Термоелектричне охолодження

Отримання низьких температур за допомогою напівпровідникових матеріалів основа на використанні термоелектричного ефекту, відкритого в 1834 р. Фізиком Пельтьє. Сутність його заключається в тому, що при пропусканні постійного струму в замкненому електричному ланцюзі, який складається з двох різнорідних провідників, на одному із спаїв цих провідників тепло поглинається (охолодження), на другому – виділяється (нагрівання). Щоб холодний спай мав постійну низьку температуру і був джерелом охолодження, потрібно неперервно пропускати струм і охолоджувати теплий спай. Гарячий та холодний спаї обмінюються місцями при зміні напрямку струму.

Кількість поглинутого або виділеного тепла в одиницю часу залежить від струму І в ланцюзі і коефіцієнта Пельтьє П, який залежить від фізичних властивостей матеріалів, що використовуються:

Q =П · I,

Головні функції охолоджуючого пристрою виконує батарея термоелементів, складена з напівпровідників з можливо більш високими термоелектричними властивостями.

Термоелементом (термопарою) називають два зкомутованих один з іншим елементи різної провідності. Елемент 2 з електронною провідністю з’єднують мідною комутаційною планкою 3 з елементом 1, що має діркову провідність, який в свою чергу з’єднується з елементом, що має електронну провідність, і т.д. Так послідовно з’єднують напівпровідники, утворюючи стовпчик з певного числа елементів. Декілька стовпчиків складають батарею з великої кількості елементів. Існують охолоджуючі пристрої і з одним термоелементом. Напівпровідники підібрані по властивостям таким чином, що при проходженні електричного струму в напрямку, вказаному стрілками, нижній спай нагрівався, а верхній охолоджувався.

Найкращі результати отримані при використанні матеріалів типу телурій свинець + селенистий свинець.

Простота термоелектричних пристроїв, їх висока надійність, зручність управління процесом з можливістю плавного переходу від режиму охолодження до нагрівання є важливою перевагою термоелектричного охолодження.

Створені холодильники ТЕХ-20 ХАТЕ-12 об’ємом 20 і12 літрів на напругу 12 В постійного струму. Призначені для короткочасного збереження продуктів, використовуються водіями автомобілів. В таких холодильниках середня температура повітря знижується на 20 ⁰С приблизно через 2 години після вмикання і повністю стабілізується через 5-6 год. Потужність споживання 35-55 Вт. Різниця температур всередині і ззовні холодильника утримується на рівні 18-24 ⁰С. В цих холодильниках потрібно розташовувати попередньо охолоджені продукти.