Элемент Пельтье TEC1-12706. Характеристики, применение, условия эксплуатации

Элемент Пельтье TEC1-12706

Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, который создает разность температур на своих поверхностях при протекании электрического тока. Принцип действия основан на эффекте Пельтье – возникновении разности температур в месте контакта проводников под действием электрического тока.

 

Устройство и принцип действия элемента Пельтье.

Думаю, что только знатоки физики могут понять, как на самом деле работает элемент Пельтье. Для практиков главное, что существует минимальная единица модуля – термопара, представляющая из себя два соединенных проводника p и n типа.

Принцип действия элемента Пельтье

При пропускании через термопару тока, происходит поглощение тепла на контакте n-p и выделение тепла на p-n контакте. В результате, участок полупроводника, примыкающий к  n-p переходу, будет охлаждаться, а противоположный участок – нагреваться. Если поменять полярность тока, то на оборот, n-p участок будет нагреваться, а противоположный – охлаждаться.

Существует и обратный эффект. При нагревании одной из сторон термопары, вырабатывается электрический ток.

Для практического применения энергии поглощения тепла одной термопары недостаточно. В термоэлектрическом модуле используется много термопар. Электрически их соединяют последовательно. А конструктивно – так, что охлаждающие и нагревающие переходы расположены на разных сторонах модуля.

Принцип действия модуля Пельтье

Термопары установлены между двух керамических пластин. Соединяются они медными шинами. Количество термопар может доходить до нескольких сотен. От их количества зависит мощность модуля.

Модуль Пельтье

Разность температур между горячей и холодной стороной модуля Пельтье может достигать 70 °C.

Надо понимать, что термоэлектрический модуль Пельтье снижает температуру одной стороны, относительно другой. Т.е. чтобы холодная сторона имела низкую температуру, необходимо отводить тепло от горячей поверхности, снижая ее температуру.

Для увеличения перепада температур, возможно последовательное (каскадное) соединение модулей.

 

Применение.

Термоэлектрические модули Пельтье применяются:

  • в небольших бытовых и автомобильных холодильниках;
  • в охладителях воды;
  • в системах охлаждения электронных приборов;
  • в термоэлектрических генераторах.

Я, используя элемент Пельтье, сделал холодильник для вина.

 Достоинства и недостатки модулей Пельтье.

Как-то неправильно сравнивать элементы Пельтье с компрессорными охлаждающими установками. Совсем разные устройства – большая механическая система с компрессором, газом, жидкостью и маленький полупроводниковый компонент. А больше сравнивать не с чем. Поэтому достоинства и недостатки модулей Пельтье весьма условное понятие. Есть области, в которых они не заменимы, а в других случаях их применение совершенно нецелесообразно.

К достоинству элементов Пельтье можно отнести:

  • отсутствие механически движущихся частей, газов, жидкостей;
  • бесшумная работа;
  • небольшие размеры;
  • возможность обеспечивать как охлаждение, так и нагревание;
  • возможность плавного регулирования мощности охлаждения.

Недостатки:

  • низкий кпд;
  • необходимость в источнике питания;
  • ограниченное число старт-стопов;
  • высокая стоимость мощных модулей.

Параметры элементов Пельтье.

  • Qmax (Вт) – холодопроизводительность, при максимально-допустимом токе и разности температур между горячей и холодной сторонами равной 0. Считается, что вся тепловая энергия поступающая на холодную поверхность, мгновенно, без потерь передается на горячую.
  • Delta Tmax (град) - максимальная разность температур между поверхностями модуля при идеальных условиях: температура горячей стороны – 27 °C и холодная сторона с нулевой отдачей тепла.
  • Imax (А) – ток, обеспечивающий перепад температур delta Tmax.
  • Umax (В) – напряжение, при токе Imax и разности температур delta Tmax.
  • Resistance (Ом) – сопротивление модуля постоянному току.
  • COP (Сoefficient Of Рerformance) – коэффициент, отношение мощности охлаждения к электрической мощности, потребляемой модулем. Т.е. подобие кпд. Обычно 0.3-0.5.

 

Эксплуатационные требования к элементам Пельтье.

Модули Пельтье – капризные устройства. Их применение сопряжено с рядом требований, не выполнение которых приводит: к деградации модуля или выходу из строя, снижению эффективности системы.

  • Модули выделяют значительное количество тепла. Для отвода тепла должен быть установлен соответствующий радиатор. Иначе:
    • Невозможно достичь нужной температуры холодной стороны, т.к. элемент Пельтье снижает температуру относительно горячей поверхности.
    • Допустимый нагрев горячей стороны как правило + 80 °C ( в высокотемпературных до 150 °C). Т.е. модуль может просто выйти из строя.
    • При высоких температурах кристаллы модуля деградируют, т.е. снижается эффективность и срок службы модуля.
  • Важен надежный тепловой контакт модуля с радиатором охлаждения.
  • Источник питания для модуля должен обеспечивать ток с пульсациями не более 5%. При более высоком уровне пульсаций эффективность модуля снизится, по некоторым данным на 30-40%.
  • Не допустимо, для управления элементом Пельтье, использовать релейные регуляторы. Это приведет к быстрой деградации модуля. Каждое включение – выключение вызывает деградацию полупроводниковых термопар. Из-за резких изменений температуры между пластинами модуля возникают механические напряжения в местах спайки с полупроводниками. Производители элементов Пельтье нормируют  количество циклов старт-стопов модуля. Для бытовых модулей это порядка 5000 циклов. Релейный регулятор выведет из строя модуль Пельтье за 1-2 месяца.
  • К тому же элемент Пельтье обладает высокой теплопроводностью между поверхностями. При выключении, тепло радиатора горячей стороны, через модуль будет передаваться на холодную сторону.
  • Недопустимо, для регулирования мощности на элементе Пельтье, использовать ШИМ модуляцию.
  • Чем надо питать элемент Пельтье источником тока или напряжения? Обычно используют источник напряжения. Он проще в реализации. Но вольт-амперная характеристика модуля Пельтье нелинейная и крутая. Т.е. при небольшом изменении напряжения ток меняется значительно. И вдобавок, характеристика меняется при изменении температуры поверхностей модуля. Надо стабилизировать мощность, т.е. произведение тока через модуль на напряжение на нем. Охлаждающая способность элемента Пельтье напрямую связана с электрической мощностью. Конечно, для этого необходим достаточно сложный регулятор.
  • Напряжение модуля зависит от количества термопар в нем. Чаще всего это 127 термопар, что соответствует напряжению 16 В. Разработчики элементов рекомендуют подавать до 12 В, или 75% Umax. При таком напряжении обеспечивается оптимальная эффективность модулей.
  • Модули имеют герметичное исполнение, их можно использовать даже в воде.
  • Полярность модуля отмечена цветами проводов – черный и красный. Как правило, красный (положительный) провод расположен справа, относительно холодной стороны.

Мною был разработан контроллер элемента Пельтье для холодильника, удовлетворяющим всем этим требованиям. Он:

  • Вырабатывает питание для элемента Пельтье с пульсациями не более 2%.
  • Стабилизирует на модуле электрическую мощность, т.е. произведение тока на напряжение.
  • Обеспечивает плавное включение модуля.
  • Регулировка температуры происходит по принципу аналогового регулирования, т.е. плавного изменения мощности на элементе пельтье.
  • Контроллер разработан для холодильника, поэтому математика регуляторов учитывает инерционность охлаждения воздуха в камере.
  • Обеспечивает контроль температуры горячей стороны модуля и управление вентилятором.
  • Имеет высокий кпд, широкие функциональные возможности.

 

Термоэлектрический модуль Пельтье TEC1-12706.

Это самый распространенный тип элемента Пельтье. Используется во многих бытовых приборах. Не дорогой, с неплохими параметрами. Хороший вариант для изготовления маломощных холодильников, охладителей воды и т.п.

Элемент Пельтье

Характеристики модуля TEC1-12706 привожу в переводе на русский из документации TEC1-12706.pdf компании производителя – HB Corporation.

Технические параметры TEC1-12706.

 Обозначение Параметр Значение, при температуре горячей стороны
 25 °C 50 °C
 Qmax Холодопроизводительность  50 Вт 57 Вт
 Delta Tmax Разность температур  66 °C 75 °C
 Imax Максимальный ток 6.4 А 6.4 А
 Umax Максимальное напряжение 14.4 В 16.4 В
 Resistance Сопротивление 1.98 Ом 2.3 Ом

Графические характеристики.

Характеристики TEC1-12706

Габаритный чертеж модуля TEC1-12706.

Габариты TEC1-12706

 Обозначение Размер
 A  40 мм
 B  40 мм
 C  3.8 мм

Рекомендации по эксплуатации.

  • Максимально – допустимая температура 138 °C.
  • Не допустимо превышение значения параметров Imax и Umax.
  • Срок службы 200 000 часов.
  • Параметр частота отказов основан на длительных испытаниях с выборкой 0.2%.
  • Производитель - HB Corporation.

Пример разработки на элементе Пельтье - холодильник для вина.

0

Автор публикации

не в сети 1 день

Эдуард

7
Комментарии: 1127Публикации: 124Регистрация: 13-12-2015

Один комментарий на «Элемент Пельтье TEC1-12706. Характеристики, применение, условия эксплуатации»

  1. А будет ли работать два элемента положеных один на другой если холодная сторона нижнего элемента на радиаторе, на горячей стороне будет холодная сторона верхнего и на горячей стороне верхнего элемента будет радиатор. Ну и подключить элементы параллельно.

    0
    • Думаю, это плохое решение. Температура поверхностей элементов будет разная, значит разное сопротивление и разное распределение токов между элементами Пельтье.

      0
    • Ты их укладываешь последовательно — и питать тогда надо последовательно. Иначе, действительно, распределение токов будет разным.

      0
    • Будет, почему нет, но повозиться придется, это не так просто сделать.
      Такое каскадное соединение модулей применяется в астрономии — для охлаждения ПЗС-матриц видеокамер, при этом снижаются тепловые шумы и изображение становится чище.

      0
  2. И не со всем могу согласится. Лично я получал на модуле Пельтье до — 42.188 градусов по С и я могу это доказать (измерял тем самым DS18B20 по USB), у меня есть видео эксперимента. Я же так же рассчитал КПД данного модуля на основе моих измерений и опытов и мои результаты отличаются от тех которые указаны у Вас (не знаю может ли быть это погрешностью). Если Вам интересны мои результаты то могу скинуть ссылку на моё видео в Ютубе.
    И вот ещё что, вот Вы говорите о том что применять ШИМ модуляцию не допустимо, а сами в другой статье сделали ШИМ контроллер именно по этому принципу. Да я понимаю что ёмкость и индуктивность сглаживают эти пульсации но готов поспорить осциллограф покажет грехи данной схемы.

    0
  3. Можно элемент использовать для нагрева детали при низких температурах? Будет ли эффективность?

    0
    • По моему мнению дешевле и проще использовать обычные нагреватели сопротивления. Т.е. нихромовые нагреватели.

      0
  4. как его использовать для газового котла отопления дома для запитки циркуляционного насоса 220 В.?мощность насоса 25 вт.

    0
    • У меня нет опыта использования элемента Пельтье в качестве термогенератора. Но я думаю Вашей задачу реализовать будет сложно. Сложная конструкция, приличная мощность 25Вт. Элементы Пельтье вырабатывают постоянный ток. Для питания двигателя насоса Надо будет преобразовать его в переменный ток. Попробуйте откройте тему на форуме сайта. Может кто-то поделится опытом.

      0
    • Циркуляционному насосу нужно еще и переменное напряжение..
      Модули Пельтье — преобразователь DC/AC — насос
      Только стоить это будет значительно больше, чем бензогенератор.

      0
  5. А как и можно ли соединить 20 штук таких элементов? Радиаторы для одной и с другой стороны будет будут едиными. Можно ли задать t° на разных сторонах или разница по t° является постоянной?

    0
    • Наверное, можно соединить. Температуру надо регулировать на одной стороне. Если это охладитель, то на холодной, если нагреватель, то на горячей.

      0
  6. Во-первых, спасибо за статью. Полезная информация. Прошу подсказать в каком направлении двигаться. Хочу собрать автомобильный «кондиционер» на двух TEC1-12730 в последовательном соединении. На холодные части приклеить простой радиатор с кулером, на горячие части — waterblock компутерный с трубками, помпой и выносным радиатором….Как мне обеспечить стабилизированное питание «дешево и сердито»?… Первичный источник питания — АКБ авто 12 В либо свинцовый либо гелиевый…

    0
    • Здравствуйте!
      Я думаю вам, прежде всего, надо проверить саму конструкцию. Собрать макет конструкции, подключить к элементам Пельтье блок питания 12 В и проверить эффективность всей системы. Только потом думать о контроллере и системе питания.
      Мне кажется автомобильный кондиционер должен быть довольно большой мощности и применение в нем элементов Пельтье будет не эффективно. Но может я и ошибаюсь.

      0
      • Доброго дня! Именно потому, что я хочу начать с макета, я и употребил выражение «дешево и сердито»…заявленная холодопроизводительность моих TEC — 336 Вт каждый, я их беру два последовательно, получается максимальный ток потребления 60А….самое простое что я могу взять для питания — выдернуть АКБ из машины и запитать через некий стабилизатор….я, к сожалению, полный профан в радиотехнике…. Подскажите, пожалуйста, хотя бы какой категории БП мне искать из нижнего ценового диапазона…Если считать что стоимость китайских TEC невелика, то вопрос ресурса вторичный…. Буду очень признателен)

        0
        • Здравствуйте!
          Игорь, 60 А это большой ток. Ваш кондиционер моментально посадит аккумулятор или перегрузит сеть автомобиля. Я говорю про рабочий режим. Блоки питания такие есть, но они дорогие. Проверяйте на аккумуляторе.

          0
        • ваши модули по 30 Вт два вместе 60 Вт. Я автохолодильник переделывал для лучшего охлаждения . снял модуль ТЕС1-127050. Холодильник был с потреблением 60 Вт. Поставил на него модуль на 100 Вт и усилил обдувы. счас холодильник потребляет 10А. Вот. последние две цифри на маркировке это Вт.

          0
          • Владимир, какой вы использовали элемент вместо 12705? Модернизировали электрическую схему питания прибора?
            У меня такая же проблема, хочу заменить элемент. Стоит 12706. Хочу поставить тоже на 100 Вт и усилить обдув.
            Поделитесь опытом. Если можно — напишите свою электронку.

            0
  7. Эдуард, доброго времени суток! Вы пишите про недопустимые пульсации питающего напряжения свыше 5%, то что эффективность резко снижается. А с чем это связано? Вы не приводите по этому поводу никаких доводов, в документации приведенной вами тоже ничего не сказано про это. Эта информация из каких то официальных источников или эти выводы вы сделали на основании проведенных опытов? Спасибо вам за очень интересные статьи, почерпнул из них кое что для себя, особенно по программированию распределенных по времени задач на ардуинке. Тоже собираюсь повторить ваш опыт работы с Пельтье, идея была давно, но как то все не доходили руки. Собираюсь сделать климатическую камеру для созревания сыров, колбас, пива, с тремя-четырьмя независимыми зонами. Видимо придется на каждую зону ставить отдельный элемент Пельтье и контроллер, потому как в каждой зоне своя температура должна быть.

    0
    • Здравствуйте!

      Я давно писал эту статью. Опыта работы с элементами Пельтье у меня не много. Большую часть информации я почерпнул с сайтов производителей модулей Пельтье. Я уже не помню источники. Был какой-то сайт отечественного изготовителя модулей. Там приведены параметры относительно рабочих циклов. На каком-то форуме я нашел ссылки на зарубежных производителей. В интернете информации не много, но можно собрать по каплям.

      0
  8. эдуард есть компьётер мощность 10 ватт процессор надоиохлатить думаю примерить

    0
  9. А если охлаждать горячую сторону и вентилировать холодную то эффект повысится

    0
  10. Как использовать ваши элементы для получения электорэнергии в дачном домике, например. Или для обустройства радиатора отопления. Возможно ли получать тепло в радиаторе отопления за счет охлаждения ваших элементов на крыше дома, например, в морозную погодую. Сколько элементов панадобится для создания такого модуля и как его смденлать?

    0
    • Здравствуйте!
      Как-то сомнительно. У элементов Пельтье не высокий КПД. Впрочем, у меня нет значительного опыта в этом вопросе. Почитайте в интернете, попробуйте на одном элементе.

      0
  11. Не понял почему недопустимо, для регулирования мощности на элементе Пельтье, использовать ШИМ модуляцию..
    Нужно просто выбрать частоту ШИМ так, чтобы изменения температуры между пластинами модуля были небольшими.Тепловая инерционность радиаторов значительная, поэтому частоты несколько кГц будет достаточно.

    0
  12. Из каких полупроводников состоят полупроводники? p-тип? n-тип? Термоэдс какова?

    0
  13. а как используется обратный эффект — получение эл. энергии имея гарячую (рассеивающююся) поверхность?

    0
    • Для этого применяется не элемент Пельтье, а элемент Зеебека, который именно для генерации энергии и предназначен.
      https://ru.aliexpress.com/af/%25D1

      0
  14. Эдуард, а в чем разница между элементами TEC1-12703, TEC1-12705 и TEC1-12706? Кроме величины потребляемого тока.
    TEC1-12703 при 3.0А создает разницу температур 68 градусов.
    TEC1-12705 при 5.3А создает разницу температур 66 градусов.
    TEC1-12706 при 6.4А создает разницу температур 66 градусов.

    Можно ли соединить 4 элемента TEC1-12703 (3А) последовательно-параллельно, т.е. две пары, каждая последовательно, а потом эти пары параллельно, и запитать их от блока питания PS-305D 0…30V 0…5A?

    Подать на эту связку 24В (или 5А, т.е. регулировать ток). По-идее, на каждом элементе будет около 12 В 2.5А. Небольшая разница будет, но главное не выйти за допустимые пределы.

    Или лучше взять 2 элемента TEC1-12705 (5А) или TEC1-12706 (6А) и включить их последовательно?

    Это я хочу маленький оконный кондиционер сделать для комнаты.

    0
    • Здравствуйте!
      Если управлять напряжением, то лучше включать параллельно.
      Если управлять током, то лучше включить последовательно.
      В противном случае необходимо обеспечить, чтобы температуры поверхностей элементов были одинаковыми. Например, разместить на одном радиаторе.

      0
  15. Можно ли подключить элемент на 7А вместо элемента на 5А (стоит 12705) не меняя схему электрического питания?

    На сколько разница реальная потребления элементов?
    То есть элемент 12706 в спецификациях указан с потреблением 5А,. Если поставить элемент 12707 с номинальной потребляемой 7А — выдержит ли схема питания, предназначенная на 12705?

    0
  16. Как можно выбрать элемент Пельтье для охлаждения (чтобы холодная сторона давала 0 С градусов)? Как анализировать, на что смотреть?

    0
    • Здравствуйте!
      У меня не очень большой опыт использования элементов Пельтье. Поищите еще информацию на форумах.
      Что касается моего опыта. Повторюсь, я не претендую на полноту информации.
      Я использовал несколько элементов TEC1-12706, полученных из разных источников. При напряжении 12 В все они потребляли ток 3-3,5 А. Положено 5 А. Соответственно охлаждали меньше нормы.
      На работе один человек выписал радиатор с вентилятором и элементом TEC1-12706. Этот элемент потреблял положенные 5 А и охлаждал значительно лучше.
      На АлиЭкспресс есть много элементов на 7, 8, 10, 12, 15, 20 А. Выписали элемент на 8 А. Он потребляет при 12 В 5 А и охлаждает прилично.
      Т.е. мне кажется надо использовать элементы с запасом по мощности и необходимо проверять ток потребления при 12 В. Только элемент должен быть установлен на радиатор. Иначе он моментально сгорит.
      Попробуйте откройте тему на форуме сайта. Может кто-то поделится информацией.

      0
      • Эдуард, здравствуйте.
        маркировка — 12706 означает вот что:
        12 — номинальное напряжение, рекомендуемое для долговременной работы.
        6 — сила тока при максимально допустимом напряжении, обычно это 15.7V.
        Поэтому у TEC1-12706 никогда при 12 вольтах не будет 6 ампер. Так и другие модули. Моя сборка состоит из 2-х TEC1-12706 и 1-го TEC1-12705, соединенных последовательно. Вы спросите почему так, ну не было у меня 3-х TEC1-12706 ))) Мой БП не выдает более 34V, но на этом напряжении ток порядка 4.5А при температуре окружающего воздуха около 26 гр. С.
        Радиаторы у меня, конечно серьезные, 300х120х45 на горячую сторону и 150х120х45 на холодную сторону . В моем ящике объемом 200л при температуре окружающей среды 32гр.С и подводимой мощности около 70VA температура внутри не поднималась выше 11гр.С.
        Ящик из фанеры 15мм с теплоизолящией из пенопласта толщиной 50мм. Сама сборка неидеальная, нет теплопереходов между холодным и горячим радиатором, это алюминиевые бруски которые подкладываются под элемент Пельтье с холодной стороны, чтобы удалить два радиатора друг от друга и положить между ними, например, неопрен толщиной 20мм.

        0
    • Одним из основных свойств элемента Пельтье является обеспечение РАЗНОСТИ температур на двух сторонах элемента в диапазоне 40-70 градусов по Цельсию… то есть, если удастся поддерживать температуру «горячей стороны» на уровне 0….+10 гр.Ц, то на холодной стороне можно получить от минус 40(70) до минус 30(60) соответсвенно… так что чем больше радиатор на горячей стороне — тем ниже температура на холодной.
      Но, так как поддерживать такую температуру горячей стороны весьма непросто, (а если грамотно построить отвод тепла, то можно добиться +30…+50 гр.Ц. на горячей стороне), то люди получают на холодной стороне -10…+10 градусов… что тоже есть неплохо, в зависмости от поставленной цели. Отсюда и лёд в видеороликах на ютубе…

      0
  17. как проверить исправность Пельтье, а то оно установлено в осушитель воздуха и дает короткое на нем, купил новое но такая же беда

    0
    • Здравствуйте!
      Если у вас короткое замыкание элемента Пельтье появляется при прозвонке омметром, то это не означает, что элемент неисправен. Элемент Пельтье является источником ЭДС при разности температур поверхностей. Поэтому при прозвонке небольшая ЭДС обратной полярности отображается, как нулевое сопротивление.
      Проверить элемент можно подключив его к источнику напряжения, например, 5 В. Одна поверхность должна охлаждаться. При 12 В можно сжечь элемент без радиатора горячей стороны.

      0
    • У меня стоял на автохолодильнике ТЭС1 -12705, я поставил предложенный мне элемент ТЭС1-12706, но при включении, вентилятор практически остановливается. Видимо нагрузка больше. При отключении элемента, вентилятор работает нормально. Прошу мне подтвердить или нет. Может лучше поставить уже ТЭС1-12705 или 12703. Очень буду признателен. Жду предложение

      0
  18. здравстуйте я сделал експеремент на элемент пельтье и он у мне не охлаждается там показвает +24 градус темпиратура, а в комнате 30 градус

    0
  19. Эдуард, такой вопрос. Элемент о котором Вы пишете, стоит сейчас в Москве 380 рублей. На чипе и дипе есть значительно более мощный DRIFT-0.8 с холодопроизводительностью 172 вт. Но он стоит уже 1750. С одной стороны 50 вт от TEC1-12706 боюсь мне будет маловато (напоминаю прошлый коммент в другой ветке, мне надо +3-5). С другой и тратиться особо неохота. Я думаю поставить три TEC1-12706. Вопрос как их эффективнее размещать. Параллельно на одном теплоотводе ? Или стопочкой, чтобы холодная сторона одного отводила тепло от горячей стороны другого ? Во втором случае разумеется раздельное питание каждого. Что посоветуете ?

    0
  20. Здравствуйте уважаемые! Если элемент платье использовать в двойном назначение. Для подогрева воды в системе отопления. А с холодной стороны снимать для холодильника. Возможно такое использование элемента. Отопление теплый пол с водным теплоносителей. Температура теплоносителя 35-40градусов.

    0
    • Здравствуйте!
      У элементов Пельтье невысокий КПД. Поэтому их не применяют в мощных охладителях или нагревателях.

      0
  21. Здравствуйте! Какие существуют максимальные размеры элементов по площади??

    0

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *