XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разработка конструкции термоэлектрического кондиционера для комнаты
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В древние времена правители и богатые граждане государств имели при дворе специальных слуг, которые следили за уровнем температуры в помещениях. В их обязанность входило махать возле хозяина большими опахалами из перьев. Благодаря этому они пригоняли свежие потоки прохладного воздуха. В настоящее время эти функции делают технические средства. Самым простым вариантом являются электровентиляторы. Их размеры незначительны и эти приборы достаточно быстро могут охладить небольшие помещения. Большим минусом их использования является, небольшой радиус действия, который предполагает их перемещение в нужную точку пространства комнаты. Поэтому все большую популярность в последние годы приобретают кондиционеры или климатические установки, позволяющие не только охлаждать помещение, но и использовать обратный процесс, прогрева помещения. Совсем недавно их использовали только в офисных помещениях, где работало много людей, на производствах, где требовалась очистка воздуха. Сейчас кондиционеры повсеместно устанавливают в жилых помещениях. Существует несколько систем, позволяющих снизить температуру в жилом помещении. Оконные кондиционеры (такой вид кондиционеров достаточно шумный и неудобный, а также перекрывает оконное пространство, и пропускает много пыли), сплит-кондиционеры (имеют внутренний и наружный блок, требуют специальных особенностей монтажа и являются достаточно дорогими), мобильные кондиционеры (практичны в использовании, могут перемещаться в комнатном пространстве но производят много шума при работе и требуют отвода потоков воздуха). Большинство перечисленных систем используют достаточно сложное оборудование для работы с газообразными хладагентами. В связи с перечисленными недостатками подобных систем, возникла идея использования бесшумной, при работе, системы термоэлектрических модулей для изготовления мобильного кондиционера. Актуальность этой идеи является очень высокой, поскольку очевидна простота конструкции. Рабочей гипотезой данной идеи является, возможность использования метода термопреобразования энергии для изготовления генератора холода с целью обеспечения приемлемых условий комфорта в жаркие летние дни. При подаче напряжения на модуль Пельтье одна из пластин значительно охлаждается, что позволяет использовать эти элементы в качестве устройств охлаждения. Каким образом можно сконструировать установку охлаждения жилого помещения с помощью генератора холода, какие реальные эксплуатационные характеристики подобной установки? Ответы на эти вопросы и являются целью данной работы. Объект исследования в проекте – процесс термоэлектрического преобразования энергии с помощью элементов Пельтье. Предмет исследования в проекте – термоэлектрический преобразователь для охлаждения воздуха помещений.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является, разработка экспериментального термоэлектрического генератора холода с возможным использованием его в качестве климатической установки в жилых помещениях. Цель работы предполагала решение следующих задач:
- изучение возможных литературных и интернет – источников по устройству и принципу действия термоэлектрических генераторов;
- на основе изученных источников разработать собственный вариант генератора холода с возможностью установки его в конструкцию кондиционера;
- исследование режимов работы генератора холода и определение эффективности устройства;
- практическая реализация устройства охлаждения воздуха жилых помещений;
- определение эффективности устройства в составе климатической установки в различные периоды эксплуатации.
Термоэлектрический преобразователь – элемент Пельтье [1 - 3]
Первоначальным этапом изучения термоэлектрических явлений, как области знаний, можно считать статью немецкого ученого Томаса Иоганна Зеебека (Приложение лист I, рис.1) «К вопросу о магнитной поляризации некоторых материалов и руд, возникающих в условиях разности температур», опубликованную в докладах Прусской академии наук в 1822 г. В 1834 г. во французском журнале «Annales de physiqueet de chеmie» была опубликована статья швейцарского (в то время) часовщика и большого любителя-экспериментатора Шарля Анри Пельтье (Приложение лист I, рис.2) о температурных эффектах вблизи спаев цепи из различных проводников при пропускании через них постоянного электрического тока. Эффектом Зеебека называют - термоэлектрический эффект, заключающийся в возникновении термо-ЭДС (электродвижущей силы) при нагреве контакта двух разнородных металлов или полупроводников. Напряжение термо-ЭДС (E тэдс) прямо пропорционально коэффициенту Зеебека (Е) и разнице температур (ΔT) между горячей (Th) и холодной (Tc) сторонами контакта проводников термоэлектрического модуля:
Eтэдс = E x ΔT.
Для того, чтобы создать разность температур на сторонах ТЭМ (термоэлектрический модуль), к его горячей стороне необходимо подвести тепловой поток (Qh), а с холодной стороны отвести тепловой поток (Qc). Их разница по закону сохранения энергии составит электрическую мощность (P) (Приложение лист I, рис. 3):
P = Qh – Qc
Эффектом Пельтье называют - термоэлектрическое явление, заключающееся в том, что при пропускании электрического тока через контакт двух различных проводников или полупроводников, на контакте, помимо джоулева тепла, происходит выделение дополнительного тепла Пельтье (при одном направлении тока) и его поглощение (при обратном направлении). Причиной возникновения явления Пельтье является контактная разность потенциалов, которая создает внутреннее контактное поле. Если через контакт металлов или полупроводников идет ток, то это поле будет способствовать прохождению тока или препятствовать ему. Если ток идет против контактного поля, то внешний источник тока должен затратить определённую энергию, которая выделяется в контакте (нагрев контакта). Если ток идет по направлению контактного поля, то он будет поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходимая для этого энергия отбирается у металлов или полупроводников в месте контакта, что приводит к охлаждению места их соединения. Эффект Пельтье поверхностно - контактный, следовательно большая площадь контакта позволяет получить большую охлаждающую мощность. Материалами, в которых можно наблюдать термоэлектрические эффекты являются металлы и полупроводники. В них присутствует кристаллическая ионная решетка. В проводниках она состоит из положительных ионов и свободных электронов, образующих электронный газ. В полупроводниках атомы решетки теряют или приобретают электроны, при этом первые образуют полупроводники p-типа, а вторые n-типа соответственно. Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь (Приложение лист II, рис.4 - 5). Наиболее сильно эффект Пельтье проявляется на контактах полупроводников с различным типом проводимости (p- или n-). Объяснение эффекта Пельтье заключается во взаимодействии электронов проводимости, замедлившихся или ускорившихся в контактном потенциале p-n перехода, с тепловыми колебаниями атомов в массиве полупроводника. В результате, в зависимости от направления движения электронов и соответственно, тока, происходит нагрев или охлаждение участка полупроводника, непосредственно примыкающего к спаю (p-n или n-p переходу) (Приложение лист III, рис. 6). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота, поглощаемая на контакте типа n-p, выделяется на контакте типа p-n. Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар, обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин. Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах - от нескольких единиц до нескольких сотен, что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых для изготовления ТЭМ материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки, например, селен и сурьму. Характеристики некоторых термоэлектрических модулей приведены в приложении (Лист III - IV, рис. 7, таблица 1). Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая и она изображается снизу.
Термоэлектрическое охлаждение [4 - 5]
Основными характеристиками термоэлектрических модулей (термоэлектрических охладителей) являются:
- охлаждающая способность — глубина охлаждения;
- холодильная мощность;
- динамические характеристики;
- габаритные размеры.
С пособность охлаждать (максимальный перепад температур ΔTmax.) зависит от термоэлектрической добротности (Z) ТЭМ:
где T — температура окружающей среды. В свою очередь, добротность ТЭМ определяется свойствами термоэлектрического материала в нем:
Z = (a2s)/k,
где a - коэффициент Зеебека; s - электропроводность; k — теплопроводность. График зависимости охлаждающей способности от термоэлектрической добротности в объёмном модуле (среднее значение по основным типам ТЭМ) (при Т = 300 К) представлен в приложении (Лист IV, рис. 8). Холодильная мощность напрямую связана с максимальным электрическим током. Максимальные значения тока возможны при уменьшении высоты термоэлементов модуля. Но для объемных термоэлементов предельная высота 150–200 мкм. Этим параметром ограничивается пропускаемый ток и соответственно, холодильная мощность. Наиболее мощные объемные ТЭМ, производимые по специальной технологии, показывают (Qmax) на уровне 30–40 Вт/см2. Средние показатели зависимости ΔT от Q (среднее значение по основным типам ТЭМ) при +85 °C и максимальном рабочем токе приведены на графике в приложении (Лист IV, рис. 9). Под динамическими характеристиками понимается скорость, с которой ТЭМ способен охлаждать какой-либо объект. У ТЭМ, как электронного прибора, такой характеристикой является собственная постоянная времени. Это длительность экспоненциального переходного процесса в результате ступенчатого воздействия напряжением постоянного тока на ТЭМ, в течение которого разность температур достигнет 63,2% от стационарного значения при установившемся стационарном токе. Постоянная времени зависит от теплопроводности ТЭМ в направлении теплового потока и теплоемкости его элементов — материала термоэлементов, материала верхней и нижней сторон. Габаритные размеры являются, чисто конструкционным параметром. От них зависит конструкционная особенность отводящих систем (отвод тепла и холода) и параметры встраиваемости конструкции охладителя.
Принцип работы «Сплит-системы» [6]
Принципиально, в работе кондиционера, лежит процесс теплообмена. Вентилятор внешнего блока подает воздух на радиатор с хладагентом (фреон). Хладагент охлаждается и подается на внутренний блок, где через испаритель забирает тепло у нагретого воздуха. Как уже говорилось выше, по конструкции кондиционеры разделяют на моноблочные, двухблочные и многоблочные. Моноблочные представляют единое устройство. К ним относят оконные и мобильные кондиционеры. Сплит-системы получили своё название от английского слова «split» — раздельный и представлены двумя отдельными блоками - внутренним и внешним. Многоблочные системы представлены одним внешним блоком и несколькими внутренними. Для бытовых целей используются в основном сплит-системы. Комнатный воздух поступает на внешний блок. За процесс поглощения тепла в кондиционере отвечает хладагент, который в процессе работы прибора меняет своё агрегатное состояние. Охлаждённый воздух подаёт обратно в помещение. Для прокладки хладагентной трассы в стене сверлится отверстие. Принцип работы кондиционера базируется на изменении состояния хладагента — его испарении и конденсации, при которых происходит поглощение и отдача тепла, соответственно (Приложение лист V, рис. 10 – 11). Процесс работы кондиционера при охлаждении воздуха состоит из нескольких этапов:
- хладагент в газообразном состоянии поступает в компрессор, где сжимается до 15–25 атмосфер, в результате чего нагревается до 70–90°С;
- из – за избыточного давления хладагент движется к конденсатору, где происходит его остывание в процессе обдува вентилятором. При остывании он превращается в жидкость и выделяет тепло. Выходящий из конденсатора воздух, в результате этого процесса, нагревается и выдувается вентилятором во внешнюю среду. Хладагент имеет температуру на 10–20°С выше температуры окружающего воздуха;
- нагретый хладагент поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), представляющий собой, длинную и тонкую трубку, скрученную в спираль. При прохождении через (ТРВ) давление и температура хладагента понижается и часть охлаждающей жидкости может испариться;
- смесь жидкого и газообразного хладагента с низким давлением и температурой попадает в испаритель, который обдувается воздухом помещения. В испарителе, агрегатное состояние хладагента полностью изменяется, переходя в газообразное состояние. При этом происходит забор тепла у воздуха. Охлаждённый воздух подаётся обратно в комнату, а вентилятор распределяет его по помещению;
- в газообразном агрегатном состоянии, хладагент с низким давлением, вновь поступает в компрессор и цикл повторяется.
Многие системы современных кондиционеров способны работать также и на обогрев помещения. Они оборудованы четырехходовым клапаном, который разворачивает направление движения хладагента, меняя испаритель и конденсатор местами. В этом режиме сплит-система забирает тепло из уличного воздуха и передаёт его в помещение. Несмотря на низкую температуру уличного воздуха, он всё же содержит некоторое количество тепловой энергии — она и используется для обогрева. Исходя из выше сказанного, становится ясно, насколько сложны по устройству и относительно дороги подобные системы. К тому же они требуют специального монтажа и периодического обслуживания.
Принцип работы термоэлектрического холодильника [7 - 9]
Принцип работы любого термоэлектрического холодильника основывается на использовании «Эффекта Пельтье». Он заключается в том, что при прохождении постоянного тока через ТЭМ (несколько последовательно соединённых ТЭМ) тепло выделяется или поглощается (в зависимости от направления тока). Происходит перенос тепла так, что одна поверхность батареи из ТЭМ охлаждается, а вторая – нагревается. Для использования этого эффекта первая (холодная) часть термобатареи помещается в среду, которую надо охладить, а вторую (горячую) – в окружающую.
Агрегат термоэлектрического холодильника состоит из:
- термоэлектрических модулей;
- блока питания;
- панели вентилятора.
Термоэлектрический модуль содержит: радиатор, термоэлемент, дистансер и теплоизоляцию (Приложение лист V, рис. 12). Вентилятор - предназначен для отвода тепла от нагретой части термоэлемента. Радиатор - ребристая алюминиевая пластина. Отдача тепла осуществляется благодаря конвекции (движению) воздуха вдоль ребер радиатора. Конвекция может быть естественной, за счет движения нагретого воздуха вверх, но для большей эффективности охлаждения и как следствие, повышения эффективности работы всего агрегата, применяется принудительная конвекция - движение воздуха идет за счет дополнительно установленного на радиатор вентилятора. Дистансер - алюминиевая пластина, предназначенная для передачи холода внутрь холодильника (Приложение лист VI, рис. 13 - 14). Блок питания термоэлектрического холодильника - электронное устройство необходимое для питания термоэлемента. Управление работой термоэлемента, а значит и регулированием температуры в холодильнике, осуществляется изменением величины постоянного напряжения, подаваемого на него. Преимуществами термоэлектрического холодильника являются:
- звуковая и электромагнитная бесшумность работы;
- надёжность и долговечность (до 200 000 часов наработки);
- небольшие размеры и вес;
- отсутствие движущихся, трущихся частей и сложных соединительных труб;
- устойчивость к механическим воздействиям;
- возможность точного регулирования температуры;
- отсутствие потребности в жидких или газовых охладителях, экологическая чистота;
- возможность работы в любом пространственном положении.
К недостаткам можно отнести относительную дороговизну модулей ТЭМ, значительную энергоёмкость модулей и высокую инерционность начала работы (окончания работы) модулей.
Изготовление термоэлектрического модуля кондиционера [10 - 12]
Для изготовления термоэлектрического модуля, в первоначальном варианте, использовались элементы Пельтье (ТЕС1-127080-50) (Q макс. - 79,1 Вт; Iмакс. - 8А; Uмакс. - 15,4В). Для изготовления кондиционера применили четыре модуля объединённых по два в каждом блоке. Общая мощность установки, таким образом, при напряжении питания (12 – 14 В) составила примерно 140 Вт. Элементы Пельтье были попарно размещены на массивном теплоотводящем радиаторе с закреплённым на нём вентиляторами для принудительного обдува. Дистансер изготовлен также из радиаторов, закреплённых на холодной стороне элементов Пельтье. На радиаторах дистансера расположили небольшие вентиляторы для принудительного забора холодного воздуха с поверхности радиатора. Монтаж элементов Пельтье на радиаторы проводился с использованием термопасты для улучшения поверхностной теплопроводности. Конструкция термоэлектрического модуля, показана в приложении (Лист VI - VII, рис. 15 - 17). Конструкция термоэлектрического модуля получилась достаточно габаритной (особенно критично в горизонтальной плоскости), что привело к поиску иных решений. Второй вариант термоэлектрического модуля изготовлен с использованием современных высокопроизводительных ТЭМ (ТЕС1-12715) (Q макс. - 100 Вт; Iмакс. - 15А; Uмакс. – 15 В). Для уменьшения ширины сборки, было использовано два параллельно включённых модуля ТЭМ. В сборке использовали новые высокоэффективные радиаторы отвода холодного воздуха с трубчатым циркуляционным дистансером. Мощность собранного модуля кондиционера составляет примерно 140 – 145 Вт., при напряжении питания (12 – 14 В). Потребляемый ток 14 – 15 А. Фотографии изготовленного модуля кондиционера и его элементов размещены в приложении (Лист VII - VIII, рис. 18 – 21).
Изготовление рабочей модели кондиционера [11 - 12]
В основе корпуса кондиционера лежит коробчатая конструкция, обклеенная внутри, для улучшения теплоизоляции, изолоном. На задней стенке корпуса расположены термоэлектрические модули. Корпуса дистансеров модулей, размещены внутри короба. В передней части короба имеются решетчатые отверстия (можно использовать регулируемые решётки). Электрическая схема представляет собой разводку проводов от элементов Пельтье, подключённых к блоку питания (возможно использование регулятора питающего напряжения для изменения производительности кондиционера). Более простым вариантом является, включение вентиляторов дистансеров через регулятор мощности, что позволяет изменять интенсивность потока холодного воздуха (используется низкоамперный регулятор, в отличие от первого варианта). Вентиляторы теплоотводящих радиаторов включены постоянно. Конструкция кондиционера и его электрическая схема представлены в приложении (Лист VIII - IX, рис. 22 - 26). Для конструкции короба (корпуса кондиционера) можно использовать любой листовой материал. С горячей стороны термоэлектрических модулей предусмотрен патрубок врезки системы в вентиляционную сеть комнаты. Эта конструкция нужна для отвода тепла горячей стороны термоэлектрических модулей. Для обеспечения регулировки производительности системы охлаждения применена схема ШИМ регулятора скорости двигателя DC 2-12В для вентиляторов дистансеров (Приложение лист IX, рис. 25). Дистанционное включение кондиционера обеспечивает модуль дистанционного включения (Приложение лист IX, рис. 26). При его монтаже и использовании существует несколько вариантов подключения. Поскольку для питания термоэлектрических модулей используется мощный блок питания (в нашем случае блок питания мощностью 650 Вт) управляющее реле дистанционного блока включения должно быть рассчитано на определённые токовые нагрузки (не менее 10 -15 А при напряжении 220 В). Если управляющее реле более слабое, в схему включения необходимо ввести дополнительный пускатель (Приложение лист IX, рис. 26). При использовании мощного управляющего реле, надобность в электромагнитном пускателе отпадает и коммутировать нагрузку возможно с использованием реле схемы дистанционного включения. Питание схемы дистанционного включения обеспечивается дежурным блоком питания небольшой мощности.
Исследования эффективности работы, изготовленной модели
Общая суммарная мощность модулей (заявленная производителем) – 150 – 160 Вт. Реальная - 140 Вт. Максимальная разность температур (заявленная производителем) – 62 0С. График зависимости холодопроизводительности Qx от разности температур пластин ΔТ для элемента ТЕС1-12715 представлен в приложении (Лист X, рис. 27). Для тепловых насосов (к которым относятся и элемент Пельтье) понятие КПД неприменимо — отношение полезной работы к затраченной для них зависит от условий работы. Из приведённого графика можно подсчитать только максимальную эффективность элемента (а не КПД). Потребляемая электрическая мощность составит 15,4 x 15 = 231 Вт, т.е. максимальная эффективность будет численно равна максимальной холодо - производительности и составит 100%. Для нашего модуля и условий его работы 12,2 x 10,2 = 124,44 Вт (для одного элемента) максимальная холодо - производительность по графику примерно 75%. Соответственно в наших (реальных условиях) разность температуры теоретически не может превысить 500С. Реальные замеры температур проводились многоканальным электронным термометром, позволяющим установить сразу два датчика на горячий и холодный радиаторы, датчики на регистрацию температуры окружающего воздуха, и одновременно анализировать все параметра по времени работы. Результаты замеров температурных режимов позволили построить графическую зависимость производительности кондиционера от времени работы термоэлектрических модулей (Приложение лист X, рис. 28). Анализируя график можно увидеть, что температурные границы при работе термоэлектрических модулей соответствуют расчётным. Температура, на выходе кондиционера в устоявшемся режиме работы, соответствует приблизительно 10-12 0С, что позволит значительно снизить температуру в небольшой комнате. Так же, были проведены замеры температуры внутри комнаты, при работающем кондиционере (Приложение лист X, рис. 29).
Перспективы разработки модели кондиционера
По справочным данным, на охлаждение 10 м2. площади требуется 1 кВт мощности охлаждения. Компрессорный кондиционер, в среднем потребляет 4кВт. Учитывая потери на трение и др., полезная мощность кондиционера составляет примерно 2-2,5 кВт, что с избытком хватает для охлаждения комнаты. Испытания модели показали, что для приемлемого охлаждения комнаты термоэлектрическими модулями, нашей мощности не совсем достаточно (при такой мощности охладителя, расчётное снижение температуры будет не более 10 - 150С при максимальной мощности и времени работы более 25 минут). Экспериментами доказано, что мощность устройства должна составлять не менее 400Вт (из расчёта гарантированного снижения температуры на 15 0С по отношению к окружающей). Для более производительного кондиционера необходимо увеличить количество термоэлектрических модулей (до 4, а ещё лучше 6). Но необходимо учитывать, что при этом следует значительно увеличить мощность блока питания – до 1 – 1,5 кВт. Это непосредственно приведёт к увеличению габаритов конструкции и значительному удорожанию всей системы
Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- в ходе работы и проведении исследований изучены возможные литературные и интернет – источники по устройству и принципу действия термоэлектрических генераторов;
- на основе изученных источников разработан собственный вариант генератора холода с возможностью использования его в качестве установки кондиционирования воздуха при условии использования в небольшой комнате (до 10 м2);
- выполнена практическая реализация устройства;
- исследование режимов работы генератора холода и определение эффективности устройства показали приемлемый результат. Снижение температуры внутри комнаты, в зависимости от температурных условий окружающей среды, соответствует мощности термоэлектрической установки и составляет максимально при оптимальных условиях и времени работы до 10 - 120С.;
- при увеличении мощности термоэлектрических модулей можно гарантированно добиться разницы температур в 10 – 15 0С, но такой вариант потребует увеличения мощности блока питания, количества термоэлектрических модулей и увеличения габаритов всего устройства, что значительно удорожает конструкцию кондиционера, и усложняет его монтаж в систему вентиляции комнаты.
Список литературы и интернет - источников
1. http://www.sdelaysam-svoimirukami.ru/290 ehlement _ pelte _ on_zhe _ termoehlektricheskij _ modul. html
2.С.Д. Сивухин, Общий курс физики. М., Наука, 1977 г.
3.Л.С. Стильбанс, Физика полупроводников, М., 1967 г.
4. КРИОТЕРМ, http://www.kryotherm.ru, Термоэлектрические модули, системы охлаждения и генерации электрической энергии
5. Г. Громов, Объемные или тонкопленочные термоэлектрические модули, Компоненты и технологии, № 9, 2014 г.
6. https://dzen.ru/a/YvOWH1jINGLk665U?utm_referer=yandex.ru - Как работает кондиционер: устройство и принцип работы.
7.В. В. Коляда, Кондиционеры, СОЛОН-Пресс, 2002 г.
8.http://www.drive2.ru/l/3537059/ - Применение элементов Пельтье.
9. http://womanadvice.ru/termoelektricheskiy-holodilnik#ixzz3HDxfaVFB
Журнал WomanAdvice - Советы на все случаи жизни
10.https://d-a.d-cd.net/443bd54s-960.jpg – Использование элементов Пельтье.
11.http://www.drive2.ru/l/3847014/ - Самодельный холодильник на элементах Пельтье
12.http://mikrob.ru/viewtopic.php?f=488&t=104584- Автохолодильник своими руками.
Приложение
Рис.2. Жан Шарль Атаназ Пельтье (1785 – 1845). Французский физик, автор трудов по термоэлектричеству, электромагнетизму и метеорологии.
Рис.1. Томас Иоганн Зеебек (1770 – 1831). Немецкий физик.
Рис.3. Принцип работы ТЭМ (Термоэлектрического модуля).
Рис.4. Термоэлектрический модуль – элемент Пельтье.
Рис.5. Современный ТЭМ (TEC1-12705).
Рис.6. Структура термоэлектрического модуля.
Рис.7. Высокоэффективные однокаскадные охлаждающие модули (ТЭМ).
Таблица 1. Характеристики некоторых (наиболее доступных) термоэлектрических модулей.
Рис.8. График зависимости охлаждающей способности от термоэлектрической добротности в объёмном модуле (среднее значение по основным типам ТЭМ) (при Т = 300 К).
Рис.9. Зависимость ΔT от Q (среднее значение по основным типам ТЭМ) при +85 °C и максимальном рабочем токе.
Рис.10. Схема работы домашней «Сплит-системы».
1.Радиатор
2.Термоэлемент
3.Дистансер
4.Пенопластовая теплоизоляция
Рис.11. Сплит-система.
Рис.12. Устройство термоэлектрического холодильника.
Рис.14. Образование льда при работе модуля.
Рис.13. Термоэлектрический модуль холодильника.
Рис.15. Конструкция термоэлектрического модуля из двух блоков (4 ТЭМ по два в каждом блоке).
Рис.16. Дистансер модуля
Рис.17. Радиатор теплоотдачи.
Рис.18. ТЭМ (ТЕС1-12715).
Рис.19. Дистансер высокоэффективного радиатора с трубчатым циркуляционным охлаждением.
Рис.20. Радиатор с трубчатым циркуляционным охлаждением.
Р ис.21. Термоэлектрический модуль кондиционера в собранном виде.
Рис.22. Конструкция термоэлектрического кондиционера.
Рис.23. Варианты силовой электроники управления кондиционером.
Рис.25. ШИМ регулятор скорости двигателя DC 2-12В для вентиляторов дистансеров.
Рис.24. Принципиальная схема регулятора мощности для термоэлектрических модулей.
Рис.26. Система дистанционного включения/выключения кондиционера.
Рис.27. Зависимость холодопроизводительности Qx от разности температур пластин ΔТ для термоэлектрического модуля ТЕС1-12715.
Рис.28. График экспериментальных замеров температуры, изготовленной модели кондиционера, в зависимости от времени работы термоэлектрических модулей (температура в комнате 27 0С).
Рис.29. График экспериментальных замеров температуры внутри комнаты (при оптимальных условиях – закрытых окнах), при работающем кондиционере (обобщённые максимальные результаты которых удалось добиться в ходе нескольких экспериментов).