среднем составляет 0.3-0.5, что ниже значений холодильного коэффициента компрессионных машин. Несмотря на отставание по холодильному коэффициенту, во многих случаях применение термоэлектрических модулей является более выгодным, а в ряде случаев и единственно возможным! Более того, теоретически при нулевой разности температур и при малых токах холодильный коэффициент в пределе стремится к бесконечности! На практике это означает, что если необходимо иметь повышенную экономичность устройства, то предпочтительно использовать большее количество модулей и питать их меньшим напряжением (током).
|
|
|
13. |
Какие режимы работы термоэлектрических модулей существуют? |
|
|
|
Во многих технических системах существуют два основных режима работы - режим максимальной мощности и режим максимальной экономичности.
Применительно к термоэлектрической генерации это режимы максимальной генерируемой мощности на нагрузке и максимального коэффициента полезного действия.
По отношению к термоэлектрическому охлаждению это режимы максимальной холодильной мощности и максимального холодильного коэффициента. Режим максимальной холодильной мощности требует больших затрат электрической энергии, но зато при заданной холодопроизводительности устройства требуется меньшее количество модулей, что, как правило, ведет к уменьшению габаритов устройства. Режим максимального холодильного коэффициента позволяет существенно уменьшить затраты электрической энергии, но тогда для этого требуется большее количество модулей.
Выбор режима максимальной мощности или экономичности осуществляется выбором напряжения питания (если рассматривается охлаждение) или выбором сопротивления нагрузки (если рассматривается генерация электричества). Для режима максимальной холодильной мощности характерно более высокое напряжение питания, для режима максимального холодильного коэффициента - более низкое напряжение питания.
|
|
|
14. |
Какой источник питания необходимо использовать для модулей? |
|
|
|
Для работы модуля необходимо, чтобы через него протекал постоянный ток. Пульсации постоянного тока не должны превышать 5 %, что при современном уровне развития электроники не является сложной задачей. Постоянный ток может быть создан как источником тока, так и источником напряжения, но последние используются более широко.
Подаваемое на модуль напряжение должно выбираться исходя из максимального напряжения модуля Umax и выбранного режима работы (максимальной холодильной мощности или максимального холодильного коэффициента).
Максимальный ток (мощность) источника должен выбираться исходя из величины напряжения и сопротивления модуля переменному току. Следует отметить, что рабочая величина тока в стационарном режиме может быть меньше своего первоначального значения на ~20-35 %, поскольку благодаря эффекту Зеебека величина тока зависит от разности температур.
|
|
|
15. |
Какое напряжение следует подавать на термоэлектрический модуль? |
|
|
|
Подаваемое на модуль напряжение должно выбираться исходя из выбранного режима работы и исходя из максимального напряжения модуля Umax, которое определяется количеством пар ветвей в модуле.
Наиболее распространенными являются 127-парные модули (серия FROST, SNOWBALL, ICE, ТВ-127-1.4-2.5), величина максимального напряжения для которых составляет ~16 В. На эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т. е. примерно 75 % от величины Umax. Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным и позволяет обеспечить, с одной стороны, достаточную мощность охлаждения, а с другой стороны, достаточную экономичность (холодильный коэффициент). При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности будет слабым, а потребляемая мощность будет резко увеличиваться. При понижении напряжения питания экономичность будет расти, но холодильная мощность будет линейно уменьшаться.
Необходимо отметить, что работа модуля при напряжении 12 В является не строгим требованием, а промежуточным режимом между режимами максимальной мощности и максимального холодильного коэффициента. Например, при необходимости обеспечить высокие значения холодильного коэффициента следует использовать большое количество модулей, а каждый модуль питать меньшим напряжением, например, 6 или 9 В. При необходимости повысить холодильную мощность, можно подавать напряжение несколько больше 12 В, но это должно сопровождаться эффективным теплоотводом с горячей стороны модулей.
Для модулей с числом пар ветвей отличным от 127, напряжение можно выбирать по тому же принципу, - чтобы оно составляло 75 % от Umax, но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны, и возможности источников питания. На модули серии DRIFT рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В постоянного тока. Такой выбор напряжения питания при условии применения мощных модулей серии DRIFT позволяет добиться большой холодильной мощности без снижения холодильного коэффициента, что особенно важно, например, при охлаждении компьютерных процессоров.
|
|
|
|
|
