Термоэлектрические холодильные приборы

Эффект Пельтье был открыт в 1834 году и спустя столетие лег в основу термоэлектрических технологий, радикально меняющих представление человека о способах получения тепла и холода. Французский физик Ж. Пельтье открыл термоэлектрический эффект, названный впоследствии его именем. Если пропускать электрический ток через спай двух специально подобранных материалов (назовем среди них висмут, сурьму или индий), один из них нагревается, другой -охлаждается. Это явление и побудило создать такой термоэлектрический модуль, у которого при пропускании тока одна сторона нагревается до температуры выше атмосферной, а другая - охлаждается ниже ее. Таким образом с одной стороны модуля можно отбирать тепло, а с другой -холод. Типичные термоэлектрические модули представлены на рис. 2.3 [4].

Рис. 2.3. Термоэлектрические модули.

Широкое применение во всех сферах человеческой деятельности холодильных установок с фреоносодержащими смесями явилось одной из причин серьезного нарушения экологического баланса земной атмосферы, связанного с нарушением озонового слоя. Лучшей альтернативой парокомпрессионным и абсорбционным холодильным системам является термоэлектрический метод охлаждения, при котором роль хладагента выполняют электронные и дырочные токи в полупроводниках.

Термоэлектрические охладительные системы отличает высокая надежность, стойкость к механическим нагрузкам и вибрации относительно парокомпрессионных охладительных систем, у которых при больших механических нагрузках возникает утечка фреона. В отличии от парокомпрессионных, термоэлектрические системы не нуждаются в систематических ремонтных работах. Приобретая термоэлектрическое устройство не надо заботиться о расходах на его обслуживание в будущем.

Термоэлектричество, вытесняя традиционные охладительные системы, все активнее начинает использоваться в самых разных сферах: медицина, железнодорожный транспорт, автомобильная промышленность, авиационная и космическая техника, промышленная электроника и энергетика, коммутационное и компьютерное оборудование, бытовая техника [3].

Использование гибких технологий позволяет предприятию динамично реагировать на запросы рынка и оперативно решать проблемы "тепло-холод" в различных сферах человеческой деятельности, в разных странах и климатических зонах.

Основные преимущества термоэлектрических систем:

1. компактность;

2. широкий диапазон рабочих температур;

3. высокая надежность, устойчивость к ударам и вибрации;

4. возможность работы в условиях невесомости или перегрузок;

5. возможность переключения от охлаждения к нагреву при изменения полярности питания;

6. отсутствие движущихся частей;

7. экологическая чистота (не используются газы и хладагенты);

8. нет эксплуатационных расходов.

Термоэлектрический холодильник работает на основе эффекта Пельтье, который заключается в выделении или поглощении теплоты при прохождении электрического тока через спай термопары. На рис. 2.4 схематично показано поперечное сечение такого холодильника объемом 65 дм³, способного поддерживать температуру холодильной камеры на 10° С ниже температуры окружающей среды. В верхней части расположены 72 термоэлемента, обеспечивающие охлаждение, которые потребляют большую часть из 135 Вт электроэнергии, необходимой для работы холодильника. В канале обдува воздухом расположены специальные ребра для лучшего сброса тепла, а в камере установлены пластины для увеличения поверхности теплообмена. Подобные холодильники на судах рассчитаны на хранение шести тонн замороженных или охлажденных продуктов.

Рис. 2.4. Схема термоэлектрического холодильника:

У - охлаждающие ребра; 2 - вентилятор; 3 - жалюзи; 4 - термоэлементы;

5 - тепловая изоляция; б - холодные пластины (ребра).