Перспективы использования термоэлектрического охлаждения

Обычный серийный бытовой холодильник работает благодаря сложным процессам циркуляции газа и требует сложной конструкции, основными качествами которой является герметичность. Моторы, отвечающие за цикличность процесса, потребляют большие мощности, не выносят перебоев в электросети и скачков мощностей, требуют дорогостоящих масел. Работа с газом накладывает свои ограничения по технике безопасности. Сложность конструкции влечет за собой высокий уровень поломок и дороговизну ремонта холодильников.

Именно поэтому любая технология, способная упростить и удешевить выработку холода, рассматривается с большим интересом. Одной из возможных альтернатив холодильной технике, работающей на газу, в будущем могут оказаться холодильники, использующие термоэлектрическое охлаждение.

С участием Ленинградского технологического института холодильной промышленности в институте полупроводников АН СССР был создан прототип холодильного шкафа, принцип действия которого основан на использовании эффекта Пельтье. Охлаждающие панели шкафа представляют собой набор последовательно соединенных полупроводниковых элементов с электронной (п) и дырочной (р) проводимостью. Соединение элементов в цепь осуществляется с помощью медных пластин. Цепь образует термоэлектрическую батарею. Термоэлементы в батареях могут образовывать последовательные и последовательно-параллельные электрические цепи.

При совпадении по направлению температурного электронного потока и основного тока в цепи интенсифицируется выделение теплоты. Выделяемая теплота определяется суммарной величиной тока, и она больше теплоты Джоуля, рассчитанной по величине основного тока. При несовпадении градиента температур и направления основного тока электронный поток, обусловленный разностью температур, снижает суммарный ток и выделяемая теплота уменьшается.

Такой же характер процессов и в полупроводниках с дырочной проводимостью, но на горячем спае накапливается отрицательный заряд, а на холодном — положительный. По этой причине в термоэлектрических преобразователях, составленных из полупроводников с электронной и дырочной проводимостью, коэффициенты Зеебека имеют противоположные знаки.

В настоящее время термоэлектрическое охлаждение, в частности эффект Зеебека находит широкое применение в технике измерения температур, но о полноценном использовании в промышленности или быту говорить пока не приходится и рассчитывать на то, что на наших кухнях вскоре появятся не требующие ремонта холодильники, к сожалению, не приходится.