Introduzione al modulo di raffreddamento termoelettrico
La tecnologia termoelettrica è una tecnica di gestione termica attiva basata sull'effetto Peltier. Scoperto da JCA Peltier nel 1834, questo fenomeno comporta il riscaldamento o il raffreddamento della giunzione di due materiali termoelettrici (bismuto e tellururo) tramite il passaggio di corrente attraverso la giunzione. Durante il funzionamento, la corrente continua scorre attraverso il modulo TEC, causando il trasferimento di calore da un lato all'altro, creando un lato freddo e uno caldo. Invertendo la direzione della corrente, i lati freddo e caldo vengono invertiti. Anche la sua potenza di raffreddamento può essere regolata variando la corrente di esercizio. Un tipico raffreddatore monostadio (Figura 1) è costituito da due piastre ceramiche con materiale semiconduttore di tipo p e n (bismuto e tellururo) tra le piastre ceramiche. Gli elementi di materiale semiconduttore sono collegati elettricamente in serie e termicamente in parallelo.
I moduli di raffreddamento termoelettrici, dispositivi Peltier e moduli TEC possono essere considerati un tipo di pompa termica allo stato solido e, grazie al loro peso, alle dimensioni e alla velocità di reazione, sono particolarmente adatti all'uso come parte di sistemi di raffreddamento integrati (a causa delle limitazioni di spazio). Grazie a vantaggi quali funzionamento silenzioso, infrangibilità, resistenza agli urti, maggiore durata utile e facilità di manutenzione, i moderni moduli di raffreddamento termoelettrici, dispositivi Peltier e moduli TEC trovano un'ampia gamma di applicazioni nei settori delle attrezzature militari, dell'aviazione, dell'aerospaziale, della medicina, della prevenzione delle epidemie, degli apparati sperimentali e dei prodotti di consumo (refrigeratori d'acqua, refrigeratori per auto, frigoriferi per hotel, refrigeratori per vino, mini refrigeratori personali, materassini riscaldabili e rinfrescanti, ecc.).
Oggi, grazie al suo peso ridotto, alle dimensioni ridotte o alla capacità e al basso costo, il raffreddamento termoelettrico è ampiamente utilizzato in apparecchiature mediche, farmaceutiche, aeronautiche, aerospaziali, militari, nei sistemi di spettroscopia e nei prodotti commerciali (come distributori di acqua calda e fredda, frigoriferi portatili, refrigeratori per auto e così via).
| Parametri | |
| I | Corrente di esercizio al modulo TEC (in Ampere) |
| Imassimo | Corrente di esercizio che determina la massima differenza di temperatura △Tmassimo(in Ampere) |
| Qc | Quantità di calore che può essere assorbita dalla superficie fredda del TEC (in Watt) |
| Qmassimo | Quantità massima di calore che può essere assorbita dal lato freddo. Questo si verifica a I = Imassimoe quando Delta T = 0. (in Watt) |
| Tcaldo | Temperatura della superficie calda quando il modulo TEC è in funzione (in °C) |
| TFreddo | Temperatura della superficie laterale fredda quando il modulo TEC è in funzione (in °C) |
| △T | Differenza di temperatura tra il lato caldo (Th) e il lato freddo (Tc). Delta T = Th-Tc(in °C) |
| △Tmassimo | La differenza massima di temperatura che un modulo TEC può raggiungere tra il lato caldo (Th) e il lato freddo (Tc). Ciò si verifica (capacità di raffreddamento massima) a I = Imassimoe Qc= 0. (in °C) |
| Umassimo | Tensione di alimentazione a I = Imassimo(in Volt) |
| ε | Efficienza di raffreddamento del modulo TEC (%) |
| α | Coefficiente di Seebeck del materiale termoelettrico (V/°C) |
| σ | Coefficiente elettrico del materiale termoelettrico (1/cm·ohm) |
| κ | Conduttività termica del materiale termoelettrico (W/CM·°C) |
| N | Numero di elementi termoelettrici |
| Iεmassimo | Corrente collegata quando la temperatura del lato caldo e del lato vecchio del modulo TEC è un valore specificato ed è necessario ottenere la massima efficienza (in Ampere) |
Introduzione delle formule applicative al modulo TEC
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(TH- TC) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(TH- TC)]
ε = Qc/Interfaccia utente
QH= Qc + UI
△Tmassimo= TH+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Imassimo =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεmassimo =ασS (TH- TC) / L (√1+0,5σα²(546+ TH- TC)/ κ-1)
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