Термоэлектрическое охлаждение и холодильники термоэлектрического типа
Термоэлектрическое охлаждение использует электрическую энергию для создания разницы температур между двумя типами материалов. В основе термоэлектрического охлаждения лежит термоэлектрический эффект. Он также используется в термоэлектрических нагревателях и генераторах.
Термоэлектрическое охлаждение (основанное на эффекте Пельтье) в настоящее время является доминирующей технологией твердотельного охлаждения, и оно может охлаждать от комнатной температуры до примерно 170 К (-103,1 °C). Такие системы охлаждения используются в авиации, космических исследованиях и военных проектах, то есть везде, где важны высокая эффективность, надежность и низкие требования к обслуживанию.
Термоэлектрический охлажадющий модуль
Как работают термоэлектрические устройства
Эффекты Зеебека и Пельтье представляют собой взаимные корреляции между электричеством и теплом, переносимыми электронами в твердых телах. Когда коэффициент Зеебека и электропроводность велики в материале, такой материал может преобразовывать электрическую энергию в тепло и наоборот. Это схематически показано на рисунке ниже.
Стержень из материала, находящегося под действием градиента температуры, создает на образце термоэлектрическое напряжение
где dT – разность температур между краями образца, а S – коэффициент Зеебека.
Если напряжение U достаточно велико, стержень работает как гальваническая батарея и вырабатывает электрическую энергию при внешней нагрузке, подключенной к стержню.
В этой ситуации термоЭДС соответствует напряжению холостого хода батареи, а сопротивление стержня соответствует внутреннему сопротивлению батареи. Такой материал называется термоэлектрическим материалом, а устройство, изготовленное из него, называется термоэлектрическим устройством.
Коэффициент Зеебека характеризует эффективность этих материалов как отношение электрического потенциала к градиенту температуры.
На самом деле устройство на рисунке представляет собой упрощенную картину термоэлектрического устройства. Поскольку токоподвод обычно является хорошим проводником тепла, тепло, приложенное к левому краю, будет проходить через вывод и не будет создавать достаточную разницу температур. Чтобы избежать этого, следует сделать пару стержней.
Такая структура представляет собой не что иное, как термопару, и тепло, приложенное к соединению, теперь проходит через пару термоэлектрических ветвей. В этом отношении термоэлектрическое устройство представляет собой термоэлектрический преобразователь (термопару), способную генерировать электрическую энергию.
Два проводника, соединенные металлической перемычкой, образуют ножки. термопары, которую можно использовать для термоэлектрических применений.
Очевидно, что пара должна быть парой материалов n- и p-типа, чтобы максимизировать термоэлектрическое напряжение. Еще одно требование заключается в том, чтобы теплопроводность была как можно ниже, чтобы максимизировать разницу температур.
Термопарные спаи играют полезную роль как в качестве контактных датчиков температуры для обработки пластин, так и в качестве эталонов температуры для калибровки датчиков.
Термоэлектрический прибор не только вырабатывает электроэнергию из тепла, но и преобразует электроэнергию в тепло посредством эффекта Пельтье, то есть охлаждает спай внешним током. Это явление известно как термоэлектрическое охлаждение или охлаждение Пельтье.
Коэффициент Пельтье равен коэффициенту Зеебека, умноженному на абсолютную температуру. Таким образом, материалы с большим коэффициентом Зеебека при температуре, близкой к комнатной или ниже комнатной, можно использовать для термоэлектрического охлаждения.
Термоэлектрические твердотельные холодильники
Термоэлектричество было открыто Зеебеком в девятнадцатом веке. Современные же исследования в области термоэлектричества начались в 1930-х годах А. Ф. Иоффе.
Он заметил, что легированные полупроводники являются лучшими термоэлектриками и предложил использовать термоэлектричество для изготовления твердотельных холодильников. Такие холодильники не имели бы движущихся частей и служили бы бесконечно долго.
