Wah od peltierovog elementa. Kako napraviti "uradi sam" generator od peltierovih elemenata

Možete zagrijati bilo koje predmete. To može biti lemilica, kuhalo za vodu, glačalo, fen za kosu, razne vrste grijača itd. Ali jeste li čuli da možete rashladiti uz pomoć električne struje? „Pa, ​​šta je sa, na primer, kućnim frižiderom“, kažete. I pogriješit ćeš. U kućnom hladnjaku električna struja ima samo pomoćnu funkciju: pokreće freon u krug.

Ali postoje li takvi radio elementi koji, kada se na njih dovede električna struja, proizvode hladno? Ispostavilo se da ima ;-). Godine 1834. francuski fizičar Jean Peltier otkrio je apsorpciju topline kada električna struja prođe kroz kontakt dva različita provodnika. Ili, drugim riječima, na ovom mjestu temperatura je bila niska. Pa, kako bi i trebalo biti u fizici, da se ne bi smislilo novo ime za ovaj efekat, nazvan je po onome ko ga je otkrio. Otkrili ste nešto novo? Odgovoran za tržište)). Od tada se ovaj efekat naziva Peltierov efekat.

Pa, čudno, element koji izaziva hladnoću se zove Peltier element- Ovo termoelektrični pretvarač, čiji se princip rada temelji na Peltierovom efektu - nastajanju temperaturne razlike pri protjecanju električne struje. U literaturi na engleskom jeziku Peltierovi elementi se označavaju TEC(sa engleskog. T hermo E lectric C ooler - termoelektrični hladnjak).

Peltierov element (vježbanje)

Možda izgleda drugačije, ali njegov glavni izgled je pravokutna ili kvadratna platforma s dva izvoda. Odmah označena strana "A" i strana "B" za dalje eksperimente

Zašto sam označio strane?

Mislite li da ako samo glupo stavimo napon na ovaj element, on će se kod nas potpuno ohladiti? Ne želim da vas razočaram, ali to nije tako... Još jednom pažljivo pročitajte definiciju Peltierovog elementa. Vidite li tu frazu "temperaturna razlika"? To je to. Dakle, imamo neke strane će se grijati, a neke će se hladiti. Ne postoji ništa savršeno u našem svijetu.

Da bih odredio temperaturu svake strane Peltierovog elementa, koristit ću onu koja je isporučena s termoelementom

Sada pokazuje sobnu temperaturu. Da, toplo mi je ;-).

Da bismo odredili koja strana Peltierovog elementa se grije, a koja hladi, za to zakačimo crveni terminal na plus, crni na minus i dovedemo malo napona, dva ili tri volta. Saznao sam da se moja strana "A" hladi, a strana "B" grije opipavajući ih rukom. Ako obrnete polaritet, neće se dogoditi ništa loše. Samo će se strana A zagrijati, a strana B ohladiti, odnosno zamijenit će uloge.

Dakle, nominalni (normalni) napon za rad Peltierovog elementa je 12 volti. Pošto sam ga spojio na crvenu - plus, a na crnu - minus, onda se moja strana B grije. Hajde da joj izmerimo temperaturu. Primjenjujemo napon od 12 volti i gledamo očitanja multimetra:

77 stepeni Celzijusa nije šala. Ova strana je toliko vruća da kada je dodirnete, opeče vas prste.

Stoga je glavna karakteristika korištenja Peltierovog elementa u njihovim elektroničkim uređajima veliki radijator. Poželjno je da radijator duva ventilator. Do sada sam uzeo radijator od pojacala koji je dat na popravku. Razmazala sam KPT-8 termo pastom i pričvrstila Peltier element na radijator.

Primijenite 12 volti i izmjerite temperaturu strane A:

7 stepeni Celzijusa). Kada dodirnete, prsti vam se smrznu.

Ali postoji i suprotan efekat, u kojem je moguće proizvesti električnu energiju pomoću Peltierovog elementa ako se jedna strana hladi, a druga grije. Vrlo zanimljiv primjer je baterijska lampa koja se pokreće ručnom toplotom.

Snaga Peltierovog elementa

Smatra se da je sam Peltierov element vrlo energetski intenzivan. Kontrola temperature njegovih strana postiže se naponom. Što je napon veći, to više struje povlači. I što više struje troši, brže dobija temperaturu. Stoga možete regulirati hlađenje glupom promjenom vrijednosti napona).

Evo nekih vrijednosti za potrošnju električne struje od strane Peltierovog elementa:

Na naponu od 1 volta, on jede 0,3 ampera. Nije loše)

Povećam napon na 3 volta

Jede već skoro 1 Amper.

do 5 volti

Malo više od jednog i po ampera.

Dajem 12 volti, odnosno njegov radni napon:

Jede skoro 4 ampera! Pljačka).

Izračunajmo otprilike njegovu snagu. 4x12=48 vati. To je čak više od sijalice od 40 vati koju imate u ostavi.) Ako je Peltierov element toliko proždrljiv, da li je preporučljivo od njega napraviti kućne frižidere i rashladne komore? Naravno da ne! Takav frižider će trošiti ne manje od 10 kilovata! Ali postoji jedan mali plus - biće apsolutno tiho :-). Ali ako nema mogućnosti, onda se hladnjaci izrađuju čak i od Peltierovih elemenata. To su u osnovi mini hladnjaci za automobile. Takođe, neki koriste Peltierov element za hlađenje procesora na računaru. Ispada vrlo efikasno, ali u smislu potrošnje energije ipak je bolje instalirati stari dobri ventilator.

Gdje mogu kupiti

Na Aliju možete pronaći čak i mini klima uređaj od Peltier elementa ovdje ovo veza.

Na Aliju možete odabrati ove Peltierove elemente kako želite!

Godine 1834. francuski fizičar Jean Charles Peltier, istražujući djelovanje elektriciteta na provodnike, otkrio je vrlo zanimljiv efekat. Ako se struja prođe kroz dva različita vodiča koji se nalaze u neposrednoj blizini jedan od drugog, tada se jedan od ovih vodiča počinje snažno zagrijavati, a drugi se, naprotiv, snažno hladi. Količina proizvedene i apsorbirane topline direktno ovisi o jačini i smjeru električne struje. Ako promijenite smjer struje, hladna i topla strana će promijeniti mjesta. Nešto kasnije, ovaj fenomen je nazvan Peltierov efekt i sigurno 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 hladnjakima. 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 različite nivoe energije 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, tokom prolaska električne struje kroz njih, elektron iz niskoenergetskog područja mora otići u područje visoke energije.

To se neće dogoditi ako elektron ne dobije potrebnu količinu energije. U trenutku apsorpcije ove energije od strane elektrona, mjesto kontakta 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 su metali u kontaktu, Peltierov efekat je toliko beznačajan da je praktički nevidljiv na pozadini omskog zagrijavanja.

Termoelektrični modul (TEM), bez obzira na veličinu i mjesto primjene, sastoji se od različitog broja takozvanih termoparova. Termopar je ista cigla od koje je izgrađen bilo koji TEM. Sastoji se od dva poluprovodnika koji se razlikuju po vrsti provodljivosti. Kao što znate, postoje dvije vrste 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 - skup sličnih termoparova međusobno povezanih u seriju. Svi termoparovi se nalaze između dvije keramičke ploče. Peltier ploča. Ploče su izrađene od nitrida ili aluminijum oksida. Direktno broj termoparova u jednom elementu može varirati u veoma širokom rasponu, od nekoliko komada do nekoliko stotina ili hiljada.

Drugim riječima, Peltierovi elementi mogu biti apsolutno bilo koje snage, od stotinki, do nekoliko stotina ili hiljada vati. Jednosmjerna struja prolazi kroz sve termoelemente u nizu i kao rezultat, gornja keramička ploča se hladi, dok se donja, naprotiv, zagrijava. Ako promijenite smjer struje, tada će ploče 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 znate, kada se struja prođe 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, uz pomoć posebnog hladnjaka to će dovesti do još jačeg hlađenja površine, odnosno one koja se hladi. U tom slučaju temperaturna razlika sa okolnim zrakom može doseći nekoliko desetina stepeni.

Prednosti i nedostaci

Kao i svaki tehnički uređaj, termoelektrični modul ima svoje prednosti i nedostatke:

Problem povećanja efikasnosti TEM-a počiva na još nerešivoj tehničkoj zagonetki. Slobodni elektroni imaju, zapravo, dvojnu prirodu, koja se manifestuje u praksi i istovremeno su nosioci i električne struje i toplotne energije. Kao posljedica toga, visoko učinkovit Peltierov element mora biti napravljen od materijala koji istovremeno ima dva međusobno isključiva svojstva. Ovaj materijal treba dobro provoditi električnu energiju 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 svojstvenom svim Peltierovim elementima bez izuzetka, naime, vrlo niskoj efikasnosti, ovi uređaji su našli prilično široku primjenu kako u nauci i tehnologiji, tako iu svakodnevnom životu.

Termoelektrični moduli su važni elementi dizajna takvih uređaja kao što su:

Peltierov element u rukama domaćeg majstora

Potrebno je odmah rezervisati, samostalna izrada termoelektričnog elementa je u najmanju ruku besmislen i beskorisan zadatak. Osim ako proizvođač nije učenik sedmog razreda i na ovaj način ne objedinjuje znanja stečena na časovima fizike.

Mnogo lakše kupiti novi termoelektrični element u odgovarajućoj prodavnici. Srećom, oni su jeftini i ne postoji nedostatak u odabiru određenog modela. A osim što se u njima nema što pokvariti ili istrošiti, bilo koji termoelement uklonjen sa starog kompjutera ili auto klima uređaja neće se po svojim tehničkim karakteristikama razlikovati od novog.

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

Uz pomoć takvog elementa možete napraviti barem dva vrlo zanimljiva i korisna uređaja u domaćinstvu.

