Najveći element je peltier. Peltierov element ili termoelektrični modul

Fenomen pojave termo-EMF otkrio je njemački fizičar Thomas Johann Seebeck davne 1821. godine. A ovaj se fenomen sastoji u činjenici da u zatvorenom električnom krugu koji se sastoji od serijski spojenih različitih vodiča, pod uvjetom da su njihovi kontakti u uvjetima različitih temperatura, nastaje EMF.

Ovaj efekt, nazvan po svom otkrivaču Seebeckovom efektu, sada se jednostavno zove termoelektrični efekt.

Ako se krug sastoji samo od para različitih vodiča, tada se takav krug naziva. Kao prva aproksimacija, može se tvrditi da vrijednost termo-EMF ovisi samo o materijalu vodiča i o temperaturama hladnog i vrućeg kontakta. Dakle, u malom temperaturnom rasponu, termo-EMF je proporcionalan temperaturnoj razlici između hladnog i vrućeg kontakta, a koeficijent proporcionalnosti u formuli naziva se koeficijent termo-EMF.

Na primjer, s temperaturnom razlikom od 100 ° C, pri temperaturi hladnog kontakta od 0 ° C, par bakar-konstantan ima termo-EMF od 4,25 mV.

U međuvremenu, Termoelektrični učinak temelji se na tri komponente:

Prvi faktor je razlika u ovisnosti prosječne energije elektrona o temperaturi za različite tvari. Kao rezultat toga, ako je, kada se vodič zagrije na jednom od njegovih krajeva, temperatura viša, tada elektroni postižu veće brzine od elektrona na hladnom kraju vodiča.

Usput, u poluvodičima s zagrijavanjem povećava se i koncentracija elektrona vodljivosti. Elektroni velikom brzinom jure prema hladnom kraju i tamo se nakuplja negativni naboj, a na vrućem se dobiva nekompenzirani pozitivni naboj. Tako nastaje komponenta termo-EMF-a, nazvana volumetrijski EMF.

Drugi čimbenik je da za različite tvari kontaktna razlika potencijala ovisi o temperaturi na različite načine. To je zbog razlike u Fermijevoj energiji za svaki od vodiča dovedenih u kontakt. Kontaktna razlika potencijala koja nastaje u ovom slučaju ispada proporcionalna Fermijevoj energijskoj razlici.

Električno polje se dobiva u tankom sloju blizu kontakta, a razlika potencijala na svakoj strani (za svaki od vodiča dovedenih u kontakt) bit će ista, a kada se krug zaobiđe u zatvorenoj petlji, rezultirajuće električno polje bit će nula.

Ali ako se temperatura jednog od vodiča razlikuje od temperature drugog, tada će se zbog ovisnosti Fermijeve energije o temperaturi promijeniti i razlika potencijala. Kao rezultat toga, bit će kontaktni EMF - druga komponenta termo-EMF-a.

Treći faktor je povećanje fononske emf... Pod uvjetom da postoji temperaturni gradijent u krutom tijelu, prevladavat će broj fonona (fonon je kvant vibracijskog gibanja kristalnih atoma) koji se kreću od vrućeg do hladnog kraja, zbog čega, zajedno s fononima, veliki broj elektrona će se odnijeti prema hladnom kraju. , i negativni naboj će se akumulirati tamo dok proces ne dođe u ravnotežu.

Time se dobiva treća komponenta termo-EMF-a, koja pri niskim temperaturama može biti stotine puta veća od dvije gore spomenute komponente.

Godine 1834. francuski fizičar Jean Charles Peltier otkrio je suprotan učinak. Otkrio je da kada električna struja prođe kroz kontakt (spoj) dva različita vodiča, toplina se oslobađa ili apsorbira.

Količina apsorbirane ili emitirane topline povezana je s vrstom lemljenih tvari, kao i sa smjerom i veličinom električne struje koja teče kroz spoj. Peltierov koeficijent u formuli je numerički jednak koeficijentu termo-EMF pomnoženom s apsolutnom temperaturom. Ovaj fenomen je danas poznat kao.

Ruski fizičar Emiliy Christianovich Lenz otkrio je bit Peltierovog efekta 1838. godine. Eksperimentalno je testirao Peltierov učinak stavljajući kap vode na spoj uzoraka antimona i bizmuta. Kada je Lenz propuštao električnu struju kroz strujni krug, voda se pretvorila u led, ali kada je znanstvenik obrnuo smjer struje, led se brzo otopio.

Znanstvenik je ustanovio na način da kada struja teče, Jouleova toplina ne samo da se oslobađa, već se i apsorbira ili oslobađa dodatna toplina. Ta dodatna toplina naziva se Peltierova toplina.

Fizička osnova Peltierovog učinka je sljedeća. Kontaktno polje na spoju dviju tvari, stvoreno kontaktnom razlikom potencijala, ili sprječava prolaz struje koja prolazi kroz strujni krug, ili ga potiče.

Ako se struja propušta prema polju, tada je potreban rad izvora koji mora potrošiti energiju da prevlada kontaktno polje, uslijed čega se spoj zagrijava. Ako je struja usmjerena tako da je kontaktno polje podupire, tada kontaktno polje obavlja posao, a energija se oduzima samoj tvari, a ne troši izvor struje. Kao rezultat toga, tvar na spoju se hladi.

Peltierov efekt je najizraženiji kod poluvodiča, zbog čega Peltierovi moduli odn. termoelektrični pretvarači.

U srcu Peltierov element dva poluvodiča u dodiru jedan s drugim. Ovi se poluvodiči razlikuju po energiji elektrona u vodljivom pojasu, stoga, kada struja teče kroz kontaktnu točku, elektroni su prisiljeni stjecati energiju kako bi mogli prijeći u drugu vodljivost.

Dakle, pri prelasku u vodljivi pojas više energije drugog poluvodiča, elektroni apsorbiraju energiju, hladeći prijelazno mjesto. U smjeru suprotnom od struje, elektroni odustaju od energije, a osim Jouleove topline dolazi do zagrijavanja.

Poluvodički Peltierov modul sastoji se od nekoliko parova u obliku malih paralelepipeda. Obično se kao poluvodiči koriste bizmut telurid i čvrsta otopina silicija i germanija. Poluvodički paralelepipedi su međusobno u paru povezani bakrenim kratkospojnicima. Ovi skakači služe kao kontakti za izmjenu topline s keramičkim pločama.

Džamperi su smješteni tako da se s jedne strane modula nalaze samo skakači koji osiguravaju n-p prijelaz, a s druge strane - samo skakači koji osiguravaju p-n prijelaz. Kao rezultat toga, kada se primijeni struja, jedna strana modula se zagrijava, druga se hladi, a ako je polaritet napajanja obrnut, strana grijanja i hlađenja su obrnute. Dakle, prolaskom struje dolazi do prijenosa topline s jedne strane modula na drugu i nastaje temperaturna razlika.

Ako se sada jedna strana Peltierovog modula zagrije, a druga ohladi, tada će se u krugu pojaviti termo-EMF, odnosno ostvarit će se Seebeckov efekt. Očito, Seebeckov efekt (termoelektrični efekt) i Peltierov efekt su dvije strane istog novčića.

Peltierovi moduli su sada lako dostupni po relativno pristupačnoj cijeni. Najpopularniji su Pertier moduli tipa TES1-12706, koji sadrže 127 termoparova i dizajnirani su za napajanje od 12 volti.

Uz maksimalnu potrošnju od 6 ampera postiže se temperaturna razlika od 60°C, dok je proizvođač deklarirani siguran radni temperaturni raspon od -30°C do +70°C. Veličina modula 40 mm x 40 mm x 4 mm. Modul može raditi i u načinu hlađenja-grijanja i u.

Postoje i snažniji Peltierovi moduli, na primjer TEC1-12715, dizajnirani za 165 vata. Kada se napaja naponom od 0 do 15,2 volta, sa strujom od 0 do 15 ampera, ovaj modul je sposoban razviti temperaturnu razliku od 70 stupnjeva. Veličina modula je također 40 mm x 40 mm x 4 mm, ali raspon sigurnih radnih temperatura je širi - od -40 ° C do + 90 ° C.

Tablica u nastavku prikazuje podatke za Peltierove module koji su danas široko dostupni na tržištu:

Andrej Povny

Peltierov element je poseban termoelektrični pretvarač koji radi po istoimenom Peltierovom principu – pojava temperaturne razlike tijekom dovoda električne struje. Na engleskom se najčešće naziva TEC, što znači termoelektrični hladnjak.

Kako djeluje Peltierov element

Rad Peltierovog elementa temelji se na dodiru dvaju vodljivih materijala koji imaju različite razine energije elektrona u vodljivom pojasu. Kada se električna struja dovodi kroz takav priključak, elektron dobiva visoku energiju, kako bi se zatim prešlo u vodljivi pojas više energije drugog poluvodiča. U trenutku apsorpcije ove energije vrši se hlađenje mjesta vodiča. Ako struja teče u suprotnom smjeru, to dovodi do zagrijavanja kontaktne točke i uobičajenog toplinskog učinka.

Ako s jedne strane napravite dobro rasipanje topline, na primjer, kada koristite sustave radijatora, tada će hladna strana moći osigurati vrlo nisku temperaturu, koja će biti nekoliko desetaka stupnjeva niža od temperature okolnog svijeta. Količina struje proporcionalna je stupnju hlađenja. Ako promijenite polaritet električne struje, tada će strane (tople i hladne) jednostavno zamijeniti mjesta.

U dodiru s metalnom površinom, Peltierov element postaje toliko malen da ga je gotovo nemoguće primijetiti na pozadini omskog zagrijavanja i drugih učinaka toplinske vodljivosti. Zato se u praksi koriste dva poluvodiča.

Broj termoparova može biti vrlo raznolik - od 1 do 100, zbog čega je moguće izraditi Peltierov element s praktički bilo kojim pokazateljima rashladnog kapaciteta.

Praktična upotreba

Danas, Peltierovi elementi aktivno se koriste za:

1. hladnjaci;
2. klima uređaji;
3. hladnjaci za automobile;
4. hladnjaci vode
5. PC video kartice;

Peltierov element se široko koristi u raznim rashladnim sustavima, uključujući hladnjake i klima uređaje. Njegova sposobnost dostizanja vrlo niskih temperatura čini ga izvrsnim rješenjem za hlađenje električnih uređaja ili tehničke opreme koja je izložena toplini. Danas programeri koriste Peltierove elemente u akustičnim i zvučnim sustavima, gdje djeluju kao konvencionalni hladnjak. Odsutnost intenzivnih zvukova čini proces hlađenja gotovo tihim, što je velika prednost elementa.

Danas je ova tehnologija vrlo popularna zbog vrlo snažno odvođenje topline... Osim toga, moderni Peltierovi elementi vrlo su kompaktne veličine, a njihovi radijatori su sposobni dugo vremena održavati željenu temperaturu. Još jedna prednost Peltierovih elemenata je njihova trajnost. sastavljeni su od čvrstih fiksnih elemenata, što smanjuje vjerojatnost loma. Dizajn najčešćeg tipa izgleda vrlo jednostavno i uključuje dva bakrena vodiča s kontaktima i spojnim žicama, također i izolacijski element koji je izrađen od nehrđajućeg čelika ili keramičkih materijala.

S obzirom na jednostavnost dizajna, napraviti Peltierov element vlastitim rukama kod kuće uopće nije teško. Može se koristiti za hladnjake ili druge uređaje... Prije početka rada morate pripremiti dvije metalne ploče i ožičenje s kontaktima. U početku pripremite vodiče za ugradnju na podnožje elementa. U pravilu se koriste vodiči s oznakom "PP".

Također je vrijedno unaprijed paziti na izlazne poluvodiče. Oni će se koristiti za prijenos topline na gornju ploču. Tijekom postupka instalacije koristite lemilo. U završnoj fazi morate spojiti dvije žice. Prvi je instaliran na podnožju i čvrsto pričvršćen u blizini vanjskog vodiča. Važno je uzeti u obzir da se svaki kontakt s pločom eliminira.

Na vrhu je pričvršćen drugi vodič. Fiksiran je na isti način kao i prvi - do ekstremnog vodiča. Da biste provjerili funkcionalnost uređaja, vrijedi koristiti tester. Samo spojite dvije žice na instrument i provjerite napon. Odstupanje napona će biti biti negdje oko 23 V.

Kako napraviti Peltierove elemente za hladnjak?

DIY Peltier elementi za hladnjak također se izrađuju jednostavno i brzo. Prvo što treba uzeti u obzir prije početka rada je materijal ploče. To bi trebala biti izdržljiva keramika. Što se tiče dirigenta, potrebno ih je pripremiti. ne manje od 20 komada, što će vam omogućiti postizanje maksimalne temperaturne razlike. Ako se izračuna ispravno, učinkovitost se može povećati za 70%.

Mnogo ovisi o snazi ​​opreme koja se koristi. Ako hladnjak radi na bazi tekućeg freona, tada nikada neće biti problema s napajanjem. Peltierov element, koji je izrađen ručno, ugrađuje se neposredno uz isparivač koji se ugrađuje zajedno s motorom. Za takvu instalaciju morat ćete se opskrbiti najstandardnijim setom alata i brtvila. Oni će se primijeniti na element modela iz startnog releja. S ovim rješenjem hlađenje na dnu uređaja bit će puno brže.

Vrijedno je zapamtiti da prije nego što vlastitim rukama napravite Peltierov element za hladnjak, morate se opskrbiti dovoljnim brojem električnih vodiča. Kako bi se postigla razlika u temperaturama pri razvoju elementa vlastitim rukama, koristite najmanje 16 žica... Obavezno im osigurajte kvalitetnu izolaciju i tek onda spojite na kompresor. Nakon što se uvjerite u pouzdanost i sigurnost veze između žica, možete nastaviti s njihovim povezivanjem. Nakon završetka instalacije, ponovno provjerite ograničenje napona testerom. Ako je rad elementa poremećen, to će prvo utjecati na termostat. Ponekad dolazi do kratkog spoja.

Osim hladnjaka, Peltierovi elementi aktivno se koriste u rashladnim uređajima automobila. Izrada visokokvalitetnog hladnjaka za automobile vlastitim rukama također je prilično jednostavna. Da biste to učinili, morate pronaći dobru keramičku ploču debljine najmanje 1,1 milimetar. Žice moraju biti nemodularne. Najbolji vodiči su bakrene žice s propusnim opsegom ne manje od 4 Ampera.

S tim u vezi, maksimalno odstupanje temperature doseći će deset stupnjeva, što se smatra normom. U čestim slučajevima koriste se vodiči s oznakom "PR20", koji su se uspjeli istaknuti maksimalnom pouzdanošću i stabilnošću rada. Osim toga, prikladni su za razne vrste kontakata. Prilikom spajanja uređaja na kondenzator, vrijedi koristiti lemilo.

Kako napraviti Peltierov element za hladnjak pitke vode?