Предложение Иоффе вызвало бурную деятельность во всем мире. В период 1957–1965 гг. были проведены измерения всех известных полупроводников, полуметаллов и многих сплавов. В то время были открыты лучшие холодильные материалы: теллурид висмута, теллурид свинца и сплавы висмута с сурьмой.
В тот же период была проделана очень хорошая теоретическая работа и построены модели, которые очень хорошо описывали существующие материалы. Однако на практике даже из лучших термоэлектрических материалов производились холодильники с низкой эффективностью.
Изготовление бытовых холодильников из термоэлектриков казалось несбыточной мечтой. Одно эссе того времени удачно подытожило эти начинания под заголовком «Термоэлектричество: прорыв, которого так и не произошло».
Развитие технологий стимулировало поиск лучших материалов для термоэлектрического охлаждения и производства электроэнергии и в наше время интерес к термоэлектрикам возрадился. Инвесторы снова готовы поддержать эту область, чтобы увидеть, может ли современная наука о материалах улучшить результаты 50-летней давности.
На данный момент эталон эффективности систем охлажения — фреоновый компрессор в каждом доме и на производстве. Термоэлектрические твердотельные холодильники имеют примерно треть эффективности фреоновой технологии, поэтому такие холодильники не являются конкурентоспособной технологией для большинства применений.
Основными преимуществами охладителя Пельтье по сравнению с обычным холодильником являются отсутствие в нем движущихся частей или циркулирующей жидкости, очень долгий срок службы, неуязвимость к утечкам, небольшие размеры и гибкая форма.
Термоэлектрическое охлаждение — это чисто электрофизический процесс, не требующий охлаждающей среды. В результате устройство не нужно устанавливать в определенном положении — оно может работать даже в невесомом состоянии. Горизонтально, вертикально, под наклоном или даже вверх ногами.
Благодаря модульной конструкции блоков мощность охлаждения можно масштабировать и увеличивать по мере необходимости. Поэтому, если мощности охлаждения в 100 Вт недостаточно, не нужно отказываться от преимуществ термоэлектрического охлаждения.
Легко интегрируя несколько отдельных блоков рядом друг с другом, можно легко повысить эффективность охлаждения. Единственными движущимися частями этих агрегатов являются два вентилятора для внутренней и внешней циркуляции воздуха. Таким образом, не требующая технического обслуживания эксплуатация этих агрегатов является неоспоримым преимуществом.
Основными недостатками охладителя Пельтье являются высокие затраты на заданную холодопроизводительность и низкая энергоэффективность.
Термоэлектрические охлаждающие устройства занимают нишу на рынке, где надежность важнее эффективности. Небольшие термоэлектрические холодильники используются для охлаждения компьютерных микросхем и инфракрасных детекторов. Четырехступенчатое термоэлектрическое устройство может охлаждать от комнатной температуры до чуть 170 К.
В настоящее время самый большой потребительский рынок приходится на термоэлектрические холодильники для пикника: они подключаются к прикуривателю автомобиля.
Также термоэлектрические стройства также могут использоваться для выработки электроэнергии. Если электрический ток идет в одном направлении, термоэлектрический материал ведет себя как холодильник, а если в другом направлении, он действует как генератор энергии. Благодаря этому свойству холодильники для пикника также можно использовать для разогрева обеда.
Устройство термоэлектрического холодильника
На следующем фото показан холодильник для автомобиля с кружкой на 250 мл внутри. С правой стороны (на фото не видно) находится переключатель, который меняет направление электрического тока на противоположное, благодаря чему устройство может работать как термоэлектрический холодильник либо как термоэлектрический обогреватель. Четыре винта в центре внутренней стенки удерживают модуль Пельтье.
На следующем фото видна внутренняя часть с другой стороны, сняв заднюю крышку (НИКОГДА не снимайте крышку холодильника, пока он подключен к электрической сети!). С правой стороны находится алюминиевый радиатор, а с левой стороны крышки — вентилятор, способствующий передаче тепла за счет принудительной конвекции между окружающей средой и радиатором.
Устройство термоэлектрического охладителя
На рисунке показан традиционный термоэлектрический охладитель. Контакты обеспечиваются припаиванием термоэлектрических блоков к металлическим межсоединениям, обычно медным контактным площадкам, которые непосредственно соединены с керамическими пластинами.
Керамические пластины обеспечивают механическую структуру, низкое термическое сопротивление и плоскую поверхность для сопряжения с пластинами теплопередачи.
Наиболее распространенной керамикой являются Al2O3, AlN и BeO.
Al2O3 является наименее дорогим выбором подложки и имеет достаточную теплопроводность для многих применений. BeO имеет самую высокую теплопроводность этой группы при ~ 220 Вт м -1 К -1 , но менее популярен из-за стоимости.
Имея теплопроводность примерно вдвое меньше, чем у BeO, AlN является наиболее распространенной керамикой для приложений с высоким тепловым потоком. AlN также имеет низкий коэффициент теплового расширения, что является преимуществом, поскольку сжатие и расширение керамических пластин во время термоциклирования в конечном итоге вызывает растрескивание термоэлектрического материала или паяного соединения.
В индустрии термоэлектрического охлаждения используются различные припои. Как правило, эти припои используются в других электронных приложениях и выбираются по схожим причинам, таким как простота изготовления, прочность и пластичность при низких температурах.
Единственным исключением является группа припоев, которые содержат более 90% висмута. Эти припои обладают очень хорошей устойчивостью к термоциклированию и могут наноситься непосредственно на термоэлектрические материалы с приемлемыми результатами.
Чтобы использовать другие припои, как правило, необходимо защитить термоэлектрические материалы металлическим слоем, обычно никелем, для предотвращения взаимодействий.
Как уже говорилось ранее, одно и то же термоэлектрическое устройство может использоваться как для охлаждения, так и для выработки электроэнергии, и в обоих случаях максимальную эффективность определяют только температура и качество материала. Однако в действительности охлаждающее устройство подходит для генерации только в том случае, если разница температур относительно мала, а источник тепла имеет умеренную температуру.
Кулер для воды с модулями Пельтье
Современные материалы для термоэлектрических холодильников
Термоэлектрические материалы для твердотельных устройств без движущихся частей всегда вызывали большой технологический интерес.
Термоэлектрические материалы характеризуются ZT (термоэлектрической эффективностью), т. е. имеют одновременно большой коэффициент Зеебека, высокую проводимость и низкую теплопроводность. Такие требования трудно удовлетворить, потому что эти три параметра являются функциями концентрации носителей, которые нельзя настроить независимо.
Ранние термоэлектрические исследования были сосредоточены на полупроводниках. Тем не менее соединения редкоземельных элементов могут стать новыми термоэлектрическими материалами и в настоящее время они активно исследуются.
Традиционно термоэлектрическое охлаждение в твердом теле осуществляется устройствами на основе охладителей Bi2Te3, которые при комнатной температуре имеют параметр эффективности, близкий к единице. Однако конкурентоспособные термоэлектрики должны иметь значения эффективности значительно выше.
Bi2Te3 широко используются в микроэлектронных и оптоэлектронных устройствах для охлаждения и стабилизации температуры. Поликристаллические сплавы SiGe также используются в качестве термоэлектрических материалов.
В течение последних 30 лет, после очень активного периода 1955–1965 гг., исследования в области термоэлектричества в мире были незначительными. Основная деятельность заключалась в создании источников энергии для космических спутников и станций.
В рамках этой деятельности были разработаны новые термоэлектрические-материалы для производства электроэнергии. Эти материалы хорошо работают при высоких температурах: TAGS, сплавы Si-Ge 18–28, 29–35 и LaCl3.
