Termoelektrični elementi. Peltierovi elementi - hlađenje i grijanje

Prvi put sam naišao na Peltierove elemente (PE) prije nekoliko godina kada sam razvijao uređaj za hlađenje vodom u akvarijumu. Danas su elektronički uređaji postali još dostupniji, a opseg njihove primjene značajno je proširen. Na primjer, u rashladnim uređajima za vodu, koji se često mogu naći u kancelarijama, koriste se ES. Tu su u obliku kvadrata 4x4 cm (sl. 2)Koristeći specijalnu termalnu pastu i zatezne šrafove, oni se učvršćuju između hladnjaka za hlađenje i tijela rezervoara za vodu, "hladne" površine za rezervoar. Drugi EP su takođe česti.

Rice. 2 Peltierov element

Osnova rada Peltierov element leži efekat koji je otkrio francuski časovničar Jean Peltier. Godine 1834. Peltier je otkrio da kada jednosmjerna struja teče u krugu koji se sastoji od različitih vodiča, toplina se apsorbira ili oslobađa na kontaktnim točkama (spojovima) vodiča (u zavisnosti od smjera struje). Stepen ispoljavanja ovog efekta u velikoj meri zavisi od materijala odabranih vodiča i proporcionalan je struji koja prolazi. Peltierov element je reverzibilan. Ako na njega primijenite temperaturnu razliku, struja će teći u krugu.

Klasična teorija objašnjava Peltierov fenomen činjenicom da se elektroni koji se prenose strujom s jednog metala na drugi ubrzavaju ili usporavaju unutarnjom kontaktnom razlikom potencijala između metala. U prvom slučaju, kinetička energija elektrona raste, a zatim se oslobađa kao toplina. U drugom slučaju, kinetička energija elektrona se smanjuje, a ovaj gubitak energije se nadoknađuje zbog termičkih vibracija atoma drugog vodiča. Kao rezultat, dolazi do hlađenja.

Peltierov efekat je najizraženiji pri upotrebiformiranje poluprovodnika (p- i n-tip provodljivosti). Ovisno o smjeru električne struje kroz p-n spojeve, zbog interakcije naboja predstavljenih elektronima (n) i rupama (p), i njihove rekombinacije, energija se apsorbira ili oslobađa.

Rice. 3 Peltierov efekat

U osnovi rada leži Peltierov efekat termoelektrični modul(TEM). Jedan element TEM-a je termopar, koji se sastoji od jednog provodnika p-tipa (grana) i jednog provodnika n-tipa. At serijska veza nekoliko takvih termoparova, toplota (Q c) apsorbovana na kontaktu tip n-p, istaknut na kontaktu p-n tip(Q h). Kao rezultat toga, zagrijavanje (T h) ili hlađenje (T c) se javlja u dijelu poluvodiča koji je neposredno uz pn spoj(Sl.3), i temperaturna razlika (AT=T h -T c) nastaje između njegovih strana: jedna ploča se hladi, a druga zagrijava. Tradicionalno, strana na koju su žice pričvršćene je vruća i prikazana je na dnu.

Rice. 4

Termoelektrični modul je skup takvih termoparova (slika 4),obično su međusobno povezani serijski sa strujom i paralelno sa toplotnim tokom. Termoparovi se postavljaju između dvije keramičke ploče (sl. 5).Grane su zalemljene na bakrene vodljive jastučiće (vrhove), koji su pričvršćeni na posebnu keramiku koja provode toplinu, na primjer, oksid

Rice. 5 Peltier termoelektrični modul

aluminijum Broj termoparova može varirati u velikoj mjeri (od nekoliko jedinica do nekoliko stotina), što omogućava stvaranje TEM-a s rashladnom snagom od desetinki vata do stotina vati. Bizmut telurid ima najveću termoelektričnu efikasnost među industrijski korišćenim materijalima, kojima se dodaju posebni aditivi (selen i antimon) za dobijanje potrebnih parametara tipa i provodljivosti.

Rice. 6

Tipičan modul (slika 6)pruža značajnu temperaturnu razliku od nekoliko desetina stepeni. Uz odgovarajuće prisilno hlađenje grejne površine, druga rashladna površina omogućava postizanje negativne vrijednosti temperatura. Za povećanje temperaturne razlike moguće je kaskadno povezivanje Peltierovih termoelektričnih modula (slika 7)istovremeno osiguravajući dovoljno hlađenje. Rashladni uređaji bazirani na Peltierovim modulima često se nazivaju “aktivni Peltier hladnjaci” ili jednostavno “Peltier hladnjaci”.

Rice. 7, kaskadno spajanje Peltierovih termoelektričnih modula

Upotreba Peltierovih modula u aktivnim hladnjacima čini ih efikasnijim od standardnih hladnjaka baziranih na radijatorima i ventilatorima. Međutim, u procesu projektovanja i korišćenja hladnjaka sa Peltier modulima potrebno je uzeti u obzir niz specifičnosti koje proizilaze iz dizajna modula i njihovog principa rada.

Snaga Peltierovog modula je od velike važnosti, što u pravilu ovisi o njegovoj veličini. Modul male snage neće osigurati potrebno hlađenje, što može dovesti do prekida rada zaštićenog elementa zbog njegovog pregrijavanja. Međutim, korištenje modula je također velike snage može uzrokovati pad temperature hladnjaka za hlađenje

Rice. 8, aktivni hladnjak, baziran na Peltier poluvodičkom modulu

nivo kondenzacije vlage iz vazduha, što je opasno za elektronskih uređaja. Peltierovi moduli tokom rada razlikuju se uporedno veliki broj toplota. Iz tog razloga, trebali biste koristiti snažan ventilator kao dio hladnjaka. Na sl.8prikazuje aktivni hladnjak koji koristi Peltier poluvodički modul.

