Cel mai mare element Peltier. Element Peltier, cunoscut și sub numele de modul termoelectric

Fenomenul termo-EMF a fost descoperit de fizicianul german Thomas Johann Seebeck în 1821. Și acest fenomen constă în faptul că într-un circuit electric închis format din conductori diferiți conectați în serie, cu condiția ca contactele lor să fie la temperaturi diferite, apare o fem.

Acest efect, numit după descoperitorul său ca efect Seebeck, este acum numit simplu efect termoelectric.

Dacă un circuit este format dintr-o pereche de conductori diferiți, atunci se numește un astfel de circuit. Într-o primă aproximare, se poate susține că valoarea termo-EMF depinde numai de materialul conductorilor și de temperaturile contactelor reci și calde. Astfel, într-un interval mic de temperatură, termo-EMF este proporțională cu diferența de temperatură dintre contactele reci și calde, iar coeficientul de proporționalitate din formulă se numește coeficientul termo-EMF.

De exemplu, cu o diferență de temperatură de 100°C, la o temperatură de contact rece de 0°C, o pereche cupru-constantan are o fem termică de 4,25 mV.

Între timp, Efectul termoelectric se bazează pe trei componente:

Primul factor este diferența de dependență a energiei medii a electronilor de temperatură pentru diferite substanțe. Ca urmare, dacă, atunci când un conductor este încălzit, temperatura la un capăt este mai mare, atunci electronii de acolo capătă viteze mai mari decât electronii de la capătul rece al conductorului.

Apropo, concentrația electronilor de conducție în semiconductori crește odată cu încălzirea. Electronii se îndreaptă cu viteză mare spre capătul rece și acolo se acumulează o sarcină negativă, iar la capătul fierbinte se obține o sarcină pozitivă necompensată. Așa apare o componentă a termo-EMF, numită EMF volumetrică.

Al doilea factor este că pentru diferite substanțe diferența de potențial de contact depinde diferit de temperatură. Acest lucru se datorează diferenței de energie Fermi pentru fiecare dintre conductorii puși în contact. Diferența de potențial de contact care apare în acest caz se dovedește a fi proporțională cu diferența de energie Fermi.

Rezultatul este un câmp electric într-un strat subțire aproape de contact, iar diferența de potențial pe fiecare parte (pentru fiecare dintre conductorii adusi în contact) va fi aceeași, iar atunci când ocoliți circuitul într-o buclă închisă, electricitatea rezultată. câmpul va fi zero.

Dar dacă temperatura unuia dintre conductori diferă de temperatura celuilalt, atunci din cauza dependenței energiei Fermi de temperatură, diferența de potențial se va modifica și ea. Ca rezultat, va apărea contactul EMF - a doua componentă a termo-EMF.

Al treilea factor este creșterea fononului în fem. Cu condiția ca într-un solid să existe un gradient de temperatură, numărul de fononi (un fonon este un cuantum al mișcării vibraționale a atomilor de cristal) care se deplasează în direcția de la capătul fierbinte la capătul rece va prevala, drept urmare, împreună cu fononii, un număr mare de electroni va fi antrenat spre capătul rece, iar acolo se va acumula o sarcină negativă până când procesul ajunge la echilibru.

Acest lucru dă a treia componentă a termo-EMF, care la temperaturi scăzute poate fi de sute de ori mai mare decât cele două componente menționate mai sus.

În 1834, fizicianul francez Jean Charles Peltier a descoperit efectul opus. El a descoperit că atunci când un curent electric trece printr-un contact (joncțiune) a doi conductori diferiți, căldură este generată sau absorbită.

Cantitatea de căldură absorbită sau eliberată este legată de tipul de materiale care sunt sudate împreună, precum și de direcția și magnitudinea curentului electric care curge prin joncțiune. Coeficientul Peltier din formulă este numeric egal cu coeficientul termo-EMF înmulțit cu temperatura absolută. Acest fenomen este acum cunoscut sub numele de .

Esența efectului Peltier a fost înțeleasă în 1838 de către fizicianul rus Emilius Christianovich Lenz. El a testat experimental efectul Peltier punând o picătură de apă la joncțiunea probelor de antimoniu și bismut. Când Lenz a trecut un curent electric prin circuit, apa s-a transformat în gheață, dar când omul de știință a inversat direcția curentului, gheața s-a topit rapid.

Oamenii de știință au stabilit că atunci când curgea curentul, nu numai căldura Joule a fost eliberată, ci și căldura suplimentară a fost absorbită sau eliberată. Această căldură suplimentară se numește „căldură Peltier”.

Baza fizică a efectului Peltier este următoarea. Câmpul de contact de la joncțiunea a două substanțe, creat de diferența de potențial de contact, fie împiedică trecerea curentului trecut prin circuit, fie o facilitează.

Dacă curentul este transmis împotriva câmpului, atunci este necesară munca sursei, care trebuie să consume energie pentru a depăși câmpul de contact, în urma căruia zona de joncțiune este încălzită. Dacă curentul este direcționat în așa fel încât câmpul de contact să îl susțină, atunci munca este realizată de câmpul de contact, iar energia este luată din substanța însăși și nu este consumată de sursa de curent. Ca rezultat, substanța de la joncțiune este răcită.

Efectul Peltier este cel mai pronunțat în semiconductori, ceea ce face module Peltier sau convertoare termoelectrice.

In nucleu Element Peltier doi semiconductori în contact unul cu celălalt. Acești semiconductori diferă în energia electronilor din banda de conducție, prin urmare, atunci când curentul trece prin punctul de contact, electronii sunt forțați să dobândească energie pentru a se putea deplasa într-o altă bandă de conducție.

Astfel, atunci când se deplasează la o bandă de conducție de energie mai mare a unui alt semiconductor, electronii absorb energie, răcind locul de tranziție. Când curentul este direcționat în sens opus, electronii renunță la energie, iar încălzirea are loc în plus față de căldura Joule.

Modulul semiconductor Peltier constă din mai multe perechi în formă de paralelipipedi mici. De obicei, telurura de bismut și o soluție solidă de siliciu și germaniu sunt utilizate ca semiconductori. Paralepipedele semiconductoare sunt conectate între ele în perechi prin jumperi de cupru. Aceste jumperi servesc ca contacte pentru schimbul de căldură cu plăcile ceramice.

Jumperele sunt aranjate astfel încât pe o parte a modulului să fie doar jumperi care asigură o tranziție n-p, iar pe cealaltă parte sunt doar jumperi care asigură o tranziție p-n. Ca urmare, atunci când este aplicat curent, o parte a modulului se încălzește, cealaltă se răcește, iar dacă polaritatea sursei de alimentare este inversată, părțile de încălzire și răcire se vor schimba în mod corespunzător. Astfel, când trece curentul, căldura se transferă de pe o parte a modulului pe cealaltă și apare o diferență de temperatură.

Dacă acum o parte a modulului Peltier este încălzită și cealaltă este răcită, atunci va apărea un termo-EMF în circuit, adică se va realiza efectul Seebeck. Evident, efectul Seebeck (efectul termoelectric) și efectul Peltier sunt două fețe ale aceleiași monede.

Astăzi puteți achiziționa cu ușurință module Peltier la un preț relativ accesibil. Cele mai populare sunt modulele Pertier de tip TEC1-12706, care conțin 127 de termocupluri și sunt proiectate pentru alimentare de 12 volți.

Cu un consum maxim de 6 amperi, se poate realiza o diferență de temperatură de 60°C, în timp ce intervalul sigur de temperatură de funcționare declarat de producător este de la -30°C la +70°C. Dimensiunea modulului 40mm x 40mm x 4mm. Modulul poate funcționa fie la răcire-încălzire, fie la .

Există, de asemenea, module Peltier mai puternice, de exemplu TEC1-12715, evaluate la 165 W. Când este alimentat de la 0 la 15,2 volți, cu un curent de la 0 la 15 amperi, acest modul este capabil să dezvolte o diferență de temperatură de 70 de grade. Dimensiunea modulului este, de asemenea, de 40 mm x 40 mm x 4 mm, dar gama de temperaturi de funcționare sigure este mai largă - de la -40°C la +90°C.

Tabelul de mai jos rezumă modulele Peltier disponibile pe scară largă astăzi pe piață:

Andrei Povny

Elementul Peltier este un convertor termoelectric special care funcționează conform principiului Peltier cu același nume - apariția unei diferențe de temperatură în timpul furnizării curentului electric. În engleză este cel mai adesea denumit TEC, ceea ce înseamnă răcitor termoelectric.

Cum funcționează elementul Peltier?

Funcționarea unui element Peltier se bazează pe contactul a două materiale conductoare care au niveluri diferite de energie electronică în banda de conducere. Când curentul electric este aplicat printr-o astfel de conexiune, electronul câștigă energie mare, pentru a trece apoi la banda de conducere de energie mai mare a altui semiconductor. În momentul absorbției acestei energii, zona de răcire a conductorului este răcită. Dacă curentul curge în sens opus, aceasta duce la încălzirea punctului de contact și la efectul termic obișnuit.

Dacă pe o parte există o bună disipare a căldurii, de exemplu, atunci când se utilizează sisteme cu radiatoare, atunci partea rece poate oferi o temperatură foarte scăzută, care va fi cu zeci de grade mai mică decât temperatura lumii înconjurătoare. Mărimea curentului este proporțională cu gradul de răcire. Dacă schimbați polaritatea curentului electric, atunci părțile laterale (calde și reci) pur și simplu își schimbă locurile.

În contact cu o suprafață metalică, elementul Peltier devine atât de mic încât este aproape imposibil de observat pe fundalul încălzirii ohmice și al altor efecte de conducție termică. De aceea, în practică se folosesc doi semiconductori.

Numărul de termocupluri poate fi foarte divers - de la 1 la 100, datorită căruia este posibil să se realizeze un element Peltier cu aproape orice capacitate de refrigerare.

Uz practic

În zilele noastre, elementele Peltier utilizat în mod activ pentru:

1. frigidere;
2. aer conditionat;
3. răcitoare pentru automobile;
4. răcitoare de apă
5. placi video pentru PC;

Elementul Peltier este utilizat pe scară largă în diverse sisteme de refrigerare, inclusiv frigidere și aparate de aer condiționat. Capacitatea sa de a atinge temperaturi foarte scăzute îl face o soluție excelentă pentru răcirea aparatelor electrice sau a echipamentelor tehnice care sunt expuse la căldură. Astăzi, dezvoltatorii folosesc elemente Peltier în sistemele acustice și de sunet, unde acționează ca un răcitor obișnuit. Absența sunetelor intense face ca procesul de răcire să fie aproape silentios, ceea ce este un avantaj excelent al elementului.

În zilele noastre, această tehnologie este foarte populară datorită ei disipare puternică a căldurii. În plus, elementele moderne Peltier au dimensiuni foarte compacte, iar caloriferele lor sunt capabile să mențină temperatura dorită pentru o perioadă lungă de timp. Un alt avantaj al elementelor Peltier este durabilitatea lor, deoarece... constau din elemente solide, staționare, ceea ce reduce probabilitatea defecțiunilor. Designul celui mai comun tip pare foarte simplu și include doi conductori de cupru cu contacte și fire de legătură, precum și un element izolator, care este realizat din oțel inoxidabil sau materiale ceramice.

Având în vedere simplitatea designului, realizarea unui element Peltier cu propriile mâini acasă nu este deloc dificilă. Poate fi folosit pentru frigidere sau alte aparate. Înainte de a începe lucrul, trebuie să pregătiți două plăci metalice și cabluri cu contacte. Inițial, pregătiți conductorii care trebuie instalați la baza elementului. De regulă, se folosesc conductori marcați „PP”.

De asemenea, merită să aveți grijă de semiconductori la ieșire în avans. Acestea vor fi folosite pentru a transfera căldura pe placa de sus. Utilizați un fier de lipit în timpul instalării. În etapa finală, trebuie să conectați două fire. Primul este instalat la bază și fixat ferm lângă conductorul cel mai exterior. Este important să vă asigurați că orice contact cu placa este eliminat.

Al doilea conductor este atașat în partea de sus. Este fixat în același mod ca primul - la conductorul cel mai exterior. Pentru a verifica funcționalitatea dispozitivului, ar trebui să utilizați un tester. Pur și simplu conectați două fire la dispozitiv și verificați tensiunea. Abaterea de tensiune va fi fi undeva în jurul valorii de 23 V.

Cum să faci elemente Peltier pentru un frigider?

Elementele Peltier pentru un frigider sunt, de asemenea, ușor și rapid de făcut. Primul lucru pe care trebuie să îl luați în considerare înainte de lucru este materialul plăcii. Trebuie să fie ceramică rezistentă. În ceea ce privește conducătorii, aceștia trebuie să fie pregătiți cel putin 20 de bucati, ceea ce va permite atingerea unei diferențe maxime de temperatură. Cu un calcul corect, eficiența poate fi crescută cu 70%.

Depinde mult de puterea echipamentului folosit. Dacă frigiderul funcționează pe bază de freon lichid, atunci nu vor fi niciodată probleme cu puterea. Elementul Peltier, care a fost realizat manual, este instalat direct lângă evaporator, care este instalat împreună cu motorul. Pentru o astfel de instalare, va trebui să vă aprovizionați cu cel mai standard set de instrumente și garnituri. Acestea vor fi aplicate elementului model de la releul de pornire. Cu această soluție, răcirea în partea inferioară a dispozitivului va avea loc mult mai rapid.

Merită să ne amintim că înainte de a face un element Peltier pentru un frigider cu propriile mâini, trebuie să vă aprovizionați cu un număr suficient de conductori electrici. Pentru a obține o diferență de temperatură atunci când dezvoltați un element cu propriile mâini, utilizați cel puțin 16 fire. Asigurați-vă că le asigurați izolație de înaltă calitate și numai apoi conectați-le la compresor. După ce vă asigurați că conexiunea dintre fire este fiabilă și sigură, puteți trece la conectarea acestora. După finalizarea instalării, verificați din nou puterea tensiunii limită folosind un tester. Dacă funcționarea elementului a fost întreruptă, aceasta va afecta mai întâi termostatul. Uneori scurtcircuita.

Pe lângă frigidere, elementele Peltier sunt utilizate în mod activ și în răcitoarele auto. A face un frigider auto de înaltă calitate cu propriile mâini este, de asemenea, destul de simplu. Pentru a face acest lucru, trebuie să găsiți o placă ceramică bună, cu o grosime de cel puțin 1,1 milimetri. Firele trebuie să fie nemodulare. Ca conductori, cel mai bine este să folosiți fire de cupru cu lățime de bandă nu mai puțin de 4 amperi.

În acest sens, abaterea maximă a temperaturii va ajunge la zece grade, ceea ce este considerat normal. În cazuri frecvente, se folosesc conductori marcați „PR20”, care au reușit să se distingă cu fiabilitate și stabilitate maximă de funcționare. În plus, sunt potrivite pentru diferite tipuri de contacte. Când conectați un dispozitiv la un condensator, ar trebui să utilizați un fier de lipit.

Cum să faci un element Peltier pentru un răcitor de apă potabilă?

Un răcitor de apă potabilă este un dispozitiv foarte important și necesar care răcește sau încălzește apa potabilă în timp util. La accelerarea procesului de răcire, puteți aplica elementul Peltier. O poți face la fel de simplu ca pentru un frigider sau un frigider pentru mașină:

• Ca farfurie, ar trebui să utilizați exclusiv o suprafață ceramică.
• Dispozitivul folosește cel puțin 12 conductori care pot rezista la rezistență ridicată.
• Pentru a vă conecta, trebuie să utilizați două fire (de preferință de cupru). Elementul este instalat în partea de jos a răcitorului. În plus, poate intra în contact cu capacul dispozitivului. Dar pentru a preveni posibilele scurtcircuite, asigurați toate cablurile la grilă sau carcasă.

