Принцип работы термоэлектрического холодильника.

В настоящее время различают три основных вида холодильников: абсорбционные, компрессионные и термоэлектрические холодильники. Последний вид очень часто используется в переносных холодильниках.

Плюсы термоэлектрических холодильников

Термоэлектрические холодильники отличаются наиболее низким уровнем шума в рабочем режиме, так как в них нет движущихся и трясущихся частей. Именно поэтому их с успехом применяют в палатах больничных учреждений или размещают в спальных комнатах при отсутствии свободного пространства в коридоре или кухне. Потребление электроэнергии данными холодильниками из расчета на один литр охлаждаемого объема намного ниже, чем у компрессорных или абсорбционных. Кроме того, ремонт холодильников этого типа требуется сравнительно редко, так как они довольно надёжны. Термоэлектрические холодильники очень часто используются как автомобильные, так как не боятся вибрации и тряски, могут эксплуатироваться как в обычном положении, так и в перевёрнутом.

Принцип работы автохолодильников компрессорного типа

Принцип работы компрессорного автохолодильника

Компрессорный холодильник — это морозильная камера, оборудованная испарителем и компрессором, по принципу работы такой автохолодильник наиболее схож с обычным домашним холодильником. Итак, это металлический контейнер, внутри которого хладагент, как правило фреон, находящийся в жидком виде, подается в испаритель, где происходит его переход в газообразное состояние — испарение, при этом хладагентом у самого испарителя забирается тепловая энергия от его металлических стенок. Сам испаритель благодаря этому охлаждает воздух уже самой холодильной камеры. Затем газообразный хладагент вытягивается из испарителя компрессором, после чего конденсируется, превращаясь назад в жидкость благодаря высокому давлению, которое создает опять-таки компрессор.

При помощи автохолодильника данного типа продукты можно охладить до -18°С (модели отдельных марок, например, LIBHOF – даже до -25°С), что позволит сохранить их в хорошем состоянии на весьма продолжительное время, в особенности — рыбу, мясо, овощи или фрукты. Использование компрессорного холодильника обеспечит возможность быстро охладить содержимое, выбрав при этом необходимую температуру. Такие автохолодильники обычно достаточно экономичны, имеют хорошую вместимость, работают от прикуривателя или от 220 Вт автомобильной сети. При этом как недостаток указать можно лишь то, что компрессорные автомобильные холодильники немного больше весят, чем устройства иных типов.

Принцип работы холодильников абсорбционного типа

Так работает абсорбационный автомобильный холодильник

Действие автохолодильников абсорбционного типа основывается на постоянной циркуляции холодильного агента — аммиачного раствора, его попеременном охлаждении/нагревании. Раствор поступает в испаритель камеры, охлаждая ее. Поскольку температура кипения аммиака ниже, чем у воды, он испаряется за счет тепла, которое было получено при охлаждении. После чего происходит поглощение его паров водой, затем жидким раствором вновь начинается очередной цикл. Циркуляция идет непрерывно: абсорбер при этом осуществляет функцию всасывания, а термонасос – нагнетания.

Конструктивные особенности автохолодильников данного типа обуславливают объем в 20-150 литров. Такие холодильники обеспечивают наиболее быстрое охлаждение и температуру в камере от -5°С до +3°С, почти не производят шума. Данные устройства достаточно экономичны, работать могут от прикуривателя и от газа. Как недостатки автомобильных абсорбционных холодильников можно отметить их относительно большой вес наряду с определенной чувствительностью таких устройств к ухабам – если аппарат не будет находиться в правильном вертикальном положении, может нарушиться циркуляция хладагента.

Сумки-холодильники

По сути, сумка-холодильник является термическим мешком с термостатом. Она может достаточно долго обеспечивать сохранение на требуемом уровне определённой температуры, как холода, так и тепла. Термоизоляционный слой такой сумки состоит из губчатого полиамида, сохраняющего температуру в течение 10 часов. Для увеличения времени поддержания низкой температуры можно добавлять сухой лед, которому в таком случае необходимо предусмотреть отдельную упаковку.
Сумка — это наиболее бюджетная альтернатива прочим вариантам автохолодильников. Объем камеры охлаждения составляет 5 – 20 литров, впрочем, отдельные экземпляры могут иметь и больший объем. Лучше всего она подходит для поездок на относительно короткие расстояния.

Принцип работы холодильников данного типа

Принцип работы термоэлектрического охлаждения заключается в выкачивании тепловой энергии из изолированной от внешней среды камеры холодильника для того, чтобы понизить температуру в этой камере относительно температуры окружающей среды. В основе этого процесса охлаждения находится так называемый эффект «Пелтье» (выкачивание тепла электричеством из холодильника). Эффект «Пелтье» получил своё название от французского ученого, открывшего этот эффект в 1834 году. Рассматриваемые холодильники имеют термоэлектрические модули, которые конструируются из рядов крошечных металлических кубов, состоящих из несходных редких металлов, соединенных электричеством и физически хранящихся вместе. Во время прохождения электрическим током пересечения кубов, тепло переходит из исходного металла в новый. Твердое состояние термоэлектрических модулей холодильника способно перенести немалое количество тепла, при условии нахождения подсоединенного к тепловому поглощению средства на одной стороне, а растрачивающего тепло средства — на другой. Большая алюминиевая холодная пластина холодильника стабилизирует поглощенное тепло из лежащих внутри продуктов или напитков, а термоэлектрические модули производят его перемещение в рассеивающий тепло стабилизатор, который находится под контрольной панелью холодильника. В этом месте маленький вентилятор способствует рассеиванию тепла из холодильника по воздуху.

Принцип термоэлектрического охлаждения

Термоэлектрическое охлаждение было открыто в 1834 году физиком-французом Ж. Пельтье. Суть изобретение в следующем – постоянный ток пропускается через два полупроводника или проводника p-типа и n-типа расположенных в специальном термоэлементе. Во время пропускания тока через термоэлемент с одной стороны термоэлемента образуетя холод, с противоположной стороны термоэлемента выделяется тепло.

Полупроводники соеденены керамическими пластинами выполняющие роль передачи холода или тепла. Для лучшей теплопроводности между полупроводником и керамической пластиной расположена медная шина.

Выделение холода с одной стороны термоэлемента и выделение тепла с другой стороны определяется направлением тока. Если изменить направление тока, керамическая пластина создававшая холод начнет греть, а создававшая тело начнет охлаждаться.

Такой принцип создания холода длительное время не использовался в технике из-за отсутствия эффективных материалов для изготовления термоэлементов. В процесе развития полупроводников появились возможности для эффективного применения данного принципа в практике, преимущественно на автохолодильниках.

В термоэлектрических холодильниках нет движущихся, трущихся деталей, они достаточно тихие в работе, существует возможность точной регулировки рабочих температур. Установки надежны, но поскольку охлаждающие термоэлектрические элементы недешево стоят, они не получили достаточно широкого распространения. Другой минус – зависимость холодопроизводительности от температуры окружающей среды, хотя сумки-холодильники, холодильники небольшого размера для автомобилей, позволяющие поддерживающие требуемую температуру напитков и не позволяющие продуктам портиться, кулеры питьевой воды обычно изготавливаются именно с охлаждением по типу Пельтье.

Советы по эксплуатации

Коэффициент полезного действия такого охлаждения составляет всего шестнадцать-семнадцать процентов, поэтому термоэлектрические холодильники охлаждают своё содержимое чрезвычайно медленно. Можно даже сказать, что основная задача данного прибора сохранять продукты холодными, а не охлаждать, только, в отличии от изотермических контейнеров, время хранения не ограничено, так как прибор «подпитывается» энергией.

Перед началом использования термоэлектрического холодильника необходимо не только охладить все напитки и продукт, но и дать время охладиться пустой холодильной камере. Многие модели этих устройств могут работать в двух режимах – подогрев и охлаждение. Именно возможность функционирования в режиме подогрева является главным преимуществом термоэлектрического холодильника перед компрессорным и абсорбционным.

Понимая принципы работы холодильников, можно подобрать подходящую модель с нужным набором характеристик самостоятельно, не опасаясь неправильного выбора.

Охлаждение камеры термоэлектрического холодильника происходит при прохождении постоянного электрического тока через термоэлементы, состоящие из набора термоэлектрических полупроводниковых пластин.
Одна часть пластин находится внутри камеры холодильника, а другая снаружи. В режиме охлаждения внутренние части пластин охлаждаются, а наружные нагреваются. При изменении направления тока (переключении полярности) внутренние части пластин будут нагреваться, а наружные охлаждаться.
В основе работы лежит термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока, в токопроводящих материалах с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости.
Автомобильные холодильники — те приборы, в которых этот принцип реализован в полной мере.
Перед поездкой продукты и напитки рекомендуется предварительно охладить в бытовом холодильнике, либо охлаждать саму камеру автомобильного холодильника с помощью аккумуляторов холода.
Нежелательно применять для этого обычный лед, т.к. талая вода будет вызывать коррозию металлических частей.
Преимуществом термоэлектрических холодильников перед абсорбционным и компрессионным является их работоспособность при любых наклонах, а также небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, отсутствие газов и жидкостей.

Термоэлектрические холодильники на сайте:
ATLANT МХТЭ 30.01.60
Shivaki SHRF 17 TR1
Автомобильные холодильники

Жан Шарль Пельтье (фр. Jean-Charles Peltier, 22 февраля 1785 — 27 октября 1845, Париж) — французский физик. Труды по термоэлектричеству, электромагнетизму, метеорологии.
В 1834 году провел эксперимент, в котором поместил каплю воды в углубление на стыке двух стержней из висмута и сурьмы. При пропускании электрического тока в одном направлении капля превращалась в лед, при смене направления тока — лед таял, что позволило установить, что в зависимости от направления протекающего в эксперименте тока, помимо джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье.
Степень проявления данного эффекта в значительной мере зависит от материалов выбранных проводников и пропорциональна проходящему току.
Элемент Пельтье обратим. Если приложить к нему разность температур, в цепи потечет ток (эффект Зеебека).

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *