ровідності, уповільнити або прискориться в контактному потенціалі pn переходу, з тепловими коливаннями атомів в масиві напівпровідника. В результаті, в залежності від напрямку руху електронів (і, відповідно, струму) відбувається нагрів або охолодження ділянки напівпровідника, безпосередньо примикає до pn переходу (рис. 2).
Рис. 2. Дія ефекту Пельтьє при протіканні струму через напівпровідники p-і n-типів провідності
Ефект Пельтьє лежить в основі роботи термоелектричного модуля (ТЕМ). Одиничним елементом ТЕМ є термопара, що складається з одного провідника p-типу і одного провідника n-типу. При послідовному електричному з'єднанні декількох таких термопар теплота, що поглинається на контакті типу np виділяється на контакті типу pn. Термоелектричний модуль являє собою сукупність таких термопар, зазвичай з'єднуються між собою послідовно по струму і паралельно по потоку теплоти. Термопари містяться між двох плоских керамічних пластин (рис. 3).
Рис. 3. Структура напівпровідникового термоелектричного модуля
Важливо відзначити, що кількість термопар може змінюватися в широких межах - від декількох одиниць до тисяч пар, а це дозволяє створювати ТЕМ з холодильною потужністю від десятих часток ват до сотень ват, а це відкриває перспективи для модернізації та вдосконалення всього ВМД. Найбільшою термоеектріческой ефективністю серед промислово використовуються для виготовлення ТЕМ матеріалів володіє теллурид вісмуту, в який для отримання необхідного типу і параметрів провідності додають спеціальні домішки, наприклад, селен і сурму.
При проходженні через ТЕМ постійного електричного струму утворюється перепад температур між його сторонами: одна пластина (холодна) охолоджується, а інша (гаряча) нагрівається. При використанні ТЕМ необхідно забезпечити ефективне відведення тепла з його гарячої сторони, наприклад, за допомогою повітряного радіатора або водяного теплообмінника. Якщо підтримувати температуру гарячої сторони модуля на рівні температури навколишнього середовища, то на холодній стороні можна отримати температуру, яка буде на десятки градусів нижче. Ступінь охолодження буде пропорційна величині струму, що проходить через ТЕМ. Зовнішній вигляд типового ТЕМ і поперечний переріз представлені на рис. 4, 5.
Рис. 4. Зовнішній вигляд термоелектричного модуля
При потужностях охолодження до декількох десятків ватів термоелектричні охолоджувачі володіють найвищою серед всіх інших пристроїв ефективністю, маючи при цьому низьку вартість і високу надійність роботи. Для спеціальних додатків з особливими вимогами по надійності, застосування термоелектричних модулів виправдане навіть для потужностей, вимірюваних десятками кіловат.
Рис. 5. Поперечний перетин ТЕМ
Типи термоелектричних модулів.
На сьогоднішній день випускається більше 150 типів термоелектричних модулів для самих різних застосувань. Випускаються модулі розрізняються як за своїми основними поспоживчої характеристикам - холодильної потужності максимальної різниці температур, так і за розмірами. Це дозволяє знайти ефективні та недорогі рішення практично для всього спектру можливих застосувань. Стандартні однокаскадні модулі (рис. 4). Багатокаскадні модулі - прикл...
