Исследованы известные примеры использования элемента Пельтье в быту. Предложены предположительно новые примеры использования элемента Пельтье, оценена целесообразность, возможная эффективность и польза предложенных примеров.
Ключевые слова: элемент Пельтье, альтернативные источники энергии, использование альтернативных источников энергии в быту.
Что такое элемент Пельтье? Краткое объяснение принципа работы. Достоинства и недостатки
Элемент Пельтье — термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого основан на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.Простыми словами, элемент Пельтье может применяться для охлаждения либо для нагревания чего-либо.
Из преимуществ использования элемента Пельтье можно выделить:
— Небольшие размеры
— Низкая цена. Один термоэлектрический охладитель Пельтье можно купить за 100–200 рублей
— Отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей
— Возможность как нагревания, так и охлаждения чего-либо
— Отсутствие шума
— Безопасность
Однако у элемента Пельтье есть один существенный недостаток: низкий коэффициент полезного действия относительно многих других источников энергии. Это ведёт к большой потребляемой мощности при достижении заметной разницы температур. Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД, а элементы Пельтье нашли широкое применение в технике, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C. Возможно, с развитием науки удастся достичь высокого КПД при применении элемента Пельтье.
Примеры использования элемента Пельтье в быту
— Холодильник на элементах Пельтье. Самый главный недостаток заключается в том, что такой холодильник будет значительно уступать по производительности другим видам холодильников. С другой стороны, у такого холодильника есть множество плюсов, в числе которых: устойчивость к вибрации; низкий уровень шума; небольшие габариты; мобильность; длительный срок службы; небольшое потребление энергии. Можно сделать вывод, что такой холодильник — идеальный вариант, когда нужно хранить небольшой объем пищи, а при необходимости такую установку легко перенести в другое место.
— Элемент Пельтье как генератор электроэнергии. Термоэлектрические модули могут работать в качестве генераторов электроэнергии, если одну из их сторон подвергнуть принудительному нагреву. КПД таких устройств невысок, их применяют только в тех случаях, когда нет возможности использовать более эффективный источник электрической энергии. Термогенераторы на 5–10 Вт пользуются спросом у туристов, геологов и жителей отдаленных районов. Большие и мощные стационарные установки, работающие от высокотемпературного топлива, используют для питания приборов газораспределительных узлов, аппаратуры метеорологических станций и т. д.
— Для охлаждения процессора. Относительно недавно данные модули стали использовать в системах охлаждения CPU персональных компьютеров. Однако целесообразность использования этих элементов очень сомнительна. Из-за низкого КПД термоэлементов нужен будет очень мощный блок питания.
— Кондиционер на элементах Пельтье. Такой кондиционер целесообразно использовать в совсем маленьких помещениях из-за низкого КПД.
— Осушитель воздуха. Конструкция получается довольно простой и недорогой. Охлаждающий модуль понижает температуру радиатора ниже точки росы, в результате на нем оседает влага, содержащаяся в воздухе, проходящем через устройство. Осевшая вода отводится в специальный накопитель. Несмотря на низкий КПД, в данном случае эффективность устройства вполне удовлетворительная.
Изучив данные примеры, можно понять, что главными достоинствами элемента Пельтье являются низкая цена, компактность и мобильность. Главный недостаток — низкий КПД. Однако в быту нам часто не сильно важен КПД устройства, поэтому элемент Пельтье нашел своё применение.
Предположительно новые примеры использования элемента Пельтье и оценка их эффективности
- Фен на элементах Пельтье. Вместо обычного электронагревателя в фене можно использовать элемент Пельтье. Прохождение воздуха через нагревающуюся часть элемента будет соответствовать теплому режиму работы, а через охлаждающуюся — прохладному. Такой фен будет стоить значительно дешевле, однако и разность температур будет меньше, поэтому он подойдёт не всем. Однако где-то его применение будет целесообразно.
- Утюг. Элемент Пельтье также можно использовать в утюге. Однако понадобится довольно много элементов, чтобы добиться нужной температуры, поэтому целесообразность такого применения сомнительна.
- Термоэлектрические системы отопления. Такие системы будут использовать тепло, выделяемое при сгорании газа или топлива, для производства электроэнергии и обогрева помещения. Они могут быть полезны в удаленных районах или при аварийных ситуациях.
Выводы
Представлены новые и изучены известные примеры использования элемента Пельтье в быту. Элемент Пельтье является очень неплохим альтернативным источником энергии с большим количеством плюсов и единственным минусом: относительно низким КПД. Элемент Пельтье нашел и продолжает находить своё применение в быту.
Литература:
- Элемент Пельтье. — Текст: электронный // Википедия: [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Элемент_Пельтье (дата обращения: 09.04.2023).
- Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение. — Текст: электронный // ASUTPP: [сайт]. — URL: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-element-pelte-i-ego-primenenie.html (дата обращения: 09.04.2023).