Kako napraviti frižider vlastitim rukama

Proizvodnja prijenosnih hladnjaka, posebno za automobile, u potpunosti se zasniva na Peltier efektu. Da biste napravili takav uređaj kod kuće, trebat će vam:

• Marka termoelementa TEC1-12706. U najbližoj prodavnici (specijaliziranoj) košta 200 rubalja.
• Radijator i ventilator. Preuzete su sa starog kompjutera koji je odslužio svoju svrhu.
• Kontejner. Svaki nepotreban kontejner od plastike, metala ili drveta. Izvana i iznutra takav je spremnik zalijepljen 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. Sa unutrašnje strane posude na njen poklopac je pričvršćen radijator uz pomoć termalne paste i vijaka za pričvršćivanje.

Da bi se povećala snaga budućeg rashladnog uređaja, moguće je povećati broj termoelemenata, do 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.

Napolju je još jedan radijator pričvršćen na poklopac zajedno sa hladnjakom računara. Na mjestu pričvršćivanja radijatora mora postojati dobra toplinska izolacija između hladne - unutrašnje i tople - vanjske strane. Gornje i donje radijatore potrebno je vrlo pažljivo zategnuti pričvrsnim vijcima kako keramičke ploče termoelemenata koji se nalaze između njih ne popucaju.

Struja se priključuje putem napajanja, koji može se preuzeti sa starog kompjutera.

Prijenosni termoelektrični generator

Takva mini elektrana zaista može pomoći turistu ili lovcu kada se u šumi potroše baterije svih elektronskih uređaja. Vrlo je romantično u ovoj situaciji uzeti nekoliko suhih čipsa i čunjeva, založiti malu vatru i iskoristiti je za punjenje ispražnjenih baterija, a ujedno i kuhati hranu. To je ono što omogućava izradu prijenosnog termogeneratora izgrađenog 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 i mala svijeća ili tableta suhog alkohola.

U peći se loži vatra, a na nju se sa vanjske strane uz pomoć termalne paste pričvršćuje termoelektrični modul. Pomoću žica se spaja na pretvarač napona.

Vrijednost primljene struje direktno će ovisiti o temperaturnoj razlici između hladne i vruće strane termoelementa. Za efikasan rad potrebna je razlika između hladne i tople površine od najmanje 100 stepeni.

U ovom slučaju, mora se shvatiti da je maksimalna temperatura ograničena temperaturom topljenja lema od kojeg je izrađen sam modul. Stoga se za takve uređaje koriste posebni toplinski moduli koji se izrađuju pomoću posebnog vatrostalnog lema. U konvencionalnim modulima, temperatura topljenja lema je 150 stepeni. U vatrostalnim modulima, lem se počinje topiti na temperaturi od 300 stepeni.

Pa, svi grafikoni su nacrtani, sve tabele su popunjene, sada možete sanjati. Općenito, ako maksimalno procijenite potrošnju energije u kampanji, dobiva se sljedeće:
GPS navigator - 0,3 W x 10 h = 3 W * h dnevno;
kamera (Canon DSLR) - 8 Wh baterija za 4 dana = 2 Wh dnevno;
video kamera (video rekorder za snimanje zanimljivih trenutaka putovanja, oko 1 sat videa dnevno) - 1,6 Wh dnevno;
mobilni telefon - oko 0,2 Wh dnevno;
LED baterijska lampa za osvetljavanje parkinga uveče - 2 Wh dnevno.
Ukupno dobijemo: 3 + 2 + 1,6 + 0,2 + 2 = 8,8 Wh dnevno. Uzimajući u obzir gubitke pri punjenju baterija ovih uređaja i nepredviđene troškove, ova cifra se lako može zaokružiti na 10 Wh dnevno, što je otprilike jednako tri AA NiMH baterije (po 3,2 Wh). Pretpostavit ćemo da vam upravo ta količina električne energije omogućava udobno putovanje unaprijed planiranom rutom bez ograničavanja kreativnih poriva. Ova računica je manje-više tačna za solo izlazak ili grupu od dvije osobe. Ako ima više ljudi, onda se za svakog dodaje dodatni potrošač, bilo da se radi o mobitelu ili drugom fotoaparatu. Mislim da za svakog "dodatnog" učesnika možete sa sigurnošću dodati 1 W*h, odnosno za grupu od 6 osoba ugodan nivo potrošnje energije će biti 14 W*h, odnosno oko 4,5 AA baterije. Pretpostavimo da putovanje traje 10 dana, tada će vam za grupu od 2 osobe trebati 100 Wh energije, to je 31 NiMH baterija ukupne težine 31 x 31,5 = 976,5 g. To jest, skoro 1 kg baterija. Ako uzmete alkalne baterije, onda najbolje daju 2,2 W * h i trebat će im 45 komada. Ne znam njihovu masu, ali čak i ako su po 25 g, onda se ukupno dobija više od kilograma. Za grupu od 6 osoba ukupna količina električne energije je 140 Wh, što je skoro 44 baterije težine 1386 g ili 64 baterije sa još većom težinom. Ako sa sobom ponesete LiPo baterije, koje koriste modelari, onda će za dvije osobe to biti baterija težine 100 Wh ÷ 160 Wh / kg = 0,625 kg ili 625 g. Za grupu od 6 osoba, težina LiPo baterije će biti 875 g.
Hajde sada da shvatimo kako stvari stoje sa termogeneratorom. Pretpostavimo da imamo TES1-12709 modul (ili module), zagrijavamo ga ne više od 150 ° C, hladimo ga u mlazu s temperaturom od 15 ° C, odnosno bit će 20 ° C na hladnoj strani, temperaturna razlika je 150 - 20 = 130 °C. Za takvu vrijednost temperaturne razlike nemam indikator efikasnosti, morat ću izračunati. Uzimamo dvije maksimalne vrijednosti na grafu efikasnosti u odnosu na struju za TES1-12709, na primjer, 13,6 mW/°C za prosječnu temperaturnu razliku od 71°C i 15,7 mW/°C za 87°C i izračunamo po čemu Količinu efikasnost povećava povećanjem temperaturne razlike za 87 - 71 = 16 °C. Ispada na 2,1 mW / ° C. I dalje proporcionalno: ako je povećanje razlike od 16 ° C dovelo do povećanja efikasnosti za 2,1 mW / ° C, tada će povećanje razlike za 130 - 87 \u003d 43 ° C dovesti do povećanja efikasnosti za (43 x 2,1) ÷ 16 = 5,6 mW/°S. To znači da će efikasnost pri temperaturnoj razlici od 130 ° C biti jednaka 15,7 + 5,6 = 21,3 mW / ° C. Kao rezultat, dobijamo 21,3 x 130 = 2769 mW ili 2,8 W. Ova vrijednost je prilično blizu stvarnosti, sudeći po činjenici da su u nekim video eksperimentima dva modula proizvodila 4 ... 6 vati. Da bi dobio 10 W * h energije pomoću jednog modula, generator mora raditi 10 ÷ 2,8 = 3,57 sati, a za 14 W * h - 5 sati. Odnosno, ako koristite termogenerator koji se sastoji od 2 Peltierova elementa, tada proizvodnja električne energije čak i za veliku grupu ne traje mnogo vremena.
Jedini veliki problem s proizvodnjom električne energije tijekom kampiranja s ovom metodom je rasipanje topline na hladnoj strani. Najbolje i optimalno je hlađenje vodom, jer voda ima veliki toplotni kapacitet. U tom pogledu, vodeni turisti imaju više sreće od biciklista: njihov način prijevoza je povezan upravo s vodom, a ako razmišljate o dizajnu generatora (veoma je čudno zašto još nije osmišljen i implementiran na industrijskom vaga), tada mogu proizvesti električnu energiju tokom kretanja. Generator je djelomično uronjen u vodu, dijelom pluta na površini. Gorivo se u ložište ubacuje kako se troši, spolja se sve hladi vodom. Gorivo se skuplja i priprema u zastoju.
Ako se ne želite zamarati sakupljanjem drva za ogrjev i šišarki, onda možete razmisliti o dizajnu plinske peći. Ovdje vrijedi malo matematike. Dakle, imamo:
boca za tečni plin za plinske gorionike sa gorivom težine 450 g;
sastav: izobutan - 72%, propan - 22%, butan - 6%, po masi iznosi 324 g, 99 g i 27 g;
kalorijske vrijednosti za ove plinove su 49,22 MJ/kg, 48,34 MJ/kg, odnosno 49,34 MJ/kg.
Nakon množenja i sabiranja imamo 22,07 MJ u jednoj boci tečnog plina. Uzimamo efikasnost našeg generatora jednaku 1%, pa dobijamo 220 kJ kao električnu energiju, što je 61,3 W * h. Šta se može porediti? Pa, na primjer, sa 19 NiMH AA baterija. Nije gust i prilično skup, plin nije jeftin.
Budući da je korištenje plina skupo, možete smisliti nešto koristeći tečna goriva, poput benzina. Malo sam tražio na internetu jeftin katalizator za katalitičke gorionike, ali osim hrom (VI) oksida, dobijenog od amonijum bihromata, nisam ništa našao. Da, i s njim nije sve tako glatko, ali po želji, kroz određeni broj eksperimenata, i ovdje možete postići stabilne pozitivne rezultate. Katalitički grijači proizvedeni u Kini najvjerovatnije koriste elemente platinske grupe u tragovima. Volio bih da postoji katalizator kao u ovoj jastučiću za grijanje, ali veći za Peltierove elemente. Bio bi to kompaktan i lagan generator. Kalorična vrijednost benzina je 44,5 MJ/kg, gustina 0,74 kg/l, imamo 33 MJ energije iz jednog litra benzina, sa 1% efikasnosti je 330 kJ ili 91,6 Wh električne energije (28 AA baterija). Budžetnija opcija, ali ipak sakupljajte i berite ono što je dostupno u prirodi besplatno gorivo je prirodno isplativije i nema jednu vrlo neugodnu osobinu svojstvenu onim zalihama koje se kupuju u trgovini - ne ponestane u najnepovoljnijem trenutku.

Peltierov element je termoelement, drugim riječima, uređaj koji mijenja temperaturu i radi u skladu s istoimenim Peltierovim principom, odnosno pokazuje temperaturnu razliku koja nastaje od trenutka kada se uključi struja. U izvorima na engleskom jeziku pojavljuje se kao termoelektrični hladnjak. Inverznost ovog efekta naziva se Seebeckov efekat.

Princip rada uređaja

Peltierov element funkcionira zbog interakcije jednog provodnog materijala s drugim, koji se razlikuje u energetskom nivou elektrona u vodljivom području. Prolazak kroz takav komunikacioni kanal daje elektronu veliku rezervu energije, što mu onda omogućava da se pomeri u provodno područje sa višim energetskim nivoom. Apsorpcija ove energije dovodi do smanjenja temperature na mjestu spajanja provodnika. Kada dođe do obrnute struje, kontakt se zagrijava, što se izražava u obliku standardnog termičkog efekta.

Pod uslovom da je na jednoj strani priključen hladnjak, u trenutku rada radijatorskog sistema, druga strana obezbeđuje snažno hlađenje (do desetina stepeni ispod nivoa temperature okoline). Postoji direktna veza između jačine struje i stepena hlađenja. Kada je polaritet obrnut, položaji strane za grijanje i hlađenje također se mijenjaju.

Kada Peltierov element stupi u interakciju s dijelovima napravljenim od metala, njegov učinak se višestruko smanjuje, a temperaturni kontrast postaje malo primjetan pod utjecajem različitih pojava povezanih s toplinskom provodljivošću kruga. Iz tog razloga, praktična primjena uključuje korištenje dva poluvodiča odjednom.

Termoparovi se mogu kombinirati u bilo kojoj količini unutar stotinu, što omogućava stvaranje Peltierovog elementa bilo kojeg rashladnog kapaciteta.

termoelektrični modul

Peltierov efekat se može posebno jasno uočiti kada se koriste p- i n-poluvodiči. U skladu sa smjerom električne struje, pri prolasku kroz p-n-veze dolazi do apsorpcije ili oslobađanja energije.

Upravo se ovaj dizajn koristi u TEM-u (termoelektrični modul). Jedini element termoelektričnog modula je čija je struktura kombinacija p- i n-provodnika. Ako je nekoliko sličnih elemenata spojeno u seriju, tada će doći do apsorpcije topline na n-p-kontaktu, a oslobađanje na p-n-kontaktu. Kao rezultat toga, javlja se situacija s već opisanom temperaturnom razlikom. Prema općeprihvaćenom principu, strana na koju su žice spojene je vruća i na dijagramu se uvijek nalazi na dnu.

Sl.1: Peltier termoelektrični modul

U TEM-u, termoparovi su fiksirani između para ploča od keramičkih materijala. Svaka od grana je zalemljena na bakrene vodljive jastučiće (gume), koje su, zauzvrat, pričvršćene na materijal koji provodi toplinu, kao što je aluminij oksid.

Nivo radnog napona modula treba odrediti na osnovu broja komponenti. Najčešća opcija je modularni dizajn sa 127 parova s ​​najvišim naponom od 16 volti. Ali za njihov rad obično je dovoljno 75% ove vrijednosti. Štaviše, ova brojka je najprikladnija, jer ispunjava i zahtjeve za radnim uvjetima i prilično je ekonomična. S povećanjem napona, snaga će se teško povećati, ali će se potrošnja energije značajno povećati.

Primjena u praksi

Do danas je upotreba Pelte elementa posebno relevantna u uređajima sljedećih tipova:

• Hladnjaci;
• Klima uređaji;
• Hladnjaci za automobile;
• Hladnjaci vode;
• Video kartice za personalne računare.

Općenito, možemo reći da je Peltierov element postao sastavni dio raznih rashladnih i klimatizacijskih sistema. Korištenje ovog uređaja je odličan pristup rješavanju problema pregrijavanja opreme. Trenutno se Peltierov element može koristiti i za hlađenje akustičkog i zvučnog sistema, jer je njegov rad potpuno tih i idealan za takve svrhe.

Postoji nekoliko kvaliteta Peltierovog elementa koji su veoma traženi:

• Oni pružaju prilično snažan prijenos topline;
• Vrlo su skromne veličine, što im omogućava da se koriste u gotovo svim uređajima;
• Mogućnost održavanja istog temperaturnog režima dugo vremena (zahvaljujući radijatorima);
• Razlikuju se po priličnoj izdržljivosti, jer su kompletirani od niza integralnih nepokretnih komponenti.

Najjednostavnija komponenta elementa izgleda kao par bakrenih vodiča na koje su spojeni kontakti, spojne žice opremljene izolacijskim elementom (za njegovu proizvodnju koristi se nehrđajući čelik ili keramika).

Kako sami napraviti Peltierov element

Jednostavnost dizajna ovog uređaja pogoduje da ga sami napravite. Štaviše, opseg njegove praktične primene je praktično neograničen: frižideri, klima uređaji i druga oprema.

Prvo biste trebali pripremiti par metalnih ploča, a trebat će vam i ožičenje s kontaktima. Prije svega, nabavite provodnike koji će biti instalirani u blizini baze uređaja. Za ove svrhe, PP provodnici su najprikladniji.

Dalje, ne zaboravite da se na izlazu moraju instalirati poluvodiči koji će opskrbljivati ​​toplinu gornjoj ploči. Za montažu elementa potrebno je lemilo. U završnoj fazi, morat ćete spojiti nekoliko žica. Jedan je lokaliziran u blizini baze i sigurno pričvršćen uz krajnji vanjski vodič. Važno je da nema kontakta sa pločom.

Mjesto pričvršćivanja drugog vodiča nalazi se u blizini gornjeg dijela i fiksirano je na isti način - na krajnjem vanjskom vodiču.

Da biste provjerili funkcionalnost elementa, morat ćete koristiti tester. Uređaj se spaja na žice i mjeri se napon. Indikator standardne devijacije napona dostiže približno 23 volta.

Snaga Pelte elementa direktno ovisi o njegovim dimenzijama, to treba uzeti u obzir kada ga sami sastavljate ili instalirate. Ugradnja nedovoljno snažnog elementa neće spriječiti kvar opreme, već će ga samo odgoditi. Istovremeno, višak snage dovodi do pada nivoa temperature na kritični nivo, kada vlaga u vazduhu može da počne da se kondenzuje i taloži na površinama uređaja, što je posebno opasno za elektronske uređaje.

Osim toga, druga strana modula je izvor dosta topline, tako da je potreban prilično veliki ventilator da bi se osigurao njegov siguran rad.

Kako napraviti generator na bazi Peltierovog elementa?

Generatori bazirani na Peltierovom elementu posebno su zanimljivi ljudima kojima je, zbog prilično dugog odsjeka od civilizacije, potreban jednostavan i pristupačan izvor energije. Takođe se široko koriste za kritično pregrijavanje delova personalnog računara.

Sl.2: Generator na bazi Peltierovog elementa.

Peltierovi elementi imaju prilično zanimljiv princip rada, ali osim toga imaju jednu zanimljivu osobinu: ako se na njih primjeni temperaturna razlika, oni proizvode električnu energiju. Jedna od varijanti generatora zasnovanog na ovom uređaju pretpostavlja sljedeći dizajn:

Para se kreće kroz dvije cijevi (jednu za ulaz, drugu za izlaz), koja se usmjerava u šupljinu izmjenjivača topline, izrađenu od ploče (materijal: aluminijum) debljine 1 cm.

Svaki otvor izmjenjivača topline ima priključak sa jednim kanalom. Dimenzije izmjenjivača topline točno dupliraju dimenzije Peltierovih elemenata. Dva elementa su pričvršćena na dvije strane izmjenjivača topline sa četiri vijka (po 2 sa svake strane). Kao rezultat toga, zahvaljujući rupama i kanalima izmjenjivača topline, formira se kompletan sistem komunikacijskih odjela kroz koje prolazi para. Krećući se naprijed, para ulazi u komoru kroz jednu cijev i izlazi kroz drugu, krećući se u sljedeću komoru. Toplota koju prenosi para dostavlja se Peltierovim elementima kada je para u direktnom kontaktu sa njihovom površinom, kao i sa materijalom izmjenjivača topline.

Da bi se elementi čvrsto pritisnuli na tijelo izmjenjivača topline, kao i da bi se organiziralo odvođenje toplinske energije na "hladnu" stranu, koriste se aluminijske ploče debljine 0,5 cm. U posljednjoj fazi, cijela konstrukcija je zapečaćena silikonskim zaptivačima.

Nakon toga, para se pušta kroz cijevi, a konstrukcija se uranja u hladnu vodu. Ceo sistem počinje da radi. Električna struja će se stvarati sve dok se razlika između temperature "vruće" i "hladne" strane ne svede na minimum.

Postoji i elementarnija metoda.

Peltierov element, povezan sa telefonskim kablom za punjenje, fiksira se na aluminijumski radijator (koji će biti u kontaktu sa "hladnom" stranom) uz pomoć zaptivača. Bilo koji vrući predmet se stavlja na vrh uređaja, na primjer, šalica vrućeg čaja. Nakon nekoliko sekundi, telefon se može puniti. Punjenje će se nastaviti dok se čaj ne ohladi.

Pišite komentare, dopune članka, možda sam nešto propustio. Pogledajte , bit će mi drago ako nađete još nešto korisno kod mene.

Standardni termoelektrični moduli imaju recipročan princip rada. U ovom članku ćemo govoriti o upotrebi Peltier-Seebeck modula u izmjenjivačima topline i dati primjer montaže hladnjaka vode i osnovnog sistema za hlađenje zraka s mogućnošću reverznog starta (grijanja).

Princip rada termoelektričnih modula (TEM) koji se koriste za hlađenje zasniva se na Seebeck efektu, inverznom procesu u odnosu na Peltierov efekat. Glavni element je isti TEM opisan u prvom dijelu. Kada se jednosmjerna struja dovede na polje termoparova, uočava se temperaturna razlika na ravninama keramičke ploče. To je činjenica zasnovana na termodinamičkom procesu, koji nećemo opisivati ​​(da ne bismo dosadili naučnim proračunima), ali ćemo pokazati kako ga primijeniti u svakodnevnom životu.

Bilješka. Za izradu jedinica, za koje su upute navedene u nastavku, trebat će vam osnovne praktične vještine u sastavljanju električnih krugova. Navedeni modeli čvorova su uzorni i mogu se zamijeniti sličnim (ili više/manje moćnim) prema nahođenju mastera.

Kako napraviti vlastiti hladnjak za vodu

Brzi čitalac je već shvatio da se „čudesna kutlača“ iz prvog dela može koristiti za hlađenje tečnosti ako je pokrenete „u suprotnom smeru“ spajanjem jednosmerne struje.

TEM se koriste u svakom hladnjaku za vodu. Sasvim je moguće vlastitim rukama izgraditi analog ovog tvorničkog uređaja, dok neće raditi ništa lošije. Opisat ćemo princip rada i shemu montaže. Raspored i opcije se mogu odabrati na osnovu sopstvenih potreba. Na primjer, učinite ga prijenosnim ili stacionarnim, integriranim u kuhinjski namještaj ili sistem za tretman vode za piće. Posljednja opcija je optimalna, jer će se hlađenje u sistemu kontrolirati (napajanjem).

Za ovo nam je potrebno:

1. Pravougaona ravna hermetička posuda od nerđajućeg čelika dimenzija 100x100x30 (tikvica-izmjenjivač topline) sa otvorima s navojem od ½ inča na kratkim stranama. Ovo je jedini element čiju je izradu bolje naručiti majstor u tvornici.
2. Priključak za pitku vodu sa priključkom od ½ inča (iz rezervoara ili vodovodne cijevi).
3. Napajanje za 10-12 volti sa podesivom strujom.
4. Termoelektrični moduli TEC1-12705 (40x40) — 2 kom.
5. Žice poprečnog presjeka 0,2 mm.
6. Vruće ljepilo ili termo pasta.
7. Taster za 2 kanala (prekidač, dugme).
8. Slavina, lemilica, lem.

Koristeći vruće ljepilo, fiksiramo TEM na tikvicu. Povezujemo žice prema odgovarajućim grupama (plus i minus). Određujemo pogodnu lokaciju za ključ, uzimajući u obzir mogućnost zamjene prilikom popravke i dostupnost tokom upotrebe. Uključujemo ga u šemu. Priključujemo žice na napajanje. Testiramo krug.

Pažnja! Prilikom testiranja ograničite se na promatranje same činjenice ispravnog rada, ali ne pokušavajte dati maksimalno suho opterećenje - to može dovesti do kvara TEM-a (ne može se popraviti).

Zatim spojimo ulazni priključak tikvice izmjenjivača topline sa kanalom za dovod vode, a izlazni priključak sa priključkom (fleksibilnim ili krutim) na slavinu.

Sistem punimo vodom i podešavamo optimalnu jačinu struje na željeni pritisak mlaza. Optimalni pritisak je nešto jači od gravitacije. Za unos hladne vode za piće to će biti sasvim dovoljno. Preostale nijanse - pričvršćivači, dužina žica, lokacija - su čisto individualne u svakom pojedinačnom slučaju.

Ovaj osnovni sistem se može razviti i poboljšati. Na primjer, ugradnja termostata u izmjenjivač topline i uključivanje u krug umjesto ključa (tamblera) je prikladno tamo gdje je stalno potrebna voda određene temperature. Tikvica-izmjenjivač topline može biti izrađena od srebra za dodatnu jonizaciju vode. Uključivanjem EK-1674 DC pojačivača u sistem, možete smanjiti potrošnju energije na minimum.

Obračun troškova za izgradnju hladnjaka:

Rebrasti radijator nije uključen u ovaj sistem, jer se bez njega postiže cilj - hlađenje (ali ne i zamrzavanje) male količine vode (300 ml).

Kako sami napraviti mini frižider, rashladni uređaj ili klima uređaj na termoelektričnim modulima

Teži zadatak je hlađenje zraka. Ako je u slučaju vode efikasnost hladnjaka zagarantovana razlikom u gustini medija (voda - vazduh), onda je u slučaju homogenog medija (vazduh - vazduh) situacija složenija. Glavna poteškoća je uklanjanje temperature sa vruće strane TEM površine. Tačnije - sinhrono uklanjanje temperature sa obe površine. Ako jednostavno pokrenete Peltier-Seebeck element, zagrijani i ohlađeni zrak će se pomiješati, a temperatura će se izjednačiti.

U skučenim prostorima male zapremine (do 0,7 m 3 ) sasvim je primenljiv sistem hlađenja baziran na TEM sa dvostranim izlazom vazduha. Ovo vam omogućava da napravite novu rashladnu kutiju ili date drugi život starom frižideru (zamrzivaču). Da biste to učinili, morat ćete malo zakomplicirati sistem uključivanjem par izduvnih ventilatora međusobnog napajanja, temperaturnog prekidača, rebrastog radijatora i korištenjem efikasnijih termoelektričnih modula.

Trebat će nam (za jednu osnovnu tačku hlađenja):

1. TEM TES1-12712 (40X40), 106 vati - 1 kom.
2. Ventilator RQA 12025HSL 110VAC (ili jači) — 2 kom.
3. Radijator HS 036-100 (100x85x25 mm).
4. Termostat TAM-133-1m (temperaturni prekidač sa senzorom).
5. DC napajanje 12 volti, 6 ampera (podesivo).
6. Duralumin lim.
7. Žice, termo pasta, pričvršćivači

U gotovoj kutiji, u gornjem dijelu hlađene zone, pravimo pravougaoni prozor dimenzija 100x100 mm. Izrezali smo dvije ploče od duraluminija dimenzija 130x130 mm i 180x180 mm. Ventilator fiksiramo na sredinu manje ploče tako da ostane 1 cm vazduha.U kutiju ugrađujemo temperaturni prekidač. Manju ploču montiramo sa unutrašnje strane kutije (sa ventilatorom unutar kutije) na vijke ili zakovice kroz zaptivač. Zalijepimo TEM-ove na montiranu ploču i izbacujemo žice. Izrežemo i savijamo veliku ploču tako da stane u montažni otvor, ali istovremeno postoje stranice za pričvršćivanje na zid kutije izvana. Popravljamo radijator i drugi ventilator na njemu. TEM-ove izdašno podmazujemo termalnom pastom i montiramo ploču na zid kutije kroz zaptivač.

Pažnja! Mora postojati maksimalan kontakt između područja TEM-a i ploče!

Sastavljamo električni krug. Preporučujemo da ventilatore uključite na konstantnu maksimalnu snagu, a struju za TEM - preko regulatora. Ovo će osigurati efikasno podizanje temperature i miješanje zraka kada se radi u različitim režimima (ne punom snagom).

Prednosti ovog dizajna:

• tihi rad u odnosu na kompresorske frižidere;
• nedostatak mehanizama i pokretnih dijelova, sile trenja (ništa za lomljenje);
• ne koriste se tekući nosači topline (freon);
• ukupna potrošnja energije oko 200 vati;
• možete nadograditi dizajn, varirati performanse;
• dostupnost i održavanje pojedinih jedinica.

Nedostaci:

• može se pojaviti kondenzacija na duraluminskim pločama;
• eksterna kontrolna jedinica;
• mnogi faktori i nijanse rada otkrivaju se empirijski prilikom upotrebe;
• malo područje primjene.

Obračun troškova za izgradnju osnovnog rashladnog sistema frižidera i klima uređaja:

U principu, ovaj dizajn je gotovi ugrađeni klima uređaj koji se može ugraditi u kabinu automobila, traktora, u zatvorenom ograđenom prostoru ili sigurnosnoj kabini. Potrebno je samo razmotriti konstruktivnu zaštitu od atmosferskih padavina.

Rezerva snage TES1-12712 modula je prilično velika. Amplituda temperature na bočnim stranama elementa može doseći 50 stepeni. Sa sobnom temperaturom od +27 °C i upotrebom sistema tečnog hlađenja (radijator + ventilator), možete izvući impresivnih minus 25 °C na izlazu! Ovo vam omogućava da napravite bez kompresora i tihe zamrzivače čak i kod kuće.

Gdje se još koriste termoelektrični moduli?

Peltier-Seebeck efekat je poznat od 1840-ih. Aktivno se koristi do danas, zahvaljujući stabilnosti zakona fizike. Termoelektrični modul će uvijek pronaći mjesto gdje postoji višak energije ili gdje treba brzo i tiho izvršiti razmjenu topline.

Glavne primjene termoelektričnih modula:

1. Hlađenje čipsa. Ventilatori, kao glavni izmjenjivač topline, stvar su prošlosti. Zamijenjuju ih kompaktni, tihi i gotovo vječni TEM-ovi.
2. Inženjering. Čak i najmoderniji motor sa unutrašnjim sagorevanjem emituje izduvne gasove iz komore za sagorevanje. Inženjeri koriste svoju toplinu za stvaranje dodatne energije koristeći Peltierove elemente. Prikupljena energija se vraća u sisteme motora, ali u obliku jednosmerne struje, čime se štedi gorivo.
3. Aparati. Sve što je gore opisano plus većina kućanskih aparata koji rade na hlađenje ili grijanje (osim kompresorskih hladnjaka).

I na kraju mala tajna. Naš modul ima gotovo čudesno svojstvo - reverzibilnost. To znači da kada obrnete DC polaritet na žicama modula (pomoću prekidača), vruće i hladne površine su obrnute. Hladnjak se pretvara u grijač, hladnjak u termalnu komoru (inkubator), a klima uređaj u grijač ventilatora male snage. Da biste to učinili, ne morate mijenjati šemu uređaja. Dovoljno je jednostavno obrnuti polaritet.

Ovaj princip se koristi u uređaju koji se zove rekuperator. To je kutija koja se sastoji od dvije izolirane komore, koje međusobno komuniciraju uz pomoć ventilatora. Uz pomoć Peltierovih modula, hladni zrak sa ulice zagrijava se energijom izvučenom iz zagrijanog zraka koji se uklanja iz prostorije. Uređaj vam omogućava da uštedite na grijanju vašeg doma.

Vitalij Dolbinov, rmnt.ru