Принцип действия термоэлектрического генератора основан на применении эффекта Зеебека, открытого в 1821 г. Он заключается в появлении э. д. с. в замкнутой цепи из двух разнородных материалов, если места контактов поддерживаются при разных температурах. Эффект возникает вследствие зависимости энергии свободных электронов или “дырок” от температуры. В местах контактов различных материалов заряды переходят от проводника, где они имели более высокую энергию, в проводник с меньшей энергией зарядов. Если один контакт нагрет больше, чем другой, то разность энергий зарядов между двумя веществами больше на горячем контакте, чем на холодном, в результате чего в замкнутой цепи возникает ток.

В термоэлектрических холодильниках используется эффект Пельтье, открытый в 1834 г. Явление Пельтье обратно явлению Зеебека и заключается в выделении или поглощении (в зависимости от направления тока) тепла на границе двух разнородных материалов при прохождении через нее электрического тока. Поглощение тепла в место контакта проводников объясняется переносом электрическим током зарядов из вещества, где они имеют низкую энергию, в вещество с более высокой энергией зарядов. Перешедшие заряды повышают свою энергию за счет энергии кристаллической решетки вещества, вызывая поглощение тепла. В противоположном контакте заряды с высокой энергией передают избыток энергии кристаллической решетке вещества, в которое они перешли, что вызывает выделение тепла…

Объекты небольшой величины для охлаждения могут быть закреплены на коммутационных пластинах холодных спаев термобатареи непосредственно или через теплопереходы.

Все наружные поверхности, имеющие температуру ниже окружающей среды, теплоизолируются. В некоторых случаях, когда размер деталей меньше критического, теплоизоляцию не применяют, так как она только увеличивает теплоприток. Однако отсутствие теплоизоляции или недостаточная ее толщина могут вызывать при охлаждении конденсацию влаги на поверхности. Детали, для которых опасно действие влаги, необходимо герметизировать, даже если они теплоизолированы, но имеют температуру ниже точки росы, так как пары воды могут проникать к ним по неплотностям и вследствие диффузии через изоляцию.

Если термобатарея помещается внутри охлаждаемой среды, то ее рационально делать так, чтобы по возможности наружная поверхность ее была образована холодными спаями, а горячие спаи были бы обращены внутрь. Особенно удобна такая конструкция при небольших размерах оребрения горячих спаев, что наиболее приемлемо при жидкостном съеме тепла с горячих спаев. Термобатарея может состоять из двух или нескольких плоских батарей с горячими спаями, обращенными друг к другу, или может быть изготовлена из кольцевых термоэлементов с горячими спаями по внутренней цилиндрической поверхности. Такую конструкцию удобно применять, когда батарея охлаждает среду с коэффициентами теплопередачи меньшими, чем по горячей стороне, и циркулирующую с малыми скоростями.

При охлаждении теплоизолированных объемов с поверхностью теплоизоляции, значительно большей, чем площадь батареи, ее выгодно размещать в теплоизоляции между горячей и холодной средами так, чтобы холодные спаи были бы обращены внутрь охлаждаемого объема, а горячие – к окружающей среде. При использовании вакуумированной изоляции термобатарею обычно размещают в горловине сосуда. А в некоторых случаях – в вакуумном промежутке.

Теплообмен со спаями естественной конвекцией применяют для охлаждения объектов, помещенных в эту среду, при небольших перепадах температуры на теплопередающей системе. Если размеры охлаждаемого объема и величина холодопроизводительности невелики, то оребрением холодных спаев могут служить стенки внутреннего корпуса, сделанные из материала с высокой теплопроводностью. Если плотность теплового потока по горячей стороне мала, то в качестве оребрения горячих спаев аналогично можно использовать наружный корпус холодильника. Для улучшения теплоотдачи оба корпуса могут быть оребрены, что дополнительно увеличит их жесткость. Такое использование корпусов приводит к некоторому росту теплопритока, так как перепад температур между внешними и внутренними стенками теплоизоляции увеличивается. При больших размерах и холодопроизводительности устройства делают специальные оребрения спаев. Термобатарею обычно размещают на задней стенке корпуса холодильника в верхней части для обеспечения лучшей конвекции. В нижней части стенки батарею размещают тогда, когда, кроме низкотемпературного объема внизу шкафа, необходим еще и менее холодный объем, который получается в верхней части…