Недавние исследования обнаружили еще один материал, обладающий хорошими термоэлектрическими свойствами при высоких температурах: скуттерудиты, которые хорошо работают при 700 K. CoAs3, обнаруженный в Скуттеруде, Норвегия, служит прототипом для этого класса материалов.
Несмотря на кубическую форму, кристаллическая структура сложна. На элементарную ячейку приходится 16 или 32 атома, в зависимости от того, как считать. В решетке есть пустые узлы, в которые могут быть вставлены другие атомы.
Это приводит к родственному классу материалов, называемых наполненными скуттерудитами, открытым Джейчко и Брауном. Если атомы в узлах клетки малы и могут вибрировать, теплопроводность значительно снижается.
Эти материалы находятся в стадии активного изучения.
Новые высокотемпературные термоэлектрические материалы хорошо работают при высоких температурах, что привело к постепенному прогрессу в технологии производства электроэнергии с использованием термогенераторов.
Ситуация совершенно иная для охлаждающих материалов при температуре ниже комнатной. На данный момент известны только два достойных материала: теллурид висмута-сурьмы и сплавы висмута-сурьмы. Их недостаточно, чтобы построить все холодильники и охлаждающие устройства, необходимые для техники.
Сегодня невозможно построить термоэлектрический холодильник, охлаждающий от комнатной температуры до температуры перехода сверхпроводника. Самая насущная потребность – найти новые термоэлектрические материалы, работающие при температурах ниже 200 К.
Тем не менее даже при продемонстрированных рабочих температурах и эффективности современное поколение материалов для термоэлектрического охлаждения обладает значительным потенциалом в ряде важных областей науки и техники.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Термоэлектрического типа
В настоящее время различают три основных вида холодильников: абсорбционные, компрессионные и термоэлектрические холодильники. Последний вид очень часто используется в переносных холодильниках.
Плюсы термоэлектрических холодильников
Термоэлектрические холодильники отличаются наиболее низким уровнем шума в рабочем режиме, так как в них нет движущихся и трясущихся частей. Именно поэтому их с успехом применяют в палатах больничных учреждений или размещают в спальных комнатах при отсутствии свободного пространства в коридоре или кухне. Потребление электроэнергии данными холодильниками из расчета на один литр охлаждаемого объема намного ниже, чем у компрессорных или абсорбционных. Кроме того, ремонт холодильников этого типа требуется сравнительно редко, так как они довольно надёжны. Термоэлектрические холодильники очень часто используются как автомобильные, так как не боятся вибрации и тряски, могут эксплуатироваться как в обычном положении, так и в перевёрнутом.
Принцип работы холодильников данного типа
Принцип работы термоэлектрического охлаждения заключается в выкачивании тепловой энергии из изолированной от внешней среды камеры холодильника для того, чтобы понизить температуру в этой камере относительно температуры окружающей среды. В основе этого процесса охлаждения находится так называемый эффект «Пелтье» (выкачивание тепла электричеством из холодильника). Эффект «Пелтье» получил своё название от французского ученого, открывшего этот эффект в 1834 году. Рассматриваемые холодильники имеют термоэлектрические модули, которые конструируются из рядов крошечных металлических кубов, состоящих из несходных редких металлов, соединенных электричеством и физически хранящихся вместе. Во время прохождения электрическим током пересечения кубов, тепло переходит из исходного металла в новый. Твердое состояние термоэлектрических модулей холодильника способно перенести немалое количество тепла, при условии нахождения подсоединенного к тепловому поглощению средства на одной стороне, а растрачивающего тепло средства — на другой. Большая алюминиевая холодная пластина холодильника стабилизирует поглощенное тепло из лежащих внутри продуктов или напитков, а термоэлектрические модули производят его перемещение в рассеивающий тепло стабилизатор, который находится под контрольной панелью холодильника. В этом месте маленький вентилятор способствует рассеиванию тепла из холодильника по воздуху.
Советы по эксплуатации
Коэффициент полезного действия такого охлаждения составляет всего шестнадцать-семнадцать процентов, поэтому термоэлектрические холодильники охлаждают своё содержимое чрезвычайно медленно. Можно даже сказать, что основная задача данного прибора сохранять продукты холодными, а не охлаждать, только, в отличии от изотермических контейнеров, время хранения не ограничено, так как прибор «подпитывается» энергией.
Перед началом использования термоэлектрического холодильника необходимо не только охладить все напитки и продукт, но и дать время охладиться пустой холодильной камере. Многие модели этих устройств могут работать в двух режимах – подогрев и охлаждение. Именно возможность функционирования в режиме подогрева является главным преимуществом термоэлектрического холодильника перед компрессорным и абсорбционным.
Понимая принципы работы холодильников, можно подобрать подходящую модель с нужным набором характеристик самостоятельно, не опасаясь неправильного выбора.
Термоэлектрический холодильник
Изобретение относится к холодильной технике, а именно к термоэлектрическим элементам – преобразователям электрической энергии в холод. Термоэлектрический холодильник содержит один или более термоэлементов, состоящих из ветвей n- и р-типа, металлических пластин, обеспечивающих соединение торцов n- и р-ветвей, горячего и холодного спаев на торцах ветвей, образующихся при протекании тока. Металлические пластины у холодных спаев контактируют с торцами ветвей при протекании тока и размыкаются после выключения тока. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия термоэлектрического холодильника.
Поделиться в соц. сетях
Термоэлектрический эффект и охлаждение, эффект Пельтье
Экономическая эффективность применения термоэлектрических холодильников по сравнению с другими типами холодильных машин возрастает тем больше, чем меньше величина охлаждаемого объема. Поэтому наиболее рационально в настоящее время использование термоэлектрического охлаждения для холодильников бытового назначения, в охладителях пищевых жидкостей, кондиционерах воздуха, кроме того, термоэлектрическое охлаждение успешно используется в химии, биологии и медицине, метрологии, а также в торговом холоде (поддержание температуры в холодильных камерах), холодильном транспорте (рефрижераторы), и др. областях
Термоэлектрический эффект
В технике широко известен эффект возникновения термоЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой — охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье.
Рис. 1. Схема термоэлемента
На рис. 1 показана схема термоэлемента. Два полупроводника n и m составляют контур, по которому проходит постоянный ток от источника питания С, при этом температура холодных спаев X становится ниже, а температура горячих спаев Г становится выше температуры окружающей среды, т. е. термоэлемент начинает выполнять функции холодильной машины.
Температура спая снижается вследствие того, что под воздействием электрического поля электроны, двигаясь из одной ветви термоэлемента (m) в другую (n), переходят в новое состояние с более высокой энергией. Энергия электронов повышается за счет кинетической энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их сопряжений, в результате чего этот спай (X) охлаждается.
При переходе с более высокого энергетического уровня (ветвь п) на низкий энергетический уровень (ветвь т) электроны отдают часть своей энергии атомам спая Г термоэлемента, который начинает нагреваться.
В нашей стране в конце 1940-х и начале 1950-х годов академиком А. Ф. Иоффе и его учениками были проведены очень важные исследования, связанные с разработкой теории термоэлектрического охлаждения. На базе этих исследований была впервые сконструирована и испытана серия охлаждающих устройств.
Энергетическая эффективность термоэлектрических холодильных машин значительно ниже эффективности других типов холодильных машин, однако простота, надежность и отсутствие шума делают использование термоэлектрического охлаждения весьма перспективным.
Эффективность применения термоэлектрического охлаждения
Выбор материала для элементов
Экономичность термоэлемента, а также максимальное снижение температуры на спаях зависят от эффективности (добротности) полупроводникового вещества z, в которую входят удельная электропроводность σ, коэффициент термоЭДС α и удельная теплопроводность κ. Эти величины взаимосвязаны, так как зависят от концентрации свободных электронов или дырок. Такая зависимость представлена на рис. 2.
