Что такое элемент Пельтье?

Что такое элемент Пельтье?

Элемент Пельтье — это устройство, использующее эффект Пельтье, при котором тепло передается на стыке, когда электрический ток подается на два разных металла, которые были пересечены.

Эффективные элементы Пельтье, которые в настоящее время используются на практике, изготавливаются не из двух металлов, а из трех разных материалов: полупроводника n-типа, металла и полупроводника p-типа. Обычно они используются в качестве охлаждающих устройств, используя теплопередачу, но также могут использоваться в качестве нагревательных устройств, поскольку изменение направления электрического тока также изменяет направление теплопередачи.

В отличие от тепловых насосов, элемент Пельтье имеет преимущество в том, что не создает шума или вибрации, поскольку охлаждающий эффект достигается просто путем подачи электрического тока. Кроме того, поскольку не требуется хладагент и не используется едкая жидкость, элемент Пельтье является охлаждающим устройством с низким воздействием на окружающую среду.

Применение элементов Пельтье

Элементы Пельтье используются в широком спектре областей в качестве чистых охлаждающих элементов.

1. Пищевая промышленность

Элементы Пельтье компактны, чисты и безопасны. Они используются в витринах для продуктов питания, небольших ящиках для напитков, охладителях молока, гостиничных кастрюлях и т. д.

2. Промышленная область

Промышленное оборудование без исключения уязвимо для воды, но принимаются меры для контроля температуры и подачи холодного воздуха с минимальной конденсацией или для включения дренажей конденсата. Приложения включают охлаждение панели управления, охлаждение камеры наблюдения, локальное охлаждение внутренних компонентов панели управления, охлаждение формовочных штампов и системы подачи воздуха с постоянной температурой и влажностью.

3. Оптическая область

Элементы Пельтье часто используются для охлаждения устройств в ограниченном пространстве. В частности, они используются для прямого охлаждения источников тепла, охлаждения небольших релейных коробок, контроля температуры фотодетекторов, контроля температуры лазерных диодов, охлаждения ПЗС-камер, проекторов, копировальных аппаратов и камер наблюдения, а также охлаждения воды для лазеров и т. д.

4. Потребительская сфера

Пельтье используется в коммерческих холодильниках для больниц и гостиничных номеров, используя его преимущества отсутствия вибрации и шума и небольшого размера охлаждающего механизма. Холодильники Пельтье используются в небольших холодильниках, холодильных камерах, пивных серверах, винных погребах, системах контроля температуры воды в аквариумах, охлаждения процессоров компьютеров, осушителях, очистителях воздуха, фенах, генераторах отрицательных ионов для оборудования по уходу за лицом и т. д.

5. Другие области

Элементы Пельтье также используются для охлаждения и нагрева в области измерений и анализа, полупроводников, медицинской и физической химии.

Принцип элементов Пельтье

В настоящее время элементы Пельтье используют вместо металлов полупроводники p-типа и n-типа. Для переноса электронов из полупроводника p-типа с низким уровнем энергии в полупроводник n-типа с высоким уровнем энергии необходимо подвести энергию извне, что вызывает поглощение тепла и снижение температуры.

Если направление тока меняется на противоположное, электроны переносятся со стороны с более высокой энергией на сторону с более низкой энергией, что приводит к выделению тепла для высвобождения избыточной энергии. Поэтому элементы Пельтье могут использоваться как охлаждающее, так и нагревательное устройство в зависимости от направления тока.

Однако преобразование тепла с использованием элементов Пельтье не подходит для очень крупномасштабного охлаждения или нагрева, поскольку эффективность невелика для потребления энергии. Для эффективного охлаждения эффективно использовать элементы Пельтье в сочетании с механизмами рассеивания тепла и выхлопа с использованием ребер и вентиляторов.

Другая информация об элементах Пельтье

1. Преимущества электронного охлаждения

Обычно система охлаждения обменивается теплом, используя охлаждающий газ, называемый хладагентом. Поскольку этот хладагент является одним из парниковых газов, которые в немалой степени влияют на глобальное потепление, его воздействие на окружающую среду нельзя игнорировать.

С другой стороны, электронное охлаждение с использованием элементов Пельтье — это система охлаждения с низким воздействием на окружающую среду, поскольку она не требует хладагента. Кроме того, системы охлаждения, использующие хладагенты, требуют компрессоров, которые неизбежно создают шум и вибрацию, но электронное охлаждение не имеет этих проблем.

2. Функция охлаждения элемента Берче

Функция охлаждения может быть реализована путем использования характеристик элементов Пельтье. Когда постоянный ток подается на элементы Пельтье, поглощение тепла происходит на стороне с низкой температурой, а выделение тепла — на стороне с высокой температурой. Функция охлаждения элементов Пельтье основана на этом явлении.

Коммерчески доступные способны охлаждать до отрицательных температур. Они используются в охлаждающих боксах, охлаждают процессоры в ПК и т. д.

3. Применение в носимых устройствах

Носимые устройства были разработаны с использованием свойств элементов Пельтье. Среди носимых устройств на рынке есть устройства, которые могут нагревать или охлаждать шею.

Это устройство может ощущать тепло или холод, контролируя температуру панели, расположенной в месте соприкосновения с шеей.