Hladnjak pitke vode je vrlo važan i neophodan uređaj koji na vrijeme hladi ili zagrijava pitku vodu. Do ubrzati proces hlađenja, možete primijeniti Peltierov element. Može se napraviti jednostavno kao za hladnjak ili hladnjak za automobil:

• Kao ploču treba koristiti samo keramičku površinu.
• Uređaj koristi najmanje 12 vodiča koji mogu izdržati veliki otpor.
• Za povezivanje morate koristiti dvije žice (po mogućnosti bakrene). Element je instaliran na dnu hladnjaka. Osim toga, može doći u dodir s poklopcem uređaja. Ali kako biste spriječili moguće kratke spojeve, popravite sva ožičenja na rešetki ili kućištu.

DIY Peltier element za klima uređaje

Ako govorimo o Peltierovom elementu za klima uređaje, onda se može napraviti samo od vodiča "PR12". Činjenica je da ova vrsta vodiča savršeno podnosi abnormalne temperature i može isporučiti do 23V napona. U tom slučaju, otpor bi trebao fluktuirati unutar 3 oma. Maksimalni padovi temperature dosezat će 10 stupnjeva, a učinkovitost će biti 65 posto. Dirigenti trebaju slagati u nizu.

Treba napomenuti da Peltierov element može poslužiti kao hladnjak za video karticu osobnog računala. Da biste napravili hladnjak, trebate uzeti 14 vodiča, po mogućnosti bakrene. Da biste spojili Peltierov element na PC video karticu, trebate koristiti nemodularni vodič. Sam uređaj je montiran uz ugrađeni hladnjak na video kartici. Za pričvršćivanje se mogu koristiti mali metalni kutovi, a za pričvršćivanje obične matice.

Ako se tijekom rada primijeti neka intenzivna buka i drugi neprirodni zvukovi, vrijedi provjeriti funkcionalnost ožičenja i pregledati svaki vodič.

Što je Peltierov element - električni, toplinski pretvarač, koji se sastoji od nekoliko parova (u nekim slučajevima, jednog) poluvodiča različitih vrsta ("n" i "p"), potonji su povezani metalnim skakačima - uglavnom bakrenim. U praksi ovaj uređaj stvara temperaturnu razliku na različitim krajevima površine kada teče energija električne struje.

Jedna od najjednostavnijih verzija ovog Peltierovog uređaja u praktičnoj upotrebi je modifikacija TEC1-12706 prikazana na slici 1.

Princip rada temelji se na Peltierovom termoelektričnom učinku. Drugim riječima, tijekom strujanja i pod djelovanjem električne struje stvara se temperaturna razlika na mjestima kontakata termoelementa - poluvodiča "n" i "p" - tipa.

Peltierovi elementi su još uvijek "osjetljivi uređaji" na pregrijavanje i visoke temperature. Podliježu visokim zahtjevima za rad, ako se ne ispune, uređaj brzo pokvari. Vrlo je važno ukloniti toplinu, u tu svrhu potrebno je ugraditi radijator ili ventilator, inače se ne postiže temperatura hladne strane u odnosu na vruću.

Kako djeluje Peltierov element

Zamislite da električna struja teče kroz termalni par kao što je prikazano na slici 2.

U tom slučaju dolazi do procesa apsorpcije toplinske energije na poluvodičkom kontaktu n - p i procesa oslobađanja toplinske energije na p - n kontaktu. Kao rezultat toga, dio poluvodičkog termoelementa, koji je sparen s n-p kontaktom, bit će ohlađen, a drugi dio na drugoj suprotnoj strani će se zagrijati.

U slučaju da promijenimo polaritet struje, procesi grijanja i hlađenja će se također promijeniti.

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

Naravno, u praksi uporaba jednog termoelementa nije dovoljna za potpuno uklanjanje toplinske energije, stoga se u pretvaraču koristi veliki broj. Električni krug je sastavljen od termoelementa u seriji. Istodobno, u dizajnu elemenata za toplinsko pretvaranje: grijaći termoelementi smješteni su s druge strane u odnosu na rashladne.

Dizajn Peltierovog elementa vrlo je jednostavan. Toplinske pare su izgrađene između dvije keramičke ploče. Termoparovi su povezani bakrenim vodičima (sabirnicama). Broj termoelemenata određen je namjenom termoelementa, njegovom snagom i mjestom ugradnje i može se koristiti od jednog do nekoliko stotina komada.

Glavni elementi termičkog pretvarača su: poluvodiči p-tipa, poluvodiči n-tipa, keramičke ploče, bakrena sučelja - vodiči; kontakti za dovod električne struje "plus" i "minus". Za Peltierov element, temperaturna razlika između različitih rubova termoelemenata doseže i do 70 stupnjeva Celzija. Za povećanje ove razlike potrebno je povećati kaskadu serijskog povezivanja termoelementa.

Osnovne karakteristike izvedbe Peltierovog elementa

Ovaj uređaj u cjelini radi idealno u slučajevima kada su termoelementi u dobrom i pouzdanom kontaktu s rashladnim uređajem, bilo radijatorom za hlađenje ili rashladnim ventilatorom sa zavojnicom, odnosno dobrog odvođenja topline.

Peltierovi moduli, kako ih često nazivaju, vrlo su osjetljivi na fluktuacije struje i napona (ne više od 5%). Pod utjecajem visokih temperatura (najkritičnije za elemente do 150 stupnjeva) učinkovitost se višestruko smanjuje (do 40%) i modul se vrlo brzo kvari.

U pravilu, neprihvatljiv uvjet u radu poluvodičkih elemenata je prilagodba relejnih uređaja: ograničavanje ili regulacija snage. To dovodi do razgradnje kristalnih komponenti i do kvara elementa u kratkom vremenu.

Često uključivanje i isključivanje uređaja također negativno utječe na rad i vijek trajanja, te na njegovu trajnost funkcioniranja. Prema zakonima fizike, svako zagrijavanje materijala dovodi do njegovog toplinskog širenja, a hlađenje do kontrakcije. Sukladno tome, posebno slabe točke u poluvodičkim elementima su one za "lemljenje", gdje se zbog mehaničkog pomicanja mogu pojaviti defekti u obliku mikropukotina i, u konačnici, do prekida strujnog kruga.

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

Prednosti i nedostaci Peltierovog modula

U principu, nemoguće je i nepraktično uspoređivati ​​Peltierov uređaj s drugim rashladnim jedinicama s različitim pogonima, budući da u prvom slučaju imaju poluvodičke materijale u obliku kristala, au drugom slučaju radni fluid je plin ili tekućina. (na primjer, kompresorski hladnjak). Oba uređaja koriste se u raznim područjima.

Prednosti Peltierovih elemenata uključuju:

• potpuna odsutnost mehanike kretanja i rotirajućih dijelova, kao i tekućina, plinova;
• nema apsolutno nikakve buke iz uređaja;
• relativno mala veličina;
• dvostruka funkcionalnost: grijanje i hlađenje s promjenom polariteta;

Nedostaci uključuju:

• relativno niska učinkovitost;
• zahtjev za stalnim izvorom energije, napajanjem;
• broj pokretanja i zaustavljanja je ograničen;
• glatko isključivanje i uključivanje termoelektričnih uređaja;
• kontrola grijanja s jedne strane ili hlađenja s druge strane ventilatorom.

Anketa: Je li jasno što je i kako Peltierov element radi

Standardni termoelektrični moduli imaju inverzni princip rada. U ovom članku ćemo govoriti o korištenju Peltier-Seebeck modula u uređajima za izmjenu topline te navesti primjer montaže hladnjaka vode i osnovnog sustava hlađenja zraka s mogućnošću ponovnog pokretanja (grijanja).

Princip rada termoelektričnih modula (TEM) koji se koriste za hlađenje temelji se na Seebeckovom učinku – procesu suprotnom od Peltierovog efekta. Glavni element je isti TEM opisan u prvom dijelu. Kada se istosmjerna struja primjenjuje na polje termoelementa, uočava se temperaturna razlika na ravninama keramičke ploče. To je činjenica koja se temelji na termodinamičkom procesu, koji nećemo opisivati ​​(da se ne umorimo od znanstvenih proračuna), 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 približni i mogu se zamijeniti sličnim (ili više/manje moćnim) prema nahođenju majstora.

Kako napraviti vlastiti hladnjak za vodu

Izbirljivi čitatelj već je shvatio da se "čudesna kantica" iz prvog dijela može koristiti za hlađenje tekućine, ako je pokrenete "u suprotnom smjeru" spajanjem istosmjerne struje.

TEM se koriste u svakom hladnjaku za vodu. Sasvim je moguće vlastitim rukama izgraditi analog ovog tvorničkog uređaja, dok neće raditi ništa gore. Opisat ćemo sam princip rada i shemu montaže. Mogućnosti izgleda i izvedbe mogu se odabrati na temelju vlastitih potreba. Na primjer, učinite ga prijenosnim ili stacionarnim, integriranim u kuhinjski namještaj ili sustav za obradu pitke vode. Potonja opcija je optimalna, jer će se hlađenje u sustavu kontrolirati (napajanjem).

Za ovo nam je potrebno:

1. Pravokutna ravna zatvorena posuda od nehrđajućeg čelika dimenzija 100x100x30 (tikvica izmjenjivača topline) s 1/2" navojnim otvorima na kratkim stranama. Ovo je jedini element čiju izradu najbolje naruči majstor u tvornici.
2. Opskrba pitkom vodom s priključkom ½” (iz spremnika ili vodovoda).
3. Jedinica napajanja za 10-12 volti s regulacijom struje.
4. Termoelektrični moduli TEC1-12705 (40x40) - 2 kom.
5. Žice s poprečnim presjekom od 0,2 mm.
6. Ljepilo za topljenje ili termalna pasta.
7. Tipka za 2 kanala (prekidač, tipka).
8. Slavina, lemilica, lem.

Koristeći vruće ljepilo, fiksiramo TEM na tikvicu. Povezujemo žice u odgovarajuće skupine (plus i minus). Određujemo prikladno mjesto za ključ, uzimajući u obzir mogućnost zamjene tijekom popravka i dostupnost tijekom korištenja. Uključujemo ga u dijagram. Priključujemo žice na napajanje. Vršimo ispitivanja strujnih krugova.

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

Zatim spojimo ulazni priključak tikvice izmjenjivača topline s kanalom za dovod vode, a izlaz s crijevom (fleksibilnim ili krutim) na slavinu.

Sustav punimo vodom i postavljamo optimalnu amperažu na potreban tlak mlaza. Optimalna glava je nešto jača od gravitacije. To će biti dovoljno za unos hladne pitke vode. Ostale nijanse - pričvršćivači, duljina žice, mjesto - čisto su individualne u svakom slučaju.

Ovaj osnovni sustav može se razvijati i poboljšavati. Na primjer, u izmjenjivač topline ugradite termostat i uključite ga u krug umjesto ključa (prekidač) - prikladan je tamo gdje je stalno potrebna voda određene temperature. Tikvica izmjenjivača topline može biti izrađena od srebra za dodatnu ionizaciju vode. Uključivanjem pojačanog pretvarača konstantnog napona EK-1674 u sustav moguće je svesti potrošnju energije na minimum.

Izračun troškova izgradnje hladnjaka:

U ovom sustavu rebrasti radijator nije uključen, budući da se bez njega postiže postavljeni cilj - hlađenje (ali ne zamrzavanje) malog volumena vode (300 ml).

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

Hlađenje zraka je teži zadatak. Ako je u slučaju vode učinkovitost hladnjaka zajamčena razlikom gustoće medija (voda - zrak), onda je u slučaju homogenog medija (zrak - zrak) situacija složenija. Glavna poteškoća je uklanjanje temperature s vruće strane TEM površine. Točnije - sinkrono uklanjanje temperature s obje površine. Ako jednostavno pokrenete Peltier-Seebeck element, zagrijani i ohlađeni zrak će se pomiješati i temperatura će se izjednačiti.

U skučenim prostorima s malim volumenom (do 0,7 m 3) prilično je primjenjiv sustav hlađenja na bazi TEM-a s dvostranim izlazom zraka. To vam omogućuje da napravite novu rashladnu kutiju ili date drugi život starom hladnjaku (zamrzivaču). Da biste to učinili, morat ćete malo zakomplicirati sustav uključivanjem par ispušnih ventilatora međusobnog napajanja, temperaturnog releja, rebrastog radijatora i korištenjem učinkovitijih termoelektričnih modula.

Trebamo (za jednu osnovnu rashladnu točku):

1. TEM TES1-12712 (40X40), 106 vata - 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, termalna mast, pričvršćivači

U gotovoj kutiji, u gornjem dijelu rashladne zone, izrađujemo pravokutni prozor dimenzija 100x100 mm. Izrezali smo dvije duraluminske ploče dimenzija 130x130 mm i 180x180 mm. Ventilator fiksiramo u sredini manje ploče na način da protok zraka ostane 1 cm. Unutar kutije ugradite temperaturni prekidač. Manju ploču montiramo s unutarnje strane kutije (s ventilatorom unutar kutije) na vijke ili zakovice kroz brtvilo. Ljepimo TEM-ove na montiranu ploču i izvlačimo žice. Izrežemo i savijamo veliku ploču tako da stane u montažni otvor, ali istodobno postoje strane za pričvršćivanje na zid kutije izvana. Na njega pričvršćujemo radijator i drugi ventilator. Obilno podmažite TEM termalnom pastom i montirajte ploču na zid kutije kroz brtvilo.

Pažnja! Mora postojati maksimalni kontakt između TEM područja i ploče!

Prikupljamo električni krug. Preporučamo uključivanje ventilatora na konstantnu maksimalnu snagu, a struju za TEM kroz regulator. To će osigurati učinkovito uklanjanje temperature i miješanje zraka pri radu u različitim načinima rada (ne punom snagom).

Prednosti ovog dizajna:

• tihi rad u usporedbi s kompresorskim hladnjacima;
• nedostatak mehanizama i pokretnih dijelova, sile trenja (ništa za lomljenje);
• ne koriste se tekući nosači topline (freon);
• ukupna potrošnja energije od oko 200 vata;
• možete nadograditi dizajn, varirati performanse;
• dostupnost i održivost pojedinih jedinica.

Nedostaci:

• moguća je pojava kondenzacije na duraluminskim pločama;
• vanjska upravljačka jedinica;
• mnogi čimbenici i nijanse rada otkrivaju se empirijski tijekom uporabe;
• malo područje primjene.

Izračun troškova izgradnje osnovnog rashladnog sustava za hladnjak i klima uređaj:

U principu, ovaj dizajn je gotovi ugrađeni klima uređaj koji se može ugraditi u kabinu automobila, traktora, u zatvorenu volijeru ili u sigurnosnu kabinu. Potrebno je samo razmisliti o konstruktivnoj zaštiti od atmosferskih oborina.

Rezerva snage modula TEC1-12712 je prilično velika. Amplituda temperature na stranama elementa može doseći 50 stupnjeva. Pri temperaturi zraka u prostoriji od +27 °C i korištenju tekućeg sustava hlađenja (radijator + ventilator), možete izvući impresivnih minus 25 °C na izlazu! To vam omogućuje stvaranje tihih zamrzivača bez kompresora, čak i kod kuće.

Gdje se još koriste termoelektrični moduli?

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

Glavne primjene termoelektričnih modula:

1. Hlađenje mikro krugova. Ventilatori, kao glavni izmjenjivač topline, stvar su prošlosti. Zamijenjuju ih kompaktni, tihi i gotovo vječni TEM-ovi.
2. Strojarstvo. Čak i najmoderniji ICE generira ispušne plinove iz komore za izgaranje. Inženjeri koriste svoju toplinu za stvaranje dodatne energije pomoću Peltierovih elemenata. Prikupljena energija se vraća u sustave motora, ali u obliku istosmjerne struje, čime se štedi gorivo.
3. Uređaji. Sve što je gore opisano, plus većina kućanskih aparata koji rade za hlađenje ili grijanje (osim kompresorskih hladnjaka).

I na kraju mala tajna. Naš modul ima gotovo prekrasno svojstvo - reverzibilnost. To znači da kada se DC polaritet obrne na žicama modula (pomoću prekidača), vruća i hladna površina se obrnu. Hladnjak se pretvara u grijač, hladnjak se pretvara u toplinsku komoru (inkubator), a klima uređaj se pretvara u grijač ventilatora male snage. Da biste to učinili, ne morate mijenjati shemu uređaja. Dovoljno je samo promijeniti polaritet.

Ovaj princip se koristi u uređaju koji se zove rekuperator. To je kutija koja se sastoji od dvije izolirane komore, koje međusobno komuniciraju pomoću ventilatora. Uz pomoć Peltierovih modula, hladni vanjski zrak se zagrijava energijom izvučenom iz zagrijanog zraka koji se odvodi iz prostorije. Uređaj vam omogućuje uštedu na grijanju kuće.

Vitalij Dolbinov, rmnt.ru

Peltierov element je termoelektrični pretvarač koji stvara temperaturnu razliku na svojim površinama kada teče električna struja. Princip rada temelji se na Peltierovom učinku - pojavi temperaturne razlike na mjestu kontakta vodiča pod utjecajem električne struje.

Uređaj i princip rada Peltierovog elementa.

Mislim da samo fizičari mogu razumjeti kako Peltierov element zapravo funkcionira. Za praktičare, glavna stvar je da postoji minimalna jedinica modula - termoelement, koji je dva povezana vodiča p i n tipa.

Kada struja prolazi kroz termoelement, toplina se apsorbira na n-p kontaktu, a toplina se oslobađa na p-n kontaktu. Kao rezultat toga, dio poluvodiča uz n-p spoj će se ohladiti, a suprotni dio će se zagrijati. Ako promijenite polaritet struje, s druge strane, n-p dio će se zagrijati, a suprotni će se ohladiti.

Postoji i suprotan učinak. Kada se jedna strana termoelementa zagrije, nastaje električna struja.

Za praktičnu primjenu energije apsorpcije topline jedan termopar nije dovoljan. Termoelektrični modul koristi mnogo termoparova. Električni su spojeni u seriju. I konstruktivno - tako da se prijelazi za hlađenje i grijanje nalaze na različitim stranama modula.

Između dvije keramičke ploče ugrađuju se termoelementi. Spojeni su bakrenim sabirnicama. Broj termoparova može biti i do nekoliko stotina. Snaga modula ovisi o njihovom broju.

Temperaturna razlika između tople i hladne strane Peltierovog modula može biti do 70°C.

Treba razumjeti da Peltier termoelektrični modul smanjuje temperaturu jedne strane u odnosu na drugu. Oni. da bi hladna strana imala nisku temperaturu, potrebno je ukloniti toplinu s vruće površine, smanjujući njezinu temperaturu.

Za povećanje temperaturne razlike moguće je serijsko (kaskadno) spajanje modula.

Primjena.

Koriste se termoelektrični Peltierovi moduli:

• u malim kućanskim i automobilskim hladnjacima;
• u rashladnim uređajima za vodu;
• u rashladnim sustavima za elektroničke uređaje;
• u termoelektričnim generatorima.

Napravio sam koristeći Peltierov element.

Prednosti i nedostaci Peltierovih modula.

Nekako je pogrešno uspoređivati ​​Peltierove elemente s rashladnim jedinicama kompresora. Vrlo različiti uređaji - veliki mehanički sustav s kompresorom, plinom, tekućinom i malom poluvodičkom komponentom. I nema se više s čime usporediti. Stoga su prednosti i nedostaci Peltierovih modula vrlo konvencionalan koncept. Postoje područja u kojima nisu zamjenjivi, au drugim slučajevima njihova upotreba je potpuno nepraktična.

Prednosti Peltierovih elemenata uključuju:

• odsutnost mehanički pokretnih dijelova, plinova, tekućina;
• tihi rad;
• mala veličina;
• sposobnost hlađenja i grijanja;
• mogućnost glatke regulacije rashladne snage.

Nedostaci:

• niska učinkovitost;
• potreba za izvorom energije;
• ograničeni broj start-stopova;
• visoka cijena snažnih modula.

Parametri Peltierovog elementa.

• Qmax(W) - kapacitet hlađenja, pri maksimalnoj dopuštenoj struji i temperaturnoj razlici između tople i hladne strane jednakoj 0. Smatra se da se sva toplinska energija koja ulazi u hladnu površinu trenutno prenosi na vruću bez gubitaka.
• Delta Tmax(deg) - maksimalna temperaturna razlika između površina modula u idealnim uvjetima: temperatura tople strane - 27 °C i hladne strane s nultim prijenosom topline.
• Imax(A) - struja koja osigurava temperaturnu razliku delta Tmax.
• Umax(V) - napon, pri struji Imax i temperaturnoj razlici delta Tmax.
• Otpornost(Ohm) - otpor modula na istosmjernu struju.
• POLICAJAC(Soefficient Of Rerformance) - koeficijent, omjer snage hlađenja i električne energije koju troši modul. Oni. sličnost učinkovitosti. Obično 0,3-0,5.

Zahtjevi izvedbe za Peltierove elemente.

Peltierovi moduli su raspoloženi uređaji. Njihova uporaba povezana je s nizom zahtjeva, čiji kvar dovodi do: degradacije modula ili kvara, smanjenja učinkovitosti sustava.

• Moduli stvaraju značajnu količinu topline. Za odvođenje topline mora se ugraditi odgovarajući radijator... Inače:
  • Na hladnoj strani nije moguće postići željenu temperaturu jer Peltierov element smanjuje temperaturu u odnosu na vruću površinu.
  • Dopušteno zagrijavanje vruće strane je općenito + 80 °C (na visokotemperaturnoj strani do 150 °C). Oni. modul može jednostavno otkazati.
  • Pri visokim temperaturama kristali modula degradiraju, t.j. smanjuje se učinkovitost i vijek trajanja modula.
• Važno pouzdan toplinski kontakt modula sa radijatorom za hlađenje.
• Napajanje za modul mora osigurati struja mreškanja ne više od 5%... Na višoj razini valovitosti učinkovitost modula će se smanjiti, prema nekim podacima, za 30-40%.
• Nije dopušteno koristiti relejne regulatore za upravljanje Peltierovim elementom. To će dovesti do brze degradacije modula. Svako uključivanje i isključivanje uzrokuje degradaciju poluvodičkih termoelemenata. Zbog naglih promjena temperature između ploča modula, na mjestima lemljenja s poluvodičima nastaju mehanička naprezanja. Proizvođači Peltierovih elemenata standardiziraju broj ciklusa start-stop modula. Za kućne module to je oko 5000 ciklusa. Relejni kontroler će onemogućiti Peltierov modul za 1-2 mjeseca.
• Osim toga, Peltierov element ima visoku toplinsku vodljivost između površina. Kada je isključen, toplina od hladnjaka tople strane će se prenijeti kroz modul na hladnu stranu.
• Neprihvatljivo, za kontrolu snage na Peltierovom elementu, koristiti PWM modulaciju.
• Što treba koristiti za napajanje Peltierovog elementa sa izvorom struje ili napona? Obično se koristi izvor napona. Lakše je implementirati. Ali strujno-naponska karakteristika Peltierovog modula je nelinearna i strma. Oni. uz malu promjenu napona, struja se značajno mijenja. Osim toga, karakteristika se mijenja kada se promijeni temperatura površine modula. Moramo stabilizirati snagu, tj. umnožak struje kroz modul i napona na njemu. Kapacitet hlađenja Peltierovog elementa izravno je povezan s električnom snagom. Naravno, za to je potreban prilično složen regulator.
• Napon modula ovisi o broju termoparova u njemu. Najčešće je to 127 termoparova, što odgovara naponu od 16 V. preporučujemo napajanje do 12 V, ili 75% Umax. Pri tom naponu moduli su optimalno učinkoviti.
• Moduli su hermetički zatvoreni i mogu se koristiti čak iu vodi.
• Polaritet modula označen je bojama žica - crnom i crvenom. Obično se crvena (pozitivna) žica nalazi desno, u odnosu na hladnu stranu.

Razvio sam hladnjak koji ispunjava sve ove zahtjeve. On:

• Pruža snagu za Peltierov element s mreškanjem ne većim od 2%.
• Stabilizira električnu snagu na modulu, tj. umnožak struje i napona.
• Omogućuje glatko uključivanje modula.
• Temperatura se kontrolira po analognom principu upravljanja, t.j. glatka promjena snage na peltierovom elementu.
• Regulator je dizajniran za hladnjak, stoga matematika regulatora uzima u obzir inerciju hlađenja zraka u komori.
• Omogućuje kontrolu temperature vruće strane i kontrolu ventilatora.
• Ima visoku učinkovitost, široku funkcionalnost.

Termoelektrični Peltierov modul TEC1-12706.

Ovo je najčešći tip Peltierovog elementa. Koristi se u mnogim kućanskim aparatima. Nije skupo, s dobrim parametrima. Dobra opcija za proizvodnju hladnjaka male snage, hladnjaka za vodu itd.

Karakteristike modula TEC1-12706 prevedene su na ruski iz dokumentacije tvrtke proizvođača - HB Corporation.

Tehnički parametri TEC1-12706.

Grafičke karakteristike.