Из рисунка видно, что электропроводность σ пропорциональна числу носителей n, термоЭДС стремится к нулю с увеличением n и возрастает при уменьшении n. Теплопроводность к состоит из двух частей: теплопроводности кристаллической решетки κp, которая практически не зависит от n, и электронной теплопроводности κэ, пропорциональной n.
Эффективность металлов и металлических сплавов мала из-за низкого коэффициента термоЭДС, а в диэлектриках — из-за очень малой электропроводимости. По сравнению с металлами и диэлектриками эффективность полупроводников значительно выше, чем и объясняется их широкое применение в настоящее время в термоэлементах. Эффективность материалов также зависит от температуры.
Термоэлемент состоит из двух ветвей: отрицательной (n-тип) и положительной (р-тип). Так как материал с электронной проницаемостью имеет термоЭДС с отрицательным знаком, а материал с дырочной проводимостью — с положительным, то можно получить большее значение термоЭДС.
Рис. 2. Качественные зависимости термоЭДС, электропроводности и теплопроводности от концентрации носителей
При увеличении термоЭДС растет z.
Для термоэлементов в настоящее время применяют низкотемпературные термоэлектрические материалы, исходными веществами которых являются висмут, сурьма, селен и теллур. Максимальная эффективность z для этих материалов при комнатных температурах составляет: 2,6·10-3 °С-1 для n-типа, 2,6·10-1 °С-1 — для р-типа.
В настоящее время Bi2Te3 применяют редко, поскольку созданные на его основе твердые растворы Bi2Te3-Be2Se3 и Bi2Te3-Sb2Te3 имеют более высокие значения z. Эти материалы впервые были получены и исследованы в нашей стране, и на их основе освоен выпуск сплавов ТВЭХ-1 и ТВЭХ-2 для ветвей с электронной проводимостью и ТВДХ-1 и ТВДХ-2 — для ветвей с дырочной проводимостью [1].
Твердые растворы Bi-Se применяют в области температур ниже 250 К. Максимального значения z = 6·10-3 °С-1 достигает при Т≈80÷90 К. Интересно отметить, что эффективность этого сплава значительно повышается в магнитном поле.
Полупроводниковые ветви в настоящее время изготавливают тремя методами: методом порошковой металлургии, литьем с направленной кристаллизацией и вытягиванием из расплава. Метод порошковой металлургии с холодным или горячим прессованием образцов наиболее распространен.
В термоэлектрических охлаждающих устройствах применяют, как правило, термоэлементы, у которых отрицательная ветвь изготовлена методом горячего прессования, а положительная — методом холодного прессования.
Рис. 3. Схема термоэлемента
Механическая прочность термоэлементов незначительна. Так, у образцов сплава Bi2Te3-Sb2Te3, изготовленных методом горячего или холодного прессования, предел прочности при сжатии составляет 44,6–49,8 МПа.
Для повышения прочности термоэлемента между коммутационной пластиной 1 (рис. 3) и полупроводниковой ветвью 6 ставится демпфирующая свинцовая пластина 3; кроме того, применяют легкоплавкие припои 2, 4 и припой SiSb 5. Испытания показывают, что термоэлектрические устройства имеют виброударную стойкость до 20g, термоэлектрические охладители малой холодопроизводительности — до 250g.
Сравнение термоэлектрических охлаждающих устройств с другими способами охлаждения
Термоэлектрические охлаждающие устройства имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами холодильных машин. В настоящее время в системах кондиционирования воздуха на судах применяют теплоиспользующие или паровые холодильные машины. В холодное время года судовые помещения обогревают электро-, паро- или водонагревателями, т. е. применяют раздельные источники теплоты и холода.
При помощи термоэлектрических устройств в теплое время года можно охлаждать помещения, а в холодное — обогревать. Режим обогрева изменяют на режим охлаждения путем реверса электрического тока.
Кроме того, к преимуществам термоэлектрических устройств следует отнести: полное отсутствие шума при работе, надежность, отсутствие рабочего вещества и масла, меньшие массу и габаритные размеры при той же холодопроизводительности.
Сравнительные данные по хладоновым машинам для провизионных камер на судах показывают, что при одинаковой холодопроизводительности масса термоэлектрической холодильной машины в 1,7–1,8 раза меньше.
Термоэлектрические холодильные машины для систем кондиционирования воздуха имеют объем приблизительно в четыре, а массу в три раза меньше, чем хладоновые холодильные машины.
Рис. 4. Цикл Лоренца
К недостаткам термоохлаждающих устройств следует отнести их низкую экономичность и повышенную стоимость.
Экономичность термоэлектрических холодильных машин по сравнению с паровыми приблизительно на 20-50% ниже [1]. Высокая стоимость термоохлаждающих устройств связана с высокими ценами на полупроводниковые материалы.
Однако существуют области, где уже теперь они способны конкурировать с другими типами холодильных машин. Например, начали применять термоэлектрические устройства для охлаждения газов и жидкостей. Примерами устройств этого класса могут служить охладители питьевой воды, воздушные кондиционеры, охладители реактивов в химическом производстве и др.
Для таких холодильных машин образцовым циклом будет треугольный цикл Лоренца (см. рис. 4). Приближение к образцовому циклу достигается простым путем, так как для этого требуется только видоизменить электрическую схему коммутации, что не вызывает конструктивных трудностей. Это позволяет существенно, в некоторых случаях более чем вдвое, повысить эффективность термоэлектрических холодильных машин. Для реализации этого принципа в паровой холодильной машине пришлось бы применять сложную схему многоступенчатого сжатия.
Весьма перспективным может быть использование термоэлектрических устройств в качестве «интенсификатора теплопередачи». В тех случаях, когда из какого-либо небольшого пространства необходимо отвести теплоту в окружающую среду, а поверхность теплового контакта ограничена, располагаемые на поверхности термоэлектрические батареи могут значительно интенсифицировать процесс теплопередачи.
Как показывают исследования [2], сравнительно небольшой расход электроэнергии способен существенно увеличить удельный тепловой поток. Можно интенсифицировать теплопередачу и без затраты электроэнергии. В этом случае необходимо замкнуть термобатарею.
Наличие разности температур приведет к появлению термоЭДС Зеебека, которая и обеспечит питание термоэлектрической батареи. С помощью термоэлектрических устройств можно изолировать одну из теплообменивающихся сред, т. е. использовать ее в качестве совершенной тепловой изоляции.
Важное обстоятельство, также определяющее область, в которой термоэлектрические холодильные машины способны конкурировать с другими типами холодильных машин даже по энергетической эффективности, состоит в том, что уменьшение холодопроизводительности, например, паровых холодильных машин ведет к снижению их холодильного коэффициента.
Для термоэлектрической холодильной машины это правило не соблюдается, и ее эффективность практически не зависит от холодопроизводительности. Уже в настоящее время для температур Тх = 0°С и Тк = 26°С и производительности несколько десятков ватт энергетическая эффективность термоэлектрической машины близка к эффективности паровой холодильной машины.
Широкое внедрение термоэлектрического охлаждения будет зависеть от прогресса в создании совершенных полупроводниковых материалов, а также от серийного производства эффективных в экономическом отношении термобатарей.
1. Цветков Ю. Н., Аксенов С. С., Шульман В. М. Судовые термоэлектрические охлаждающие устройства.— Л.: Судостроение, 1972.— 191 с.
2. Мартыновский В. С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов.— М.: Энергия, 1979.— 285 с.
- Будущее за системами электроснабжения постоянного тока?
- Про электронные счетчики и АСКУЭ для «чайников»
- Как акулы используют закон Ома и теорию вероятностей
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Интересные факты, Интересные электротехнические новинки
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика