Термоэлектрическое охлаждение. Эффект Пельтье.

[holodilshik.livejournal.com]

Оригинал взят у holodilshik в Термоэлектрическое охлаждение. Эффект Пельтье.

Предлагаю посмотреть два небольших видеоролика.
Возможно, некоторые из вас уже встречали их в сети. Подобные устройства применяются в компьютерной технике.
Однако, давайте ниже поговорим чуть подробней о физической природе этого явления. Такие небольшие охлаждающие устройства интересны тем, что в их принцип действия базируется на конкретном физическом эффекте.

Ролик 1

Ролик 2

В основе этих устройств лежит эффект Пельтье.

Это физическое явление было открыто в 1834 году Жаном-Шарлем Пельтье, часовщиком из Франции. Полученный эффект был назван в честь первооткрывателя - эффект Пельтье. Пельтье установил, что при пропускании электрического тока через цепь, состоящую из двух разных проводников, один из спаев охлаждается, а второй нагревается.
Выделение тепла при воздействии электричества было к тому времени уже известно и понятно, а вот выделение холода было непонятно и не изучено.

Тогда попытки использовать эффект для получения низких температур не имели успеха, поскольку не получилось получить высокую величину ЭДС. Поэтому о эффекте Пельтье забыли на больше, чем сотню лет.
Проблема была решена с заменой проводников на полупроводники, у которых он более заметен. В 30-е годы 20 века наш соотечественник академик А.Ф.Иоффе предложил и показал способность полупроводников обеспечить достаточную эффективность процесса.

Эффект Пельтье обратен эффекту Зеебека, более известному как термоэлектрический эффект.

Эффект Пельтье обратим. Это мы видим на ролике 2. Если сменить полярность, то контакт, который был до этого горячим станет холодным и наоборот.

Как я уже писал выше, если использовать в качестве проводников благородные металлы, то то максимальная разница температур, которую можно выжать между двумя точками, будет не выше 3 К. Поэтому для получения большей разницы температур стали использовать сочетания материалов - полупроводников, электрическая проводимость, которых заключена между проводимостью чистого металла, например такого как медь. При пропускании постоянного тока на одном полупроводнике будет выделяться тепло, на другом тепло будет поглощаться. Такие однокаскадные установки позволяют получить максимально снижение температуры на 70...75 К.
Дальнейшее понижение температуры возможно только каскадным соединением термоэлементов.
Благодаря этого удалось добиться: более глубокого охлаждения, повысить эффективность процесса охлаждения, снизить габариты низкотемпературных установок.
Чтобы получить достаточную холодпроизводительность, не увеличивая слишком сильно электрический ток, последовательно соединяют элементы Пельтье в батареи.

Батарея Пельтье


Источник: http://podberi-holodilnik.ru/aimg/content/c90791135f6df6227ac4e26cd52e7fd9e7d55e76.gif

Преимущества холодильных машин на основе батарей Пельтье:
- отсутствие движущихся частей, а следовательно шумов и вибраций;
- отсутствие рабочих веществ (хладагентов и хладоносителей);
- небольшие размеры;
- возможность непрерывно регулировать производительность в любых пределах.

Но недостатки крайне сильно ограничили применение таких устройств нишевыми продуктами:
- малый КПД (COP), ниже парокомпрессионных фреоновых установок;
- низкая холодпроизводительность;
- высокая стоимость.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал для элемента Пельтье при этом должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами - хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.Что на практике сложно достижимо.

НА сегодня, такие охладители нашли применение в фототехнике, приборах ночного видения, телескопах. Также применяются в системах охлаждения компьютерной техники, автомобильных холодильниках.
Возможно использование новых материалов откроет новые возможности для применения подобных систем и установок. Наиболее перспективно на данный момент применение в охлаждении компьютерных систем.

Если внимательно смотреть ролик можно увидеть обозначение TEC - это сокращение от английского Thermoelectric Cooler, что обозначает термоэлектрический охладитель, так еще называют элементы Пельтье.

Кстати, именно СССР являлся лидером в технологии термоэлектрического охлаждения, как в фундаментальных исследованиях, так и в практическом применении. Здесь были созданы в 60-х годах первые бытовые термоэлектрические холодильники.

Также холодильники на основе эффекта Пельтье применяются в космосе. Более подробно можно почитать в статье Космические холодильники.

Comments

[holodilshik.livejournal.com]

Это не опасно при соблюдении мер предосторожности. Фреоны вообще для человека, как таковые не опасны.
С ртутью не идут ни в какое сравнение.

[homya-4ok.livejournal.com]

Считаются неопасными с определенных концентрациях. И при н.у.
Просто в них обычно еще и масло есть, что там они такими составами омолаживают большой вопрос.
В США вообще человек без лицензии не может взять в руки баллон с фреоном, штраф 100 000 дол.

[holodilshik.livejournal.com]

Фреон содержит растворенное масло только в холодильной установке.
В баллоне в чистом виде масла он НЕ содержит.
Как это делается честно не в курсе - не интересовался, Просто знаю, что что-то связанное с омоложением.

Вообще фреон опасен только тем, что он вытесняет воздух и в больших концентрациях, можно потерять сознание от отсутствия кислорода в загазованном помещении. в принципе все... как таковой он не опасен.

Ну а про штраф... а как на складах их грузить - кладовщикам тоже лицензию получать?

[homya-4ok.livejournal.com]

Сам организация-поставщик наверняка должна иметь соответствующую лицензию. Но это у них, у нас не надо ничего.

А в баллонах, например, r410a, r22 вроде бы с маслом фреон, по крайней мере так всегда считал. Его там чуть-чуть. Или чистый все же?

[holodilshik.livejournal.com]

В заводских баллонах идет чистый. С маслом они образуют соединения уже в холодильных установках.

[fecal-hero.livejournal.com]

Дело не в токсичности для человека. Считается, что фреоны, которые содержат бром или хлор при попадании в верхний слой атмосферы реагируют с озоном, и "все очень плохо."
хотя сейчас уже делают фреоны менее опасные для окр. среды. но это уже к химикам.

[holodilshik.livejournal.com]

Я в курсе.
Но есть мнение, что это проделки корпораций, чтобы обновлять оборудование время от времени, ну и новые фреоны продвигать.))) это из области теории заговора.