Element Peltier DIY pentru aparate de aer condiționat

Dacă vorbim despre un element Peltier pentru aparatele de aer condiționat, atunci acesta poate fi realizat numai din conductor „PR12”. Faptul este că acest tip de conductor poate rezista bine la temperaturi anormale și este capabil să furnizeze o tensiune de până la 23V. Rezistența ar trebui să fluctueze în intervalul de 3 ohmi. Diferențele maxime de temperatură vor ajunge la 10 grade, iar eficiența va fi de 65 la sută. Sunt necesari conductori alinia.

Este demn de remarcat faptul că elementul Peltier poate servi ca răcitor pentru o placă video a computerului personal. Pentru a face un cooler trebuie să luați 14 conductori, de preferință din cupru. Pentru a conecta un element Peltier la o placă video pentru PC, trebuie să utilizați un conductor non-modular. Dispozitivul în sine este montat lângă coolerul încorporat pe placa video. Puteți folosi mici colțuri metalice pentru fixare și piulițe obișnuite pentru fixare.

Dacă observați zgomote intense sau alte sunete nenaturale în timpul funcționării, merită să verificați funcționalitatea cablajului și să inspectați fiecare conductor.

Ce este un element Peltier - un convertor electric și termic, care constă din mai multe perechi (în unele cazuri una) de semiconductori de diferite tipuri („n” și „p”), acestea din urmă sunt conectate prin punți metalice - în principal cupru. În practică, acest dispozitiv creează o diferență de temperatură la diferite capete ale suprafeței atunci când curge energia curentului electric.

Una dintre cele mai simple versiuni ale acestui dispozitiv Peltier în utilizare practică este modificarea TEC1-12706, prezentată în Figura 1.

Principiul de funcționare se bazează pe efectul termoelectric Peltier. Cu alte cuvinte, în timpul curgerii și sub influența curentului electric, se creează o diferență de temperatură la punctele de contact ale termocuplurilor - semiconductori de tip „n” și „p”.

Elementele Peltier sunt „dispozitive sensibile” la supraîncălzire și temperaturi ridicate. Acestea sunt supuse unor cerințe ridicate de funcționare, iar dacă acestea nu sunt îndeplinite, dispozitivul eșuează rapid. Este foarte important să eliminați căldura; în acest scop este necesar să instalați un radiator sau un ventilator, altfel nu se va atinge temperatura părții rece față de cea fierbinte.

Cum funcționează elementul Peltier?

Să ne imaginăm că un curent electric trece printr-un cuplu termic, așa cum se arată în Figura 2.

În acest caz, au loc procesul de absorbție a energiei termice la contactul semiconductor n - p și procesul de eliberare a energiei termice la contactul p - n. Ca rezultat, o parte a termocuplului semiconductor, care este cuplat la contactul n-p, va fi răcită, iar a doua parte de pe cealaltă parte opusă se va încălzi, în consecință.

În cazul în care schimbăm polaritatea curentului, au loc procesele de încălzire și răcire și, în consecință, se vor schimba și ele.

Procesul invers al efectului Peltier duce la faptul că atunci când căldura este furnizată pe o parte a convertorului termic, se obține energie de curent electric.

Desigur, în practică, utilizarea unui termocuplu nu este suficientă pentru a elimina complet energia termică, așa că o cantitate mare este utilizată în convertor. Circuitul electric este asamblat din termocupluri în serie. În același timp, în proiectarea elementelor de conversie termică: termocuplurile de încălzire sunt situate pe cealaltă parte față de cele de răcire.

Designul elementului Peltier este foarte simplu. Cuplurile termice sunt construite între două plăci din ceramică. Termocuplurile sunt conectate folosind conductori de cupru (bare colectoare). Numărul de termocupluri este determinat de scopul convertorului termic, puterea acestuia și locația de instalare și poate fi folosit de la una la câteva sute de bucăți.

Elementele principale ale convertorului termic sunt: ​​semiconductori tip p, tip n, plăci ceramice, interfețe din cupru - conductori; contacte pentru alimentarea curentului electric „plus” și „minus”. Pentru un element Peltier, diferența de temperatură dintre diferitele margini ale termocuplurilor ajunge până la 70 de grade Celsius. Pentru a crește această diferență, este necesar să creșteți cascada conexiunii seriale a termocuplurilor.

Principalele caracteristici operaționale ale elementului Peltier

În general, acest dispozitiv funcționează ideal în cazurile în care termocuplurile sunt în contact bun și fiabil cu dispozitivul de răcire, fie că este vorba despre un radiator de răcire sau un ventilator de răcire cu bobină, adică o bună îndepărtare a căldurii.

Modulele Peltier, așa cum sunt adesea numite, sunt foarte sensibile la schimbările de curent și tensiune (nu mai mult de 5%). Sub influența temperaturilor ridicate (cele mai critice pentru elemente de până la 150 de grade), eficiența scade de multe ori (până la 40%) și modulul se defectează foarte repede.

De regulă, o condiție inacceptabilă în circuitul de funcționare al elementelor semiconductoare este adaptarea dispozitivelor relee: limitarea sau reglarea puterii. Acest lucru duce la degradarea componentelor cristaline și elementul se va defecta în curând.

Pornirea și oprirea frecventă a dispozitivelor afectează, de asemenea, în mod negativ funcționarea și durata de viață, precum și longevitatea de funcționare. Conform legilor fizicii, orice încălzire a unui material duce la dilatarea termică a acestuia, iar răcirea duce la compresie. În consecință, punctele deosebit de slabe ale elementelor semiconductoare sunt „articulațiile de lipire”, unde, din cauza mișcării mecanice, pot apărea defecte sub formă de microfisuri și, în cele din urmă, pot duce la ruperea circuitului.

Coeficientul de conductivitate termică al cuplurilor termice ale elementului Peltier este destul de mare, ceea ce, pe de o parte, reprezintă un avantaj, iar pe de altă parte, limitează durata de viață și numărul estimat de cicluri oprire-pornire-oprire.

Avantajele și dezavantajele modulului Peltier

Compararea dispozitivului Peltier cu alte unități de răcire cu diferite acționări este în principiu imposibilă și nepractică, deoarece în primul caz au materiale semiconductoare sub formă de cristale, iar în al doilea caz fluidul de lucru este gaz sau lichid (de exemplu: a frigider cu compresor). Ambele dispozitive sunt utilizate în diverse domenii.

Avantajele elementelor Peltier includ:

• absența completă a mecanicii mișcării și a pieselor rotative, precum și a lichidelor și gazelor;
• Nu există absolut niciun zgomot de funcționare al dispozitivelor;
• dimensiuni relativ mici;
• dubla functionalitate: incalzire si racire la schimbarea polaritatii;

Dezavantajele includ:

• eficiență relativ scăzută;
• necesitatea unei surse constante de energie, nutriție;
• numărul de porniri și opriri este limitat;
• oprirea și pornirea fără probleme a dispozitivelor termoelectrice;
• controlul încălzirii pe o parte sau al răcirii pe cealaltă cu ajutorul unui ventilator.

Sondaj: Este clar ce este elementul Peltier și cum funcționează?

Modulele termoelectrice standard au un principiu de funcționare reciproc. În acest articol vom vorbi despre utilizarea modulelor Peltier-Seebeck în dispozitivele de schimb de căldură și vom oferi un exemplu de asamblare a unui răcitor de apă și a unui sistem de bază de răcire cu aer cu posibilitatea de pornire inversă (încălzire).

Principiul de funcționare al modulelor termoelectrice (TEM) utilizate pentru răcire se bazează pe efectul Seebeck - procesul invers al efectului Peltier. Elementul principal este același TEM descris în prima parte. Când se aplică curent continuu câmpului termocuplului, se observă o diferență de temperatură pe planurile plăcii ceramice. Acesta este un fapt bazat pe un proces termodinamic, pe care nu îl vom descrie (pentru a nu ne plictisi cu calcule științifice), ci vom arăta cum să îl aplicăm în viața de zi cu zi.

Notă. Pentru a construi unitățile, pentru care instrucțiunile sunt prezentate mai jos, veți avea nevoie de abilități practice de bază în asamblarea circuitelor electrice. Modelele date de noduri sunt aproximative și pot fi înlocuite cu altele similare (sau mai mult/mai puțin puternice) la discreția maestrului.

Cum să-ți faci propriul răcitor de apă

Cititorul priceput și-a dat deja seama că „oala-minune” din prima parte poate fi folosită pentru a răci lichide dacă îl rulați „în direcția opusă” prin conectarea curentului continuu.

TEM-urile sunt folosite în fiecare răcitor de apă. Este foarte posibil să construiți un analog al acestui dispozitiv din fabrică cu propriile mâini și nu va funcționa mai rău. Vom descrie principiul de funcționare și schema de asamblare. Opțiunile de aspect și design pot fi selectate în funcție de propriile nevoi. De exemplu, faceți-l portabil sau staționar, integrat în mobilierul de bucătărie sau într-un sistem de preparare a apei potabile. Ultima opțiune este optimă, deoarece răcirea în sistem va fi controlată (de îndată ce este furnizată energie).

Pentru asta avem nevoie de:

1. Un recipient dreptunghiular plat sigilat din oțel inoxidabil cu dimensiunile 100x100x30 (balon schimbător de căldură) cu ieșiri filetate de ½ inch pe laturile scurte. Acesta este singurul element a cărui producție este cel mai bine comandată unui meșter din fabrică.
2. Alimentare cu apă potabilă cu racord de ½ inch (din recipient sau sursă de apă).
3. Sursa de alimentare pentru 10-12 volti cu curent reglabil.
4. Module termoelectrice TEC1-12705 (40x40) - 2 buc.
5. Fire cu o secțiune transversală de 0,2 mm.
6. Adeziv termofuzibil sau pastă termică.
7. Cheie pentru 2 canale (comutator, buton).
8. Macara, fier de lipit, lipit.

Folosind lipici fierbinte, fixăm TEM-ul pe balon. Conectăm firele în funcție de grupurile corespunzătoare (plus și minus). Determinăm o locație convenabilă pentru cheie, ținând cont de posibilitatea de înlocuire în timpul reparațiilor și accesibilitatea în timpul utilizării. Îl includem în diagramă. Conectăm firele la sursa de alimentare. Testăm circuitul.

Atenţie! Când testați, limitați-vă la observarea faptului de funcționare corectă, dar nu încercați să aplicați sarcina maximă uscată - acest lucru poate duce la defectarea TEM (nu poate fi reparat).

Apoi conectăm fitingul de intrare al balonului schimbător de căldură cu canalul de alimentare cu apă și ieșirea cu orificiul de admisie (flexibil sau rigid) la robinet.

Umplem sistemul cu apă și setăm puterea optimă a curentului la presiunea necesară a jetului. Presiunea optimă este puțin mai puternică decât gravitația. Acest lucru va fi suficient pentru a colecta apă rece de băut. Nuanțele rămase - elemente de fixare, lungimea firelor, locație - sunt pur individuale în fiecare caz individual.

Acest sistem de bază poate fi dezvoltat și îmbunătățit. De exemplu, instalarea unui termostat într-un schimbător de căldură și conectarea acestuia la circuit în loc de cheie (comutator cu comutator) este potrivită acolo unde este nevoie constantă de apă la o anumită temperatură. Balonul schimbătorului de căldură poate fi din argint pentru ionizarea suplimentară a apei. Prin includerea convertizorului de amplificare DC-DC EK-1674 în sistem, puteți reduce consumul de energie la minimum.

Calculul costurilor pentru construirea unui răcitor:

Acest sistem nu implică un radiator cu aripioare, deoarece obiectivul stabilit - răcirea (dar nu înghețarea) a unui volum mic de apă (300 ml) - este atins fără acesta.

Cum să faci singur un mini-frigider, chiller sau aer condiționat folosind module termoelectrice

O sarcină mai dificilă este răcirea cu aer. Daca in cazul apei eficienta racitorului este garantata de diferenta de densitate a mediilor (apa - aer), atunci in cazul unui mediu omogen (aer - aer) situatia este mai complicata. Principala dificultate este eliminarea temperaturii de pe partea fierbinte a suprafeței TEM. Mai exact, eliminarea sincronă a temperaturii de pe ambele suprafețe. Dacă pur și simplu porniți elementul Peltier-Seebeck, aerul încălzit și răcit se va amesteca și temperatura se va egaliza.

În spații restrânse de volum mic (până la 0,7 m3), este destul de aplicabil un sistem de răcire bazat pe TEM cu evacuare a aerului pe două fețe. Acest lucru vă permite să construiți o nouă cutie de răcire sau să dați o a doua viață unui vechi frigider (congelator). Pentru a face acest lucru, va trebui să complicați puțin sistemul incluzând o pereche de ventilatoare de evacuare de putere reciprocă, un releu de temperatură, un radiator cu aripioare și să utilizați module termoelectrice mai eficiente.

Vom avea nevoie (pentru un punct de răcire de bază):

1. TEM TES1-12712 (40X40), 106 wați - 1 buc.
2. Ventilator RQA 12025HSL 110VAC (sau mai puternic) - 2 buc.
3. Radiator HS 036-100 (100x85x25 mm).
4. Termostat TAM-133-1m (releu de temperatura cu senzor).
5. Alimentare DC 12 volți, 6 amperi (reglată).
6. Foaie de duraluminiu.
7. Fire, pastă termică, elemente de fixare

În cutia finită, în partea superioară a zonei de răcire, facem o fereastră dreptunghiulară de 100x100 mm. Decupăm două plăci de duraluminiu de 130x130 mm și 180x180 mm. Fixăm ventilatorul în centrul plăcii mai mici astfel încât să existe 1 cm de flux de aer.Instalăm un releu de temperatură în interiorul cutiei. Montam plăcile mai mici din interiorul cutiei (cu ventilatorul în interiorul cutiei) folosind șuruburi sau nituri prin etanșant. Lipim TEM-urile pe placa montată și scoatem firele. Decupăm și îndoim placa mare, astfel încât să se potrivească în orificiul de montare, dar în același timp există părți laterale pentru fixarea pe peretele cutiei din exterior. Atașăm radiatorul și al doilea ventilator la el. Ungem cu generozitate TEM-ul cu pasta termica si montam placa pe peretele cutiei prin sigilant.

Atenţie! Trebuie să existe un contact maxim între zona TEM și placă!

Asamblam un circuit electric. Recomandăm pornirea ventilatoarelor la o putere maximă constantă, iar curentul pentru TEM prin regulator. Acest lucru va asigura citirea eficientă a temperaturii și amestecarea aerului atunci când funcționează în diferite moduri (nu la putere maximă).

Avantajele acestui design:

• funcționare silențioasă în comparație cu frigiderele cu compresor;
• absența mecanismelor și a pieselor mobile, forțe de frecare (nimic de spart);
• nu se folosesc lichide de răcire (freon);
• consumul total de energie este de aproximativ 200 de wați;
• puteți moderniza designul, puteți varia performanța;
• accesibilitatea și mentenabilitatea unităților individuale.

Defecte:

• poate apărea condens pe plăcile de duraluminiu;
• unitate de control extern;
• mulți factori și nuanțe de lucru sunt dezvăluiți experimental în timpul utilizării;
• arie mică de aplicare.

Calculul costurilor pentru construirea unui sistem de răcire de bază pentru un frigider și un aparat de aer condiționat:

În principiu, acest design este un aparat de aer condiționat încorporat gata făcut, care poate fi instalat în cabina unei mașini, tractor, într-o carcasă închisă sau cabină de securitate. Trebuie doar să vă gândiți la protecția constructivă împotriva precipitațiilor.

Rezerva de putere a modulului TEC1-12712 este destul de mare. Amplitudinea temperaturii pe părțile laterale ale elementului poate ajunge la 50 de grade. La o temperatură a camerei de +27 °C și folosind un sistem de răcire cu lichid (radiator + ventilator), puteți obține un minus impresionant de 25 °C la ieșire! Acest lucru vă permite să creați congelatoare fără compresoare și silențioase chiar și acasă.

Unde mai sunt folosite modulele termoelectrice?

Efectul Peltier-Seebeck este cunoscut încă din anii 1840. Este folosit în mod activ până în prezent, datorită stabilității legilor fizicii. Există întotdeauna un loc pentru un modul termoelectric unde există energie în exces sau unde schimbul de căldură trebuie efectuat rapid și silențios.

Principalele aplicații ale modulelor termoelectrice:

1. Răcire cip. Ventilatoarele, ca schimbător de căldură principal, devin un lucru din trecut. Ele sunt înlocuite cu TEM compacte, silențioase și aproape eterne.
2. Inginerie mecanică. Chiar și cel mai modern motor cu ardere internă emite gaze de eșapament din camera de ardere. Inginerii își folosesc temperatura ridicată pentru a genera energie suplimentară folosind elemente Peltier. Energia colectată este reintrodusă în sistemele motorului, dar sub formă de curent continuu, care economisește combustibil.
3. Aparate. Tot ce este descris mai sus plus majoritatea aparatelor electrocasnice care funcționează pentru răcire sau încălzire (cu excepția frigiderelor cu compresor).

Și un ultim secret. Modulul nostru are o proprietate aproape miraculoasă - reversibilitatea. Aceasta înseamnă că atunci când polaritatea curentului DC de pe firele modulului este inversată (folosind un comutator), suprafețele calde și reci își schimbă locul. Răcitorul se transformă într-un încălzitor, frigiderul într-o cameră termică (incubator), iar aparatul de aer condiționat într-un încălzitor cu ventilator de putere redusă. Pentru a face acest lucru, nu trebuie să schimbați circuitul dispozitivului. Este suficientă simpla schimbare a polarității.

Acest principiu este utilizat într-un dispozitiv numit recuperator. Este o cutie formata din doua camere izolate care comunica intre ele folosind ventilatoare. Cu ajutorul modulelor Peltier, aerul rece din stradă este încălzit cu energie extrasă din aerul încălzit, care este îndepărtat din încăpere. Dispozitivul vă permite să economisiți la încălzirea casei.

Vitali Dolbinov, rmnt.ru

Elementul Peltier este un convertor termoelectric care creează o diferență de temperatură pe suprafețele sale atunci când curge curentul electric. Principiul de funcționare se bazează pe efectul Peltier - apariția unei diferențe de temperatură la punctul de contact al conductorilor sub influența curentului electric.

Designul și principiul de funcționare al elementului Peltier.

Cred că doar experții în fizică pot înțelege cum funcționează de fapt elementul Peltier. Pentru practicieni, principalul lucru este că există o unitate minimă de modul - un termocuplu, care este doi conductori de tip p și n conectați.

Când curentul trece printr-un termocuplu, căldura este absorbită la contactul n-p și căldura este eliberată la contactul p-n. Ca rezultat, secțiunea semiconductorului adiacent joncțiunii n-p se va răci, iar secțiunea opusă se va încălzi. Dacă inversați polaritatea curentului, atunci invers, secțiunea n-p se va încălzi, iar secțiunea opusă se va răci.

Există și efectul opus. Când o parte a termocuplului este încălzită, se generează un curent electric.

Pentru aplicarea practică a energiei de absorbție a căldurii, un termocuplu nu este suficient. Un modul termoelectric utilizează multe termocupluri. Electric sunt conectate în serie. Și designul este astfel încât tranzițiile de răcire și încălzire sunt situate pe diferite părți ale modulului.

Termocuplurile sunt instalate între două plăci ceramice. Acestea sunt conectate prin bare de cupru. Numărul de termocupluri poate ajunge la câteva sute. Puterea modulului depinde de numărul lor.

Diferența de temperatură dintre partea caldă și cea rece a modulului Peltier poate ajunge la 70 °C.

Trebuie să înțelegeți că modulul termoelectric Peltier reduce temperatura unei părți în raport cu cealaltă. Acestea. Pentru ca partea rece sa aiba o temperatura scazuta este necesara eliminarea caldura de pe suprafata fierbinte, reducand temperatura acesteia.

Pentru a crește diferența de temperatură, este posibilă o conexiune în serie (în cascadă) a modulelor.

Aplicație.

Se folosesc module termoelectrice Peltier:

• în frigidere mici de uz casnic și auto;
• în răcitoare de apă;
• în sistemele de răcire a dispozitivelor electronice;
• în generatoarele termoelectrice.

Am făcut-o folosind elementul Peltier.

Avantajele și dezavantajele modulelor Peltier.

Este cumva greșit să compari elementele Peltier cu unitățile de răcire ale compresorului. Dispozitive complet diferite - un sistem mecanic mare cu un compresor, gaz, lichid și o componentă semiconductoare mică. Și nu există nimic altceva cu care să se compare. Prin urmare, avantajele și dezavantajele modulelor Peltier sunt un concept foarte relativ. Există zone în care nu sunt înlocuibile, iar în alte cazuri utilizarea lor este complet impracticabilă.

Avantajele elementelor Peltier includ:

• absența pieselor în mișcare mecanic, gaze, lichide;
• funcționare silențioasă;
• dimensiuni mici;
• capacitatea de a furniza atât răcire, cât și încălzire;
• Posibilitatea de reglare lină a puterii de răcire.

Defecte:

• eficiență scăzută;
• necesitatea unei surse de alimentare;
• număr limitat de porniri-opriri;
• costul ridicat al modulelor puternice.

Parametrii elementelor Peltier.

• Qmax(W) – capacitate de răcire, cu curentul maxim admisibil și diferența de temperatură între părțile calde și reci egale cu 0. Se crede că toată energia termică furnizată suprafeței reci este transferată instantaneu pe suprafața fierbinte fără pierderi.
• Delta Tmax(deg) - diferența maximă de temperatură între suprafețele modulului în condiții ideale: temperatura părții calde este de 27 °C și partea rece cu transfer de căldură zero.
• Imax(A) – curent care furnizează diferența de temperatură delta Tmax.
• Umax(V) – tensiune, la curent Imax și diferență de temperatură delta Tmax.
• Rezistenţă(Ohm) – rezistența modulului la curent continuu.
• POLIŢIST(Coeficient de performanță) – coeficient, raportul dintre puterea de răcire și puterea electrică consumată de modul. Acestea. aparență de eficiență. De obicei 0,3-0,5.

Cerințe operaționale pentru elementele Peltier.

Modulele Peltier sunt dispozitive capricioase. Utilizarea lor este asociată cu o serie de cerințe, nerespectarea cărora duce la degradarea sau defecțiunea modulului și o scădere a eficienței sistemului.

• Modulele generează o cantitate semnificativă de căldură. Pentru a disipa căldura trebuie instalat un radiator adecvat. In caz contrar:
  • Nu este posibilă atingerea temperaturii dorite pentru partea rece deoarece... Elementul Peltier reduce temperatura unei suprafețe relativ fierbinți.
  • Încălzirea admisă a părții fierbinți este de obicei + 80 °C (în aplicații cu temperatură ridicată până la 150 °C). Acestea. modulul poate eșua pur și simplu.
  • La temperaturi ridicate, cristalele modulului se degradează, adică eficiența și durata de viață a modulului sunt reduse.
• Important contact termic fiabil al modulului cu radiator de racire.
• Sursa de alimentare pentru modul trebuie să asigure curent cu ondulație nu mai mult de 5%. La un nivel de pulsație mai mare, eficiența modulului va scădea, conform unor date, cu 30-40%.
• Nu este permisă utilizarea regulatoarelor cu relee pentru a controla elementul Peltier. Acest lucru va duce la degradarea rapidă a modulului. Fiecare pornire și oprire provoacă degradarea termocuplurilor semiconductoare. Datorită schimbărilor bruște de temperatură între plăcile modulelor, la joncțiunile cu semiconductori apar solicitări mecanice. Producătorii de elemente Peltier standardizează numărul de cicluri de pornire-oprire ale modulului. Pentru modulele de uz casnic, aceasta este de aproximativ 5000 de cicluri. Regulatorul releului va dezactiva modulul Peltier în 1-2 luni.
• În plus, elementul Peltier are o conductivitate termică ridicată între suprafețe. Când este oprit, căldura de la radiatorul din partea fierbinte va fi transferată prin modul către partea rece.
• Inacceptabil, pentru reglarea puterii pe elementul Peltier, utilizați modulația PWM.
• Cum ar trebui să fie alimentat elementul Peltier de la o sursă de curent sau de tensiune? De obicei, se folosește o sursă de tensiune. Este mai ușor de implementat. Dar caracteristica curent-tensiune a modulului Peltier este neliniară și abruptă. Acestea. Cu o mică modificare a tensiunii, curentul se modifică semnificativ. Și în plus, caracteristica se schimbă atunci când temperatura suprafețelor modulului se modifică. Trebuie să stabilizăm puterea, adică produsul dintre curentul prin modul și tensiunea pe acesta. Capacitatea de răcire a unui element Peltier este direct legată de puterea electrică. Desigur, acest lucru necesită un regulator destul de complex.
• Tensiunea modulului depinde de numărul de termocupluri din acesta. Cel mai adesea acestea sunt 127 de termocupluri, ceea ce corespunde unei tensiuni de 16 V. Dezvoltatori de elemente Se recomandă alimentarea cu până la 12 V, sau 75% Umax. Această tensiune asigură o eficiență optimă a modulului.
• Modulele sunt sigilate ermetic și pot fi folosite chiar și în apă.
• Polaritatea modulului este indicată de culorile firelor - negru și roșu. De obicei, firul roșu (pozitiv) este situat pe partea dreaptă, în raport cu partea rece.

Am dezvoltat un frigider care îndeplinește toate aceste cerințe. El:

• Produce putere pentru elementul Peltier cu ondulații de cel mult 2%.
• Stabilizează puterea electrică de pe modul, de ex. produsul dintre curent și tensiune.
• Asigură activarea lină a modulului.
• Controlul temperaturii are loc conform principiului de control analogic, adică. schimbare lină a puterii pe elementul Peltier.
• Controlerul este proiectat pentru un frigider, astfel încât matematica controlerelor ține cont de inerția de răcire a aerului din cameră.
• Oferă modulul de control al temperaturii pe partea fierbinte și controlul ventilatorului.
• Are o eficiență ridicată și o funcționalitate largă.

Modul Peltier termoelectric TEC1-12706.

Acesta este cel mai comun tip de element Peltier. Folosit în multe aparate electrocasnice. Nu scump, cu parametri buni. O opțiune bună pentru a face frigidere cu putere redusă, răcitoare de apă etc.

Vă prezint caracteristicile modulului TEC1-12706 tradus în limba rusă din documentația producătorului - HB Corporation.

Parametrii tehnici ai TEC1-12706.

Caracteristici grafice.