Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Oprema za hlađenje postala je toliko čvrsta u našem životu da je čak i teško zamisliti kako je bez nje bilo moguće. Ali klasični dizajn na rashladnim sredstvima nije prikladan za mobilnu uporabu, na primjer, kao vrećica za planinarenje.

Rashladna torba na Peltier-ovim elementima, bez kompresora, ne treba freon ili druga rashladna sredstva

U tu svrhu koriste se instalacije u kojima je načelo djelovanja izgrađeno na učinku Peltiera. Ukratko ispričajte o ovom fenomenu.

Što je to?

Ovaj pojam podrazumijeva termoelektrični fenomen koji je 1834. otkrio francuski prirodoslovac Jean-Charles Peltier. Suština učinka leži u oslobađanju ili apsorpciji topline u zoni u kojoj su u dodiru heterogeni vodiči, kroz koje prolazi električna struja.

U skladu s klasičnom teorijom, postoji pojašnjenje fenomena: električna struja prenosi elektrone između metala, što može ubrzati ili usporiti njihovo kretanje, ovisno o razlici kontaktnih potencijala u vodičima izrađenim od različitih materijala. Prema tome, s povećanjem kinetičke energije dolazi do njezine transformacije u toplinu.

Na drugom vodiču se promatra obrnuti proces, koji zahtijeva nadopunu energije, u skladu s temeljnim zakonom fizike. To je zbog toplinskih fluktuacija, što uzrokuje hlađenje metala iz kojeg se izrađuje drugi vodič.

Suvremene tehnologije omogućuju proizvodnju poluvodičkih elemenata-modula s maksimalnim termoelektričnim učinkom. Ima smisla ukratko govoriti o njihovom dizajnu.

Uređaj i princip rada

Suvremeni moduli su struktura koja se sastoji od dvije ploče-izolatori (obično keramički), s termokupima koji su međusobno povezani. Pojednostavljeni dijagram takvog elementa može se naći na donjoj slici.

Peltier modularni uređaj

legenda:

  • I - kontakti za spajanje na napajanje;
  • B je vruća površina elementa;
  • C je hladna strana;
  • D - bakreni vodiči;
  • E - p-spoj na bazi poluvodiča;
  • F je poluvodič n-tipa.

Dizajn je napravljen tako da svaka strana modula dodiruje ili pn ili np prijelaze (ovisno o polaritetu). Kontakti pn zagrijavaju se, np - hladni (vidi sliku 3). Prema tome, postoji razlika temperature (DT) na stranama elementa. Za promatrača, ovaj učinak će izgledati kao prijenos toplinske energije između strana modula. Važno je napomenuti da promjena polariteta snage dovodi do promjene na vrućoj i hladnoj površini.

Sl. 3. A - vruća strana termoelementa, B - hladna

Tehničke specifikacije

Karakteristike termoelektričnih modula opisane su sljedećim parametrima:

  • kapacitet hlađenja ( Qmax ), ova se značajka određuje na temelju maksimalne dopuštene struje i temperaturne razlike između strana modula, mjerenih u vatima;
  • maksimalnu temperaturnu razliku između strana elementa (DTmax), parametar se daje za idealne uvjete, mjerna jedinica je stupnjeva;
  • dopuštena jakost struje potrebna za osiguravanje maksimalne temperaturne razlike - I max ;
  • maksimalni napon Umax potreban za struju I max za postizanje razlike u vršnoj vrijednosti DT max ;
  • unutarnji otpor modula - otpor, naznačen u ohmima;
  • koeficijent učinkovitosti - COP (kratica engleskog - koeficijent učinkovitosti), u stvari, to je učinkovitost uređaja, koji pokazuje omjer hlađenja i potrošnje energije. Za jeftine stavke ovaj je parametar u rasponu od 0, 3 do 0, 35, a za skuplje modele on se približava 0, 5.

obilježavanje

Razmotrimo kako se tipično obilježavanje modula interpretira na primjeru iz slike 4. \ t

Slika 4. Peltier-modul s oznakom TES1-12706

Označavanje je podijeljeno u tri značajne skupine:

  1. Oznaka predmeta. Prva dva slova su uvijek ista (TE), kažu da je termoelement. Sljedeće označava veličinu, mogu postojati slova "C" (standardna) i "S" (mala). Zadnja znamenka označava koliko se slojeva (kaskada) nalazi u elementu.
  2. Broj termoparova u modulu prikazanom na fotografiji je 127.
  3. Vrijednost nazivne struje u amperima, imamo - 6 A.

Na isti način se čita i oznaka ostalih modela serije TEC1, na primjer: 12703, 12705, 12710, itd.

primjena

Unatoč prilično niskoj učinkovitosti, termoelektrični se elementi široko koriste u mjernim, računalnim i kućanskim aparatima. Moduli su važan radni element sljedećih uređaja:

  • mobilne rashladne jedinice;
  • mali generatori za proizvodnju električne energije;
  • rashladni sustavi u osobnim računalima;
  • Hladnjaci za hlađenje i grijanje vode;
  • sušilice zraka, itd.

Navedimo detaljne primjere uporabe termoelektričnih modula.

Peltier Hladnjak

Termoelektrični rashladni uređaji značajno su slabiji u odnosu na svojstva kompresora i apsorpcije. Ali oni imaju značajne prednosti, što ih čini preporučljivim za korištenje pod određenim uvjetima. Ove pogodnosti uključuju:

  • jednostavnost dizajna;
  • otpornost na vibracije;
  • odsutnost pokretnih dijelova (osim ventilatora koji puše radijator);
  • niska razina buke;
  • male dimenzije;
  • sposobnost rada u bilo kojem položaju;
  • dug radni vijek;
  • niska potrošnja energije.

Te su značajke idealne za mobilne instalacije.

Termoelektrični automobilski hladnjak instaliran u automobilu

Peltier element kao generator električne energije

Termoelektrični moduli mogu raditi kao električni generatori ako je jedna od njih podvrgnuta prisilnom zagrijavanju. Što je veća razlika u temperaturama između stranica, veća je struja koju stvara izvor. Nažalost, maksimalna temperatura za termogenerator je ograničena, ona ne može biti viša od točke taljenja lema koji se koristi u modulu. Kršenje ovog stanja dovodi do kvara elementa.

Za masovnu proizvodnju termogeneratora koriste se posebni moduli s vatrostalnim lemom, koji se mogu zagrijati na temperaturu od 300 ° C. Kod običnih elemenata, na primjer, TEC1 12715, granica je 150 stupnjeva.

Budući da je učinkovitost takvih uređaja niska, koriste se samo u slučajevima kada nije moguće koristiti učinkovitiji izvor električne energije. Unatoč tome, termogeneratori od 5-10 W su traženi među turistima, geolozima i stanovnicima udaljenih područja. Velike i snažne stacionarne instalacije koje rade od visokotemperaturnog goriva koriste se za napajanje uređaja za distribuciju plina, opreme meteoroloških postaja itd.

Termoelektrični generator B25-12 (M) pri 12 volti, 25 vati

Za hlađenje procesora

Relativno nedavno, ovi moduli počeli su se koristiti u sustavima hlađenja CPU-a osobnih računala. S obzirom na nisku učinkovitost termoelementa, prednosti takvih konstrukcija su prilično upitne. Na primjer, za hlađenje izvora topline kapacitetom od 100-170 W (odgovara većini modernih CPU modela), potrebno je potrošiti 400-680 W, što zahtijeva instalaciju snažnog napajanja.

Druga zamka - iskrcani procesor će proizvesti manje topline, a modul ga može ohladiti ispod točke rosišta. Kao rezultat toga, kondenzat će se početi formirati, što je zajamčeno onemogućiti elektroniku.

Oni koji se odluče sami stvoriti takav sustav morat će provesti niz izračuna pri izboru snage modula za određeni model procesora.

Na temelju gore navedenog, korištenje ovih modula kao sustava hlađenja CPU-a nije isplativo, osim toga, oni mogu uzrokovati neuspjeh računalnog hardvera.

Sasvim drukčiji je slučaj s hibridnim uređajima, gdje se termički moduli koriste u sprezi s vodom ili hlađenjem zraka.

Termoelektrični hladnjak Armada

Hibridni sustavi hlađenja pokazali su se učinkovitim, ali visoki troškovi ograničavaju raspon njihovih obožavatelja.

Peltier klima uređaj

Teoretski, takav bi uređaj bio konstruktivno znatno jednostavniji od klasičnih sustava kontrole klime, ali sve se svodi na nisku produktivnost. Jedno je ohladiti malu količinu rashladne komore, drugo je mjesto ili unutar automobila. Klima uređaji na termoelektričnim modulima trošit će više (3-4 puta) struju od opreme koja radi na rashladnom sredstvu.

Što se tiče kontrole klime kao automobilskog sustava, snaga standardnog generatora neće biti dovoljna za rad takvog uređaja. Zamjena s učinkovitijom opremom dovest će do značajne potrošnje goriva, što nije isplativo.

Razgovori o ovoj temi povremeno se pojavljuju u tematskim forumima i razmatraju se različiti domaći dizajni, ali još nije stvoren punopravni radni prototip (ne računajući uređaj za hrčak). Moguće je da će se situacija promijeniti kada se moduli s prihvatljivijom učinkovitošću pojave u širokom pristupu.

Za hlađenje vode

Termoelektrični element se često koristi kao hladnjak za hladnjake vode. Dizajn uključuje: modul za hlađenje, kontroler kontroliran termostatom i grijač. Takva je implementacija mnogo jednostavnija i jeftinija od sklopa kompresora, a osim toga, sigurnije je i lakše raditi. No postoje određeni nedostaci:

  • voda se ne hladi ispod 10-12 ° C;
  • hlađenje traje dulje od kompresora, stoga takav hladnjak nije prikladan za ured s velikim brojem radnika;
  • uređaj je osjetljiv na vanjsku temperaturu, u toploj sobi voda se neće ohladiti na minimalnu temperaturu;
  • Ne preporučuje se ugradnja u prašnjavim prostorijama jer se ventilator može začepiti i modul hlađenja neće uspjeti.
Stolni hladnjak za vodu pomoću Peltier elementa

Sušilo za zrak Peltier

Za razliku od klima uređaja, moguće je ugraditi sušilicu za zrak na termoelektričnim elementima. Dizajn je vrlo jednostavan i jeftin. Modul hlađenja snižava temperaturu radijatora ispod točke rosišta, zbog čega se na njoj zadržava vlaga koja se nalazi u zraku koji prolazi kroz uređaj. Istaložena voda preusmjerava se u poseban spremnik.

Jednostavan i jeftin kineski odvlaživač na elementima Peltiera

Unatoč niskoj učinkovitosti, u ovom slučaju, učinkovitost uređaja je sasvim zadovoljavajuća.

Kako se povezati?

Neće biti problema s priključivanjem modula, potrebno je primijeniti konstantan napon na izlazne žice, njegova vrijednost je naznačena u elementu podataka. Crvena žica mora biti spojena na plus, crna - na minus. Upozorenje! Izmjena polariteta zamjenjuje hlađene i zagrijane površine.

Kako provjeriti Peltier element za izvedbu?

Najlakši i najpouzdaniji način je taktilan. Potrebno je spojiti modul na odgovarajući izvor napona i dodirnuti njegove različite strane. Radni element će jedan od njih biti topliji, a drugi hladniji.

Ako pri ruci nema odgovarajućeg izvora, trebat će vam multimetar i upaljač. Postupak provjere je vrlo jednostavan:

  1. povezujemo sonde u zaključke modula;
  2. osvijetliti upaljač na jednu od strana;
  3. gledajte očitanja instrumenata.

U radnom modulu se kod zagrijavanja jedne od strana stvara električna struja, koja se prikazuje na ploči s instrumentima.

Kako napraviti Peltier element vlastitim rukama?

Gotovo je nemoguće napraviti domaći modul kod kuće, tim više što nema smisla, s obzirom na njihovu relativno nisku cijenu (oko $ 4-10). Ali možete sastaviti uređaj koji će biti koristan u kampanji, na primjer, termoelektrični generator.

Dijagram ožičenja domaći termogenerator

Za stabilizaciju napona potrebno je na IC L6920 čipu sastaviti jednostavan pretvarač.

Shematski prikaz pretvarača napona

Ulaz takvog pretvarača se napaja naponom u rasponu 0, 8-5, 5 V, na izlazu će proizvesti stabilan 5 V, što je sasvim dovoljno za punjenje većine mobilnih uređaja. Ako se koristi uobičajeni Peltier element, potrebno je ograničiti raspon radne temperature grijane strane na 150 ° C. Kako se ne bi gnjavilo praćenje, bolje je koristiti kotao kipuće vode kao izvor topline. U ovom slučaju, element je zagarantiran da se ne zagrije iznad 100 ° C.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija: