بزرگترین عنصر، peltier است. عنصر پلتیه با نام ماژول ترموالکتریک

پدیده ظهور ترمو-EMF توسط فیزیکدان آلمانی توماس یوهان سیبک در سال 1821 کشف شد. و این پدیده در این واقعیت است که در یک مدار الکتریکی بسته متشکل از رساناهای متمایز سری متصل شده است، مشروط بر اینکه تماس های آنها در شرایط دماهای مختلف باشد، یک EMF بوجود می آید.

این اثر که به نام کاشف آن اثر Seebeck نامگذاری شده است، اکنون به سادگی نامیده می شود اثر ترموالکتریک.

اگر مدار فقط از یک جفت هادی غیرمشابه تشکیل شده باشد، چنین مداری نامیده می شود. به عنوان اولین تقریب، می توان استدلال کرد که مقدار ترمو-EMF فقط به مواد هادی ها و دمای تماس های سرد و گرم بستگی دارد. بنابراین، در یک محدوده دمایی کوچک، ترمو-EMF متناسب با اختلاف دمای بین کنتاکت سرد و گرم است و ضریب تناسب موجود در فرمول را ضریب ترمو-EMF می نامند.

به عنوان مثال، با اختلاف دمای 100 درجه سانتیگراد، در دمای تماس سرد 0 درجه سانتیگراد، یک جفت مس-کنستانتان دارای ترمو-EMF 4.25 میلی ولت است.

در همین حال، اثر ترموالکتریک بر اساس سه جزء است:

اولین عامل، تفاوت در وابستگی میانگین انرژی الکترون به دما برای مواد مختلف است.در نتیجه، اگر هنگامی که هادی در یکی از انتهای آن گرم می شود، دما بالاتر باشد، در آن صورت الکترون ها سرعت بیشتری نسبت به الکترون های انتهای سرد رسانا پیدا می کنند.

به هر حال، در نیمه هادی ها با گرمایش، غلظت الکترون های رسانا نیز افزایش می یابد. الکترون ها با سرعت زیاد به سمت انتهای سرد می روند و در آنجا یک بار منفی جمع می شود و یک بار مثبت جبران نشده در انتهای گرم به دست می آید. اینگونه است که یک جزء حرارتی EMF به نام EMF حجمی بوجود می آید.

عامل دوم این است که برای مواد مختلف اختلاف پتانسیل تماس به روش های مختلف به دما بستگی دارد.این به دلیل تفاوت در انرژی فرمی برای هر یک از هادی هایی است که در تماس هستند. اختلاف پتانسیل تماسی که در این مورد ایجاد می شود، متناسب با اختلاف انرژی فرمی است.

یک میدان الکتریکی در یک لایه نازک نزدیک به تماس به دست می آید و اختلاف پتانسیل در هر طرف (برای هر یک از رساناهایی که در تماس قرار می گیرند) یکسان خواهد بود و هنگامی که مدار در یک حلقه بسته دور زده می شود، میدان الکتریکی حاصل می شود. برابر صفر خواهد بود.

اما اگر دمای یکی از هادی ها با دمای دیگری متفاوت باشد، به دلیل وابستگی انرژی فرمی به دما، اختلاف پتانسیل نیز تغییر می کند. در نتیجه، یک EMF تماسی وجود خواهد داشت - جزء دوم ترمو-EMF.

عامل سوم افزایش فونون در emf است... به شرطی که در یک جامد گرادیان دما وجود داشته باشد، تعداد فونون ها (فونون کوانتومی از حرکت ارتعاشی اتم های کریستال است) که از انتهای گرم به انتهای سرد حرکت می کنند، غالب خواهد شد، در نتیجه، همراه با فونون ها، یک تعداد زیادی از الکترون ها به سمت انتهای سرد منتقل می شوند و یک بار منفی در آنجا جمع می شود تا زمانی که فرآیند به تعادل برسد.

این مولفه سوم ترمو-EMF را می دهد که در دماهای پایین می تواند صدها برابر بیشتر از دو جزء ذکر شده در بالا باشد.

در سال 1834، فیزیکدان فرانسوی، ژان چارلز پلتیه، اثر معکوس را کشف کرد. او دریافت که وقتی جریان الکتریکی از تماس (اتصال) دو هادی غیرمشابه عبور می کند، گرما آزاد یا جذب می شود.

مقدار گرمای جذب شده یا ساطع شده با نوع مواد لحیم کاری شده و همچنین با جهت و مقدار جریان الکتریکی که از محل اتصال می گذرد مرتبط است. ضریب پلتیه در فرمول از نظر عددی برابر با ضریب ترمو-EMF ضرب در دمای مطلق است. این پدیده در حال حاضر به عنوان شناخته شده است.

فیزیکدان روسی امیلی کریستیانوویچ لنز ماهیت اثر پلتیه را در سال 1838 کشف کرد. او با قرار دادن یک قطره آب در محل اتصال نمونه های آنتیموان و بیسموت، اثر پلتیه را آزمایش کرد. زمانی که لنز جریان الکتریکی را از مدار عبور داد، آب به یخ تبدیل شد، اما زمانی که دانشمند جهت جریان را برعکس کرد، یخ به سرعت ذوب شد.

این دانشمند به گونه ای ثابت کرد که با جریان یافتن جریان، گرمای ژول نه تنها آزاد می شود، بلکه گرمای اضافی نیز جذب یا آزاد می شود. این گرمای اضافی، گرمای پلتیه نامیده می شود.

اساس فیزیکی اثر پلتیه به شرح زیر است. میدان تماس در محل اتصال دو ماده، که در اثر اختلاف پتانسیل تماس ایجاد می‌شود، یا از عبور جریان عبوری از مدار جلوگیری می‌کند یا آن را تقویت می‌کند.

اگر جریان در مقابل میدان عبور داده شود، کار منبع مورد نیاز است، که باید برای غلبه بر میدان تماس انرژی صرف کند، در نتیجه محل اتصال گرم می شود. اگر جریان به گونه ای هدایت شود که میدان تماس از آن پشتیبانی کند، میدان تماس کار را انجام می دهد و انرژی از خود ماده گرفته می شود و توسط منبع جریان مصرف نمی شود. در نتیجه، ماده در محل اتصال سرد می شود.

اثر پلتیه بیشتر در نیمه هادی ها مشخص است، به همین دلیل ماژول های Peltier یا مبدل های ترموالکتریک.

در قلب عنصر پلتیهدو نیمه هادی در تماس با یکدیگر این نیمه هادی ها در انرژی الکترون ها در باند رسانایی متفاوت هستند، بنابراین، هنگامی که جریان از نقطه تماس عبور می کند، الکترون ها مجبور به کسب انرژی می شوند تا بتوانند به نوار رسانایی دیگری حرکت کنند.

بنابراین، هنگام حرکت به یک باند رسانایی با انرژی بالاتر از نیمه هادی دیگر، الکترون ها انرژی را جذب می کنند و محل انتقال را خنک می کنند. در جهت مخالف جریان، الکترون ها انرژی را از دست می دهند و گرمایش علاوه بر گرمای ژول رخ می دهد.

ماژول نیمه هادی Peltier از چندین جفت به شکل موازی پاهای کوچک تشکیل شده است. معمولاً از بیسموت تلورید و محلول جامد سیلیکون و ژرمانیوم به عنوان نیمه رسانا استفاده می شود. متوازی الاضلاع نیمه هادی به صورت جفتی توسط جامپرهای مسی به هم متصل می شوند. این جامپرها به عنوان تماس برای تبادل حرارت با صفحات سرامیکی عمل می کنند.

جامپرها به گونه ای قرار گرفته اند که در یک طرف ماژول فقط جامپرهایی وجود دارد که انتقال n-p را ارائه می دهند و در طرف دیگر - فقط جامپرهایی که انتقال p-n را ارائه می دهند. در نتیجه، با اعمال جریان، یک طرف ماژول گرم می شود، طرف دیگر خنک می شود و اگر قطبیت منبع تغذیه معکوس شود، طرف های گرمایش و سرمایش به ترتیب معکوس می شوند. بنابراین، با عبور جریان، گرما از یک طرف ماژول به سمت دیگر منتقل می شود و اختلاف دما ایجاد می شود.

اگر اکنون یک طرف ماژول Peltier گرم شود و طرف دیگر خنک شود، یک ترمو-EMF در مدار ظاهر می شود، یعنی اثر Seebeck متوجه می شود. بدیهی است که اثر Seebeck (اثر ترموالکتریک) و اثر Peltier دو روی یک سکه هستند.

ماژول های Peltier اکنون به راحتی با قیمت نسبتاً مقرون به صرفه در دسترس هستند. محبوب ترین ماژول های Pertier از نوع TES1-12706 هستند که حاوی 127 ترموکوپل هستند و برای منبع تغذیه 12 ولت طراحی شده اند.

با حداکثر مصرف 6 آمپر، اختلاف دمای 60 درجه سانتیگراد قابل دستیابی است، در حالی که محدوده دمای کارکرد ایمن اعلام شده توسط سازنده از -30 درجه سانتیگراد تا +70 درجه سانتیگراد است. اندازه ماژول 40mm x 40mm x 4mm. ماژول می تواند در هر دو حالت سرمایش-گرمایش و در حالت کار کند.

همچنین ماژول های قدرتمندتر Peltier، به عنوان مثال TEC1-12715، برای 165 وات طراحی شده است. هنگامی که با ولتاژ 0 تا 15.2 ولت و با جریان 0 تا 15 آمپر تغذیه می شود، این ماژول توانایی ایجاد اختلاف دمای 70 درجه را دارد. اندازه ماژول نیز 40mm x 40mm x 4mm است، اما محدوده دمای عملیاتی ایمن گسترده تر است - از -40 ° C تا + 90 ° C.

جدول زیر داده های مربوط به ماژول های Peltier را نشان می دهد که امروزه به طور گسترده در بازار موجود است:

آندری پوونی

عنصر Peltier یک مبدل ترموالکتریک ویژه است که طبق اصل Peltier به همین نام کار می کند - ظاهر یک اختلاف دما در هنگام تامین جریان الکتریکی. در زبان انگلیسی بیشتر به آن TEC می گویند که به معنای خنک کننده ترموالکتریک است.

نحوه عملکرد عنصر پلتیه

عملکرد عنصر پلتیه بر اساس تماس دو ماده رسانا است که دارای سطوح مختلف انرژی الکترونی در نوار رسانایی هستند. هنگامی که جریان الکتریکی از طریق چنین اتصالی تامین می شود، الکترون انرژی بالایی به دست می آورد، به منظور رفتن به یک باند رسانایی با انرژی بالاتر از نیمه هادی دیگر. در لحظه جذب این انرژی، محل خنک شدن هادی ها انجام می شود. اگر جریان در جهت مخالف جریان یابد، این منجر به گرم شدن نقطه تماس و اثر حرارتی معمول می شود.

اگر از یک طرف، مثلاً هنگام استفاده از سیستم های رادیاتور، اتلاف گرما را خوب انجام دهید، طرف سرد می تواند دمای بسیار پایینی را ارائه دهد که ده ها درجه کمتر از دمای جهان اطراف خواهد بود. مقدار جریان متناسب با درجه خنک کننده است. اگر قطبیت جریان الکتریکی را تغییر دهید، طرفین (گرم و سرد) به سادگی جای خود را عوض می کنند.

در تماس با یک سطح فلزی، عنصر Peltier آنقدر کوچک می شود که تقریباً غیرممکن است که آن را در پس زمینه گرمایش اهمی و سایر اثرات هدایت حرارتی مشاهده کنید. به همین دلیل است که در عمل از دو نیمه هادی استفاده می شود.

تعداد ترموکوپل ها می تواند بسیار متنوع باشد - از 1 تا 100، به همین دلیل می توان عنصر Peltier را با هر شاخصی از ظرفیت تبرید ساخت.

استفاده عملی

امروزه عناصر پلتیه به طور فعال برای موارد زیر استفاده می شود:

1. یخچال و فریزر؛
2. دستگاه های تهویه مطبوع؛
3. کولر خودرو؛
4. کولرهای آبی
5. کارت گرافیک کامپیوتر;

عنصر Peltier به طور گسترده در سیستم های تبرید مختلف از جمله یخچال و تهویه مطبوع استفاده می شود. توانایی آن برای رسیدن به دمای بسیار پایین آن را به یک راه حل عالی برای خنک کردن وسایل الکتریکی یا تجهیزات فنی که در معرض گرما هستند تبدیل می کند. امروزه، توسعه دهندگان از عناصر Peltier در سیستم های صوتی و صوتی استفاده می کنند، جایی که آنها به عنوان یک خنک کننده معمولی عمل می کنند. عدم وجود صداهای شدید باعث می‌شود فرآیند خنک‌سازی تقریباً بی‌صدا باشد که این مزیت بزرگ عنصر است.

امروزه این فناوری به دلیل وجود بسیار محبوبیت زیادی پیدا کرده است اتلاف گرما قدرتمند... علاوه بر این، عناصر مدرن Peltier از نظر اندازه بسیار فشرده هستند و رادیاتورهای آنها قادر به حفظ دمای مورد نظر برای مدت طولانی هستند. یکی دیگر از مزایای عناصر پلتیر دوام آنها است. آنها از عناصر ثابت جامد تشکیل شده اند که احتمال شکستگی را کاهش می دهد. طراحی رایج ترین نوع بسیار ساده به نظر می رسد و شامل دو هادی مسی با تماس و سیم های اتصال است، همچنین یک عنصر عایق که از فولاد ضد زنگ یا مواد سرامیکی ساخته شده است.

با توجه به سادگی طراحی، ساختن یک عنصر Peltier با دستان خود در خانه به هیچ وجه دشوار نیست. قابل استفاده است برای یخچال یا وسایل دیگر... قبل از شروع کار، باید دو صفحه فلزی و سیم کشی با مخاطبین را آماده کنید. ابتدا هادی ها را برای نصب در پایه المنت آماده کنید. به عنوان یک قاعده، هادی هایی با علامت "PP" استفاده می شود.

همچنین ارزش دارد که از قبل از نیمه هادی های خروجی مراقبت کنید. آنها برای انتقال گرما به صفحه بالایی استفاده خواهند شد. در مراحل نصب از آهن لحیم کاری استفاده کنید. در مرحله نهایی، شما باید دو سیم را به هم وصل کنید. اولین در پایه نصب شده است و محکم در نزدیکی هادی بیرونی ثابت می شود. مهم است که در نظر داشته باشید که هرگونه تماس با صفحه حذف شده است.

یک هادی دوم در بالا وصل شده است. به همان روش اول - به هادی شدید ثابت می شود. برای بررسی عملکرد دستگاه، ارزش استفاده از تستر را دارد. فقط دو سیم را به دستگاه وصل کنید و ولتاژ را بررسی کنید. انحراف ولتاژ خواهد بود جایی در حدود 23 ولت باشد.

چگونه المنت پلتیر را برای یخچال درست کنیم؟

عناصر DIY Peltier برای یخچال نیز به سادگی و به سرعت ساخته می شوند. اولین چیزی که قبل از شروع کار باید در نظر گرفت، مواد بشقاب است. این باید یک سرامیک بادوام باشد. در مورد هادی ها، آنها باید آماده شوند. نه کمتر از 20 قطعه، که به شما امکان می دهد به حداکثر اختلاف دما دست پیدا کنید. اگر به درستی محاسبه شود، راندمان را می توان تا 70٪ افزایش داد.

خیلی به قدرت تجهیزات مورد استفاده بستگی دارد. اگر یخچال بر اساس فریون مایع کار کند، هرگز مشکلی با قدرت وجود نخواهد داشت. المنت پلتیر که با دست ساخته شده است مستقیماً در کنار اواپراتور نصب می شود که همراه با موتور نصب می شود. برای چنین نصبی، باید استانداردترین مجموعه ابزار و واشر را تهیه کنید. آنها از رله شروع به عنصر مدل اعمال خواهند شد. با این راه حل، خنک سازی در قسمت پایین دستگاه بسیار سریعتر خواهد بود.

شایان ذکر است که قبل از ساختن یک عنصر Peltier برای یخچال با دستان خود، باید تعداد کافی هادی های الکتریکی را ذخیره کنید. به منظور دستیابی به تفاوت دما هنگام توسعه یک عنصر با دستان خود، از حداقل 16 سیم استفاده کنید... حتماً عایق باکیفیت در اختیار آنها قرار دهید و تنها پس از آن به کمپرسور متصل شوید. پس از اطمینان از قابلیت اطمینان و ایمنی اتصال بین سیم ها، می توانید به اتصال آنها اقدام کنید. پس از اتمام نصب، مجدداً با تستر حد ولتاژ را بررسی کنید. اگر عملکرد المنت مختل شده باشد، ابتدا ترموستات را تحت تأثیر قرار می دهد. گاهی اوقات اتصال کوتاه می کند.

علاوه بر یخچال، عناصر Peltier به طور فعال در کولرهای اتومبیل استفاده می شود. ساخت یخچال ماشین با کیفیت بالا با دستان خود نیز بسیار ساده است. برای این کار باید یک صفحه سرامیکی خوب با ضخامت حداقل 1.1 میلی متر پیدا کنید. سیم ها باید غیر مدولار باشند. بهترین هادی ها سیم های مسی با پهنای باند هستند نه کمتر از 4 آمپر.

در این راستا حداکثر انحراف دما به ده درجه خواهد رسید که نرمال محسوب می شود. در موارد مکرر از هادی هایی با علامت "PR20" استفاده می شود که توانسته اند با حداکثر قابلیت اطمینان و پایداری کار خود را متمایز کنند. علاوه بر این، آنها برای انواع مختلف تماس ها مناسب هستند. هنگام اتصال دستگاه به خازن، ارزش استفاده از آهن لحیم کاری را دارد.

چگونه المنت پلتیر برای کولر آب آشامیدنی بسازیم؟

کولر آب آشامیدنی وسیله ای بسیار مهم و ضروری است که آب آشامیدنی را به موقع خنک یا گرم می کند. به سرعت فرآیند خنک سازی، می توانید عنصر Peltier را اعمال کنید. می توان آن را به آسانی برای یخچال یا کولر ماشین درست کرد:

• فقط یک سطح سرامیکی باید به عنوان صفحه استفاده شود.
• این دستگاه از حداقل 12 هادی استفاده می کند که می توانند مقاومت بالایی را تحمل کنند.
• برای اتصال، باید از دو سیم (ترجیحا مسی) استفاده کنید. المنت در پایین کولر نصب شده است. علاوه بر این، می تواند با پوشش دستگاه تماس پیدا کند. اما برای جلوگیری از اتصال کوتاه احتمالی، تمام سیم کشی های روی گریل یا کیس را ثابت کنید.

عنصر DIY Peltier برای تهویه مطبوع

اگر ما در مورد یک عنصر Peltier برای تهویه مطبوع صحبت می کنیم، آن را فقط می توان از هادی "PR12" ساخت. واقعیت این است که این نوع هادی کاملاً در برابر دماهای غیرعادی مقاومت می کند و می تواند تا ولتاژ 23 ولت را ارائه دهد. در این حالت، مقاومت باید در 3 اهم نوسان داشته باشد. حداکثر افت دما به 10 درجه و راندمان 65 درصد خواهد رسید. هادی ها نیاز دارند پشته در یک ردیف.

لازم به ذکر است که عنصر Peltier می تواند به عنوان خنک کننده برای کارت گرافیک یک رایانه شخصی عمل کند. برای ساخت کولر باید 14 هادی ترجیحا مسی بگیرید. برای اتصال یک عنصر Peltier به یک کارت گرافیک رایانه شخصی، باید از یک هادی غیر مدولار استفاده کنید. خود دستگاه در کنار خنک کننده داخلی کارت گرافیک نصب شده است. برای تثبیت می توان از گوشه های فلزی کوچک و برای تثبیت از مهره های معمولی استفاده کرد.

اگر در حین کار صداهای شدید و سایر صداهای غیرطبیعی مشاهده شد، ارزش بررسی عملکرد سیم کشی و بازرسی هر هادی را دارد.

عنصر Peltier چیست - یک مبدل الکتریکی و حرارتی، که از چندین جفت (در برخی موارد، یک) نیمه هادی از انواع مختلف ("n" و "p") تشکیل شده است، دومی توسط پرش های فلزی - عمدتا مسی به هم متصل می شود. در عمل، این دستگاه در هنگام عبور انرژی جریان الکتریکی، اختلاف دما را در انتهای مختلف سطح ایجاد می کند.

یکی از ساده ترین نسخه های این دستگاه Peltier در استفاده عملی، اصلاح TEC1-12706 است که در شکل 1 نشان داده شده است.

اصل کار بر اساس اثر ترموالکتریک Peltier است. به عبارت دیگر، در حین جریان و تحت تأثیر جریان الکتریکی، اختلاف دما در مکان های تماس ترموکوپل ها - نیمه هادی های "n" و "p" - نوع ایجاد می شود.

عناصر Peltier هنوز "دستگاه های حساس" به گرمای بیش از حد و دمای بالا هستند. آنها مشمول الزامات بالایی برای کار هستند، اگر برآورده نشود، دستگاه به سرعت از کار می افتد. حذف گرما بسیار مهم است، برای این منظور نصب رادیاتور یا فن ضروری است، در غیر این صورت دمای سمت سرد نسبت به گرم نمی رسد.

نحوه عملکرد عنصر پلتیه

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، تصور کنید جریان الکتریکی از یک جفت حرارتی عبور می کند.

در این حالت، فرآیند جذب انرژی گرمایی در تماس نیمه هادی n - p و فرآیند آزاد شدن انرژی حرارتی در تماس p - n وجود دارد. در نتیجه قسمتی از ترموکوپل نیمه هادی که با کنتاکت n - p جفت شده است خنک می شود و قسمت دوم به ترتیب در طرف مقابل گرم می شود.

در صورتی که قطب فعلی را تغییر دهیم، فرآیندهای گرمایش و سرمایش نیز به ترتیب تغییر خواهند کرد.

فرآیند معکوس اثر پلتیه به این واقعیت منجر می شود که وقتی گرما به یک طرف مبدل حرارتی عرضه می شود، انرژی جریان الکتریکی به دست می آید.

البته در عمل استفاده از یک ترموکوپل برای حذف کامل انرژی حرارتی کافی نیست به همین دلیل از تعداد زیادی در مبدل استفاده می شود. یک مدار الکتریکی از ترموکوپل ها به صورت سری مونتاژ می شود. در عین حال، در طراحی عناصر تبدیل حرارتی: ترموکوپل های گرمایش نسبت به خنک کننده ها در طرف دیگر قرار دارند.

طراحی عنصر Peltier بسیار ساده است. بخارات حرارتی بین دو صفحه سرامیکی ساخته می شود. ترموکوپل ها با هادی های مسی (باس) متصل می شوند. تعداد ترموکوپل ها بر اساس هدف ترموکوپل، قدرت و محل نصب آن تعیین می شود و از یک تا چند صد قطعه قابل استفاده است.

عناصر اصلی مبدل حرارتی عبارتند از: نیمه هادی های نوع p، نیمه هادی های نوع n، صفحات سرامیکی، رابط های مسی - هادی ها. کنتاکت برای تامین جریان الکتریکی "بعلاوه" و "منهای". برای عنصر Peltier، اختلاف دما بین لبه های مختلف ترموکوپل تا 70 درجه سانتیگراد می رسد. برای افزایش این اختلاف، باید آبشار اتصال سری ترموکوپل ها را افزایش داد.

ویژگی های عملکرد اصلی عنصر Peltier

این دستگاه به طور کلی در مواردی که ترموکوپل ها در تماس خوب و قابل اعتماد با یک دستگاه خنک کننده هستند، چه یک رادیاتور خنک کننده یا یک فن خنک کننده با کویل، یعنی اتلاف گرما خوب، ایده آل عمل می کند.

ماژول های Peltier، همانطور که اغلب نامیده می شوند، به نوسانات جریان و ولتاژ بسیار حساس هستند (بیش از 5٪). تحت تأثیر دماهای بالا (بسیار حیاتی برای عناصر تا 150 درجه)، بازده چندین بار کاهش می یابد (تا 40٪) و ماژول خیلی سریع خراب می شود.

به عنوان یک قاعده، یک شرایط غیرقابل قبول در عملکرد عناصر نیمه هادی، انطباق دستگاه های رله است: محدود کردن یا تنظیم توان. این امر منجر به تخریب اجزای کریستالی و از کار افتادن عنصر در مدت زمان کوتاهی می شود.

روشن و خاموش شدن مکرر دستگاه ها نیز بر عملکرد و عمر مفید و دوام عملکرد آن تأثیر منفی می گذارد. طبق قوانین فیزیک، هر گونه گرم شدن یک ماده منجر به انبساط حرارتی آن و سرد شدن منجر به انقباض می شود. بر این اساس، به ویژه نقاط ضعف در عناصر نیمه هادی، "لحیم کاری" است که در آن، به دلیل حرکت مکانیکی، ممکن است نقص هایی به شکل ریزترک ها ظاهر شود و در نهایت، مدار قطع شود.

ضریب هدایت حرارتی جفت‌های حرارتی عنصر پلتیر بسیار بالا است که از یک سو مزیت محسوب می‌شود و از سوی دیگر عمر سرویس و تعداد تخمینی چرخه توقف-شروع-توقف را محدود می‌کند.

مزایا و معایب ماژول Peltier

اصولاً مقایسه دستگاه پلتیر با سایر واحدهای خنک کننده با درایوهای مختلف غیرممکن و غیرعملی است، زیرا در حالت اول دارای مواد نیمه هادی به صورت کریستال هستند و در حالت دوم، سیال عامل گاز یا مایع است. (به عنوان مثال، یک یخچال کمپرسور). هر دو دستگاه در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

مزایای عناصر Peltier عبارتند از:

• فقدان کامل مکانیک حرکت و قطعات دوار، و همچنین مایعات، گازها؛
• هیچ صدایی از دستگاه ها وجود ندارد.
• اندازه نسبتا کوچک؛
• عملکرد دوگانه: گرمایش و سرمایش با معکوس شدن قطبیت.

معایب عبارتند از:

• راندمان نسبتا کم؛
• نیاز به منبع ثابت انرژی، منبع تغذیه؛
• تعداد شروع و توقف محدود است.
• خاموش و روشن کردن صاف دستگاه های ترموالکتریک؛
• کنترل گرمایش از یک طرف یا سرمایش از طرف دیگر با فن.

نظرسنجی: آیا مشخص است که عنصر Peltier چیست و چگونه کار می کند؟

ماژول های ترموالکتریک استاندارد یک اصل عملکرد معکوس دارند. در این مقاله در مورد استفاده از ماژول های Peltier-Seebeck در دستگاه های تبادل حرارتی صحبت می کنیم و نمونه ای از مونتاژ کولر آبی و سیستم خنک کننده اولیه هوا با امکان راه اندازی مجدد (گرمایش) را بیان می کنیم.

اصل عملکرد ماژول‌های ترموالکتریک (TEM) که برای خنک‌سازی استفاده می‌شوند بر اساس اثر Seebeck است - فرآیندی مخالف اثر پلتیه. عنصر اصلی همان TEM است که در قسمت اول توضیح داده شد. هنگامی که جریان مستقیم به میدان ترموکوپل اعمال می شود، اختلاف دما در صفحات صفحه سرامیکی مشاهده می شود. این یک واقعیت مبتنی بر یک فرآیند ترمودینامیکی است که ما آن را توصیف نمی کنیم (تا از محاسبات علمی خسته نشویم)، اما نحوه استفاده از آن را در زندگی روزمره نشان خواهیم داد.

توجه داشته باشید.برای ساخت واحدهایی که دستورالعمل آنها در زیر آمده است، به مهارت های عملی اولیه در مونتاژ مدارهای الکتریکی نیاز دارید. مدل های ارائه شده از گره ها تقریبی هستند و می توانند با صلاحدید استاد با مشابه (یا بیشتر / کمتر قدرتمند) جایگزین شوند.

چگونه کولر آبی خود را بسازیم

خواننده فهیم قبلاً متوجه شده است که "سطل معجزه" از قسمت اول می تواند برای خنک کردن مایع استفاده شود، اگر آن را "در جهت مخالف" با اتصال جریان مستقیم اجرا کنید.

TEM در هر کولر آبی استفاده می شود. ساخت آنالوگ این دستگاه کارخانه با دستان خود کاملاً امکان پذیر است ، در حالی که بدتر از این کار نخواهد کرد. ما اصل عملیات و طرح مونتاژ را شرح خواهیم داد. گزینه های طرح و اجرا را می توان بر اساس نیازهای خود انتخاب کرد. به عنوان مثال، آن را قابل حمل یا ثابت، یکپارچه در مبلمان آشپزخانه یا سیستم تصفیه آب آشامیدنی کنید. گزینه دوم بهینه است، زیرا خنک کننده در سیستم کنترل می شود (با منبع تغذیه).

برای این ما نیاز داریم:

1. ظرف مستطیلی مسطح فولادی ضد زنگ با ابعاد 100x100x30 (فلاسک مبدل حرارتی) با خروجی های رزوه ای 1/2 اینچی در طرفین کوتاه. این تنها عنصری است که ساخت آن بهتر است توسط یک صنعتگر در کارخانه سفارش داده شود.
2. تامین آب آشامیدنی با اتصالات ½ اینچی (از مخزن یا منبع آب).
3. منبع تغذیه 10-12 ولت با تنظیم جریان.
4. ماژول های ترموالکتریک TEC1-12705 (40x40) - 2 عدد.
5. سیم هایی با مقطع 0.2 میلی متر.
6. چسب داغ یا خمیر حرارتی.
7. کلید برای 2 کانال (سوئیچ تعویض، دکمه).
8. شیر آب، لحیم کاری، لحیم کاری.

با استفاده از چسب حرارتی TEM را روی فلاسک ثابت می کنیم. سیم ها را در گروه های مناسب (بعلاوه و منفی) وصل می کنیم. ما با در نظر گرفتن امکان تعویض در حین تعمیر و دسترسی در حین استفاده، مکان مناسبی را برای کلید تعیین می کنیم. ما آن را در نمودار قرار می دهیم. سیم ها را به منبع تغذیه وصل می کنیم. ما تست های مدار را انجام می دهیم.

توجه! هنگام آزمایش، خود را به رعایت واقعیت عملکرد صحیح محدود کنید، اما سعی نکنید حداکثر بار را خشک کنید - این می تواند منجر به خرابی TEM شود (نمی توان آن را تعمیر کرد).

سپس فیتینگ ورودی فلاسک مبدل حرارتی را با کانال تامین آب و خروجی را با شیلنگ (انعطاف پذیر یا سفت) به شیر وصل می کنیم.

سیستم را با آب پر می کنیم و آمپر بهینه را در فشار جت مورد نیاز تنظیم می کنیم. سر بهینه کمی قوی تر از گرانش است. این برای مصرف آب آشامیدنی خنک کافی خواهد بود. بقیه تفاوت های ظریف - اتصال دهنده ها، طول سیم، مکان - در هر مورد کاملاً فردی هستند.

این سیستم پایه قابل توسعه و بهبود است. به عنوان مثال، یک ترموستات را در مبدل حرارتی نصب کنید و آن را به جای کلید (سوئیچ ضامن) در مدار قرار دهید - در جایی مناسب است که به طور مداوم به آب با دمای معین نیاز است. فلاسک مبدل حرارتی را می توان از نقره برای یونیزاسیون اضافی آب ساخته شد. با گنجاندن مبدل افزایش دهنده ولتاژ ثابت EK-1674 در سیستم، می توان مصرف برق را به حداقل ممکن کاهش داد.

محاسبه هزینه های ساخت کولر:

در این سیستم، رادیاتور پره دار درگیر نیست، زیرا هدف تعیین شده - خنک کردن (اما نه انجماد) حجم کمی آب (300 میلی لیتر) - بدون آن به دست می آید.

چگونه به تنهایی یک مینی یخچال، چیلر یا تهویه مطبوع بر روی ماژول های ترموالکتریک بسازیم

خنک کردن هوا کار سخت تری است. اگر در مورد آب، کارایی کولر با تفاوت در چگالی محیط (آب - هوا) تضمین شود، در مورد یک محیط همگن (هوا - هوا) وضعیت پیچیده تر است. مشکل اصلی حذف دما از سمت داغ سطح TEM است. به طور دقیق تر - حذف همزمان دما از هر دو سطح. اگر به سادگی عنصر Peltier-Seebeck را راه اندازی کنید، هوای گرم و سرد شده با هم مخلوط می شود و دما یکسان می شود.

در فضاهای محدود با حجم کم (تا 0.7 مترمکعب)، سیستم خنک کننده مبتنی بر TEM با خروجی هوای دو طرفه کاملاً قابل استفاده است. این به شما امکان می دهد یک جعبه خنک کننده جدید بسازید یا به یک یخچال قدیمی (فریزر) زندگی دوم بدهید. برای انجام این کار، باید با گنجاندن یک جفت فن اگزوز با توان متقابل، یک رله دما، یک رادیاتور پره دار و استفاده از ماژول های ترموالکتریک کارآمدتر، سیستم را کمی پیچیده کنید.

ما نیاز داریم (برای یک نقطه خنک کننده پایه):

1. TEM TES1-12712 (40X40)، 106 وات - 1 عدد.
2. فن RQA 12025HSL 110VAC (یا قدرتمندتر) - 2 عدد.
3. رادیاتور HS 036-100 (100x85x25 میلی متر).
4. ترموستات TAM-133-1m (سوئیچ دما با سنسور).
5. منبع تغذیه DC 12 ولت 6 آمپر (قابل تنظیم).
6. ورق دورالومین.
7. سیم، گریس حرارتی، بست

در جعبه تمام شده، در قسمت بالای منطقه یخچال، یک پنجره مستطیلی با ابعاد 100x100 میلی متر می سازیم. دو صفحه دورالومین را با ابعاد 130x130 میلی متر و 180x180 میلی متر برش دادیم. فن را در مرکز صفحه کوچکتر به گونه ای ثابت می کنیم که جریان هوا 1 سانتی متر باقی بماند. کلید دما را داخل جعبه نصب کنید. صفحات کوچکتر را از داخل جعبه (با یک فن در داخل جعبه) از طریق درزگیر روی پیچ یا پرچ نصب می کنیم. TEM ها را روی صفحه نصب شده می چسبانیم و سیم ها را بیرون می آوریم. یک صفحه بزرگ را برش می دهیم و خم می کنیم تا در سوراخ نصب قرار گیرد ، اما در عین حال طرف هایی وجود دارد که آن را از بیرون به دیوار جعبه ثابت کنید. یک رادیاتور و یک فن دوم را به آن وصل می کنیم. با خمیر حرارتی TEM روغن کاری کنید و صفحه را از طریق یک درزگیر به دیوار جعبه نصب کنید.

توجه! باید حداکثر تماس بین ناحیه TEM و صفحه وجود داشته باشد!

مدار الکتریکی را جمع آوری می کنیم. توصیه می کنیم فن ها را با حداکثر توان ثابت و جریان برای TEM از طریق رگولاتور روشن کنید. این امر حذف موثر دما و اختلاط هوا را هنگام کار در حالت‌های مختلف (نه با قدرت کامل) تضمین می‌کند.

مزایای این طرح:

• عملکرد بی صدا در مقایسه با یخچال های کمپرسور.
• فقدان مکانیسم و ​​قطعات متحرک، نیروهای اصطکاک (چیزی برای شکستن)؛
• حامل های حرارت مایع (فریون) استفاده نمی شود.
• مصرف برق کل حدود 200 وات؛
• می توانید طراحی را ارتقا دهید، عملکرد را تغییر دهید.
• در دسترس بودن و نگهداری واحدهای مجزا.

ایرادات:

• ظاهر تراکم روی صفحات دورالومین امکان پذیر است.
• واحد کنترل خارجی؛
• بسیاری از عوامل و تفاوت های ظریف کار به طور تجربی در طول استفاده آشکار می شوند.
• منطقه کاربردی کوچک

محاسبه هزینه ساخت یک سیستم تبرید اولیه برای یخچال و کولر:

در اصل این طرح یک کولر گازی توکار آماده است که می توان آن را در کابین خودرو، تراکتور، در یک پرنده دربسته یا در یک غرفه امنیتی نصب کرد. فقط باید در مورد محافظت سازنده در برابر بارش جوی فکر کرد.

ذخیره انرژی ماژول TEC1-12712 بسیار زیاد است. دامنه دما در طرفین عنصر می تواند به 50 درجه برسد. در دمای هوا در اتاق +27 درجه سانتیگراد و استفاده از سیستم خنک کننده مایع (رادیاتور + فن)، می توانید دمای منفی 25 درجه سانتیگراد را در خروجی استخراج کنید! این به شما امکان می دهد حتی در خانه فریزرهای بدون کمپرسور و بی صدا ایجاد کنید.

ماژول های ترموالکتریک کجا دیگر استفاده می شوند؟

اثر Peltier-Seebeck از دهه 1840 شناخته شده است. به لطف پایداری قوانین فیزیک، تا به امروز به طور فعال مورد استفاده قرار می گیرد. ماژول ترموالکتریک همیشه مکانی را پیدا می کند که در آن انرژی اضافی وجود دارد یا لازم است به سرعت و بی صدا تبادل حرارت انجام شود.

کاربردهای اصلی ماژول های ترموالکتریک:

1. خنک کننده ریز مدارها فن ها به عنوان مبدل حرارتی اصلی، متعلق به گذشته هستند. آنها با TEM های جمع و جور، بی صدا و تقریبا ابدی جایگزین می شوند.
2. مهندسی مکانیک. حتی مدرن ترین ICE گازهای خروجی از محفظه احتراق تولید می کند. مهندسان از گرمای خود برای تولید انرژی اضافی با استفاده از عناصر Peltier استفاده می کنند. انرژی جمع آوری شده به سیستم های موتور بازگردانده می شود، اما به صورت جریان مستقیم که باعث صرفه جویی در سوخت می شود.
3. لوازم خانگی همه چیزهایی که در بالا توضیح داده شد، به علاوه اکثر لوازم خانگی که برای سرمایش یا گرمایش کار می کنند (به جز یخچال های کمپرسور).

و در نهایت یک راز کوچک. ماژول ما یک ویژگی تقریباً شگفت انگیز دارد - برگشت پذیری. این بدان معنی است که وقتی قطبیت DC روی سیم های ماژول معکوس می شود (با استفاده از یک سوئیچ)، سطوح گرم و سرد معکوس می شوند. کولر به بخاری، یخچال به محفظه حرارتی (انکوباتور) و کولر به بخاری فن دار کم مصرف تبدیل می شود. برای انجام این کار، شما نیازی به تغییر طرح واره دستگاه ندارید. فقط کافی است قطبیت را تغییر دهید.

این اصل در دستگاهی به نام Recuperator استفاده می شود. جعبه ای متشکل از دو محفظه جدا شده است که با استفاده از فن ها با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. با کمک ماژول های Peltier، هوای سرد بیرون با انرژی استخراج شده از هوای گرم شده که از اتاق خارج می شود، گرم می شود. این دستگاه به شما امکان می دهد در گرمایش خانه صرفه جویی کنید.

ویتالی دولبینوف، rmnt.ru

عنصر Peltier یک مبدل ترموالکتریک است که در هنگام عبور جریان الکتریکی، اختلاف دما را در سطوح خود ایجاد می کند. اصل کار بر اساس اثر پلتیر است - ظهور اختلاف دما در نقطه تماس هادی ها تحت تأثیر جریان الکتریکی.

دستگاه و اصل عملکرد عنصر Peltier.

من فکر می کنم که فقط فیزیکدانان می توانند بفهمند که عنصر Peltier چگونه عمل می کند. برای پزشکان، نکته اصلی این است که حداقل واحد ماژول وجود دارد - یک ترموکوپل، که دو هادی نوع p و n متصل است.

هنگامی که جریانی از ترموکوپل عبور می کند، گرما در تماس n-p جذب می شود و در تماس p-n گرما آزاد می شود. در نتیجه، بخش نیمه هادی مجاور اتصال n-p خنک می شود و قسمت مقابل گرم می شود. اگر قطبیت جریان را تغییر دهید، از طرف دیگر، بخش n-p گرم می شود و قسمت مخالف خنک می شود.

اثر معکوس نیز وجود دارد. هنگامی که یک طرف ترموکوپل گرم می شود، جریان الکتریکی ایجاد می شود.

برای کاربرد عملی انرژی جذب گرما، یک ترموکوپل کافی نیست. ماژول ترموالکتریک از ترموکوپل های زیادی استفاده می کند. آنها به صورت سری به برق متصل می شوند. و به طور سازنده - به طوری که انتقال سرمایش و گرمایش در طرف های مختلف ماژول قرار دارد.

ترموکوپل ها بین دو صفحه سرامیکی نصب می شوند. آنها توسط شینه های مسی به هم متصل می شوند. تعداد ترموکوپل ها می تواند تا چند صد باشد. قدرت ماژول به تعداد آنها بستگی دارد.

اختلاف دما بین طرف گرم و سرد ماژول Peltier می تواند تا 70 درجه سانتیگراد باشد.

باید درک کرد که ماژول ترموالکتریک Peltier دمای یک طرف را نسبت به طرف دیگر کاهش می دهد. آن ها برای اینکه قسمت سرد دمای پایینی داشته باشد، باید گرما را از سطح داغ حذف کرد و دمای آن را کاهش داد.

برای افزایش اختلاف دما، اتصال سری (آبشاری) ماژول ها امکان پذیر است.

کاربرد.

ماژول های ترموالکتریک Peltier مورد استفاده قرار می گیرند:

• در یخچال های کوچک خانگی و خودرو؛
• در کولرهای آبی؛
• در سیستم های خنک کننده برای دستگاه های الکترونیکی؛
• در ژنراتورهای ترموالکتریک

من با استفاده از عنصر Peltier ساختم.

مزایا و معایب ماژول های Peltier.

مقایسه عناصر پلتیه با واحدهای خنک کننده کمپرسور به نوعی اشتباه است. دستگاه های بسیار متفاوت - یک سیستم مکانیکی بزرگ با کمپرسور، گاز، مایع و یک جزء نیمه هادی کوچک. و دیگر چیزی برای مقایسه وجود ندارد. بنابراین، مزایا و معایب ماژول های Peltier یک مفهوم بسیار متعارف است. مناطقی وجود دارد که در آنها قابل تعویض نیستند و در موارد دیگر استفاده از آنها کاملا غیر عملی است.

مزایای عناصر Peltier عبارتند از:

• عدم وجود قطعات متحرک مکانیکی، گازها، مایعات؛
• کار بی صدا؛
• اندازه کوچک؛
• توانایی تامین سرمایش و گرمایش؛
• امکان تنظیم صاف قدرت خنک کننده.

ایرادات:

• راندمان پایین؛
• نیاز به منبع تغذیه؛
• تعداد محدودی از استارت استاپ ها;
• هزینه بالای ماژول های قدرتمند

پارامترهای عنصر پلتیه

• Qmax(W) - ظرفیت خنک کنندگی، در حداکثر جریان مجاز و اختلاف دما بین طرف سرد و گرم برابر با 0. در نظر گرفته می شود که تمام انرژی گرمایی وارد شده به سطح سرد بلافاصله بدون تلفات به سطح گرم منتقل می شود.
• دلتا Tmax(درجه) - حداکثر اختلاف دما بین سطوح ماژول در شرایط ایده آل: دمای سمت گرم - 27 درجه سانتیگراد و سمت سرد با انتقال حرارت صفر.
• ایمکس(A) - جریان ارائه دهنده اختلاف دما دلتا Tmax.
• Umax(V) - ولتاژ، در جریان Imax و اختلاف دما دلتا Tmax.
• مقاومت(اهم) - مقاومت ماژول در برابر جریان مستقیم.
• پلیس(Сoefficient Of Рerformance) - ضریب، نسبت قدرت خنک کننده به توان الکتریکی مصرف شده توسط ماژول. آن ها شباهت کارایی معمولا 0.3-0.5.

الزامات عملکرد برای عناصر Peltier.

ماژول های Peltier دستگاه های بد خلق هستند. استفاده از آنها با تعدادی از الزامات همراه است که شکست آنها منجر به: تخریب یا خرابی ماژول، کاهش کارایی سیستم می شود.

• ماژول ها مقدار قابل توجهی گرما تولید می کنند. برای دفع گرما رادیاتور مناسب باید نصب شود... در غیر این صورت:
  • رسیدن به دمای مطلوب در سمت سرد ممکن نیست زیرا عنصر Peltier دما را نسبت به سطح داغ کاهش می دهد.
  • گرمایش مجاز طرف گرم به طور کلی + 80 درجه سانتیگراد است (در سمت با دمای بالا تا 150 درجه سانتیگراد). آن ها ماژول ممکن است به سادگی شکست بخورد.
  • در دماهای بالا، کریستال های ماژول تخریب می شوند، یعنی. راندمان و عمر مفید ماژول کاهش می یابد.
• مهم تماس حرارتی قابل اعتماد ماژولبا رادیاتور خنک کننده
• منبع تغذیه ماژول باید تامین شود جریان موج دار نه بیشتر از 5٪... در سطح بالاتر ریپل، بازده ماژول، طبق برخی داده ها، 30-40٪ کاهش می یابد.
• استفاده از رگلاتورهای رله برای کنترل عنصر پلتیه جایز نیست.این منجر به تخریب سریع ماژول می شود. هر روشن و خاموش شدن باعث تخریب ترموکوپل های نیمه هادی می شود. به دلیل تغییرات شدید دما بین صفحات ماژول، تنش های مکانیکی در مکان های لحیم کاری با نیمه هادی ها ایجاد می شود. تولید کنندگان عناصر Peltier تعداد چرخه های شروع و توقف ماژول را استاندارد می کنند. برای ماژول های خانگی، این حدود 5000 چرخه است. کنترلر رله ماژول Peltier را در 1-2 ماه غیرفعال می کند.
• علاوه بر این، عنصر Peltier رسانایی حرارتی بالایی بین سطوح دارد. در صورت خاموش شدن، گرمای هیت سینک جانبی داغ از طریق ماژول به سمت سرد منتقل می شود.
• غیر قابل قبولبرای کنترل توان روی عنصر Peltier، از مدولاسیون PWM استفاده کنید.
• برای تغذیه عنصر پلتیه با منبع جریان یا ولتاژ از چه چیزی باید استفاده کرد؟ معمولاً از منبع ولتاژ استفاده می شود. پیاده سازی آن راحت تر است. اما مشخصه جریان-ولتاژ ماژول Peltier غیر خطی و شیب دار است. آن ها با یک تغییر کوچک در ولتاژ، جریان به طور قابل توجهی تغییر می کند. و علاوه بر این، هنگامی که دمای سطوح ماژول تغییر می کند، مشخصه تغییر می کند. ما باید قدرت را تثبیت کنیم، یعنی حاصل ضرب جریان عبوری از ماژول و ولتاژ دو طرف آن. ظرفیت خنک کنندگی یک عنصر Peltier مستقیماً با توان الکتریکی مرتبط است. البته، این به یک تنظیم کننده نسبتاً پیچیده نیاز دارد.
• ولتاژ یک ماژول به تعداد ترموکوپل های موجود در آن بستگی دارد. اغلب اینها 127 ترموکوپل هستند که مربوط به ولتاژ 16 ولت است. توصیه می شود تا 12 ولت را تامین کنید، یا 75٪ Umax. در این ولتاژ، ماژول ها کارایی بهینه دارند.
• ماژول ها به صورت هرمتیک مهر و موم شده اند و حتی در آب نیز قابل استفاده هستند.
• قطبیت ماژول با رنگ سیم ها - سیاه و قرمز - مشخص شده است. به طور معمول، سیم قرمز (مثبت) در سمت راست، نسبت به سمت سرد قرار دارد.

من یخچالی ساخته ام که تمام این الزامات را برآورده می کند. او:

• قدرت را برای عنصر Peltier با ریپل بیش از 2٪ فراهم می کند.
• توان الکتریکی ماژول را تثبیت می کند، یعنی. حاصل ضرب جریان و ولتاژ
• روشن شدن صاف ماژول را فراهم می کند.
• دما طبق اصل کنترل آنالوگ کنترل می شود، یعنی. تغییر آرام قدرت در عنصر peltier.
• کنترل کننده برای یخچال طراحی شده است، بنابراین ریاضیات تنظیم کننده ها اینرسی خنک کننده هوا در محفظه را در نظر می گیرد.
• کنترل دمای سمت گرم و کنترل فن را فراهم می کند.
• دارای راندمان بالا، عملکرد گسترده است.

ماژول ترموالکتریک Peltier TEC1-12706.

این رایج ترین نوع عنصر Peltier است. در بسیاری از لوازم خانگی استفاده می شود. گران نیست، با پارامترهای خوب. گزینه مناسبی برای ساخت یخچال های کم مصرف، کولر آبی و ... می باشد.

ویژگی های ماژول TEC1-12706 از اسناد شرکت سازنده - HB Corporation به روسی ترجمه شده است.

پارامترهای فنی TEC1-12706.

ویژگی های گرافیکی