Kjøleutstyr og luftkjølesystemer er essensielle elementer i hverdagen. Standard kjølemiddelbaserte volumetriske design er imidlertid ikke egnet for mobile applikasjoner som kjølebager. I slike tilfeller brukes enheter basert på driften av Peltier-effekten, som vi vil diskutere i detalj i dette materialet.
Peltier-elementet eller termoelektrisk kjøler er basert på et termoelement av to elementer med p- og n-type ledningsevne, som er forbundet med en koblende kobberplate. Detaljer i de fleste tilfeller er laget av vismut, tellur, antimon og selen. Slike enheter brukes i innenlandske kjølesystemer, de har også evnen til å generere energi.
Innhold
Hva det er
Fenomenet og begrepet Peltier antyder en oppdagelse gjort i 1834 av den franske vitenskapsmannen Jean-Charles Peltier.Essensen av oppdagelsen er at varme hele tiden frigjøres eller absorberes i området der det er kontakt mellom to forskjellig rettede ledere som en elektrisk strøm flyter gjennom.
Den klassiske teorien forklarer dette fenomenet på denne måten: ved hjelp av en elektrisk strøm overføres elektroner mellom metaller, akselererer eller bremser ned, avhengig av kontaktpotensialforskjellen på metallledere med ulike nivåer av ledningsevne. Peltier-elementer bidrar dermed til omdannelsen av kinetisk energi til varme.
På den andre lederen oppstår den motsatte effekten, hvor påfyll av energi er nødvendig basert på fysikkens grunnleggende lov. Denne situasjonen oppstår på grunn av prosessen med termisk oscillasjon, som et resultat av at metallet til den andre lederen avkjøles.
Ved hjelp av moderne teknologier er det mulig å produsere en Peltier-modul med maksimal termoelektrisk effekt.
Enhet og operasjonsprinsipp
Moderne Peltier-moduler er et design der det er to isolatorplater, og termoelementer er koblet mellom dem i streng rekkefølge. Standardskjemaet til dette elementet for en bedre forståelse av dets funksjon er vist i figuren.
Betegnelser på strukturelle elementer:
- A - kontakter, ved hjelp av hvilke tilkoblingen til strømkilden utføres;
- B - varm overflate;
- C - kald side;
- D - kobberledere;
- E er en p-kryss halvleder;
- F er en n-type halvleder.
Elementet er laget slik at begge overflater er i kontakt med p-n eller n-p kryss, basert på polaritet. Kontaktene p-n varmes opp, og n-p temperaturen synker.Som et resultat vises en temperaturforskjell DT i endene av elementet. Denne effekten betyr at den termiske energien som beveger seg mellom elementene i modulen regulerer temperaturregimet avhengig av polariteten. Det bør også bemerkes at ved en endring i polaritet, endres de varme og kalde overflatene.
Spesifikasjoner
De tekniske parametrene til Peltier-elementet antar følgende verdier:
- kjølekapasitet (Qmax) - beregnet på grunnlag av strømgrensen og temperaturforskjellen mellom endene av modulen. Måleenhet - Watt;
- begrensende temperaturforskjell (DTmax) - målt i grader, denne karakteristikken er gitt for optimale forhold;
- Imax er den maksimale elektriske strømmen som kreves for å gi en større temperaturforskjell;
- grensespenning Umax, som kreves for at den elektriske strømmen Imax skal oppnå maksimal temperaturforskjell DTmax;
- Motstand - intern motstand til enheten, målt i ohm;
- COP er effektivitetskoeffisienten eller effektiviteten til Peltier-modulen, som gjenspeiler forholdet mellom kjøling og strømforbruk. Avhengig av funksjonene til enheten, for billige enheter, er indikatoren i området 0,3-0,35, for dyrere modeller varierer den opp til 0,5.
Fordelene med det mobile Peltier-elementet er små dimensjoner, reversibilitet av prosessen, samt muligheten for å bruke den som en bærbar elektrisk generator eller kjøleskap.
Ulempene med modulen er høye kostnader, lav effektivitet innenfor 3 %, høye energikostnader og behovet for konstant å opprettholde temperaturforskjellen.
applikasjon
Selv med tanke på den lave effektivitetskoeffisienten, er platene i Peltier-modulen mye brukt i måling, dataenheter, så vel som i bærbare husholdningsapparater. Her er en liste over enheter der modellene er en integrert del:
- bærbare kjøleenheter;
- små generatorer av elektrisitet;
- kjølekomplekser i PC-er og bærbare datamaskiner;
- kjølere for oppvarming og kjøling av drikkevann;
- lufttørkere.
Hvordan koble til
Du kan koble til Peltier-modulen selv, det krever ikke mye tid og krefter. Utgangskontaktene må forsynes med konstant spenning, som er angitt i bruksanvisningen til enheten. Den røde ledningen er koblet til positiv og den svarte ledningen er koblet til negativ. Merk at når polariteten er reversert, vil de oppvarmede og avkjølte overflatene bytte plass.
Før du kobler til, anbefales det å sjekke funksjonen til elementet. En av de enkle og pålitelige måtene å sjekke enheten på er den taktile metoden: for dette må du koble enheten til en elektrisk strømkilde og berøre forskjellige kontakter. I en normalt fungerende enhet vil noen kontakter være varme, mens andre vil være kjølige.
Du kan også sjekke med et multimeter og en lighter. For å gjøre dette må du koble probene til kontaktene til enheten, ta lighteren til den ene siden og observere avlesningene til multimeteret. Hvis Peltier-elementet fungerer i standardmodus, under oppvarmingsprosessen, vil en elektrisk strøm genereres på den ene siden, og spenningsdataene vises på multimeterskjermen.
Hvordan lage et gjør-det-selv peltier-element
Peltier-elementet er upraktisk å produsere hjemme på grunn av den lave kostnaden og behovet for spesialkunnskap for å lage et brukbart element. Imidlertid kan du sette sammen en effektiv mobil termoelektrisk generator med egne hender, som vil komme godt med i landet eller på en campingtur.
For å stabilisere den elektriske spenningen, må du selv sette sammen en standard omformer på L6920 IC-brikken. En spenning på 0,8-5,5 V må påføres inngangen til enheten, og ved utgangen vil den produsere 5 V, denne verdien er nok til å lade batteriet til mobile enheter i standardmodus. Hvis en standard elektronisk Peltier-enhet brukes, vil det være nødvendig å begrense temperaturgrensen til den oppvarmede overflaten til 150 grader. For enkel temperaturkontroll er det tilrådelig å bruke en vannkoker med kokende vann, da vil modellen ikke varmes opp over 100 grader.
Peltier-plater er mye brukt til å avkjøle moderne husholdningsapparater, i klimaanlegg har effektiviteten til enheten blitt bevist, spesielt for å stabilisere det termiske regimet og avkjøle en kraftig prosessor. På grunnlag av Peltier-elementet lages ofte effektive mobile kjøleskap hjemme for sommerhus eller biler, som driver radiatoren. På grunn av reversibiliteten til prosessen, brukes selvlagde elementer som mobile småkraftverk i områder uten strømkilde.
Lignende artikler:
