عناصر پلتیر یا برق آزاد ناشی از آتش سوزی. چگونه با دستان خود ترموژنراتور پلتیر بسازیم

تجهیزات برودتی به قدری در زندگی ما جا افتاده است که حتی تصور اینکه چگونه می توانیم بدون آن زندگی کنیم دشوار است. اما طرح‌های مبرد کلاسیک برای استفاده در موبایل، به عنوان مثال، به عنوان کیسه کولر مسافرتی مناسب نیستند.

برای این منظور از تاسیساتی استفاده می شود که در آنها اصل عملکرد بر اساس اثر پلتیه است. اجازه دهید به طور خلاصه در مورد این پدیده صحبت کنیم.

آن چیست؟

این اصطلاح به یک پدیده ترموالکتریک اشاره دارد که در سال 1834 توسط طبیعت شناس فرانسوی ژان چارلز پلتیه کشف شد. ماهیت اثر آزاد شدن یا جذب گرما در ناحیه ای است که در آن هادی های نامشابه که جریان الکتریکی از آن عبور می کند در تماس هستند.

مطابق با تئوری کلاسیک، توضیح زیر در مورد این پدیده وجود دارد: جریان الکتریکی الکترون‌ها را بین فلزات منتقل می‌کند که بسته به اختلاف پتانسیل تماس در هادی‌های ساخته شده از مواد مختلف، می‌تواند حرکت آنها را تسریع یا کند کند. بر این اساس با افزایش انرژی جنبشی به انرژی حرارتی تبدیل می شود.

بر روی هادی دوم، یک فرآیند معکوس مشاهده می شود که مطابق با قانون اساسی فیزیک نیاز به پر کردن انرژی دارد. این به دلیل ارتعاش حرارتی رخ می دهد که باعث خنک شدن فلزی می شود که هادی دوم از آن ساخته شده است.

فن آوری های مدرن امکان تولید عناصر نیمه هادی - ماژول ها را با حداکثر اثر ترموالکتریک فراهم می کند. منطقی است که به طور خلاصه در مورد طراحی آنها صحبت کنیم.

طراحی و اصل عملیات

ماژول‌های مدرن ساختاری متشکل از دو صفحه عایق (معمولاً سرامیکی) هستند که ترموکوپل‌هایی که به‌صورت سریال به هم متصل شده‌اند، بین آنها قرار دارند. یک نمودار ساده از چنین عنصری را می توان در شکل زیر مشاهده کرد.

نام گذاری ها:

• الف – کنتاکت‌هایی برای اتصال به منبع تغذیه؛
• ب - سطح داغ عنصر؛
• ج - سمت سرد؛
• د - هادی های مسی؛
• E - نیمه هادی مبتنی بر اتصال p.
• F – نیمه هادی نوع n.

طراحی به گونه ای ساخته شده است که هر طرف ماژول با اتصالات p-n یا n-p (بسته به قطبیت) در تماس باشد. کنتاکت های p-n گرم می شوند، کنتاکت های n-p سرد می شوند (شکل 3 را ببینید). بر این اساس، اختلاف دما (DT) در طرفین عنصر رخ می دهد. برای یک ناظر، این اثر مانند انتقال انرژی حرارتی بین دو طرف ماژول به نظر می رسد. قابل ذکر است که تغییر قطبیت برق منجر به تغییر سطوح گرم و سرد می شود.

برنج. 3. الف – طرف گرم عنصر حرارتی، ب – طرف سرد

مشخصات فنی

ویژگی های ماژول های ترموالکتریک با پارامترهای زیر توصیف می شود:

• ظرفیت خنک کننده (Q max)، این مشخصه بر اساس حداکثر جریان مجاز و اختلاف دما بین دو طرف ماژول، اندازه گیری شده بر حسب وات تعیین می شود.
• حداکثر اختلاف دما بین دو طرف عنصر (DT max)، پارامتر برای شرایط ایده آل داده شده است، واحد اندازه گیری درجه است.
• جریان مجاز مورد نیاز برای اطمینان از حداکثر اختلاف دما - I max;
• حداکثر ولتاژ U max مورد نیاز برای جریان I max برای رسیدن به اختلاف پیک DT max .
• مقاومت داخلی ماژول - مقاومت، نشان داده شده در اهم.
• ضریب کارایی - COP (مخفف انگلیسی - ضریب عملکرد)، در اصل این کارایی دستگاه است که نسبت خنک کننده به مصرف برق را نشان می دهد. برای عناصر ارزان قیمت این پارامتر در محدوده 0.3-0.35 است، برای مدل های گران تر به 0.5 نزدیک می شود.

علامت گذاری

بیایید ببینیم که چگونه علامت گذاری های معمولی ماژول با استفاده از مثال شکل 4 رمزگشایی می شوند.

شکل 4. ماژول Peltier با علامت TEC1-12706

علامت گذاری به سه گروه معنی دار تقسیم می شود:

1. تعیین عنصر دو حرف اول همیشه بدون تغییر هستند (TE) که نشان می دهد این یک عنصر حرارتی است. مورد بعدی اندازه را نشان می دهد، ممکن است حروف "C" (استاندارد) و "S" (کوچک) وجود داشته باشد. آخرین عدد نشان می دهد که چند لایه (آبشار) در عنصر وجود دارد.
2. تعداد ترموکوپل های ماژول نشان داده شده در عکس 127 عدد می باشد.
3. جریان نامی بر حسب آمپر است، برای ما 6 آمپر است.

علامت گذاری سایر مدل های سری TEC1 به همین ترتیب خوانده می شود، به عنوان مثال: 12703، 12705، 12710 و غیره.

کاربرد

علیرغم راندمان نسبتا کم، عناصر ترموالکتریک به طور گسترده در اندازه گیری، محاسبات و لوازم خانگی استفاده می شود. ماژول ها یک عنصر عملیاتی مهم دستگاه های زیر هستند:

• واحدهای تبرید سیار;
• ژنراتورهای کوچک برای تولید برق؛
• سیستم های خنک کننده در رایانه های شخصی؛
• کولرهای خنک کننده و گرمایش آب؛
• رطوبت گیر و غیره

اجازه دهید مثال های مفصلی از استفاده از ماژول های ترموالکتریک ارائه دهیم.

یخچال با استفاده از عناصر Peltier

واحدهای تبرید ترموالکتریک از نظر عملکرد به طور قابل توجهی نسبت به کمپرسور و آنالوگ های جذب پایین تر هستند. اما آنها دارای مزایای قابل توجهی هستند که استفاده از آنها را در شرایط خاص توصیه می کند. این مزایا عبارتند از:

• سادگی طراحی؛
• مقاومت در برابر لرزش؛
• عدم وجود عناصر متحرک (به جز فن در حال دمیدن رادیاتور)؛
• سطح سر و صدای کم؛
• ابعاد کوچک؛
• توانایی کار در هر موقعیتی؛
• عمر طولانی؛
• مصرف انرژی پایین

این ویژگی ها برای نصب موبایل ایده آل هستند.

عنصر پلتیه به عنوان یک مولد برق

ماژول‌های ترموالکتریک می‌توانند به عنوان ژنراتور برق عمل کنند، اگر یکی از طرف‌های آنها در معرض گرمایش اجباری قرار گیرد. هر چه اختلاف دما بین طرفین بیشتر باشد، جریان تولید شده توسط منبع بیشتر است. متأسفانه، حداکثر دما برای ژنراتور حرارتی محدود است، نمی تواند بالاتر از نقطه ذوب لحیم کاری استفاده شده در ماژول باشد. نقض این شرط منجر به خرابی عنصر می شود.

برای تولید انبوه ژنراتورهای حرارتی از ماژول های مخصوص با لحیم نسوز استفاده می شود که می توان آنها را تا دمای 300 درجه سانتی گراد گرم کرد. در عناصر معمولی، به عنوان مثال، TEC1 12715، حد 150 درجه است.

از آنجایی که راندمان چنین وسایلی کم است، تنها در مواردی استفاده می شود که امکان استفاده از منبع انرژی الکتریکی کارآمدتر وجود نداشته باشد. با این حال، ژنراتورهای حرارتی 5-10 وات در بین گردشگران، زمین شناسان و ساکنان مناطق دور افتاده مورد تقاضا هستند. تاسیسات ثابت بزرگ و قدرتمندی که با سوخت با دمای بالا تغذیه می‌شوند برای تامین انرژی واحدهای توزیع گاز، تجهیزات ایستگاه هواشناسی و غیره استفاده می‌شوند.

برای خنک کردن پردازنده

اخیراً، این ماژول ها در سیستم های خنک کننده CPU رایانه های شخصی شروع به استفاده کردند. با توجه به راندمان پایین عناصر حرارتی، مزایای چنین سازه هایی نسبتاً مشکوک است. به عنوان مثال، برای خنک کردن یک منبع حرارتی با توان 100-170 وات (مطابق با اکثر مدل های CPU مدرن)، باید 400-680 وات هزینه کنید که نیاز به نصب یک منبع تغذیه قدرتمند دارد.

دومین مشکل این است که یک پردازنده بدون بار انرژی حرارتی کمتری آزاد می کند و ماژول می تواند آن را در زیر نقطه شبنم خنک کند. در نتیجه، تراکم شروع به شکل گیری می کند، که تضمین می شود به الکترونیک آسیب برساند.

کسانی که تصمیم به ایجاد چنین سیستمی به تنهایی دارند باید یک سری محاسبات را برای انتخاب قدرت ماژول برای یک مدل پردازنده خاص انجام دهند.

با توجه به موارد فوق، استفاده از این ماژول ها به عنوان سیستم خنک کننده CPU مقرون به صرفه نیست، علاوه بر این، می تواند باعث از کار افتادن تجهیزات کامپیوتری شود.

وضعیت در مورد دستگاه های هیبریدی کاملاً متفاوت است، جایی که ماژول های حرارتی همراه با خنک کننده آب یا هوا استفاده می شوند.

سیستم‌های خنک‌کننده هیبریدی کارایی خود را ثابت کرده‌اند، اما هزینه بالا، دایره تحسین‌کنندگان آن‌ها را محدود می‌کند.

تهویه مطبوع بر اساس عناصر Peltier

از نظر تئوری، چنین دستگاهی از نظر ساختاری بسیار ساده تر از سیستم های کنترل آب و هوای کلاسیک خواهد بود، اما همه اینها به عملکرد پایین منتهی می شود. خنک کردن حجم کمی از یخچال یک چیز است، خنک کردن یک اتاق یا فضای داخلی یک ماشین چیز دیگری است. دستگاه های تهویه مطبوع که از ماژول های ترموالکتریک استفاده می کنند نسبت به تجهیزاتی که با مبرد کار می کنند، برق بیشتری (3-4 برابر) مصرف می کنند.

در مورد استفاده از آن به عنوان سیستم کنترل آب و هوای خودرو، قدرت یک ژنراتور استاندارد برای کار با چنین دستگاهی کافی نخواهد بود. جایگزینی آن با تجهیزات کارآمدتر منجر به مصرف سوخت قابل توجهی می شود که مقرون به صرفه نیست.

در انجمن های موضوعی، به طور دوره ای بحث هایی در مورد این موضوع مطرح می شود و طرح های مختلف خانگی در نظر گرفته می شود، اما یک نمونه اولیه کار کامل هنوز ایجاد نشده است (بدون احتساب تهویه مطبوع برای همستر). زمانی که ماژول هایی با کارایی قابل قبول تر در دسترس قرار گیرند، کاملاً ممکن است که وضعیت تغییر کند.

برای خنک کردن آب

عنصر ترموالکتریک اغلب به عنوان خنک کننده برای کولرهای آبی استفاده می شود. طراحی شامل: یک ماژول خنک کننده، یک کنترل کننده با ترموستات و یک بخاری است. این پیاده‌سازی بسیار ساده‌تر و ارزان‌تر از مدار کمپرسور است، علاوه بر این، قابل اعتمادتر و کارکرد آسان‌تر است. اما معایب خاصی نیز وجود دارد:

• آب کمتر از 10-12 درجه سانتیگراد خنک نمی شود.
• خنک سازی بیشتر از همتای کمپرسور خود طول می کشد ، بنابراین چنین کولری برای دفتری با تعداد کارمند زیاد مناسب نیست.
• دستگاه به دمای خارجی حساس است، در یک اتاق گرم، آب به حداقل دما خنک نمی شود.
• نصب در اتاق های گرد و غبار توصیه نمی شود، زیرا ممکن است فن مسدود شود و ماژول خنک کننده ممکن است از کار بیفتد.

کولر آبی رومیزی با استفاده از عنصر Peltier

خشک کن هوا بر اساس عناصر Peltier

بر خلاف تهویه مطبوع، اجرای رطوبت گیر با استفاده از عناصر ترموالکتریک کاملا امکان پذیر است. طراحی بسیار ساده و ارزان است. ماژول خنک کننده دمای رادیاتور را در زیر نقطه شبنم کاهش می دهد و در نتیجه رطوبت موجود در هوای عبوری از دستگاه روی آن می نشیند. آب ته نشین شده به یک مخزن ذخیره مخصوص تخلیه می شود.

با وجود راندمان پایین، در این مورد راندمان دستگاه کاملا رضایت بخش است.

چگونگی اتصال؟

در اتصال ماژول هیچ مشکلی وجود نخواهد داشت؛ باید یک ولتاژ ثابت به سیم های خروجی اعمال شود؛ مقدار آن در برگه اطلاعات عنصر نشان داده شده است. سیم قرمز باید به مثبت و سیم سیاه به منفی وصل شود. توجه! معکوس کردن قطبیت، موقعیت سطوح سرد شده و گرم شده را معکوس می کند.

چگونه عنصر Peltier را برای عملکرد بررسی کنیم؟

ساده ترین و قابل اطمینان ترین روش لمسی است. لازم است ماژول را به منبع ولتاژ مناسب وصل کرده و اضلاع مختلف آن را لمس کنید. برای یک عنصر کار، یکی از آنها گرمتر و دیگری سردتر خواهد بود.

اگر منبع مناسبی در دسترس ندارید، به یک مولتی متر و یک فندک نیاز دارید. فرآیند تأیید بسیار ساده است:

1. پروب ها را به پایانه های ماژول وصل کنید.
2. فندک روشن را به یکی از طرفین بیاورید.
3. خوانش های دستگاه را مشاهده می کنیم.

در ماژول کار با گرم شدن یکی از طرفین جریان الکتریکی ایجاد می شود که بر روی نمایشگر دستگاه نمایش داده می شود.

چگونه یک عنصر Peltier را با دستان خود بسازیم؟

ساخت یک ماژول خانگی در خانه تقریبا غیرممکن است، به خصوص که با توجه به هزینه نسبتا پایین آنها (حدود 4 تا 10 دلار) هیچ فایده ای برای انجام این کار وجود ندارد. اما می توانید دستگاهی را جمع آوری کنید که در پیاده روی مفید باشد، به عنوان مثال، یک ژنراتور ترموالکتریک.

برای تثبیت ولتاژ، لازم است یک مبدل ساده روی تراشه آی سی L6920 مونتاژ شود.

ورودی چنین مبدلی با ولتاژی در محدوده 0.8-5.5 V عرضه می شود و در خروجی 5 ولت پایدار تولید می کند که برای شارژ بیشتر دستگاه های تلفن همراه کاملاً کافی است. در صورت استفاده از عنصر مرسوم Peltier، لازم است محدوده دمای عملیاتی سمت گرم شده را به 150 درجه سانتیگراد محدود کنید. برای جلوگیری از دردسر ردیابی، بهتر است از یک قابلمه آب جوش به عنوان منبع حرارت استفاده کنید. در این حالت، المنت تضمین می‌شود که بیش از 100 درجه سانتیگراد گرم نشود.

تعداد زیادی از دستگاه های الکترونیکی انرژی الکتریکی را جذب می کنند که باید دائماً تجدید شود. در حالی که در جاده هستید، باید منابع جریان شیمیایی را با خود حمل کنید یا با استفاده از دستگاه های پیچیده و حجیم از انرژی مکانیکی برق تولید کنید.

نوع ژنراتور ترموالکتریک

حتی قبل از آن، Seebeck وقوع گرما-EMF را در مداری از رساناهای غیرمشابه در هنگام حفظ دماهای مختلف در نقطه تماس کشف کرد. بر اساس اثرات ترموالکتریک، یک عنصر یا ماژول به اصطلاح Peltier ایجاد شد که از 2 صفحه سرامیکی تشکیل شده است که یک بی متال بین آنها قرار دارد. هنگامی که جریان الکتریکی از طریق آنها وارد می شود، یک طرف صفحه گرم و طرف دیگر سرد می شود که امکان ایجاد یخچال از آنها را فراهم می کند. شکل زیر ماژول هایی با اندازه های مختلف مورد استفاده در تکنولوژی را نشان می دهد.

ماژول های Peltier در اندازه های مختلف

این فرآیند برگشت پذیر است: اگر اختلاف دما را در بین عناصر در هر دو طرف حفظ کنید، آنها جریان الکتریکی تولید می کنند که به دستگاه اجازه می دهد تا به عنوان یک ژنراتور ترموالکتریک برای تولید مقدار کمی الکتریسیته استفاده شود.

اثر پلتیه آزاد شدن گرما در نقطه تماس رساناهای غیرمشابه هنگام عبور جریان الکتریکی از آنها است.

اصل عملکرد ماژول ها

در تماس رساناهای غیرمشابه بسته به جهت جریان الکتریکی گرما آزاد یا جذب می شود. جریان الکترون ها دارای انرژی پتانسیل و جنبشی است. چگالی جریان در هادی های تماسی یکسان است، اما چگالی شار انرژی متفاوت است.

اگر انرژی جریان یافته به تماس بیشتر از انرژی خارج شده از آن باشد، به این معنی است که الکترون ها در نقطه انتقال از یک منطقه به منطقه دیگر کند می شوند و شبکه کریستالی را گرم می کنند (میدان الکتریکی حرکت آنها را کند می کند). هنگامی که جهت جریان تغییر می کند، فرآیند معکوس شتاب الکترون رخ می دهد، زمانی که انرژی از شبکه کریستالی گرفته می شود و خنک شدن آن رخ می دهد (جهت های میدان الکتریکی و حرکت الکترون ها مطابقت دارند).

اختلاف انرژی بارها در مرز نیمه رساناها بالاترین میزان است و تأثیر در آنجا به شدت خود را نشان می دهد.

ماژول پلتیر

متداول ترین ماژول ترموالکتریک (TEM) است که نیمه هادی های نوع p و n از طریق هادی های مسی به یکدیگر متصل می شوند.

نمودار اصل عملکرد ماژول

در یک عنصر 4 انتقال بین فلز و نیمه هادی ها وجود دارد. در یک مدار بسته، جریان الکترون ها از قطب منفی باتری به سمت مثبت حرکت می کند و به طور متوالی از هر انتقال عبور می کند.

در نزدیکی اولین انتقال نیمه هادی از نوع مسی p، گرما در ناحیه نیمه هادی با حرکت الکترون ها به حالتی با انرژی کمتر آزاد می شود.

در نزدیکی مرز بعدی با فلز در نیمه هادی، گرما به دلیل "مکیدن" الکترون ها از ناحیه رسانایی p تحت تأثیر میدان الکتریکی جذب می شود.

در انتقال سوم، الکترون ها وارد نیمه هادی نوع n می شوند، جایی که انرژی بیشتری نسبت به فلز دارند. در این حالت انرژی جذب شده و نیمه هادی در نزدیکی مرز انتقال سرد می شود.

آخرین انتقال با فرآیند معکوس انتشار گرما در نیمه هادی n به دلیل انتقال الکترون ها به ناحیه ای با انرژی کمتر همراه است.

از آنجایی که انتقال گرمایش و سرمایش در سطوح مختلف است، عنصر Peltier از بالا خنک و از پایین گرم می شود.

در عمل، هر عنصر حاوی تعداد زیادی انتقال گرمایش و سرمایش است که منجر به ایجاد اختلاف دمای قابل توجهی می شود که امکان ایجاد یک ژنراتور ترموالکتریک را فراهم می کند.

ساختار ماژول چگونه به نظر می رسد؟

عنصر Peltier حاوی تعداد زیادی موازی هدی نیمه هادی نوع p و n است که به صورت سری با جامپرهای فلزی - کنتاکت های حرارتی متصل شده اند و طرف دیگر در تماس با صفحه سرامیکی است.

بیسموت تلورید و ژرمانید سیلیکون به عنوان نیمه رسانا استفاده می شود.

مزایا و معایب TEM

مزایای ماژول ترموالکتریک (TEM) عبارتند از:

• اندازه های کوچک؛
• توانایی کارکرد هر دو کولر و بخاری؛
• برگشت پذیری فرآیند هنگام تغییر قطبیت، به شما امکان می دهد یک مقدار دقیق دما را حفظ کنید.
• عدم وجود عناصر متحرک که معمولاً فرسوده می شوند.

معایب ماژول ها:

• راندمان پایین (2-3٪)؛
• نیاز به ایجاد منبعی که اختلاف دما را فراهم می کند.
• مصرف انرژی قابل توجه؛
• قیمت بالا

با وجود معایب، TEM ها در مواردی استفاده می شوند که هزینه های انرژی بالا مهم نیست:

• خنک کننده تراشه ها، قطعات دوربین های دیجیتال، لیزرهای دیود، نوسانگرهای کوارتز، آشکارسازهای مادون قرمز؛
• استفاده از آبشارهای TEM برای دستیابی به دمای پایین؛
• ایجاد یخچال های جمع و جور، به عنوان مثال، برای اتومبیل؛
• ژنراتور ترموالکتریک برای شارژ دستگاه های تلفن همراه.

با بهره وری پایین، توصیه می شود از TEG در شرایط کمپینگ استفاده کنید، جایی که برای شارژ تلفن همراه یا لامپ LED نیاز به برق است. سادگی طراحی به شما امکان می دهد با دستان خود یک ژنراتور الکتریکی بسازید.

منابع جایگزین نیز شامل پنل های خورشیدی یا ژنراتور بادی است. اولی به شرایط خاصی نیاز دارد - وجود نور خورشید، که ممکن است همیشه در دسترس نباشد. منبع دیگر بزرگ است و نیاز به باد دارد. یکی دیگر از معایب وجود قطعات متحرک است که قابلیت اطمینان را کاهش داده و سنگین هستند.

ترموژنراتورهای صنعتی

BioLite مدل جدیدی برای پیاده روی ایجاد کرده است که به شما امکان می دهد غذا را در یک اجاق چوبی فشرده و قابل حمل بپزید و در عین حال دستگاه تلفن همراه خود را از TEG داخلی شارژ کنید.

اجاق چوبی قابل حمل جمع و جور

این دستگاه در همه جا مفید خواهد بود: ماهیگیری، پیاده روی، در ویلا. هر چیزی که می سوزد می تواند به عنوان سوخت استفاده شود.

هنگامی که سوخت در کوره سوزانده می شود، گرما از طریق دیوار به ماژول منتقل می شود که برق تولید می کند. در ولتاژ 5 ولت، توان خروجی 2-4 وات است که برای شارژ بسیاری از انواع دستگاه های تلفن همراه و روشنایی LED کافی است. فلش قرمز جهت حرکت گرما را نشان می دهد، فلش آبی هوای سرد را به داخل کوره نشان می دهد، فلش زرد منبع برق را برای چرخاندن فن ورودی هوا و خروجی ژنراتور از طریق USB نشان می دهد.

طرح عملکرد BioLite TEG روی چوب

کوره ژنراتور Indigirka که توسط شرکت سنت پترزبورگ Kryotherm ساخته شده است دارای ویژگی های زیر است:

• قدرت حرارتی - 6 کیلو وات؛
• وزن - 56 کیلوگرم؛
• ابعاد - 500x530x650 میلی متر؛
• پست الکترونیک قدرت در ولتاژ 5 ولت - 60 وات.

اجاق گاز یک اجاق گرمایش و پخت و پز معمولی است که در هر دو طرف آن ژنراتورهای ترموالکتریک وصل شده است.

کوره ژنراتور ترموالکتریک "ایندیگیرکا" چگونه است؟

این دستگاه بسیار راحت است، اما قیمت آن قابل توجه است - 50 هزار روبل. اگرچه اجاق گاز برای شرایط کمپینگ در نظر گرفته شده است، اما به وضوح برای شکارچیان و ماهیگیران معمولی مقرون به صرفه نخواهد بود. به عنوان یک سیستم گرمایشی، بهتر از مدل های معمولی و ارزان تر نیست.

اگر یک TEG را به یک اجاق گاز ساده وصل کنید، دستگاه خانگی کاملاً کار می کند.

DIY TEG

برای مونتاژ یک ژنراتور ترموالکتریک با دستان خود، به عناصر زیر نیاز دارید:

1. مدول. برای تولید جریان الکتریکی، نمی توان از همه ماژول ها استفاده کرد، بلکه فقط آنهایی را که می توانند حرارت تا 300-400 0 درجه سانتیگراد را تحمل کنند. داشتن ذخیره گرمایش ضروری است، زیرا حتی با گرمای بیش از حد جزئی، المنت از کار می افتد. رایج ترین مدل ها از نوع TEC1-12712 به صورت صفحات مربعی با سایز ضلع 40، 50 یا 60 میلی متر می باشد.

اگر حداکثر اندازه را در نظر بگیریم، کافی است از یک عنصر در طراحی DIY استفاده کنیم. 3 رقم اول علامت گذاری - 127 - به معنای تعداد عناصر موجود در 1 صفحه است. آخرین اعداد حداکثر جریان مجاز را نشان می دهد که 12 A است.

1. مبدل تقویت کننده به دست آوردن ولتاژ ثابت 5 ولت ضروری است. ژنراتور ممکن است ولتاژ کمتری تولید کند که باید افزایش یابد. این دستگاه ها خارجی (انواع 5 ولت NCP1402 و MAX 756) و داخلی (3.3 ولت / 5 ولت EK-1674) تولید می شوند. برای شارژ تلفن همراه خود باید دستگاهی با کانکتور USB انتخاب کنید.
2. بخاری. ساده ترین گزینه ها آتش، شمع، لامپ خانگی یا اجاق گاز مینیاتوری است.
3. خنک کننده. ساده ترین راه استفاده از آب یا در زمستان از برف است.
4. عناصر اتصال تجهیزاتی برای ایجاد حداکثر اختلاف دمای ممکن بین دو طرف صفحه مورد نیاز است. در اینجا انتخاب با صنعتگران است؛ آنها اغلب از 2 لیوان یا تابه با اندازه های مختلف استفاده می کنند که دسته های آنها اره شده و یکی در داخل دیگری قرار می گیرد. یک ماژول بین آنها قرار می گیرد و با خمیر حرارتی محکم می شود. 2 سیم به آن لحیم شده و به مبدل ولتاژ متصل می شود.

برای افزایش راندمان ژنراتور باید کف سطوح فلزی لیوان یا تابه در تماس با صفحه ژنراتور پولیش داده شود. علاوه بر این، درزگیر مقاوم در برابر حرارت به فضاهای بین کف لیوان های کوچکتر و بزرگتر اعمال می شود. سپس گرمای حاصل از گرمایش در محل ماژول متمرکز می شود.

سیم های بین ماژول و مبدل با عایق و درزگیر مقاوم در برابر حرارت محافظت می شوند.

آب در لیوان داخلی ریخته می شود و کل ساختار آتش می گیرد. بعد از چند دقیقه می توانید ولتاژ خروجی را با مولتی متر بررسی کنید.

برای اینکه خودتان یک ژنراتور ترموالکتریک را مونتاژ کنید، به مواد زیر نیاز دارید:

1. عنصر پلتیر"؛
2. محفظه ای از منبع تغذیه رایانه قدیمی برای ساخت یک مینی فایرباکس.
3. مبدل ولتاژ با خروجی USB به 5 ولت با ورودی 1-5 ولت؛
4. رادیاتور با خنک کننده پردازنده;
5. خمیر حرارتی.

هزینه ها در اینجا ناچیز است و دستگاه کاملاً قادر به شارژ تلفن همراه است. ژنراتور خود مونتاژ شده آنالوگ مدل خارجی BioLite است. اگر آن را با دقت مونتاژ کنید، دستگاه برای مدت طولانی قابل اعتماد کار می کند، زیرا در اینجا چیزی برای شکستن وجود ندارد. فقط مهم است که عنصر Peltier بیش از حد گرم نشود، که می تواند باعث خرابی آن شود.

هنگام استفاده از کولر برای خنک کردن رادیاتور، باید آن را به یک ژنراتور متصل کرد و پس از آن بخشی از انرژی تولید شده صرف سرمایش می شود.

با وجود مصرف انرژی اضافی، راندمان نصب افزایش می یابد. اگر رادیاتور در حین کار بسیار داغ شود، لازم است اقداماتی برای خنک کردن آن انجام شود. در غیر این صورت بازده عملیاتی ژنراتور پایین خواهد بود.

مشخصات ژنراتور به شرح زیر است:

• ولتاژ خروجی - 5 ولت؛
• قدرت بار - 0.5 آمپر؛
• نوع خروجی - USB؛
• سوخت - هر.

این دستگاه به شرح زیر تولید می شود:

• منبع تغذیه را جدا کنید و کیس را ترک کنید.
• ماژول پلتیر را با خمیر حرارتی به رادیاتور بچسبانید. لازم است با سمت سرد جایی که علامت گذاری اعمال می شود چسب بزنید.
• سطح جانبی بیرونی محفظه منبع تغذیه را تمیز و جلا دهید و عنصر را با طرف دیگر (همراه با رادیاتور) به آن بچسبانید.
• سیم ها را از ورودی مبدل ولتاژ به پایانه های صفحه لحیم کنید.

می توانید با قرار دادن شاخه های نازک در داخل جعبه آتش نشانی TEG را بررسی کنید. پس از چند دقیقه می توانید گوشی خود را وصل کنید که برای شارژ مجدد نیاز به اختلاف دمای 100 0 درجه سانتیگراد بین دو طرف ماژول دارد.شکل زیر ژنراتور مونتاژ شده را نشان می دهد.

ژنراتور ترموالکتریک مونتاژ شده DIY

هنگام استفاده از TEG، رعایت قطبیت اتصال ماژول ها ضروری است.

ویدیو. ژنراتور ترموالکتریک

اثر پلتیر امکان ایجاد ژنراتورها و یخچال های کوچکی را فراهم می کند که بدون قطعات متحرک کار می کنند. بهبود کیفیت ماژول ها و کاهش مصرف انرژی دستگاه های تلفن همراه به شما این امکان را می دهد که با دستان خود یک ژنراتور ترموالکتریک ایجاد کنید تا باتری ها را شارژ کرده و مقدار کمی انرژی را به دستگاه های مختلفی که کارایی آن ها اهمیت خاصی ندارد، تامین کنید.

انرژی و باتری،

DIY یا خودتان آن را انجام دهید

سلام، اسم من دانیل است و پارانوئید هستم. پارانویای من در این واقعیت نهفته است که من از ورود قریب الوقوع روباه قطبی بزرگ متقاعد شده ام. مهم نیست که این همان روباه قطبی در چه ظاهری خواهد آمد - اگر زنده بمانیم، به احتمال زیاد، باید زندگی را از ابتدا شروع کنیم. و زندگی زمانی بسیار سرگرم کننده تر است که چیزی برای شارژ باتری ها در چراغ قوه و دزیمتر خود داشته باشید. برای کسانی که همین فکر را می کنند (و همچنین همه آنها که کنجکاو هستند) از شما خواهش می کنم که زیر را برش دهید (مراقب باشید عکس های سنگین).

بخش تحقیق

در واقع، چرا عنصر Peltier؟ خرید یک چراغ قوه با محرک عضلانی ("سوسک زمین")، پنل های خورشیدی، یا در بدترین حالت، ساخت یک آسیاب بادی بسیار منطقی تر است. قبلاً فکر می کردم که با سوسک های زمینی کاملاً ممکن است. اما قطعات متحرک زیادی دارد که توسط Uncle Liao از پلاستیک ارزان ساخته شده است. اولین خرابی در شرایط روباه قطبی بزرگ - و شما بدون برق می مانید.

خوب، می پرسید چرا پنل های خورشیدی نه؟ هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد. موافقم، جواب می‌دهم، اما در شرایط زمستان هسته‌ای یا آتشفشانی یا زیر سقف بتنی دو متری یک پناهگاه، گرفتن خورشید به این راحتی نیست.

اسیاب بادی؟ تیغه های آن باید چه ناحیه ای باشد تا بتواند حتی در باد ضعیف بچرخد؟ دوباره قطعات متحرک آسیاب بادی برای نصب دائمی در هنگام تجهیز یک پناهگاه طولانی مدت مناسب است.

با توجه به این استدلال ها، ناامید شدم. اما به زودی به طور تصادفی با وب سایت nepropadu.ru برخورد کردم (بدون تبلیغات، فقط یک پیوند به منبع منبع). من به مدت دو روز به طور مداوم روی آن نشستم و در این فرآیند با یک مقاله بسیار جالب در مورد اجاق چوبی که از یک کیس از منبع تغذیه رایانه ساخته شده بود با عنصر Peltier در کناره آن مواجه شدم (لینک در انتهای پست) . در کامنت ها شک و تردید زیادی وجود داشت، اما نویسنده نوشت که با آرامش گوشی را از مبدل DC-DC چینی متصل شارژ کرده است... من گیر کردم.

بخش طراحی

برای شروع، من همان عنصر Peltier را از چینی ها در e-Bay سفارش دادم (برای آزمایش کافی است). برای من 320 روبل هزینه کرد. چیزی که من را خوشحال کرد، تحویل سریع، ردیابی، اما رایگان بود. به علاوه، کالا به معنای واقعی کلمه یک ساعت پس از پرداخت ارسال شد (و آن روز یکشنبه بود).

در حالی که عنصر Peltier در حال حرکت بود، به طراحی ژنراتور ترموالکتریک آینده فکر کردم، یک رادیاتور مناسب با یک فن پیدا کردم (یک رادیاتور پردازنده قدیمی کاملاً کار می کرد) و همچنین مداری را برای مبدل DC-DC با استفاده از اینترنت پیدا کردم. حداکثر جریان خروجی 1 آمپر در ولتاژ 5 ولت.

ساختن اجاق چوبی با نمونه آن مقاله را صلاح نمی دانستم. فلزی که سخت افزار کامپیوتر از آن ساخته شده است بسیار نرم است، در صورت قرار گرفتن در معرض دمای بالا "غرق" می شود و به سرعت می سوزد. بنابراین، تصمیم گرفته شد که یک "نسخه قابل جابجایی" از ژنراتور ساخته شود که می تواند در کنار یک اجاق گاز ثابت نصب شود یا به یک گلدان ایستاده روی آتش تکیه داده شود. و برای جلوگیری از سرخ شدن عنصر Peltier روی آتش باز در چنین شرایطی، یک واشر مقاوم در برابر حرارت اما رسانای گرما مورد نیاز بود. برای انجام این کار، من موفق به دریافت یک تکه صفحه آلومینیومی ضخیم به ابعاد 100x120x5 میلی متر شدم.

برای فشار دادن عنصر Peltier به زیرلایه آلومینیومی، و به نوبه خود، فشار دادن رادیاتور به آن، تصمیم گرفتم از یک مجموعه ساختمانی فلزی کودکان استفاده کنم که زمانی برای نیازهای روباتیک خریدم.

اما عنصر Peltier رسید و زمان مونتاژ فرا رسید.

بخش فناورانه

ما یک رادیاتور، یک صفحه آلومینیومی، یک المنت پلتیر، یک مشت اجزای رادیویی، یک قطعه فویل PCB و انواع پیچ و مهره داشتیم. بیشتر یادم نیست

بنابراین، تمام اجزاء مونتاژ شده اند، می توانید مونتاژ را شروع کنید.

من از صفحه ای که در دو مکان علامت گذاری و سوراخ شده بود عذرخواهی می کنم - بعداً به ذهنم رسید که خوب است از همان ابتدا از کل روند مونتاژ عکس بگیرم.

اولین مشکلی که در انتظارم بود فن استاندارد 12 ولت روی رادیاتور بود. از آنجایی که من فقط 5 ولت و حتی با حداکثر جریان نسبتاً کمی تولید می کنم، می تواند مشکل ایجاد کند.

ابتدا طعمه ام را در تمام فروشگاه های رادیو و کامپیوتر در پرم انداختم، اما هیچ کجا یک پنکه 80x80 میلی متری 5 ولت وجود نداشت. و اگر هم بودند اندازه کوچکتر و با جریان بیش از 200 میلی آمپر بودند که خیلی زیاد بود.

سپس در eBay حفاری انجام دادم و متوجه شدم که پنکه مورد نیاز من 300 روبل است. اما امید به تحویل سریع بی معنی بود و بنابراین من این گزینه را به عنوان پشتیبان گذاشتم.

و تنها پس از تمام جستجوها حدس زدم که فن استاندارد 12 ولت را به منبع ولتاژ 5 ولتی وصل کنم. معلوم شد که کاملاً خوب می دمد و در عین حال جریان زیادی مصرف نمی کند. بنابراین تصمیم گرفتم فعلاً آن را بگذارم و پس از آزمایش در صورت نیاز یک فن در eBay سفارش دهم.

یک صفحه آلومینیومی را علامت زدم و دو سوراخ برای نصب رادیاتور و دو سوراخ برای برد مبدل ولتاژ در آن ایجاد کردم. سوراخ ها را به قطر 4 میلی متر (برای پیچ ها از طرف طراح) ایجاد کردم و از بیرون آن ها را تا 7.5 میلی متر باز کردم تا سر پیچ ها پنهان شود. بعد از آن گوشه های تیز را با سوهان گرد کردم و با سمباده درشت روی تمام سطوح بشقاب و کاغذ سنباده ریز جایی که عنصر Peltier فشرده شده بود راه رفتم.

در این مرحله، پردازش زیرلایه را کامل دانستم و شروع به ساخت مبدل ولتاژ کردم.
مبدل ولتاژ تقویت کننده پالس روی آی سی L6920 مونتاژ شده است که با ولتاژ ورودی 0.8 ولت شروع به کار می کند و به شما امکان می دهد ولتاژ ثابت 3.3 یا 5 ولت یا متغیر از 1.8 تا 5.5 ولت را از خروجی خود حذف کنید.

نمودار شماتیک مبدل معمولی است و از دیتاشیت گرفته شده است.

برای به دست آوردن 5 ولت در خروجی مدار، پایه 1 به سیم مشترک متصل می شود. همچنین پیکربندی شده است تا زمانی که ولتاژ ورودی به زیر 1.5 ولت می‌رسد، سطح پایینی را روی پایه 3 خروجی دهد.

برای مدار، یک برد مدار چاپی گذاشته شد که روی آن با استفاده از همان قطعات مجموعه طراح کودکان، به پایه-زیر بستر چسبانده شد. من نگران داغ شدن بیش از حد برد نیستم، زیرا با جریان هوای دمیده شده از رادیاتور باعث خنک شدن اجباری آن شده است.

مجبور شدم با ماکرو کیس که حاوی ریزمداره ای بود که خریداری کردم، سرهم کنم. در وب سایت فروشگاه آمده است که در مورد SSOP-8 است. همانطور که مشخص است، چنین موردی در مجموعه استاندارد ماکروهای Sprint Layout وجود ندارد. من یک نقاشی از کیس SSOP-8 پیدا کردم و یک ماکرو درست کردم و بعد از آن برد را روت کردم. پس از یک چاپ آزمایشی، مشخص شد که ریز مدار تا حدودی گسترده تر است و روی پدهای تماس آن قرار نمی گیرد. جستجوی یک مدل تراشه خاص (L6920D) مرا به وب سایت Chip-Dip هدایت کرد، جایی که متوجه شدم آی سی با شاخص D در بسته بندی TSSOP-8 تولید می شود. با خاراندن سرم، یک نقاشی از این مورد پیدا کردم، یک ماکرو ایجاد کردم و برد را دوباره مسیریابی کردم. حالا همه چیز درست شد.

برد با استفاده از LUT ساخته و مونتاژ شد. معلوم شد که لحیم کاری TSSOP-8 بدون سشوار بسیار ناخوشایند است. اما ما افراد چاشنی هستیم، ما میکرو مدارهای FTDI را با گام پین 0.4 میلی متر لحیم کردیم.

اکنون می توانید نصب المنت و رادیاتور Peltier را شروع کنید. زیرلایه و رادیاتور را در نقاط تماس با المنت با خمیر حرارتی پوشاندم. سپس "ساندویچ" حاصل را با آجیل سفت کرد.

معلوم شد که برد مبدل مناسب نیست، کانکتور ورودی روی رادیاتور قرار دارد، من کمی اشتباه محاسبه کردم. براکت های نصب را برگرداندم، برد را بیرون آویزان کردم و دو براکت دیگر اضافه کردم تا از المان ها در برابر آسیب های مکانیکی محافظت کنم. در اینجا چیزی است که ما به آن پایان دادیم:

اکنون می توانید عملکرد ژنراتور را بررسی کنید. روی گاز سوز گرمش کردم. تصمیم گرفتم فعلا فن نصب نکنم.

برای شروع، معلوم شد که من قطبیت اتصال عنصر به مبدل را با هم مخلوط کردم. اگرچه همه چیز درست به نظر می رسید - سیم سیاه منفی است، سیم قرمز مثبت است. با این حال، ژنراتور نمی خواست کار کند. سپس قطبیت اتصال عنصر را تغییر دادم.

ژنراتور شروع به کار کرد - ابتدا هر دو LED روشن شدند و نشان دهنده وجود 5 ولت در خروجی و ولتاژ پایین در ورودی بود، سپس LED قرمز خاموش شد - ولتاژ از یک و نیم ولت بالاتر رفت.

با نارضایتی من، معلوم شد که بدون فن، پس از چند دقیقه کار کردن سیستم، رادیاتور به طور قابل توجهی داغ شد. اینطوری کار نخواهد کرد.

روز بعد، در بازار فلز و چندین بازار فروش کامپیوتر قدم زدم، اما وقتی در مورد فن های 5 ولتی پرسیدم، آنها شانه های خود را در همه جا بالا انداختند و به من توصیه کردند که "به آن جایی که قبلاً به آنجا رفته بودم" بروم. چند دقیقه پیش در نتیجه با دست خالی به خانه رفتم.

در خانه، آزمایشی را روی تغذیه یک فن استاندارد 12 ولتی از خروجی 5 ولت مبدل انجام دادم. نتایج من را خوشحال نکرد - مبدل با بی میلی آشکار LED قرمز را خاموش کرد و فن برای چند ثانیه ضعیف تکان خورد و سعی کرد شروع به کار کند. جریان هوا از فن که با نصف قدرت کار می کرد برای خنک کننده معمولی کافی نبود - رادیاتور به همان سرعت گرم شد، اگرچه دیگر انگشتانم را نمی سوزاند. در نهایت تصمیم گرفتم فن را از Ebay سفارش دهم.

نتیجه

علیرغم راندمان کم عنصر Peltier در حالت تولید، من هنوز یک نتیجه متوسط ​​​​به دست آوردم - هنگام اتصال یک باتری قابل حمل با جریان شارژ اعلام شده 1000 میلی آمپر به خروجی مبدل، ژنراتور توانست جریانی در حدود تولید کند. 600 میلی آمپر فکر می کنم این جریان برای شارژ بیشتر گجت ها در شرایط Great Arctic Fox کافی است.

وقتی فن رسید (Ibay اواسط مارس تا اوایل آوریل قول می دهد)، خنک کننده را بررسی می کنم. به علاوه، شما باید عملکرد ژنراتور را در شرایط "مبارزه" - در آتش سوزی آزمایش کنید.

بابت کیفیت عکس ها عذرخواهی می کنم - من زیاد اهل عکاسی نیستم. پیوند به مقاله ای که الهام بخش من شد.

ژنراتور پلتیر ترموالکتریکبر اساس به اصطلاح "اثر Peltier" که توسط دانشمندان در سال 1834 کشف شد. در این واقعیت نهفته است که هنگامی که جریان الکتریکی در یک مدار بسته که از دو صفحه متصل (فلزی یا نیمه هادی) تشکیل شده است عبور می کند، اختلاف دما در آنها ایجاد می شود. یعنی یک عنصر گرم می شود و دومی خنک می شود. اثر معکوس حتی پیش از این توسط دانشمند آلمانی Seebeck کشف شده بود. می توان آن را به صورت زیر فرموله کرد: در یک مدار بسته از دو هادی که تماس های آنها دماهای متفاوتی دارند، جریان ایجاد می شود.

در واقع، ما فقط به آخرین گزینه علاقه مند هستیم که با استفاده از آن جریان را دریافت خواهیم کرد. بنابراین، شاید بهتر باشد در مورد ژنراتور ترموالکتریک Peltier-Seebeck صحبت کنیم.

بلافاصله شایان ذکر است که راندمان چنین ژنراتوری بسیار کم است. و شما به سختی می توانید انتظار داشته باشید که انرژی دریافتی برای چیزی بیشتر از شارژ کردن تلفن یا روشن کردن یک لامپ کافی باشد. اما برای گردشگران و فقط علاقه مندان این کافی است.

برای تولید جریان می توان از طرح های مختلفی استفاده کرد. ساده ترین "لیوان" است که بخشی از آن با آتش گرم می شود و دومی با آب خنک می شود. ما به 3 ژنراتور ترموالکتریک Peltier نگاه خواهیم کرد.

برای این ما نیاز داریم:

• ماژول پلتیر. ما TEC1-12712 را توصیه می کنیم. لطفا توجه داشته باشید که این ماژول در سه نسخه موجود است: 40x40، 50x50، 60x60. هرچه اندازه بزرگتر باشد، هزینه بالاتر است (تقریباً 1000-2000 روبل). ما به 1 ماژول با ابعاد 60x60 یا بالاتر یا 2 ماژول با ابعاد 40x40 نیاز داریم. 3 رقم اول تعداد عناصر (127) است. دو رقم آخر در علامت گذاری حداکثر جریان هستند. در مورد ما - 12A.
• مبدل تقویت کنندهولتاژ ثابت (تا 5 ولت). در بیشتر موارد به جریانی با ولتاژ 5 ولت نیاز داریم. این برای شارژ تلفن، چراغ قوه، رادیو و روشن کردن یک لامپ رشته ای معمولی کافی است. اما ژنراتور ما به احتمال زیاد جریان ولتاژ کمتری تولید خواهد کرد. اندازه گیری آن و افزودن مبدل مناسب به سیستم ضروری است. آنها می توانند در داخل کشور تولید شوند - KR1446PN1 (یا KR1446PN1E). مبدل تقویت کننده 3.3B/5B EK-1674. بنابراین و وارد شده - 5 ولت NCP1402؛ MAX 756. قیمت آنها ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت باشد، اما با کمی جستجو می توانید یک مبدل مناسب را با قیمت کمتر از 10 دلار خریداری کنید. خروجی مبدل بستگی به این دارد که ترموژنراتور پلتیر برای چه کاری استفاده شود. اگر برای شارژ تلفن همراه - یک کانکتور USB و غیره.
• یک عنصر گرمایشی. ساده ترین آنها آتش است. همچنین می‌توانید از شمع‌ها استفاده کنید (فقط باید ژنراتور را با ذوب شدن شمع تنظیم کنید). اصل در اینجا ساده است - شما باید تا حد امکان گرما را به ماژول Peltier منتقل کنید. بنابراین، منبع باید یا بسیار داغ باشد - آتش اجاق گاز، آتش. یا باید تلفات حرارتی به حداقل برسد. برای انجام این کار، عنصر گرمایش را می توان در یک شیشه یا جعبه قرار داد. در زیر با جزئیات بیشتر به این موضوع خواهیم پرداخت.
• عنصر خنک کننده. ساده ترین آنها آب یا یخ خشک است. اگر نزدیک رودخانه هستید، می توانید از آب سرد استفاده کنید. در این حالت، عنصر گرمایش در بالا قرار خواهد گرفت.

ما تئوری را پوشش دادیم، اکنون زمان تمرین است.

ما فقط باید آخرین عنصر - عناصر اتصال را انتخاب کنیم. وظیفه آنها ایجاد حداکثر اختلاف دما بین صفحات ماژول Peltier است. در اینجا فضایی برای تخیل شما وجود دارد و خیلی به این بستگی دارد که کجا، چگونه و چرا ژنراتور Peltier را مونتاژ می کنید، بنابراین ما به سادگی مثال هایی ارائه می دهیم.

مثال 1. دو لیوان فلزی در اندازه های مختلف با دسته های اره شده. می توانید یک ملاقه یا یک قابلمه کوچک بردارید. ماهیتابه را روی آتش می گذاریم (می توانید از اجاق گاز برقی هم استفاده کنید)، ماژول را روی آن قرار می دهیم و آن را با یک لیوان یا ملاقه کوچکتر پر از یخ، برف یا فقط آب سرد می پوشانیم. سپس یک سیم را به خروجی ژنراتور لحیم می کنیم که به ورودی مبدل ولتاژ منتهی می شود. البته قبل از این، سطوح باید جلا داده شوند. شما همچنین باید از خمیر حرارتی استفاده کنید؛ این در زیر با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مثال 2. ما به یک شمع Ikea، یک فنجان، یک ملاقه و یک بشقاب دورالومین نیاز داریم. با استفاده از چسب مقاوم در برابر حرارت، ماژول Peltier را به صفحه بچسبانید. در طرف دیگر ماژول ته ملاقه را نیز می چسبانیم.

مثال 3. ما یک ماژول با 127 عنصر به ابعاد 50x50 می گیریم. شما همچنین به دو میله آلومینیومی نیاز دارید که سطوح تماس آن ها را از قبل پولیش می دهیم و خمیر حرارتی می زنیم. میله ها را در دو طرف ماژول می چسبانیم. ما یک رادیاتور را به بلوک "سرد" وصل می کنیم. و ما "گرم" را روی یک مشعل در حال کار اجاق برقی قرار می دهیم.

قدرت این هیولا برای روشن کردن یک لامپ 10 واتی با ولتاژ تا 6 ولت کافی بود.

نقطه ضعف همه گزینه های قبلی این است که سازماندهی خنک کننده موثر در خانه دشوار است. یخ آب می شود و رادیاتور گرم می شود. اما در شرایط "وحشی" همه چیز می تواند ساده تر باشد: می توانید از آب رودخانه یا برف برای خنک کردن و از آتش ذکر شده در بالا برای گرم کردن استفاده کنید.

مهم! راندمان ژنراتور پلتیر بسیار پایین است، بنابراین باید از هر فرصتی برای بهبود راندمان استفاده کرد. همه آنها، به هر طریقی، با هدف کاهش تلفات گرما هستند.

در مرحله اول، برای هدایت حرارتی بهتر، سطح عناصر اتصال که با ماژول در تماس است باید تا سطح آینه صیقل داده شود. برای انجام این کار، می توانید از یک دستگاه یا مته با یک تکه نمدی درج شده استفاده کنید که خمیر GOI روی آن اعمال می شود.

سپس آنها باید با خمیر حرارتی پوشانده شوند که گرما را به خوبی هدایت می کند. می توانید آن را در هر فروشگاه رادیویی یا رایانه ای تهیه کنید.

همچنین می توانید یک درزگیر مقاوم در برابر حرارت را برای مکان هایی که گرما از آن خارج می شود استفاده کنید. در طراحی اول ما، این فضای بین کف ملاقه بزرگتر و لیوان کوچکتر خواهد بود. با تشکر از این، گرمای حاصل از کل سطح کف لیوان بیرونی "پراکنده" نخواهد شد. اگر اندازه کتانی شما تقریباً یکسان است، همانطور که در عکس زیر نشان داده شده است، این کار ضروری نیست.

قطر فنجان و ملاقه تقریباً یکسان است - تمام گرمای فنجان به سمت ماژول Peltier می رود.

اگر سیم های بین ماژول و مبدل در یک "منطقه داغ" هستند، باید با درزگیر یا پارچه مقاوم در برابر حرارت عایق بندی شوند.

جریان حاصل را می توان با تستر، LED، لامپ کم مصرف و غیره اندازه گیری کرد. توجه داشته باشید که جریان بلافاصله پس از راه اندازی ظاهر نمی شود، بلکه پس از 1-2 دقیقه ظاهر می شود.

تجهیزات برودتی به قدری در زندگی ما جا افتاده است که حتی تصور اینکه چگونه می توانیم بدون آن زندگی کنیم دشوار است. اما طرح‌های مبرد کلاسیک برای استفاده در موبایل، به عنوان مثال، به عنوان کیسه کولر مسافرتی مناسب نیستند.

برای این منظور از تاسیساتی استفاده می شود که در آنها اصل عملکرد بر اساس اثر پلتیه است. اجازه دهید به طور خلاصه در مورد این پدیده صحبت کنیم.

آن چیست؟

این اصطلاح به یک پدیده ترموالکتریک اشاره دارد که در سال 1834 توسط طبیعت شناس فرانسوی ژان چارلز پلتیه کشف شد. ماهیت اثر آزاد شدن یا جذب گرما در ناحیه ای است که در آن هادی های نامشابه که جریان الکتریکی از آن عبور می کند در تماس هستند.

مطابق با تئوری کلاسیک، توضیح زیر در مورد این پدیده وجود دارد: جریان الکتریکی الکترون‌ها را بین فلزات منتقل می‌کند که بسته به اختلاف پتانسیل تماس در هادی‌های ساخته شده از مواد مختلف، می‌تواند حرکت آنها را تسریع یا کند کند. بر این اساس با افزایش انرژی جنبشی به انرژی حرارتی تبدیل می شود.

بر روی هادی دوم، یک فرآیند معکوس مشاهده می شود که مطابق با قانون اساسی فیزیک نیاز به پر کردن انرژی دارد. این به دلیل ارتعاش حرارتی رخ می دهد که باعث خنک شدن فلزی می شود که هادی دوم از آن ساخته شده است.

فن آوری های مدرن امکان تولید عناصر نیمه هادی - ماژول ها را با حداکثر اثر ترموالکتریک فراهم می کند. منطقی است که به طور خلاصه در مورد طراحی آنها صحبت کنیم.

طراحی و اصل عملیات

ماژول‌های مدرن ساختاری متشکل از دو صفحه عایق (معمولاً سرامیکی) هستند که ترموکوپل‌هایی که به‌صورت سریال به هم متصل شده‌اند، بین آنها قرار دارند. یک نمودار ساده از چنین عنصری را می توان در شکل زیر مشاهده کرد.

نام گذاری ها:

• الف – کنتاکت‌هایی برای اتصال به منبع تغذیه؛
• ب - سطح داغ عنصر؛
• ج - سمت سرد؛
• د - هادی های مسی؛
• E - نیمه هادی مبتنی بر اتصال p.
• F – نیمه هادی نوع n.

طراحی به گونه ای ساخته شده است که هر طرف ماژول با اتصالات p-n یا n-p (بسته به قطبیت) در تماس باشد. کنتاکت های p-n گرم می شوند، کنتاکت های n-p سرد می شوند (شکل 3 را ببینید). بر این اساس، اختلاف دما (DT) در طرفین عنصر رخ می دهد. برای یک ناظر، این اثر مانند انتقال انرژی حرارتی بین دو طرف ماژول به نظر می رسد. قابل ذکر است که تغییر قطبیت برق منجر به تغییر سطوح گرم و سرد می شود.

برنج. 3. الف – طرف گرم عنصر حرارتی، ب – طرف سرد

مشخصات فنی

ویژگی های ماژول های ترموالکتریک با پارامترهای زیر توصیف می شود:

• ظرفیت خنک کننده (Q max)، این مشخصه بر اساس حداکثر جریان مجاز و اختلاف دما بین دو طرف ماژول، اندازه گیری شده بر حسب وات تعیین می شود.
• حداکثر اختلاف دما بین دو طرف عنصر (DT max)، پارامتر برای شرایط ایده آل داده شده است، واحد اندازه گیری درجه است.
• جریان مجاز مورد نیاز برای اطمینان از حداکثر اختلاف دما - I max;
• حداکثر ولتاژ U max مورد نیاز برای جریان I max برای رسیدن به اختلاف پیک DT max .
• مقاومت داخلی ماژول - مقاومت، نشان داده شده در اهم.
• ضریب کارایی - COP (مخفف انگلیسی - ضریب عملکرد)، در اصل این کارایی دستگاه است که نسبت خنک کننده به مصرف برق را نشان می دهد. برای عناصر ارزان قیمت این پارامتر در محدوده 0.3-0.35 است، برای مدل های گران تر به 0.5 نزدیک می شود.

علامت گذاری

بیایید ببینیم که چگونه علامت گذاری های معمولی ماژول با استفاده از مثال شکل 4 رمزگشایی می شوند.

شکل 4. ماژول Peltier با علامت TEC1-12706

علامت گذاری به سه گروه معنی دار تقسیم می شود:

1. تعیین عنصر دو حرف اول همیشه بدون تغییر هستند (TE) که نشان می دهد این یک عنصر حرارتی است. مورد بعدی اندازه را نشان می دهد، ممکن است حروف "C" (استاندارد) و "S" (کوچک) وجود داشته باشد. آخرین عدد نشان می دهد که چند لایه (آبشار) در عنصر وجود دارد.
2. تعداد ترموکوپل های ماژول نشان داده شده در عکس 127 عدد می باشد.
3. جریان نامی بر حسب آمپر است، برای ما 6 آمپر است.

علامت گذاری سایر مدل های سری TEC1 به همین ترتیب خوانده می شود، به عنوان مثال: 12703، 12705، 12710 و غیره.

کاربرد

علیرغم راندمان نسبتا کم، عناصر ترموالکتریک به طور گسترده در اندازه گیری، محاسبات و لوازم خانگی استفاده می شود. ماژول ها یک عنصر عملیاتی مهم دستگاه های زیر هستند:

• واحدهای تبرید سیار;
• ژنراتورهای کوچک برای تولید برق؛
• سیستم های خنک کننده در رایانه های شخصی؛
• کولرهای خنک کننده و گرمایش آب؛
• رطوبت گیر و غیره

اجازه دهید مثال های مفصلی از استفاده از ماژول های ترموالکتریک ارائه دهیم.

یخچال با استفاده از عناصر Peltier

واحدهای تبرید ترموالکتریک از نظر عملکرد به طور قابل توجهی نسبت به کمپرسور و آنالوگ های جذب پایین تر هستند. اما آنها دارای مزایای قابل توجهی هستند که استفاده از آنها را در شرایط خاص توصیه می کند. این مزایا عبارتند از:

• سادگی طراحی؛
• مقاومت در برابر لرزش؛
• عدم وجود عناصر متحرک (به جز فن در حال دمیدن رادیاتور)؛
• سطح سر و صدای کم؛
• ابعاد کوچک؛
• توانایی کار در هر موقعیتی؛
• عمر طولانی؛
• مصرف انرژی پایین

این ویژگی ها برای نصب موبایل ایده آل هستند.

عنصر پلتیه به عنوان یک مولد برق

ماژول‌های ترموالکتریک می‌توانند به عنوان ژنراتور برق عمل کنند، اگر یکی از طرف‌های آنها در معرض گرمایش اجباری قرار گیرد. هر چه اختلاف دما بین طرفین بیشتر باشد، جریان تولید شده توسط منبع بیشتر است. متأسفانه، حداکثر دما برای ژنراتور حرارتی محدود است، نمی تواند بالاتر از نقطه ذوب لحیم کاری استفاده شده در ماژول باشد. نقض این شرط منجر به خرابی عنصر می شود.

برای تولید انبوه ژنراتورهای حرارتی از ماژول های مخصوص با لحیم نسوز استفاده می شود که می توان آنها را تا دمای 300 درجه سانتی گراد گرم کرد. در عناصر معمولی، به عنوان مثال، TEC1 12715، حد 150 درجه است.

از آنجایی که راندمان چنین وسایلی کم است، تنها در مواردی استفاده می شود که امکان استفاده از منبع انرژی الکتریکی کارآمدتر وجود نداشته باشد. با این حال، ژنراتورهای حرارتی 5-10 وات در بین گردشگران، زمین شناسان و ساکنان مناطق دور افتاده مورد تقاضا هستند. تاسیسات ثابت بزرگ و قدرتمندی که با سوخت با دمای بالا تغذیه می‌شوند برای تامین انرژی واحدهای توزیع گاز، تجهیزات ایستگاه هواشناسی و غیره استفاده می‌شوند.

برای خنک کردن پردازنده

اخیراً، این ماژول ها در سیستم های خنک کننده CPU رایانه های شخصی شروع به استفاده کردند. با توجه به راندمان پایین عناصر حرارتی، مزایای چنین سازه هایی نسبتاً مشکوک است. به عنوان مثال، برای خنک کردن یک منبع حرارتی با توان 100-170 وات (مطابق با اکثر مدل های CPU مدرن)، باید 400-680 وات هزینه کنید که نیاز به نصب یک منبع تغذیه قدرتمند دارد.

دومین مشکل این است که یک پردازنده بدون بار انرژی حرارتی کمتری آزاد می کند و ماژول می تواند آن را در زیر نقطه شبنم خنک کند. در نتیجه، تراکم شروع به شکل گیری می کند، که تضمین می شود به الکترونیک آسیب برساند.

کسانی که تصمیم به ایجاد چنین سیستمی به تنهایی دارند باید یک سری محاسبات را برای انتخاب قدرت ماژول برای یک مدل پردازنده خاص انجام دهند.

با توجه به موارد فوق، استفاده از این ماژول ها به عنوان سیستم خنک کننده CPU مقرون به صرفه نیست، علاوه بر این، می تواند باعث از کار افتادن تجهیزات کامپیوتری شود.

وضعیت در مورد دستگاه های هیبریدی کاملاً متفاوت است، جایی که ماژول های حرارتی همراه با خنک کننده آب یا هوا استفاده می شوند.

سیستم‌های خنک‌کننده هیبریدی کارایی خود را ثابت کرده‌اند، اما هزینه بالا، دایره تحسین‌کنندگان آن‌ها را محدود می‌کند.

تهویه مطبوع بر اساس عناصر Peltier

از نظر تئوری، چنین دستگاهی از نظر ساختاری بسیار ساده تر از سیستم های کنترل آب و هوای کلاسیک خواهد بود، اما همه اینها به عملکرد پایین منتهی می شود. خنک کردن حجم کمی از یخچال یک چیز است، خنک کردن یک اتاق یا فضای داخلی یک ماشین چیز دیگری است. دستگاه های تهویه مطبوع که از ماژول های ترموالکتریک استفاده می کنند نسبت به تجهیزاتی که با مبرد کار می کنند، برق بیشتری (3-4 برابر) مصرف می کنند.

در مورد استفاده از آن به عنوان سیستم کنترل آب و هوای خودرو، قدرت یک ژنراتور استاندارد برای کار با چنین دستگاهی کافی نخواهد بود. جایگزینی آن با تجهیزات کارآمدتر منجر به مصرف سوخت قابل توجهی می شود که مقرون به صرفه نیست.

در انجمن های موضوعی، به طور دوره ای بحث هایی در مورد این موضوع مطرح می شود و طرح های مختلف خانگی در نظر گرفته می شود، اما یک نمونه اولیه کار کامل هنوز ایجاد نشده است (بدون احتساب تهویه مطبوع برای همستر). زمانی که ماژول هایی با کارایی قابل قبول تر در دسترس قرار گیرند، کاملاً ممکن است که وضعیت تغییر کند.

برای خنک کردن آب

عنصر ترموالکتریک اغلب به عنوان خنک کننده برای کولرهای آبی استفاده می شود. طراحی شامل: یک ماژول خنک کننده، یک کنترل کننده با ترموستات و یک بخاری است. این پیاده‌سازی بسیار ساده‌تر و ارزان‌تر از مدار کمپرسور است، علاوه بر این، قابل اعتمادتر و کارکرد آسان‌تر است. اما معایب خاصی نیز وجود دارد:

• آب کمتر از 10-12 درجه سانتیگراد خنک نمی شود.
• خنک سازی بیشتر از همتای کمپرسور خود طول می کشد ، بنابراین چنین کولری برای دفتری با تعداد کارمند زیاد مناسب نیست.
• دستگاه به دمای خارجی حساس است، در یک اتاق گرم، آب به حداقل دما خنک نمی شود.
• نصب در اتاق های گرد و غبار توصیه نمی شود، زیرا ممکن است فن مسدود شود و ماژول خنک کننده ممکن است از کار بیفتد.

کولر آبی رومیزی با استفاده از عنصر Peltier

خشک کن هوا بر اساس عناصر Peltier

بر خلاف تهویه مطبوع، اجرای رطوبت گیر با استفاده از عناصر ترموالکتریک کاملا امکان پذیر است. طراحی بسیار ساده و ارزان است. ماژول خنک کننده دمای رادیاتور را در زیر نقطه شبنم کاهش می دهد و در نتیجه رطوبت موجود در هوای عبوری از دستگاه روی آن می نشیند. آب ته نشین شده به یک مخزن ذخیره مخصوص تخلیه می شود.

با وجود راندمان پایین، در این مورد راندمان دستگاه کاملا رضایت بخش است.

چگونگی اتصال؟

در اتصال ماژول هیچ مشکلی وجود نخواهد داشت؛ باید یک ولتاژ ثابت به سیم های خروجی اعمال شود؛ مقدار آن در برگه اطلاعات عنصر نشان داده شده است. سیم قرمز باید به مثبت و سیم سیاه به منفی وصل شود. توجه! معکوس کردن قطبیت، موقعیت سطوح سرد شده و گرم شده را معکوس می کند.

چگونه عنصر Peltier را برای عملکرد بررسی کنیم؟

ساده ترین و قابل اطمینان ترین روش لمسی است. لازم است ماژول را به منبع ولتاژ مناسب وصل کرده و اضلاع مختلف آن را لمس کنید. برای یک عنصر کار، یکی از آنها گرمتر و دیگری سردتر خواهد بود.

اگر منبع مناسبی در دسترس ندارید، به یک مولتی متر و یک فندک نیاز دارید. فرآیند تأیید بسیار ساده است:

1. پروب ها را به پایانه های ماژول وصل کنید.
2. فندک روشن را به یکی از طرفین بیاورید.
3. خوانش های دستگاه را مشاهده می کنیم.

در ماژول کار با گرم شدن یکی از طرفین جریان الکتریکی ایجاد می شود که بر روی نمایشگر دستگاه نمایش داده می شود.

چگونه یک عنصر Peltier را با دستان خود بسازیم؟

ساخت یک ماژول خانگی در خانه تقریبا غیرممکن است، به خصوص که با توجه به هزینه نسبتا پایین آنها (حدود 4 تا 10 دلار) هیچ فایده ای برای انجام این کار وجود ندارد. اما می توانید دستگاهی را جمع آوری کنید که در پیاده روی مفید باشد، به عنوان مثال، یک ژنراتور ترموالکتریک.

برای تثبیت ولتاژ، لازم است یک مبدل ساده روی تراشه آی سی L6920 مونتاژ شود.

ورودی چنین مبدلی با ولتاژی در محدوده 0.8-5.5 V عرضه می شود و در خروجی 5 ولت پایدار تولید می کند که برای شارژ بیشتر دستگاه های تلفن همراه کاملاً کافی است. در صورت استفاده از عنصر مرسوم Peltier، لازم است محدوده دمای عملیاتی سمت گرم شده را به 150 درجه سانتیگراد محدود کنید. برای جلوگیری از دردسر ردیابی، بهتر است از یک قابلمه آب جوش به عنوان منبع حرارت استفاده کنید. در این حالت، المنت تضمین می‌شود که بیش از 100 درجه سانتیگراد گرم نشود.