Napon koji se dovodi do modula određen je brojem parova grana u modulu. Najčešći su moduli sa 127 parova, maksimalni napon za koji je otprilike 16 V. Ali ovi moduli se obično napajaju naponom napajanja od 12 V, tj. približno 75% Umax. U većini slučajeva, ovaj izbor napona napajanja je optimalan: omogućava dovoljnu snagu hlađenja uz prihvatljivu efikasnost. Kada se napon napajanja poveća iznad 12 V, povećanje snage hlađenja je zanemarivo, ali se potrošnja energije naglo povećava. Kako se napon napajanja smanjuje, efikasnost raste jer se i kapacitet hlađenja smanjuje, ali linearno.

Tabela 1 Peltierov element, karakteristike

Bilješka: Moduli sa oznakama HR1 i HR2 odlikuju se povećanom pouzdanošću.

Za module sa različitim brojem parova grana (osim 127), napon se može odabrati po istom principu: 75% od U max, ali je potrebno uzeti u obzir karakteristike određeni uređaj, prije svega, uvjeti odvođenja topline sa vruće strane i mogućnosti napajanja. Na primjer, preporučuje se napajanje modula serije DRIFT (199 termoelektričnih parova) naponom od 12 do 18 V.

Tokom rada važan je pouzdan termički kontakt između izmjenjivača topline i radijatora, tako da je TEM osiguran pomoću termo provodljive paste (na primjer, KPT-8). Ako ne postoji posebna termalna pasta, možete uspješno koristiti farmakološka sredstva kupljena u ljekarni, na primjer, Lassari pastu ili salicilno-cink pastu.

Zbog Maksimalna temperatura na vrućoj strani grijaćeg elementa do +80°C (kod visokotemperaturnih hladnjaka od Supercool-a - +150°C), važno je da se električni element pravilno ohladi. Vruća površina TEM-a treba da bude okrenuta prema radijatoru, na čijoj drugoj strani je ugrađen ventilator za hlađenje (struj vazduha se usmerava iz radijatora). Ventilator i TEM su, u skladu sa polaritetom, povezani na izvor napajanja, koji može biti jednostavan kao opadajući transformator, diodni ispravljač i oksidni kondenzator za izravnavanje. Ali talasanje napona napajanja ne bi trebalo da prelazi 5%, inače se efikasnost TEM-a smanjuje. Bolje je da ventilator i TEM kontroliše elektronski uređaj zasnovan na komparatoru i temperaturnom senzoru. Čim temperatura hlađenog objekta poraste iznad postavljenog praga, hladnjak i ventilator se automatski uključuju i hlađenje počinje. Stepen hlađenja (ili grijanja) je proporcionalan struji koja prolazi kroz TEM, što omogućava visoka tačnost regulišu temperaturu „serviranog“ objekta.

Termoelektrični moduli su zapečaćeni, tako da se mogu koristiti čak iu vodi. KeramikaPovršina TEM-a je polirana, crne (“-”) i crvene (“+”) žice su zalemljene na lamele (vodove). Ako je TEM (Sl. 2) postavljen tako da su provodnici okrenuti prema sebi tako da je crna žica lijevo, a crvena žica desno, na vrhu će biti hladna strana, a dolje vruća strana. Označavanje se obično nanosi na vruću stranu.

Tabela 2

napomene:

* - strana 1 - strana sa oznakama, strana 2 - stražnja strana(u vezi označavanja).

** Kada se stražnja strana zagrijavala 4 s upaljačem s otvorenim plamenom koji je dodirnuo površinu utikača, na terminalima je zabilježena struja od 200 μA.

Najpopularniji tipovi Peltierovih modula su jednostepeni moduli maksimalna snaga do 65 W (12 V) i 172 W (24 V). Oznake modula dešifriraju se na sljedeći način: prvi broj je broj termoparova u modulu, drugi je širina stranica grane (u mm), treći je visina grane (u mm) . Na primjer, TV-127-1.4-1.5 je modul koji se sastoji od 127 pari termoelektričnih grana, čije su dimenzije 1,4x1,4x1,5 mm. Dimenzije modula su 40x40 mm, debljina oko 4 mm. Standardni jednostepeni moduli su dostupni sa maksimalnim snagama do 70 W (12 V) i 172 W (24 V). Dati su tipični TEM parametri Tabela 1.

Tabela 3 Parametri termoelektričnog generatora

Rice. 9 termoelektrični generator

U eksperimentima s TEM-om provjerio sam promjenu njegovog otpora u različiti načini rada. M830 tester je spojen na terminale (lamele) modula u modu mjerenja otpora. Rezultati su sažeti u tabeli 2.Pri izlaganju temperaturi većoj od sobne na strani TEM-a sa oznakama, njegov otpor se smanjio, na poleđini se proporcionalno povećao (redovi 2 i 3 tabele pokazuju reakciju na dodir površine TEM-a ivicom dlana, temperatura je naznačena na približno 36°C).

Razmatrati reverzibilnost Peltierovih elemenata, na njihovoj osnovi moguće je razvijati izvore napajanja. Na primjer, termoelektrični generator“V25-12(M)” kompanije “Kryotherm” (sl. 9) omogućava punjenje baterija mobilnih telefona, digitalni fotoaparati, gledaj televiziju, dugo vrijeme rad na laptopu itd. Jedini uslov je da vam je potrebna grijana površina dimenzija 20x25 cm Parametri generatora su dati u Tabela 3.

A. Kashkarov.

Što je Peltierov element - električni i toplinski pretvarač, koji se sastoji od nekoliko parova (u nekim slučajevima i jednog) poluvodiča različitih tipova („n“ i „p“), potonji su povezani metalnim mostovima - uglavnom bakrenim. U praksi, ovaj uređaj stvara temperaturnu razliku na različitim krajevima površine kada struji električna energija.

Jedna od najjednostavnijih opcija ovog uređaja Peltier's praktična upotreba je modifikacija TEC1-12706, prikazana na slici 1.

Princip rada je baziran na termoelektričnom Peltier efektu. Drugim riječima, tokom strujanja i pod utjecajem električne struje stvara se temperaturna razlika na kontaktnim tačkama termoparova - poluvodiča tipa "n" i "p".

Peltierovi elementi su "osjetljivi uređaji" na pregrijavanje i visoke temperature. Oni su podložni visokim radnim zahtjevima, a ako se oni ne ispune, uređaj brzo pokvari. Vrlo je važno ukloniti toplinu, u tu svrhu potrebno je ugraditi radijator ili ventilator, inače se neće postići temperatura hladne strane u odnosu na toplu.

