Eficacitatea frigidere termoelectrice în comparație cu alte tipuri de mașini frigorifice crește mai mult, mai mic volum în condiții de refrigerare. Prin urmare, utilizarea mai eficientă în prezent răcirea termoelectric la frigidere pentru uz casnic, în lichide răcitoare de alimente, de aer condiționat, în plus, răcirea termoelectric este folosit cu succes in chimie, biologie si medicina, metrologie și în frig comercial (menținând temperatura în frigidere) , transportul frigorific (frigidere) și alte zone
În tehnică, efectul formării termoEMF în conductorii de lipit este cunoscut, contacte (intersecții) între care sunt menținute la temperaturi diferite (efect Seebeck). În cazul în care un curent constant este trecut printr-un lanț de două materiale diferite, una dintre intersecții începe să se încălzească și cealaltă să se răcească. Acest fenomen se numește efect termoelectric sau efect Peltier.
În Fig. 1 prezintă diagrama termoelementului. Două semiconductor n și m reprezintă circuitul pe care trece un curent constant de la sursa de alimentare S. în care X temperatură joncțiune rece devine mai mică, și temperatura de joncțiune cald T devine mai mare decât temperatura mediului ambiant t. E. termocuplului începe să îndeplinească anumite funcții ale răcitorului de lichid. Temperatura de joncțiune este redusă datorită faptului că, sub influența câmpului electric, electronii se deplasează de la o ramură termoelement (m) la alta (n), se deplasează într-un stat nou, cu o energie mai mare. Energia electronilor crește datorită energiei cinetice. selectat din atomii ramificațiilor termoelementului la intersecțiile lor, ca urmare a răcirii acestei racordări (X). În tranziția de la un nivel energetic superior (ramura n), la un nivel de energie scăzut (ramură T) electroni renunțe la unele dintre atomii de energie T joncțiune sau termocuplu, care începe să se încălzească.
În țara noastră la sfârșitul anilor 1940 și începutul anilor 1950, academicianul AF Ioffe și studenții săi au efectuat studii foarte importante legate de dezvoltarea teoriei răcirii termoelectrice. Pe baza acestor studii, o serie de dispozitive de răcire a fost proiectată și testată pentru prima dată.
Eficiența energetică a mașinilor frigorifice termoelectrice este mult mai scăzută decât cea a altor tipuri de mașini de refrigerare, dar simplitatea, fiabilitatea și absența zgomotului fac ca utilizarea răcirii termoelectrice să fie foarte promițătoare.
EFICIENȚA APLICĂRII TERMOELECTRICE DE RĂCIRE
Selectarea materialului pentru articole
Economia termoelementului, precum și reducerea maximă a temperaturii joncțiunilor depind de eficiența (factorul de calitate) al substanței semiconductoare z. care include conductivitatea electrică # 963; coeficientul thermoEMF # 945; și conductivitatea termică # 954 ;. Aceste cantități sunt interdependente, deoarece depind de concentrația de electroni liberi sau găuri. Această dependență este prezentată în Fig. 2. Din figură se poate observa că conductivitatea electrică # 963; este proporțională cu numărul de transportatori n. Puterea termoelectrică tinde la zero cu creșterea n și crește cu scăderea n. Conductivitatea termică k constă din două părți: conductivitatea termică a rețelei de cristal # 954; p. care este practic independent de n. și conductivitatea termică electronică # 954; care este proporțională cu n. Eficiența metalelor și a aliajelor metalice este scăzută datorită coeficientului scăzut al termoEMF și a dielectricilor datorită conductivității electrice foarte scăzute. Comparativ cu metalele și dielectricile, eficiența semiconductorilor este mult mai mare, ceea ce explică de ce ele sunt utilizate în prezent în termoelemente. Eficiența materialelor depinde, de asemenea, de temperatură.
Termoelementul este alcătuit din două ramuri: negativ (tip n) și pozitiv (tip p). Deoarece materialul cu permeabilitate electronică are o putere termoelectrică cu un semn negativ și un material cu conductivitate a găurii - cu o conductivitate pozitivă, este posibilă obținerea unei valori mai mari a puterii termoelectrice.
Odată cu creșterea temperaturii, z crește. Pentru termocupluri utilizate în mod curent la temperatură joasă materiale termoelectrice, care sunt precursori de bismut, antimoniu, seleniu și telur. z eficiență maximă pentru aceste materiale la temperatura camerei este de 2,6 x 10 -3 ° C -1 pentru n-tip, 2,6 x 10 -1 ° C -1 - pentru p-tip. În prezent, BI2 Te3 este rar folosit, deoarece a început pe baza unor soluții solide BI2 Te3 -Be2 SE3 și BI2 Te3 -Sb2 Te3 au valori mai mari ale z. Aceste materiale au fost obținute mai întâi și a studiat în țara noastră, și pe baza acestora a început să producă TVEH-1 și aliaje TVEH-2 ramuri, cu conductivitate electronică și TVDH TVDH-1 și 2 - pentru ramurile cu conductivitate gaura [1]. Soluțiile solide de Bi-Se este utilizat la temperaturi sub 250 K. Valoarea maximă z = 6 × 10 -3 ° C -1 T≈80 ÷ ajunge la 90 K. Este interesant de observat că eficiența acestui aliaj este semnificativ crescută în câmpul magnetic.
Ramurile semiconductoare sunt produse în prezent prin trei metode: metalurgia pulberilor, turnarea cu cristalizare directă și tragerea din topitură. Metoda de metalurgie a pulberilor cu presare la rece sau la cald a mostrelor este cea mai obișnuită.
În cazul dispozitivelor termoelectrice de răcire, de regulă se utilizează termoelemente, în care ramura negativă se face prin metoda presării la cald, iar cea pozitivă prin metoda presării la rece.
Rezistența mecanică a termocuplurilor este neglijabilă. Astfel, în probele de aliaj Bi2 Te3 -Sb2 Te3. realizată prin metoda presării la cald sau la rece, rezistența la compresiune este de 44,6-49,8 MPa. Pentru a crește rezistența termoelementului între placa comutatorului 1 (figura 3) și ramura semiconductoare 6, este plasată o placă de plumb de amortizare 3; În plus, se folosesc aliajele de lipire cu topire scăzută 2-4 și lipirea 5 SiSb. Testele arată că dispozitivele termoelectrice au o rezistență la vibrații de până la 20g. dispozitive de răcire termoelectrice cu capacitate scăzută de răcire - până la 250g.
Compararea dispozitivelor de răcire termoelectrică cu alte metode de răcire
Dispozitivele de răcire termoelectrice au un număr de avantaje în comparație cu alte tipuri de mașini de răcire. În prezent, sistemele de climatizare de pe nave utilizează mașini frigorifice care utilizează căldură sau cu abur. Pe vreme rece, nava încăpere încălzire electrică, abur sau încălzitoare de apă, t. E. Folosiți surse separate de căldură și frig. Cu ajutorul dispozitivelor termoelectrice în sezonul cald este posibil să se răcească camerele, iar în frig - să se încălzească. Modul de încălzire este schimbat în modul de răcire prin inversarea curentului electric. În plus, avantajele dispozitivelor termoelectrice includ: o lipsă totală de zgomot în timpul funcționării, fiabilitatea, lipsa de substanță și uleiuri, masă mai mică și dimensiuni de lucru cu aceeași capacitate de răcire. Date comparative pentru mașini dispoziție hladonovyh pentru camere de pe navele indică faptul că, pentru aceeași masă a răcitor de refrigerare termoelectric 1,7-1,8 ori mai puțin. Mașină de răcire termoelectric pentru sistemele de aer condiționat au un volum de aproximativ patru și de trei ori masa mai mică de răcitoare de lichid hladone.
Dezavantajele dispozitivelor de răcire termică sunt eficiența lor scăzută și costul ridicat. Economia frigiderelor termoelectrice este cu aproximativ 20-50% mai mică comparativ cu cele cu aburi [1]. Costul ridicat al dispozitivelor de răcire termică este asociat cu prețuri ridicate pentru materialele semiconductoare. Cu toate acestea, există zone în care aceștia sunt deja în măsură să concureze cu alte tipuri de frigidere. De exemplu, au început să se utilizeze dispozitivele termoelectrice pentru gazele și lichidele de răcire. Exemple din această clasă de dispozitive pot servi ca răcitoare de apă, aer conditionat, chillere reactivi în fabricație chimică și altele. Pentru aceste chillere ciclul exemplar este ciclul Lorentz triunghiular (vezi. Fig. 4). Se apropie ciclul de referință se realizează într-un mod simplu, deoarece necesită modifica numai circuitul electric de comutație, care nu cauzează probleme structurale. Acest lucru face posibilă, în unele cazuri, mai mult de două ori, creșterea eficienței mașinilor frigorifice termoelectrice. Pentru a pune în aplicare acest principiu, ar trebui să se aplice o schemă complexă de comprimare în mai multe etape într-un răcitor de abur.
Foarte promițătoare poate fi utilizarea dispozitivelor termoelectrice ca un "intensificator al transferului de căldură". În acele cazuri în care oricare dintre spațiul mic de căldură trebuie să fie disipată în mediul înconjurător, iar suprafața de contact termic este limitată, pe suprafața bateriilor de unică folosință termoelectrice pot intensifica foarte mult procesul de transfer de căldură. După cum arată studiile [2], un consum relativ scăzut de energie poate crește semnificativ fluxul de căldură specific. Este posibilă intensificarea transferului de căldură fără consum de energie. În acest caz, este necesar să închideți termobatteria. Prezența unei diferențe de temperatură va avea ca rezultat o putere termoelectric Seebeck, care va furniza baterii termoelectrică. Utilizarea dispozitivelor termoelectrice pot fi izolate din media un teploobmenivayuschihsya m. E. Folosirea ca și o izolație termică perfectă.
Un fapt important, de asemenea, identifică zonele în care chiller termoelectrice sunt capabile să concureze cu alte tipuri de frigidere, chiar și pentru eficiența energetică este faptul că reducerea capacității de răcire, de exemplu, răcitoare de lichid de abur conduce la o reducere a coeficientului de performanță. Pentru o mașină termoelectrică de răcire această regulă nu este respectată, iar eficiența acesteia este practic independentă de capacitatea de răcire. Deja acum la temperaturi Tx = 0 ° C și Tc = 26 ° C și productivitatea de câteva zeci de wați de eficiență energetică a mașinii este aproape de eficiența termoelectric chiller cu abur.
Introducerea pe scară largă a răcirii termoelectrice va depinde de progresele înregistrate în crearea materialelor semiconductoare perfecte, precum și de producerea în masă a termobateritelor eficiente din punct de vedere economic.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: