2. Термоелектричне охолодження

Ефект термоелектричного охолодження відкритий французьким фізиком Ж. Пельть’є в 1834 р. Сутність термоелектричного охолодження полягає в тому, що при проходженні постійного струму через термобатарею, складену з послідовно з'єднаних двох різних матеріалів (термоелементів), одні спаї цієї батареї прохолоджуються, а інші - нагріваються. Таким чином, роль робочої речовини - переносника тепла - тут виконує постійний електричний струм. Це в значній мірі спрощує схему термоелектричного холодильника. Помістивши холодні спаї термобатареї в охолоджуване середовище, представляється можливим легко забезпечити передачу тепла з холодильної камери в більш тепле середовище, що оточує гарячі спаї.

Довгий час ефект термоелектричного охолодження не знаходив практичного застосування через відсутність досить ефективних матеріалів термоелементів і тільки після ряду відкриттів в області напівпровідникової техніки з'явилася можливість ефективно використовувати це явище на практиці.

Принципова схема побутового термоелектричного холодильника показана на рис. 1.

Термобатарея, що складається з двох різних напівпровідникових термоелементів n та p, розміщається в товщині однієї зі стінок холодильної камери так, щоб холодні спаї були звернені в холодильну камеру, а гарячі - у більш тепле навколишнє середовище. Спаї термоелементів виконуються у вигляді комутаційних пластин, що добре проводять електричний струм. Комутаційні пластини звичайно з'єднуються з ребристими радіаторами, що збільшують поверхню і, отже, інтенсивність передачі тепла до холодних спаїв з холодильної камери і від гарячих спаїв у навколишнє середовище.

Рис. 1. Схема термоелектричного холодильника (а) і схема роботи термоелемента (б)

До кінцевих елементів термобатареї підключається джерело постійного струму. При цьому, в залежності від призначення холодильника, як джерело постійного струму може служити електричний акумулятор (батарея), генератор постійного струму. У стаціонарних умовах експлуатації постійний струм харчування термобатареї виходить звичайно з використанням випрямлювача від мережі перемінного струму.

При напрямку постійного струму, зазначеному на рис. 1, б стрілками, струм з боку холодних спаїв термобатареї виявляється спрямованим від термоелемента п до термоелемента р, а з боку гарячих спаїв, навпаки, — від р до п. Різниця напрямків руху зарядів постійного струму через два термоелементи з різних матеріалів і викликає перепад температур на їхніх кінцях.

Якщо напрямок постійного струму змінити на протилежний, то у верхніх спаях термобатареї (рис. 1) струм буде йти від р до п і вони будуть уже нагріватися, а не охолоджуватися, як раніше. Таким чином, змінюючи напрямок живлення постійного струму, можна легко змінити режим роботи термобатареї з охолодження на нагрівання повітря в середовищі обмеженого обсягу. Ця обставина використовується в опалювально-охолоджувальних термоелектричних кондиціонерах повітря побутових приміщень.