Kako funkcioniše Peltierov element?

Zamislimo to struja prolazi kroz termalni par kao što je prikazano na slici 2.

U ovom slučaju dolazi do procesa apsorpcije toplotne energije na n - p kontaktu poluprovodnika i do procesa oslobađanja toplotne energije na p - n kontaktu. Kao rezultat toga, dio poluvodičkog termoelementa, koji je uparen sa n-p kontaktom, će se ohladiti, a drugi dio na suprotnoj strani će se, shodno tome, zagrijati.

U slučaju kada promijenimo polaritet struje, nastaju procesi zagrijavanja i hlađenja, a shodno tome i oni će se promijeniti.

Obrnuti proces Peltierovog efekta dovodi do činjenice da kada se toplina dovodi na jednu stranu termalnog pretvarača, dobiva se energija električne struje.

Naravno, u praksi upotreba jednog termoelementa nije dovoljna za potpuno uklanjanje toplotne energije, pa se u pretvaraču koristi velika količina. Električno kolo je sastavljeno od termoparova u seriji. Istovremeno, u dizajnu termokonvertujućih elemenata: grejni termoparovi se nalaze na drugoj strani u odnosu na rashladne.

Dizajn Peltierovog elementa je vrlo jednostavan. Toplotni parovi su konstruisani između dve ploče od keramike. Termoparovi su povezani pomoću bakrenih provodnika (sabirnica). Broj termoparova određen je namjenom termalnog pretvarača, njegovom snagom i mjestom ugradnje i može se koristiti od jednog do nekoliko stotina komada.

Glavni elementi termičkog pretvarača su: poluprovodnici p-tipa, n-tipa, keramičke ploče, bakarni interfejsi - provodnici; kontakti za napajanje električnom strujom "plus" i "minus". Za Peltierov element, temperaturna razlika između različitih ivica termoparova dostiže i do 70 stepeni Celzijusa. Povećati ovu razliku kaskadu treba povećati sekvencijalna veza termoelementi

Glavne operativne karakteristike Peltierovog elementa

Općenito, ovaj uređaj radi idealno u slučajevima kada su termoparovi u dobrom i pouzdanom kontaktu sa rashladnim uređajem, bilo da se radi o radijatoru za hlađenje ili ventilatoru sa zavojnicom, odnosno dobrom odvodu topline.

Peltierovi moduli, kako ih često nazivaju, vrlo su osjetljivi na promjene struje i napona (ne više od 5%). Pod uticajem visoke temperature(najkritičnije za elemente do 150 stepeni), efikasnost se višestruko smanjuje (do 40%) i modul se vrlo brzo kvari.

U pravilu, neprihvatljiv uvjet u radnom krugu poluvodičkih elemenata je adaptacija relejnih uređaja: ograničavanje ili regulacija snage. To dovodi do degradacije kristalnih komponenti i element će uskoro kvariti.

Često uključivanje i isključivanje uređaja također negativno utiče na rad i vijek trajanja, te na njegov vijek trajanja. Prema zakonima fizike, svako zagrijavanje materijala dovodi do njegovog toplinskog širenja, a hlađenje dovodi do kompresije. Shodno tome, posebno slabe tačke u poluvodičkim elementima su „zalemljeni“, pri čemu se usled mehaničkog pomeranja mogu pojaviti defekti u vidu mikropukotina i na kraju dovesti do prekida strujnog kola.

Koeficijent toplinske provodljivosti termičkih parova Peltierovog elementa je prilično visok, što je, s jedne strane, prednost, a s druge strane ograničava vijek trajanja i procijenjeni broj ciklusa stop-start-stop.

Prednosti i nedostaci Peltierovog modula

Poređenje Peltierovog uređaja sa drugim rashladnim jedinicama sa različitim pogonima je u principu nemoguće i nepraktično, jer u prvom slučaju imaju poluprovodničke materijale u obliku kristala, au drugom slučaju radni fluid je gas ili tečnost (na primer: a kompresorski frižider). IN raznim oblastima oba uređaja se koriste.

Prednosti Peltierovih elemenata uključuju:

• potpuno odsustvo mehanike kretanja i rotirajućih dijelova, kao i tekućina i plinova;
• Nema apsolutno nikakve buke pri radu uređaja;
• relativno mala veličina;
• dvostruka funkcionalnost: grijanje i hlađenje pri promjeni polariteta;

Nedostaci uključuju:

• relativno nizak koeficijent korisna akcija;
• zahtjev stalni izvor energija, ishrana;
• broj startovanja i zaustavljanja je ograničen;
• glatko gašenje i uključivanje termoelektričnih uređaja;
• kontrola grijanja s jedne strane ili hlađenja s druge strane pomoću ventilatora.

Anketa: Da li je jasno šta je Peltier element i kako funkcioniše?

Broj elektronskih uređaja u svijetu neprestano raste kao grudva snijega. Svi oni troše električnu energiju, a ljudi moraju stalno sa sobom nositi i nositi baterije ili je proizvoditi na glomaznim uređajima. Nedavno su se počeli koristiti Peltierovi moduli - elementi koji stvaraju električnu struju pri stvaranju temperaturne razlike na svojim suprotnim stranama.

Peltier i Seebeck efekti

Unatoč činjenici da je prvi Peltierov element nastao prije gotovo 2 stoljeća, princip rada je našao primjenu tek sada, kada su se pojavili odgovarajući materijali i potreba za korištenjem. Sastoji se od stvaranja topline na kontaktu različitih vodiča kada kroz njih teče električna struja. Kada se polaritet promijeni, kontaktna površina počinje da se hladi. Proces je reverzibilan: kada se temperaturna razlika umjetno održava na kontaktima provodnika, u njihovom krugu teče električna struja (Seebeckov efekat).

Na temelju dva termoelektrična efekta kreiran je Peltierov modul čiji su elementi smješteni između dvije paralelne keramičke ploče u obliku različitih vodiča. Struja koja prolazi kroz kontakt provodnika je ista, ali su tokovi energije u svakom od njih različiti. Kada više energije uđe u kontakt nego što teče iz njega, to znači da su elektroni inhibirani u prijelaznom području, uzrokujući njegovo zagrijavanje. Kada se polaritet promijeni, elektroni se ubrzavaju, uzimajući energiju iz kristalne rešetke, što uzrokuje njeno hlađenje.

Peltierov efekat je posebno aktivan na granicama poluvodičkih elemenata, gdje su energetski procesi najveći.

Termoelektrični modul

Peltierovi elementi se koriste u uređaju koji se sastoji od mnogo poluvodiča p i n tipa. Za razliku od tranzistora i dioda, prijelazna područja se nalaze na sučelju metal-poluvodič. U Peltier modulu veliki broj elemenata nalazi se između keramičkih ploča, što uređaj čini snažnijim.

Svaki element sadrži 4 spoja na kontaktu poluvodič-metal. Kada električni krug je zatvoren, elektroni se kreću od minusa baterije do plusa, prolazeći kroz sve prijelaze.

Prilikom prvog prijelaza termoelektričnog modula (TEM) između bakrene sabirnice i p-poluvodiča, toplina se oslobađa u potonjem, budući da tok naelektrisanja ulazi u područje sa nižom energijom.

Na drugom kontaktu u poluvodiču, energija se apsorbira jer elektrone „usisava“ električno polje koje se poklapa sa smjerom njihovog kretanja. Tu se odvija proces hlađenja.

U trećem kontaktu, energija elektrona se apsorbira jer poluvodič n-tipa ima više energije od metala.

Na četvrtom prijelazu toplina se oslobađa jer elektrone ponovo inhibira električno polje.

Tako se s jedne strane stvara toplina, a s druge hladi. Na jednom elementu ova pojava neće biti primjetna, ali Peltierov modul, čiji se elementi nalaze između dvije keramičke ploče, stvara značajnu temperaturnu razliku.

Modul se može koristiti kao generator električne energije ako je podržan različite temperature ploče Istovremeno, svaki termoelektrični element Peltier je povezan serijski sa susjednim preko bakrenih kratkospojnika, a njihove struje se zbrajaju.

Prednosti i nedostaci

Prednosti TEM-a:

• male veličine;
• reverzibilnost procesa;
• koristiti kao električni generator ili hladnjak.

Nedostaci TEM uključuju visoka cijena, niska efikasnost (ne više od 3%), velika potrošnja energije i potreba za održavanjem temperaturne razlike.

Frižider iz Peltierovog modula

Peltierov element za hlađenje procesora je efikasniji od standardnih elemenata. U isto vrijeme, potonji ostaju, ali se koriste samo za uklanjanje topline iz zatvorenog prostora računara.

Kada ih dizajnirate kao hladnjak elektronskim sredstvima Sljedeće karakteristike moraju se uzeti u obzir.

1. Snaga je direktno povezana s veličinom modula. Mali uređaji neće stvoriti potreban nivo hlađenja. Na primjer, neće osigurati normalne temperaturne uslove procesora. Previše snažan modul uzrokuje pojavu vlage, što uzrokuje kratki spojevi u elektronici, jer su razmaci između provodljivih elemenata na štampanim pločama beznačajni.
2. Same Peltierove module potrebno je hladiti pomoću ventilatora i hladnjaka jer stvaraju mnogo topline. Ovo je neophodno za smanjenje temperature u zatvorenom prostoru računara i normalizaciju uslova rada ostalih elemenata.
3. Peltierov modul je dodatno opterećenje u napajanju.
4. Nakon kvara hladnjak djeluje kao izolator između radijatora i hlađenog elementa, što može dovesti do brzog kvara potonjeg zbog pregrijavanja.
5. Moderni procesori mogu mijenjati potrošnju energije tokom rada, što povoljno utiče na termičku ravnotežu, ali ne uvijek kada se koriste Peltier moduli. Za to su dizajnirani najjednostavniji frižideri kontinuirani rad, i ne preporučuju se za upotrebu u kombinaciji sa programima hlađenja.

Otpuštanje topline

Efekat hlađenja TEM-a je mali, ali proizvodi mnogo toplote. Kada se koristi u sistemska jedinica, temperatura unutra se značajno povećava, što utiče na rad druge opreme. Dodatna sredstva Da bi se to smanjilo, koriste se ventilatori i radijatori koji stvaraju toplinski ispušni plin.

Termički režim modula mora biti pravilno izračunat kako ne bi došlo do pregrijavanja i kondenzacije na elektronskim pločama. Peltierov hladnjak se bira sa optimalna snaga, pri čemu je važno osigurati ispravan omjer temperature unutar kućišta, rashladnog predmeta i vlažnosti zraka.

Peltierov element: karakteristike

TEM se bira prema termoelektričnim parametrima.

Proračun snage je sljedeći.

1. Odabire se maksimalni dozvoljeni napon U max (V), a maksimalna jačina struje I max (A) koja teče kroz Peltierov modul se nalazi iz grafa zavisnosti U(I). Ovdje je bitno da je njegova vrijednost u granicama porasta zavisnosti temperaturne razlike od struje dT(I) = T h - T s.
2. Na osnovu zadate vrijednosti I bira se karakteristika dT(Q), gdje je Q toplinska snaga hlađenog elementa.
3. By poznate vrednosti dT i T h su određeni sa T c = T h - dT.

Karakteristike dT(Q) pokazuju da se povećanjem oslobođene toplinske snage razlika dT smanjuje. Može se povećati povećanjem struje kroz modul, koja se zauzvrat mora ograničiti.

Primjer izračuna

Početni podaci: U = 12 V, Q c = 60 W i T h = 50 °C.

Pri naponu od 12 V, koristeći U(I) karakteristiku nalazimo struju I = 5 A.

Za struju od 5 A, temperaturna razlika dT = 4 K. Tada je T c = T h - dT = 50 - 4 = 46 °C.

Uzimajući moćniji modul, možete povećati dT. Za modul od 131 W, gdje je I max = 8,5 A, U max = 28,8 V i objekt sa snagom proizvodnje topline od 60 W, temperaturna razlika će biti 40 °C. Tada je T c = 50 - 40 = 10 °C.

Prilikom odabira TEM-a na osnovu snage, ne treba zaboraviti koliko će topline proizvesti. Ovaj toplotni tok se mora ukloniti odgovarajućim rashladnim sredstvima. Kada se tradicionalni načini ne mogu nositi sa stvaranjem topline, koristi se vodeno hlađenje.

Klima uređaj

Efikasnost klima uređaja zasnovanog na Peltierovim elementima proporcionalna je njegovoj veličini. Njegov princip rada i prednosti su isti kao i kod frižidera. Problem je odvođenje toplote izvan hlađenog prostora.

Za klima uređaj su potrebna 2 hladnjaka, od kojih jedan odvodi hladan, a drugi topli zrak. Auto koristi bateriju, a staro napajanje sa personalnog računara je pogodno za prostoriju.

Jedan modul neće biti dovoljan za rad uređaja. Obično se koristi nekoliko elemenata, zalijepljenih termalnom pastom.

DIY frižider

Peltierov efekat se koristi za izradu prijenosnih frižidera. Modul se može kupiti za 300-500 rubalja, a radijator sa ventilatorom je preuzet sa starog računara. Kao kontejner možete koristiti bilo koje plastične, šperploče ili metalne posude, obložene izvana i iznutra termoizolacijskim pločama (pjenasta plastika, penoplex, itd.) sa reflektirajućim slojevima aluminijske folije.

Pogodnije je ugraditi Peltier modul u poklopac, ali se može ugraditi i u zid kućišta. Ako se nalazi na vrhu posude, hladnoća se spušta prema dolje, osiguravajući ujednačenu temperaturu unutra.

Iznutra je na modul zalijepljen hladnjak pomoću termalne paste, koji je također pričvršćen za poklopac. Možete zalijepiti dva modula jedan za drugi, ali nemojte brkati polaritet. Topla strana donjeg elementa treba da bude u kontaktu sa hladnom stranom gornjeg. Ovo će povećati efikasnost hlađenja.

Radijator sa ventilatorom iz hladnjaka računara zalijepljen je na vanjsku stranu modula, a također je dodatno pričvršćen na poklopac vijcima ili samoreznim vijcima. Pričvršćivači na toploj i hladnoj strani moraju biti izolirani jedan od drugog, a poklopci moraju biti ispunjeni ljepilom za topljenje.

Bitan! Pričvršćivači radijatora moraju se pažljivo zategnuti tako da keramičke ploče modula ne popucaju.

Na unutrašnjoj strani poklopca je ugrađena toplotnoizolaciona brtva. Za poboljšanje toplinske izolacije, elementi su na krajevima prekriveni ramom od termoizolacije.

Elektrika je priključena na napajanje.

Električni generatori iz Peltierovih modula

Peltierov element, čiji je princip rada reverzibilan, koristi se za stvaranje mini elektrana u nedostatku izvora električne energije. Za sastavljanje TEG-a potrebni su vam sljedeći elementi:

1. Peltierov modul sposoban izdržati temperature od 300 °C. Uobičajeni su modeli TES-12712 sa bočnim dimenzijama kvadratnih ploča od 40, 50 i 60 mm. Ako odaberete proizvod maksimalna veličina, jedan element je dovoljan za punjenje mobilni telefon. Maksimalna struja je prikazana zadnje dvije cifre oznake - 12 a.
2. Boost converter. Generator možda ne daje potreban napon i treba ga povećati. Za punjenje gadžeta trebate odabrati uređaj s USB konektorom.
3. Grijač i hladnjak. Za uslovi planinarenja ili dacha, prikladan izvor grijanja na vatru je: domaća peć, lampa, svijeća, vatra. Moderno rješenje je katalitički grijač, koji vam omogućava da punite svoj mobilni telefon u pokretu. Za hlađenje se može koristiti zrak ili voda.
4. Dizajn. Domaći element Peltier se sastoji od posude u kojoj se pali vatra, a modul je pričvršćen sa vanjske strane termalnom pastom. Povezuje se žicama na pretvarač napona. Ovdje je važno da se uređaj ne pregrije. Da biste to učinili, radijator je zalijepljen na hladnu stranu modula.

Zaključak

Peltier moduli su elementi koji se široko koriste za moderno hlađenje elektronska tehnologija. Posebno su neophodni za normalizaciju toplotnog režima moćni procesori. Koriste se za izradu malih hladnjaka za automobile ili vikendice vlastitim rukama.

Budući da je proces reverzibilan, ćelije se koriste kao prijenosne mini elektrane na mjestima gdje nema izvora električne energije.

Peltierov element se obično naziva pretvarač koji može raditi na temperaturnoj razlici. To se događa propuštanjem električne struje kroz provodnike kroz kontakte. U tu svrhu u elementima su predviđene posebne ploče. Toplota prelazi s jedne strane na drugu.

Danas je ova tehnologija tražena prvenstveno zbog svoje značajne snage prijenosa topline. Osim toga, uređaji se mogu pohvaliti kompaktnošću. Radijatori instalirani na mnogim modelima su slabi. To je zbog činjenice da se toplinski tok prilično brzo hladi. Kao rezultat, željena temperatura se stalno održava.

Ovaj element nema pokretne dijelove. Uređaji rade apsolutno nečujno, a to je definitivna prednost. Također treba reći da se mogu koristiti jako dugo, a kvarovi se događaju izuzetno rijetko. Najjednostavniji tip se sastoji od bakrenih vodiča s kontaktima i spojnim žicama. Dodatno, postoji izolator na strani hlađenja. Obično se izrađuje od keramike ili

Zašto su potrebni Peltierovi elementi?

Za izradu frižidera najčešće se koriste Peltierovi elementi. Obično mi pričamo o tome O kompaktni modeli, koji mogu koristiti, na primjer, vozači na cesti. Međutim, ovo nije kraj raspona primjena uređaja. IN U poslednje vreme Peltierovi elementi počeli su se aktivno ugrađivati ​​u zvučnu i akustičnu opremu. Tamo su u mogućnosti da obavljaju funkcije hladnjaka.

Kao rezultat toga, pojačalo uređaja se hladi bez ikakve buke. Za prijenosne kompresore Peltierovi elementi su nezamjenjivi. Ako govorimo o naučnoj industriji, naučnici koriste ove uređaje za hlađenje lasera. U ovom slučaju moguće je postići značajnu stabilizaciju studijskog talasa LED dioda.

Nedostaci Peltierovih modela

Činilo bi se tako jednostavno i efikasan uređaj Nema nedostataka, ali ih ima. Prije svega, stručnjaci su odmah primijetili nizak kapacitet penetracije modula. To sugerira da će osoba imati određenih problema ako želi da ohladi uređaj koji radi iz mreže napona od 400 V. u ovom slučaju Posebna dielektrična pasta će djelomično pomoći u rješavanju ovog problema. Međutim, strujni kvar će i dalje biti visok i namotaj Peltierovog elementa ga možda neće izdržati.

Osim toga, ovi modeli se ne preporučuju za upotrebu u preciznoj elektronici. Budući da dizajn elementa sadrži metalne ploče, tada bi osjetljivost tranzistora mogla biti oslabljena. Poslednji nedostatak Peltierov element se može nazvati niskom efikasnošću. Ovi uređaji ne mogu postići značajnu temperaturnu razliku.

Modul za regulator

Izrada Peltierovog elementa za regulator vlastitim rukama prilično je jednostavna. Da biste to učinili, trebali biste unaprijed pripremiti dvije metalne ploče, kao i ožičenje s kontaktima. Prije svega, provodnici se pripremaju za ugradnju, koji će se nalaziti u bazi. Obično se kupuju sa oznakom "PP".

Dodatno, za normalnu kontrolu temperature, na izlazu treba osigurati poluvodiče. Oni su neophodni kako bi se brzo prenijela toplina na gornju ploču. Za ugradnju svih elemenata trebate koristiti lemilo. Da biste dovršili Peltierov element vlastitim rukama, na kraju spojite dvije žice. Prvi je montiran na donjoj bazi i fiksiran na krajnjem vanjskom vodiču. Treba izbjegavati kontakt sa pločom.

Zatim pričvrstite drugu žicu na gornji dio. Fiksiranje se također vrši na krajnji vanjski element. Za provjeru funkcionalnosti uređaja koristi se tester. Da biste to učinili, dvije žice moraju biti spojene na uređaj. Kao rezultat toga, odstupanje napona bi trebalo biti približno 23 V. U ovoj situaciji mnogo ovisi o snazi ​​regulatora.

Frižideri sa termistorom

Kako vlastitim rukama napraviti Peltierov element za hladnjak s termistorom? Odgovarajući na ovo pitanje, važno je napomenuti da su ploče za to odabrane isključivo od keramike. U ovom slučaju koristi se oko 20 provodnika. To je neophodno kako bi temperaturna razlika bila veća. Možete ga povećati do 70%. U ovom slučaju važno je izračunati

To se može učiniti na osnovu snage opreme. Hladnjak koji koristi tečni freon je idealan u ovom slučaju. Sam Peltierov element je ugrađen u blizini isparivača, koji se nalazi pored motora. Da biste ga instalirali, trebat će vam standardni set alata, kao i brtve. Oni su neophodni kako bi se model zaštitio od startnog releja. Tako će se hlađenje donjeg dijela uređaja odvijati mnogo brže.

Da biste postigli temperaturnu razliku (Peltierov efekat) vlastitim rukama, možda će vam trebati najmanje 16 vodiča. Glavna stvar je pouzdano izolirati žice koje će biti spojene na kompresor. Da biste sve učinili kako treba, prvo morate isključiti sušilicu hladnjaka. Tek nakon toga moguće je povezati sve kontakte. Kada je instalacija završena, ograničenje napona treba provjeriti pomoću testera. Ako element pokvari, termostat je prvi koji trpi. U nekim slučajevima se javlja

Model za frižider 15V

Peltier hladnjak možete napraviti vlastitim rukama s malim modulima.Moduli su pričvršćeni uglavnom u blizini radijatora. Kako bi ih sigurno pričvrstili, stručnjaci koriste uglove. Element se ne smije naslanjati na filter i to treba uzeti u obzir.

Da biste vlastitim rukama dovršili Peltier termoelektrični modul, donja ploča je uglavnom odabrana od nehrđajućeg čelika. Provodnici se u pravilu koriste sa oznakom "PR20". Mogu izdržati maksimalno opterećenje od 3 A. Maksimalno odstupanje temperature može doseći 10 stepeni. U ovom slučaju, efikasnost može biti 75%.

Peltierovi elementi u frižiderima od 24 V

Koristeći Peltierov element, možete napraviti hladnjak vlastitim rukama samo od vodiča s dobrim brtvljenjem. Istovremeno se moraju slagati u tri reda radi hlađenja. Radna struja u sistemu mora se održavati na 4 A. To možete provjeriti pomoću konvencionalnog testera.

Ako za element koristite keramičke ploče, maksimalno odstupanje temperature može se postići na 15 stepeni. Žice za kondenzator se postavljaju tek nakon postavljanja brtve. Možete ga pričvrstiti na zid uređaja Različiti putevi. Glavna stvar u ovoj situaciji je ne koristiti ljepilo koje je osjetljivo na temperature iznad 30 stepeni.

Peltier element za hladnjak automobila

Da biste vlastitim rukama napravili visokokvalitetni automatski hladnjak, odabire se Peltierov modul (modul) s pločom čija debljina nije veća od 1,1 mm. Najbolje je koristiti nemodularne žice. Za rad će biti potrebni i bakarni provodnici. Njihova propusnost mora biti najmanje 4A.

Dakle, maksimalno odstupanje temperature će dostići 10 stepeni, što se smatra normalnim. Provodnici se najčešće koriste sa oznakom "PR20". Nedavno su se pokazali stabilnijim. Pogodni su i za razne kontakte. Za spajanje uređaja na kondenzator koristi se lemilica. Visokokvalitetna ugradnja je moguća samo na brtvi bloka releja. Razlike će u ovom slučaju biti minimalne.

Kako napraviti element za hladnjak za pitku vodu?

Da biste ih popravili, možete koristiti obične matice. Pojava prekomjerne buke tokom rada ukazuje na to da uređaj ne radi ispravno. U tom slučaju potrebno je provjeriti integritet ožičenja. Također morate pregledati provodnike.

Peltier element za klima uređaj

Za izradu visokokvalitetnog Peltierovog elementa vlastitim rukama za klima uređaj koriste se dvostruke ploče. Njihova minimalna debljina treba biti najmanje 1 mm. U ovom slučaju možete se nadati odstupanju temperature od 15 stepeni. Nakon opremanja modula, performanse klima uređaja se u prosjeku povećavaju za 20%. Mnogo toga u ovoj situaciji zavisi od temperature okruženje. Takođe treba uzeti u obzir stabilnost mrežnog napona. Uz manje smetnje, uređaj može izdržati opterećenje od približno 4 A.

Prilikom lemljenja vodiča ne treba ih postavljati preblizu jedan drugom. Da biste pravilno dovršili Peltierove module vlastitim rukama, ulazni i izlazni kontakti moraju biti instalirani samo na jednoj od dvije ploče. U ovom slučaju uređaj će biti kompaktniji. Ozbiljna greška u ovoj situaciji bila bi povezivanje modula direktno na jedinicu. To će dovesti do neizbježnog oštećenja elementa.

Ugradnja modula na kondenzator

Da biste instalirali Peltierov modul vlastitim rukama, važno je procijeniti snagu kondenzatora. Ako ne prelazi 20 V, tada element treba montirati provodnicima označenim "PR30" ili "PR26". Da biste vlastitim rukama pričvrstili Peltierov modul (element) na kondenzator, koristite male metalne kutove.

Najbolje ih je ugraditi po četiri sa svake strane. Što se tiče performansi, kondenzator na kraju može dodati plus 10%. Ako govorimo o toplinskim gubicima, oni će biti beznačajni. Efikasnost uređaja je u prosjeku 80%. Moduli nisu dizajnirani za visokonaponske kondenzatore. U ovom slučaju, čak ni veliki broj provodnika neće pomoći.

Godine 1834., francuski fizičar Jean Charles Peltier, proučavajući djelovanje elektriciteta na provodnike, otkrio je vrlo zanimljiv efekat. Ako struju prođete kroz dva različita vodiča koja se nalaze u neposrednoj blizini jedan od drugog, tada se jedan od ovih vodiča počinje jako zagrijavati, a drugi se, naprotiv, počinje jako hladiti. Količina proizvedene i apsorbirane topline direktno ovisi o jačini i smjeru električne struje. Ako promijenite smjer struje, hladna i topla strana će promijeniti mjesto. Nešto kasnije, ovaj fenomen je nazvan Peltierovom efektom i zgodno je zaboravljen zbog praktičnog nedostatka potražnje u to vrijeme.

I tek posle više od sto godina, sa usponom ere poluprovodnika, postoji hitna potreba za kompaktnim, jeftinim i efikasnim hladnjacima. Tako su se 60-ih godina 20. stoljeća pojavili prvi poluvodički termoelektrični moduli, koji su se zvali Peltierovi elementi.

Osnova svakog termoelektričnog modula je činjenica da različiti provodnici imaju različitim nivoima energija elektrona. Drugim riječima, jedan provodnik se može predstaviti kao područje visoke energije, a drugi provodnik kao područje niske energije. Kada dva provodna materijala dođu u kontakt, dok se kroz njih propušta električna struja, elektron iz niskoenergetskog područja mora preći u područje visoke energije.

To se neće dogoditi ako elektron ne dobije potrebnu količinu energije. U trenutku kada ovu energiju apsorbuje elektron, kontaktna tačka između dva provodnika se hladi. Ako promijenite smjer toka struje, naprotiv, doći će do efekta zagrijavanja kontaktne točke.

Mogu se koristiti bilo koji provodnici, ali ovaj efekat postaje fizički uočljiv i značajan tek kada se koriste poluvodiči. Na primjer, kada metali dođu u kontakt, Peltierov efekat je toliko beznačajan da je praktički neprimjetan na pozadini omskog zagrijavanja.

Termoelektrični modul (TEM), bez obzira na njegovu veličinu i mjesto primjene, sastoji se od različite količine, takozvani termoparovi. Termopar je sam gradivni blok od kojeg se gradi bilo koji TEM. Sastoji se od dva poluprovodnika sa različitim vrstama provodljivosti. Kao što je poznato, postoje dva tipa provodljivosti p i n tipa. Prema tome, postoje dvije vrste poluprovodnika. Ova dva različita elementa povezana su u termopar pomoću bakrenog mosta. Kao poluprovodnici koriste se soli metala kao što su bizmut, telur, selen ili antimon.

TEM je skup sličnih termoparova međusobno povezanih u seriju. Svi termoparovi se nalaze između dvije keramičke ploče. Peltier ploča. Ploče su izrađene od aluminijum nitrida ili aluminijum oksida. Broj termoparova u jednom elementu može varirati u veoma širokim granicama, od nekoliko komada do nekoliko stotina ili hiljada.

Drugim riječima, Peltierovi elementi mogu biti apsolutno bilo koje snage, od stotinke do nekoliko stotina ili hiljada vati. D.C uzastopno prolazi kroz sve termoelemente i kao rezultat toga, gornja keramička ploča se hladi, a donja se, naprotiv, zagrijava. Ako promijenite smjer struje, ploče će promijeniti mjesta, gornja će se početi zagrijavati, a donja će se hladiti.

Postoji jedna karakteristika u radu elementa koja se aktivno koristi za poboljšanje efikasnosti hlađenja ovog uređaja. Kao što je poznato, kada struja prolazi kroz Peltierov element, nastaje temperaturna razlika između površine koja se zagrijava i površine koja se hladi. Dakle, ako je površina koja se aktivno zagrijava podvrgnuta prisilnom hlađenju. Na primjer, korištenje posebnog hladnjaka, to će dovesti do još više jako hlađenje površina, odnosno ona koja se hladi. U ovom slučaju, temperaturna razlika sa okolnim vazduhom može doseći nekoliko desetina stepeni.

Prednosti i nedostaci

Kao i bilo ko tehnički uređaj, na termoelektričnom modulu ima svoje prednosti i nedostatke:

Problem povećanja efikasnosti TEM-a počiva na tehničkoj zagonetki koja je do sada nerešiva. Slobodni elektroni imaju, zapravo, dvojnu prirodu, što se manifestuje u praksi i istovremeno su nosioci i električne struje i toplotne energije. Kao posljedica toga, visoko efikasan Peltierov element mora biti napravljen od materijala koji istovremeno ima dva međusobno isključiva svojstva. Ovaj materijal treba dobro provoditi struju i slabo provoditi toplinu. Za sada takav materijal ne postoji u prirodi, ali naučnici aktivno rade u tom pravcu.

Svi termoelektrični moduli imaju odgovarajuće tehničke karakteristike:

Primjena TEM-ova

Unatoč ozbiljnom nedostatku koji je svojstven svim Peltierovim elementima bez izuzetka, a to je vrlo niska efikasnost, ovi uređaji su našli prilično široku primjenu kako u nauci i tehnologiji, tako iu svakodnevnom životu.

Termoelektrični moduli su važnih elemenata dizajn uređaja kao što su:

Peltierov element u rukama domaćeg majstora

Moramo odmah napraviti rezervu: sami napraviti termoelektrični element je, u najmanju ruku, besmislen zadatak i nikome nepotreban. Osim ako proizvođač nije učenik sedmog razreda i tako objedinjuje znanja stečena na časovima fizike.

Mnogo lakše kupiti novi termoelektrični element u odgovarajućoj prodavnici. Na sreću, oni su jeftini i nedostaje im izbora. specifičan model nije vidljivo. A osim što u njima nema ništa da se pokvari ili istroši, nijedan termoelement uklonjen sa starog kompjutera ili auto klima uređaja neće se razlikovati po svom tehničke specifikacije od novog.

Najpopularniji model termoelemenata je TEC1-12706. Dimenzije ovog uređaja su 40 x 40 milimetara. Sastoji se od 127 termoparova međusobno povezanih u seriju. Dizajniran za struju od 5 A, s naponom kruga od 12 V. Takav element u prosjeku košta od 200 do 300 rubalja. Ali možete ga pronaći za stotinu, ili, općenito, za to ako ga uklonite sa starog kompjutera ili nekog drugog nepotrebnog uređaja.

Koristeći takav element, možete napraviti barem dva vrlo zanimljiva i korisna uređaja za svoje domaćinstvo.

Kako napraviti frižider vlastitim rukama

Proizvodnja prijenosnih hladnjaka, posebno za automobile, u potpunosti se zasniva na Peltierovom efektu. Za izradu takvog uređaja kod kuće trebat će vam:

• Termopar marke TEC1-12706. U najbližoj prodavnici (specijaliziranoj) košta 200 rubalja.
• Radijator i ventilator. Uklanjaju se sa starog računara koji je odslužio svoju svrhu.
• Kontejner. Svaki nepotreban kontejner od plastike, metala ili drveta. Vanjska i unutarnja strana takvog spremnika prekrivena je pločama koje štede toplinu od polistirenske pjene ili ekspandiranog polistirena.

Termoelektrični modul je ugrađen u poklopac posude. U tom slučaju će doći do strujanja hladnoće odozgo prema dolje, što će dovesti do ravnomjernog hlađenja posude. Iz unutrašnjosti kontejnera, radijator je pričvršćen na njegov poklopac pomoću termalne paste i montažnih vijaka.

Da povećamo snagu budućnosti rashladni uređaj, možete povećati broj termoelemenata na dva ili tri ili više. U ovom slučaju, moduli su zalijepljeni jedan za drugi, poštujući polaritet. Drugim riječima, vruća strana elementa ispod je u kontaktu sa hladnom stranom elementa iznad.

Još jedan radijator je pričvršćen sa spoljašnje strane poklopca zajedno sa hladnjakom računara. Na mjestu ugradnje radijatora mora postojati dobra toplinska izolacija između hladne - unutrašnje i tople - vanjske strane. Gornje i donje radijatore potrebno je vrlo pažljivo zategnuti vijcima za pričvršćivanje kako keramičke ploče i termoelementi koji se nalaze između njih ne bi pucali.

Struja je priključena pomoću izvora napajanja, koji može se preuzeti sa starog kompjutera.

Prijenosni termoelektrični generator

Takva mini elektrana može biti od velike pomoći turistu ili lovcu kada se svima u šumi isprazne baterije. elektronski uređaji. U ovoj situaciji vrlo je romantično uzeti nekoliko suhih iverja i češera, zapaliti malu vatru i njome napuniti ispražnjene baterije, a ujedno skuvati nešto za jelo. Upravo to vam omogućava prijenosni termogenerator izgrađen na termoelementu.

Da biste napravili ovaj čudesni uređaj, potrebna vam je prijenosna peć za kampiranje koja radi na bilo koju vrstu goriva. U ekstremnim slučajevima može poslužiti čak i mala svijeća ili tableta suhog alkohola.

U peći se pali vatra, a na nju se sa vanjske strane pomoću termo paste pričvršćuje termoelektrični modul. Povezuje se putem žica na pretvarač napona.

Količina primljene struje će direktno zavisiti od temperaturne razlike između hladne i tople strane termoelementa. Za efikasan rad mora postojati razlika između hladnoće i vruća površina najmanje 100 stepeni.

U ovom slučaju, potrebno je razumjeti da je maksimalna temperatura ograničena temperaturom topljenja lema s kojim je izrađen sam modul. Stoga za sličnih uređaja Koriste posebne termalne module, koji se izrađuju posebnim vatrostalnim lemom. U konvencionalnim modulima, temperatura topljenja lema je 150 stepeni. U vatrostalnim modulima, lem se počinje topiti na temperaturi od 300 stepeni.