Mnoho nových elektrikářů se zajímá o jednu velmi populární otázku - jak udělat elektřinu bezplatnou a zároveň autonomní. Velmi často například při výjezdu do přírody katastrofálně chybí zásuvka na dobití telefonu nebo rozsvícení lampy. V tomto případě vám pomůže domácí termoelektrický modul sestavený na základě Peltierova prvku. Pomocí takového zařízení můžete generovat proud s napětím až 5 voltů, což je dostačující k nabití zařízení a připojení lampy. Dále vám řekneme, jak vyrobit termoelektrický generátor vlastníma rukama, poskytnout jednoduchou mistrovskou třídu na obrázcích a s příkladem videa!

Stručně o principu fungování

Abyste v budoucnu pochopili, proč jsou při sestavování domácího termoelektrického generátoru potřeba určité náhradní díly, promluvme si nejprve o struktuře Peltierova prvku a o tom, jak funguje. Tento modul se skládá ze sériově propojených termočlánků umístěných mezi keramickými deskami, jak je znázorněno na obrázku níže.

Když projde takový řetěz elektřina, dochází k tzv. Peltierovu jevu – jedna strana modulu se zahřívá a druhá ochlazuje. Proč tohle potřebujeme? Všechno je velmi jednoduché, pokud budete postupovat v opačném pořadí: zahřejte jednu stranu desky a druhou ochlaďte, můžete tedy vyrábět elektřinu nízkého napětí a proudu. Doufáme, že v této fázi je vše jasné, takže přejdeme na mistrovské kurzy, které jasně ukážou, co a jak vyrobit termoelektrický generátor vlastníma rukama.

Mistrovská třída montáže

Na internetu jsme tedy našli velmi podrobné a zároveň jednoduché instrukce o sestavení domácího generátoru elektřiny založeného na peci a Peltierově článku. Chcete-li začít, musíte připravit následující materiály:

• Samotný Peltierův článek s parametry: maximální proud 10 A, napětí 15 Voltů, rozměry 40 * 40 * 3,4 mm. Označení – TEC 1-12710.
• Starý napájecí zdroj z počítače (je od něj potřeba jen pouzdro).
• Stabilizátor napětí s následujícími technickými charakteristikami: vstupní napětí 1-5V, výstupní napětí – 5V. Tento návod na sestavení termoelektrického generátoru využívá modul s USB výstupem, který zjednoduší proces dobíjení moderního telefonu nebo tabletu.
• Chladič. Z procesoru jej můžete okamžitě vzít s chladičem, jak je znázorněno na fotografii.
• Termální pasta.

Po přípravě všech materiálů můžete přistoupit k výrobě zařízení sami. Aby vám bylo jasnější, jak vyrobit generátor sami, poskytujeme podrobnou hlavní třídu s obrázky a podrobným vysvětlením:

Termoelektrický generátor funguje následovně: do pece vložíte dřevo, zapálíte a počkáte několik minut, než se zahřeje jedna strana desky. Pro dobití telefonu musí být rozdíl teplot na různých stranách cca 100 o C. Pokud se chladící část (radiátor) zahřeje, je potřeba ji ochladit všemi možné metody– jemně jej zalijte vodou, položte na něj hrnek s ledem atd.

A zde je video, které jasně ukazuje, jak funguje domácí elektrický generátor na dřevo:

Výroba elektřiny z ohně

Můžete také nainstalovat počítačový ventilátor na studenou stranu, jak je znázorněno na druhé verzi domácího termoelektrického generátoru s Peltierovým prvkem:

V tomto případě bude chladič využívat malý zlomek výkonu generátorového soustrojí, ale výsledný systém bude efektivnější. Kromě nabíjení telefonu lze Peltierův modul využít jako zdroj elektřiny pro LED diody, což je neméně užitečná možnost využití generátoru. Mimochodem, druhá verze domácího termoelektrického generátoru je trochu podobná vzhledu a designu. Jediným vylepšením, kromě chladicího systému, je možnost nastavení výšky tzv. hořáku. K tomu autor prvku používá „tělo“ CD-ROM (jedna z fotografií jasně ukazuje, jak si můžete návrh vytvořit sami).

Pokud si pomocí této metody vyrobíte termoelektrický generátor vlastníma rukama, můžete mít na výstupu napětí až 8 voltů, takže pro nabíjení telefonu nezapomeňte připojit převodník, který na výstupu ponechá pouze 5 V.

Studna poslední možnost Domácí zdroj elektřiny pro domácnost může představovat následující schéma: prvek - dvě hliníkové „cihly“, měděná trubka (vodní chlazení) a hořák. Výsledkem je efektivní generátor, který vám umožní vytvořit si doma elektřinu zdarma!

DIY prvek Peltier

V anglický jazyk termín je označován jako TEC - termoelektrický chladič. Udělej si sám Peltierův prvek je teplotně-elektrický měnič, který funguje na principu teplotního rozdílu, ke kterému dochází v okamžiku přivedení elektrického proudu. Je možné si jej sestavit svépomocí a k jakému využití jej lze použít?

DIY prvek Peltier

Vyrobit si zařízení doma je téměř nemožné, zvláště když to vzhledem k nízké tržní hodnotě nedává příliš smysl.

Většina řemeslníků však stále dává přednost výrobě Peltierova prvku vlastníma rukama, přičemž uvádí řadu jeho výhod:

1. Kompaktní, snadno se instaluje na domácí elektronické plató.
2. Neobsahuje žádné pohyblivé části, což zvyšuje jeho životnost.
3. Možnost zapojení několika prvků do kaskádového obvodu pro snížení velmi vysokých teplot.

Nicméně, DIY Peltier má určité nevýhody: nízkou účinnost, nutnost dodávat vysoký proud pro získání znatelného teplotního rozdílu a obtížnost odstraňování tepelné energie z chlazeného povrchu.

Podívejme se na příklad diagramů, jak vyrobit Peltiera vlastníma rukama:

• Použijte jej jako součást termoelektrického generátoru podle schématu zapojení.
• Na IC čip L6920 sestavte jednoduchý převodník (obrázek 1).

Obrázek 1. DIY Peltierův prvek: univerzální obvod

1. Na vstup výsledného převodníku přiveďte napětí v rozsahu 0,8-5,5V, abyste měli stabilní výstup 5V.
2. Při použití zařízení běžného typu nastavte teplotní limit vyhřívané strany na 150 stupňů.
3. Pro kalibraci použijte jako zdroj tepla nádobu s vařící vodou, která se rozhodně nezahřeje nad 100 stupňů.

Popis technologie a principu činnosti

Způsob fungování termoelektrického chladiče je poměrně jednoduchý. DIY Peltierův jev je založen na kontaktu dvou proudových vodičů, které mají ve své vodivé zóně různé úrovně energie elektronů.

Obrázek 2. Princip činnosti prvku

Když je přes takovou vazbu aplikován elektrický proud, elektron získává vysokou energii, což mu umožňuje přesunout se do vodivostního pásma s vyšší energií druhého polovodiče. Když je tato energie absorbována, dochází k chladicí oblasti vodičů (obrázek 2).

Když proces probíhá v opačném směru, reakce vede k ohřevu kontaktní plochy a obvyklému tepelnému efektu.

Po zhlédnutí Peltierova videa vlastníma rukama můžete vyvodit určité závěry o principu jeho fungování:

1. Množství dodávaného proudu bude úměrné stupni chlazení - pokud je na jedné straně modulu vyroben dobrý chladič, při použití radiátorových okruhů jeho studená strana zajistí nejnižší možnou teplotu.
2. Když se změní polarita proudu, změní se strany ohřívací a chladicí roviny.
3. Když se předmět dostane do kontaktu s kovovým povrchem, stane se tak malý, že jej nelze vidět na pozadí ohmického ohřevu nebo jiných tepelně vodivých účinků, proto se v praxi používají dva polovodiče.
4. Díky různému počtu termočlánků - od 1 do 100 lze dosáhnout téměř libovolného chladicího výkonu.

Technické vlastnosti Peltierova prvku

Komponenta je široce používána v různých chladicích okruzích.

Což není překvapivé, protože DIY peltier má následující technické vlastnosti:

1. Schopnost dosahovat nízkých teplot, což je vynikající řešení pro chlazení elektrických spotřebičů a zařízení podléhajících ohřevu.
2. Dokonale plní práci běžného chladiče, což umožňuje jeho instalaci do moderních zvukových a akustických systémů.
3. Absolutně tichý - během provozu nevydává žádné cizí nebo intenzivní zvuky.
4. Má silný přenos tepla při udržení požadované teploty na radiátoru po poměrně dlouhou dobu.

Lednička pro kutily s Peltierovými prvky

K sestavení chladicí jednotky budete potřebovat dostatečný počet elektrických vodičů a speciální nářadí (obrázek 3).

Lednička Peltier pro kutily vyžaduje speciální přístup k montáži a použitým materiálům:

1. Základem desky by měla být odolná keramika;
2. Pro maximální teplotní rozdíl je třeba připravit minimálně 20 přípojek;
3. Správné výpočty jsou klíčem ke zvýšení účinnosti o 70 %;
4. Freon poskytne největší výkon použitému zařízení;
5. Domácí modul je instalován v blízkosti jeho výparníku, vedle motoru;
6. Instalace se provádí pomocí standardní sady nástrojů pomocí těsnění;
7. Jsou nezbytné k izolaci pracovního modelu od spouštěcího relé;
8. Izolace bude potřeba i pro samotnou elektroinstalaci, před připojením ke kompresoru;
9. Vyhnout se zkrat, síla konečného napětí je volána testerem.

Obrázek 3. Pomocí Peltierova prvku snadno sestavíte kempingovou chladničku

Podobné schéma lze použít pro chladič do auta. Autochladnička Peltier se montuje vlastníma rukama na keramickou desku o tloušťce ne menší než 1 milimetr. Používá měděné nemodulární spoje s kapacitou 4A a používá vodiče označené „PR20“, vhodné pro kontakty odlišné typy. Pro připojení zařízení ke kondenzátoru použijte běžnou páječku.

Klimatizace DIY Peltier

V tomto případě lze pro výrobek použít pouze vodiče typu „PR12“ (obrázek 4).

Klimatizace Peltier s vlastními rukama se montují pouze na ně, protože odolávají abnormálním teplotám a produkují napětí až 23 V:

1. Používá se hlavně pro chlazení počítačových grafických karet.
2. Jeho odpor se pohybuje v rozmezí 3 ohmů.
3. Teplotní rozdíl je 10 stupňů a účinnost je 65%.
4. Vyžaduje 14 měděných vodičů.
5. Pro připojení je použit nemodulární adaptér.
6. Zařízení je namontováno vedle vestavěného chladiče na grafické kartě.
7. Konstrukce je zajištěna kovovými rohy a obyčejnými maticemi.

Obrázek 4. Prvek se také používá k vytvoření přenosných klimatizací

Pokud během provozu klimatizace zaznamenáte silný vnější hluk nebo jiné necharakteristické zvuky, zkontroluje se její funkčnost pomocí multimetru.

DIY Peltierův generátor

Sestavit takové zařízení sami není tak obtížné. DIY Peltierův generátor má své vlastní charakteristiky: výkon sestaveného zařízení se zvyšuje o 10% kvůli většímu chlazení motoru, ale nedoporučuje se zahřívat hlavní komponenty na více než 200 stupňů. Zařízení vydrží maximální zatížení při 30A a jeho odpor může být 4 Ohmy kvůli většímu počtu vodičů (obrázek 5).

Stojí za to připomenout, že generátor založený na Peltierových prvcích s vlastními rukama:

1. Má teplotní odchylku v systému přibližně 13 stupňů.
2. Ve většině případů montáže a demontáže konstrukce do nich stator nezasahuje.
3. Modul je připevněn přímo k rotoru, pro který je potřeba odpojit centrální hřídel.
4. Aby se zabránilo zahřívání vinutí rotoru od induktoru, měly by být použity keramické desky.

Obrázek 5. Peltierův prvek pomůže vytvořit kempingový generátor

Vlastní tepelný generátor Peltier je sestaven ze dvou desek 10 x 10 cm, tloušťky 1 mm, zajištěných teplovodivou pastou, které pokrývají čtyři požadované moduly. Na ně se umístí plechovka nebo jakákoliv jiná nádoba, aby se zapálil oheň, který poskytne 170-180 stupňů. Ke spodní části jedné z desek je pomocí šroubů připevněn měděný nebo hliníkový radiátor. K němu je připevněna další deska 20*12cm, na kterou je připevněna další taková část. Na něm je nainstalováno továrně vyrobené pouzdro baterie, ke kterému je připájen konektor pro nabíjení smartphonu.

DIY Peltier odvlhčovač

Na rozdíl od stejné klimatizace je realizace této myšlenky zcela oprávněná. Sušička DIY Peltier má jednoduchou konstrukci a nízkou cenu a její chladicí modul snižuje teplotu radiátoru pod rosný bod, což vede k usazování vlhkosti obsažené ve vzduchu procházejícím zařízením. Dále je usazená voda odeslána do speciální skladovací nádrže (obrázek 6).

Navzdory nízké účinnosti lze účinnost takového zařízení nazvat docela uspokojivou.

Udělej si sám Peltierův odvlhčovač:

1. Připojuje se bez problémů - výstupní vodiče jsou součástí dodávky konstantní tlak, jehož hodnota je uvedena v jeho datasheetu.
2. Má standardní polaritu - červený vodič jde do plusu, černý vodič do mínusu, při jejich záměně si chlazené a ohřívané plochy vymění místo.
3. Kontroluje se hmatově – při připojení ke zdroji napětí bude jedna strana studená, druhá teplá.
4. Pokud v blízkosti není žádný zdroj proudu, připojíme sondy ke svorkám modulu a na jednu ze stran přivedeme zapálenou zápalku nebo zapalovač a pozorujeme údaje přístroje.

Obrázek 6. Schéma sestavení vysoušeče vzduchu

Jak připojit Peltierovy prvky na modulu

Pokud mluvíme o jednoduchém regulátoru, neměly by být žádné potíže s připojením, pokud existuje obvod. Vlastní Peltierův modul se skládá ze dvou kovových desek a kabeláže s kontakty. Pro instalaci jsou připraveny vodiče „PP“ a umístěny na základnu. Pro řízení teplotního režimu se na výstupu používají polovodiče. Pro sestavení všech součástí dohromady použijte středně výkonnou páječku. Nakonec připojte dva vodiče, kterými prochází elektrický proud.

Modul DIY Peltier má následující nuance připojení:

1. První vodivý drát je namontován na spodní základně konstrukce.
2. Je upevněn v blízkosti nejvzdálenějšího vodivého článku.
3. V tomto případě byste se měli vyvarovat kontaktu s kovovou částí.
4. Dále je v horní části připojena druhá taková kabeláž.
5. Opravuje se stejným způsobem jako předchozí.

Testování samostatně sestaveného Peltierova modulu

Vzhledem ke snadné montáži není výroba zařízení vlastními silami náročná. Testování Peltierova prvku vyrobeného z diod vlastníma rukama, jako každé jiné, také není obtížné. Hlavní věcí v počátečních fázích je použití správných materiálů - připravte dvě kovové desky a kabeláž potřebné kontakty, polovodiče označené „PP“. Vše můžete zkontrolovat na provozuschopnost pomocí multimetru nebo běžného testeru a diody by se měly rozsvítit, když je zařízení připojeno k síti.

Pomocí jednoduchých zařízení můžete využít tepelné ztráty ohřívaného vzduchu nebo kapalin. V tomto článku vám řekneme, jak využít odpadní energii kamen, kotlů a otevřeného ohně a převést ji na stejnosměrný elektrický proud nízké síly.

Jakýkoli chemický proces nastává s uvolňováním různých druhů energie. Tak výkonný zdroj, jako je spalování, byl používán vždy. Lze jej nazvat primárním zdrojem tepla a světla. Téměř všechny látky na Zemi hoří, přičemž se uvolňuje teplo a světlo v různém množství. Přeměna tepelné energie na elektrickou není obtížná, pokud máte po ruce funkční parní turbínu, podobnou těm instalovaným v tepelných elektrárnách. Jedná se o objemné a složité zařízení, které pravděpodobně nenajde místo v kotelně. venkovský dům. Budeme se snažit těžit z tepla, které vzniká při vytápění kamny nebo ohřevu vody.

Peltierův jev je jev teplotního rozdílu při interakci dvou termočlánků různé typy vodičů (typu p a typu n), když jimi prochází stejnosměrný proud. Seebeckův jev je důsledkem Peltierova jevu, kdy při zahřívání jednoho z termočlánků vzniká elektrický proud. Nebudeme podrobně popisovat termodynamiku procesu - tyto těžko srozumitelné informace lze snadno najít v referenční literatuře. Zajímá nás výsledek a možnosti jeho praktického využití.

Konstrukce termoelektrického modulu

Termoelektrický modul (TEM) se skládá z mnoha termočlánků spojených navzájem měděnou deskou. Termočlánkové pole je vlepeno mezi dvě keramické desky. Sestavit takový modul je možné pouze v továrním prostředí. Ale také si můžete doma sestavit několik TEM pro vlastní potřebu. Prvky Peltier-Seebeck jsou volně prodejné ve specializovaných prodejnách (a na webových stránkách) prodávajících technologické zařízení.

Montáž 5V TEM

Co budete potřebovat:

• Peltierův modul TEC1-12705 (40x40) - 2 ks;
• boost stejnosměrný měnič napětí EK-1674;
• duralový plech tloušťky 3 mm;
• nádoba na vodu s dokonale rovným dnem (naběračka);
• horké lepidlo;
• páječka

Z plátu duralu jsme vyřízli dvě stejné desky, o něco větší než dva moduly ležící vedle sebe. Desky na modulech na obou stranách zpevníme horkým lepidlem. Výsledný „sendvič“ připevníme (horkým lepidlem) ke dnu naběračky. Toto provedení se již dá zapálit, ale na výstupu získáme zbytečných 1,5 V. Pro zlepšení výkonu potřebujeme boost převodník, který zapájíme do obvodu. Zvýší napětí na 5 V a to už stačí na nabití mobilního telefonu.

Pozornost! Převodník má rozměry 1,5x1,5 cm Pokud nemáte odborné dovednosti, svěřte pájení odborníkovi.

Teplotní rozdíl v našem provedení je získán ohřevem jedné strany (z pece nebo plamene) a chlazením druhé (voda v pánvi). Samozřejmě, čím větší je rozdíl pracovat efektivněji modul. Pro provoz v režimu mikrogenerátoru tedy budete potřebovat relativně nízkou teplotu vody v pánvi (je lepší ji pravidelně vyměňovat). Pro vygenerování kýžených 5 V stačí konstrukci položit na sklenici s hořící svíčkou.

Proporcionálním kombinováním více modulů získáme efektivnější systém výroby energie. Zvětšením konstrukce tedy úměrně zvětšíme výměník tepla. V tomto případě by měl být povrch, který má být chlazen, zcela pokryt nádobou s vodou (nejjednodušší a cenově nejdostupnější varianta).

Vše je tak jednoduché, že okamžitě pocítíte touhu sestavit více modulů do jednoho systému a generovat 220 V z ohně. A poté připojte olejový ohřívač nebo klimatizaci. Takový jednoduchý systém má své nevýhody a hlavní je nízká účinnost. Obvykle toto číslo nepřesahuje 5 %. To má za následek relativně nízký proud 0,5 - 0,8 A a velmi nízký výkon - až 4 W.

U pumpy nebo žárovky je to zanedbatelné, ale docela dost pro:

• nabíjení baterií až po motocyklové baterie (ve variantách úměrných požadavkům);
• provoz světelných diod (LED);
• rádiový přijímač

V zimě bude systém umístěný na zdroji tepla umístěném venku fungovat maximálně efektivně.

Materiálové náklady na sestavení 5V termoelektrického mikrogenerátoru:

*- tento model zboží bylo vybráno z cenových důvodů. Nabídka TEM od dodavatelských firem je poměrně široká, což umožňuje vybrat produktivnější (až 8 V) modely (jsou výrazně dražší).

Továrně vyrobené produkty tohoto designu se teprve začínají objevovat v prodeji. Sériová výroba se provádí v malých sériích a rozsah je malý. Náklady na takový „kbelík“ začínají na 2 500 rublech.

Tovární tepelný generátor je zařízení založené na Peltier-Seebeckově efektu, které lze připevnit přímo na vyhřívaný povrch. Od výše popsané konstrukce se odlišuje továrním provedením (a tedy spolehlivostí), absencí kapalinového výměníku tepla (místo žeber pro chlazení vzduchem) a vyšší cenou.

Standardní „cestovní“ termogenerátor má následující vlastnosti:

Jak je vidět z tabulky, tovární spolehlivost a užitečnost nejsou levné. Nedá se však říci, že by funkčně předčila domácí verzi s kýblem. Impozantních 13,5 V urychlí nabíjení vašeho mobilního telefonu, ale k tomu s sebou na túru budete potřebovat 2 kg závaží, a to je (vzhledem k velikosti zařízení) cenově nedostupný luxus. A samozřejmě cena nutí přemýšlet. S tímto množstvím můžete sestavit nikoli „tepelnou naběračku“, ale „tepelnou pánev“ a snadno nabít svůj notebook. A ještě jedna nuance - zařízení stále vyžaduje upevnění na kovovou desku, pokud se používá otevřený oheň.

Celkově se jedná o příjemný a pohodlný doplněk pro ty, kteří nemají problémy s penězi a volný prostor v kufru.

Energetická pec

Dnes je energetická pec apoteózou použití TEM v každodenním životě. Jedná se o tovární produkt, v podstatě topeniště „potbelly kamna“ na jakýkoli druh tuhého paliva s integrovaným termoelektrickým modulem. Perfektní možnost pro lovecké chaty, letní chaty, odlehlé zimoviště a obecně jakýkoli druh života daleko od civilizace. Určeno pro autonomní použití (bez obvodových chladičů), má pouze topeniště a komín. Zahrnuje přípravu jídla. Tato kamna jsou vybavena nejv mocné prvky Peltier-Seebeck.

Vlastnosti energetických pecí:

Přestože jsou kamna přenosná, rozhodně patří mezi „super těžkou váhovou kategorii“. domácí přístroje. Spektrum úkolů pro energetickou pec je však poměrně široké – umí i nabíjet autobaterie, osvětlujte celé místnosti LED lampami. Své místo má v expediční koloně i v loveckém teréňáku, v technické místnosti i na dači. Jinými slovy, v tomto případě máme zdroj tepla vždy u sebe, stačí jen sehnat palivo.

Ve svém výklenku je energetická pec nepostradatelná, ačkoli životnost deklarovaná výrobcem je trochu alarmující - 10 let. Je třeba poznamenat, že stejně jako u termogenerátoru existuje možnost preventivní (nebo nouzové) výměny všech dílů až po pouzdro.

Termoelektrické moduly jsou mimořádně zajímavé objekty. Kromě popsaných způsobů aplikace se používají také pro vodu a klimatizaci. V tomto případě je dodáván stejný prvek DC. a funguje „v opačném směru“ – ochlazuje vzduch. Tato technologie se úspěšně používá v automobilových klimatizacích a vodních chladičích, v automobilovém průmyslu a při výrobě mikroprocesorů. Tato zařízení si popíšeme v dalším článku.

Vitalij Dolbinov, rmnt.ru

Chladicí zařízení se v našich životech tak pevně usadilo, že je dokonce těžké si představit, jak bychom bez nich mohli žít. Ale klasické designy chladiv nejsou vhodné pro mobilní použití, například jako cestovní chladící taška.

K tomuto účelu se používají instalace, ve kterých je princip činnosti založen na Peltierově jevu. Pojďme si o tomto fenoménu krátce povědět.

co to je?

Tento termín označuje termoelektrický jev objevený v roce 1834 francouzským přírodovědcem Jeanem-Charlesem Peltierem. Podstatou efektu je uvolňování nebo absorpce tepla v oblasti, kde jsou v kontaktu různé vodiče, kterými prochází elektrický proud.

V souladu s klasickou teorií existuje následující vysvětlení jevu: elektrický proud přenáší elektrony mezi kovy, které mohou urychlovat nebo zpomalovat jejich pohyb v závislosti na rozdílu kontaktních potenciálů ve vodičích z různých materiálů. V souladu s tím se s nárůstem kinetické energie přeměňuje na tepelnou energii.

Na druhém vodiči je pozorován opačný proces vyžadující doplnění energie v souladu se základním fyzikálním zákonem. K tomu dochází v důsledku tepelné vibrace, která způsobuje ochlazování kovu, ze kterého je vyroben druhý vodič.

Moderní technologie umožňují vyrábět polovodičové prvky-moduly s maximálním termoelektrickým účinkem. Má smysl krátce mluvit o jejich designu.

Konstrukce a princip činnosti

Moderní moduly jsou konstrukce sestávající ze dvou izolačních desek (obvykle keramických), mezi nimiž jsou umístěny sériově spojené termočlánky. Zjednodušené schéma takového prvku lze nalézt na obrázku níže.

Označení:

• A – kontakty pro připojení ke zdroji energie;
• B – horký povrch prvku;
• C – studená strana;
• D – měděné vodiče;
• E – polovodič na bázi p-přechodu;
• F – polovodič typu n.

Konstrukce je provedena tak, že každá strana modulu je v kontaktu buď p-n nebo n-p přechody(v závislosti na polaritě). Kontakty p-n zahřát, n-p – vychladnout (viz obr. 3). V souladu s tím vzniká na stranách prvku teplotní rozdíl (DT). Pro pozorovatele bude tento efekt vypadat jako přenos tepelné energie mezi stranami modulu. Je pozoruhodné, že změna polarity napájení vede ke změně horkých a studených povrchů.

Rýže. 3. A – horká strana termočlánku, B – studená strana

Specifikace

Vlastnosti termoelektrických modulů jsou popsány následujícími parametry:

• chladicí výkon (Q max), tato charakteristika je určena na základě maximálního přípustného proudu a teplotního rozdílu mezi stranami modulu, měřeno ve Wattech;
• maximální teplotní rozdíl mezi stranami prvku (DT max), parametr je uveden pro ideální podmínky, jednotkou měření jsou stupně;
• přípustný proud potřebný k zajištění maximálního teplotního rozdílu – I max;
• maximální napětí U max potřebné pro proud I max k dosažení špičkového rozdílu DT max ;
• vnitřní odpor modulu – Odpor, udávaný v Ohmech;
• koeficient účinnosti - COP (zkratka z angličtiny - koeficient výkonu), v podstatě se jedná o účinnost zařízení, ukazující poměr chlazení ke spotřebě energie. U levných prvků se tento parametr pohybuje v rozmezí 0,3-0,35, u dražších modelů se blíží 0,5.

Označení

Podívejme se, jak jsou dešifrována typická označení modulů na příkladu na obrázku 4.

Obrázek 4. Peltierův modul označený TEC1-12706

Označení je rozděleno do tří smysluplných skupin:

1. Označení prvku. První dvě písmena jsou vždy nezměněna (TE), což znamená, že se jedná o termočlánek. Další označuje velikost, mohou tam být písmena „C“ (standardní) a „S“ (malá). Poslední číslo udává, kolik vrstev (kaskád) je v prvku.
2. Počet termočlánků v modulu zobrazený na fotografii je 127.
3. Jmenovitý proud je v ampérech, pro nás je to 6 A.

Stejným způsobem se čtou i označení ostatních modelů řady TEC1, např.: 12703, 12705, 12710 atd.

aplikace

Navzdory poměrně nízké účinnosti jsou termoelektrické prvky široce používány v měřicích, výpočetních a domácích spotřebičích. Moduly jsou důležitým provozním prvkem následujících zařízení:

• Mobilní chladicí jednotky;
• malé generátory na výrobu elektřiny;
• chladicí systémy v osobních počítačích;
• Chladiče pro chlazení a ohřev vody;
• odvlhčovače atd.

Uveďme podrobné příklady použití termoelektrických modulů.

Chladnička využívající Peltierovy články

Termoelektrické chladicí jednotky mají výrazně nižší výkon než kompresorové a absorpční analogy. Mají však významné výhody, proto je jejich použití za určitých podmínek vhodné. Mezi tyto výhody patří:

• jednoduchost designu;
• odolnost proti vibracím;
• nepřítomnost pohyblivých prvků (kromě ventilátoru foukajícího chladič);
• nízká hladina hluku;
• malé rozměry;
• schopnost pracovat v jakékoli pozici;
• dlouhá životnost;
• nízká spotřeba energie.

Tyto vlastnosti jsou ideální pro mobilní instalace.

Peltierův článek jako generátor elektřiny

Termoelektrické moduly mohou fungovat jako generátory elektřiny, pokud je jedna z jejich stran vystavena nucenému ohřevu. Čím větší je teplotní rozdíl mezi stranami, tím vyšší je proud generovaný zdrojem. Bohužel maximální teplota pro tepelný generátor je omezená, nemůže být vyšší než bod tání pájky použité v modulu. Porušení této podmínky povede k poruše prvku.

Pro hromadnou výrobu tepelných generátorů se používají speciální moduly se žáruvzdornou pájkou, které lze zahřát na teplotu 300°C. V běžných prvcích, například TEC1 12715, je limit 150 stupňů.

Protože účinnost takových zařízení je nízká, používají se pouze v případech, kdy není možné použít efektivnější zdroj elektrické energie. Mezi turisty, geology a obyvateli odlehlých oblastí jsou však žádané tepelné generátory 5-10 W. Velké a výkonné stacionární instalace na vysokoteplotní palivo se používají k napájení plynových rozvodů, zařízení meteorologických stanic atd.

K chlazení procesoru

Relativně nedávno se tyto moduly začaly používat v systémech chlazení CPU osobní počítače. Vzhledem k nízké účinnosti termoprvků jsou výhody takových konstrukcí spíše pochybné. Například pro chlazení 100-170W zdroje tepla (vhodné pro většinu moderní modely CPU), budete muset utratit 400-680 W, což vyžaduje instalaci výkonného napájecího zdroje.

Druhé úskalí spočívá v tom, že nezatížený procesor uvolní méně tepelné energie a modul jej dokáže ochladit pod rosný bod. V důsledku toho se začne tvořit kondenzát, který zaručeně poškodí elektroniku.

Ti, kteří se rozhodnou vytvořit takový systém sami, budou muset provést řadu výpočtů, aby vybrali výkon modulu pro konkrétní model procesoru.

Na základě výše uvedeného není použití těchto modulů jako systému chlazení CPU nákladově efektivní, navíc mohou způsobit poruchu počítačové vybavení mimo provoz.

Zcela jiná situace je u hybridních zařízení, kde se využívají tepelné moduly ve spojení s vodním nebo vzduchovým chlazením.

Hybridní chladicí systémy prokázaly svou účinnost, ale vysoká cena omezuje okruh jejich obdivovatelů.

Klimatizace založená na Peltierových prvcích

Teoreticky bude takové zařízení konstrukčně mnohem jednodušší než klasické klimatizační systémy, ale to vše souvisí s nízkým výkonem. Jedna věc je chladit malý objem ledničky, druhá věc je chladit místnost nebo interiér auta. Klimatizace zapnuté termoelektrické moduly spotřebuje více elektřiny (3-4krát) než zařízení běžící na chladivo.

Pokud jde o použití jako automobilový systém klimatizace, pak výkon standardního generátoru nebude k provozu takového zařízení stačit. Jeho výměna za účinnější zařízení povede ke značné spotřebě paliva, což není nákladově efektivní.

Na tematických fórech se pravidelně objevují diskuse na toto téma a zvažují se různé domácí návrhy, ale plnohodnotný funkční prototyp ještě nevznikl (nepočítám-li klimatizaci pro křečka). Je docela možné, že se situace změní, až budou široce dostupné moduly s přijatelnější účinností.

Pro chladicí vodu

Termoelektrický prvek se často používá jako chladicí kapalina pro vodní chladiče. Konstrukce obsahuje: chladicí modul, termostatem řízený regulátor a ohřívač. Tato implementace je mnohem jednodušší a levnější než kompresorový okruh, navíc je spolehlivější a snadněji se ovládá. Existují však také určité nevýhody:

• voda neochlazuje pod 10-12°C;
• chlazení trvá déle než jeho kompresorový protějšek, proto není takový chladič vhodný do kanceláře velké množství dělníci;
• zařízení je citlivé na vnější teplotu, v teplé místnosti se voda neochladí na minimální teplotu;
• Instalace v prašných místnostech se nedoporučuje, protože může dojít k ucpání ventilátoru a selhání chladicího modulu.

Stolní vodní chladič s Peltierovým prvkem

Vysoušeč vzduchu na bázi Peltierových prvků

Na rozdíl od klimatizace je implementace odvlhčovače pomocí termoelektrických prvků docela možná. Design je poměrně jednoduchý a levný. Chladicí modul snižuje teplotu chladiče pod rosný bod, v důsledku čehož se na něm usazuje vlhkost obsažená ve vzduchu procházejícím zařízením. Usazená voda je vypouštěna do speciální akumulační nádrže.

I přes nízkou účinnost je v tomto případě účinnost zařízení vcelku uspokojivá.

Jak se připojit?

S připojením modulu nebudou problémy, na výstupní vodiče musí být přivedeno konstantní napětí, jeho hodnota je uvedena v datasheetu prvku. Červený vodič musí být připojen ke kladnému pólu, černý vodič k zápornému pólu. Pozornost! Obrácením polarity se obrátí pozice chlazených a vyhřívaných povrchů.

Jak zkontrolovat funkčnost Peltierova prvku?

Nejjednodušší a spolehlivým způsobem– hmatové. Je nutné připojit modul k příslušnému zdroji napětí a dotýkat se jeho různých stran. U pracovního prvku bude jeden z nich teplejší, druhý chladnější.

Pokud nemáte po ruce vhodný zdroj, budete potřebovat multimetr a zapalovač. Proces ověření je poměrně jednoduchý:

1. připojte sondy ke svorkám modulu;
2. přiveďte zapálený zapalovač na jednu ze stran;
3. Sledujeme hodnoty přístroje.

V pracovním modulu se při zahřívání jedné ze stran generuje elektrický proud, který se zobrazí na displeji zařízení.

Jak vyrobit Peltierův prvek vlastníma rukama?

Je téměř nemožné vyrobit domácí modul doma, zejména proto, že to nemá smysl, vzhledem k jejich relativně nízké ceně (asi 4 až 10 $). Můžete si ale sestavit zařízení, které se vám bude hodit na túru, například termoelektrický generátor.

Pro stabilizaci napětí je nutné na IC čip L6920 sestavit jednoduchý převodník.

Na vstup takového převodníku je přiváděno napětí v rozsahu 0,8-5,5 V, na výstupu bude vyrábět stabilních 5 V, což je dostačující pro dobití většiny mobilní zařízení. V případě použití klasického Peltierova článku je nutné omezit rozsah provozních teplot vyhřívané strany na 150 °C. Abyste se vyhnuli potížím se sledováním, je lepší jako zdroj tepla použít hrnec s vroucí vodou. V tomto případě je zaručeno, že se prvek nezahřeje nad 100 °C.

Nejlepší dobou pro provoz termogenerátoru na bázi Peltierových článků je samozřejmě zima. Protože je potřeba je dobře vychladit, aby vůbec něco dostaly.

V experimentu testujícím výkonný generátor bylo použito 12 Peltierových modulů TEC1-12706. Nejlevnější a nejoblíbenější se prodávají v tomto čínském obchodě. Je k tomu chladič.

Chlazení v uvedeném příkladu bylo zajištěno 5,4 wattovým, 12 voltovým ventilátorem.

Co je Peltierův prvek, jaké jsou jeho vlastnosti, jak funguje a design pracovních modelů, je popsáno v několika článcích na našem webu, které můžete snadno najít pomocí pohodlného vyhledávacího panelu.

Účelem experimentu je zjistit, jaký maximální výkon dokáže vyrobit nejlevnější čínský termočlánek v zimní sezóně.
Se začátkem experimentu se tedy kamna zapálila, když se dřevo trochu rozhořelo, začal pracovat termogenerátor a spustil se ventilátor. Ochlazuje studenou stranu termočlánků. Schéma je jednoduché. Na konci videa je ukázáno, jak se takový termogenerátor sestavuje.

Během experimentu bude dosaženo maximálního napětí naprázdno tohoto generátoru. Pak se pomocí potenciometru toto napětí sníží přesně na polovinu. Tím se vyrovná odpor generátoru a odpor zátěže. Poté se stejné množství energie rozptýlí v generátoru a v zátěži. To poskytne 50 procent výkonu, nebo spíše účinnost 50 % dodaného výkonu. To odpovídá účinnosti pouze 50 %. Ale výkon takového výkonu bude maximální v tomto poměru. Ale maximální přenos výkonu nastává pouze s tímto poměrem!
Jak se pec zahřívá, napětí produkované elektrickým generátorem se zvyšuje. Ventilátor nabral otáčky, jde o poměrně výkonný ventilátor s výkonem 5,5 wattu. Proto si vezme část moci pro sebe. Síla, která bude nyní určena, bude užitečnou silou. Napětí nestoupá nad 26 voltů. Připojíme potenciometr a začneme přidávat odpor.

Nyní postupně zvyšujeme napětí na 13 voltů. Zaznamenaný výkon byl 9 wattů. Během nastavování se generátor zahřál a výkon klesl o 1,5 wattu.
Podařilo se nám krátkodobě získat až 9 wattů. Pak ale výkon klesl a zastavil se kolem 7,5 wattu. Toto číslo však zůstalo stabilní. Tento výkon stačí k nabití jakéhokoli telefonu, smartphonu nebo tabletu.

Z 12 Peltierových prvků se získá 0,5 wattu nebo více na prvek. Při teplotě vzduchu nula stupňů je to dobrý indikátor pro chlazení vzduchu. Při teplotě -20 by byl výsledek o řád vyšší. Proto je docela možné získat dokonce až jeden watt na Peltierův článek, ale v extrémních mrazech.
Nyní bude ventilátor připojen přes wattmetr, aby bylo vidět, kolik užitečné energie je vynaloženo na jeho provoz. Zařízení ukazovalo 6 wattů. Nebýt tohoto ventilátoru, bylo by možné k výkonu tohoto tepelného generátoru přidat dalších 5-6 wattů.
Pro pokračování experimentu bylo plánováno vypnout ventilátor, aby bylo možné chlazení provádět pomocí sněhu. Po resetování ventilátoru bude chladič silně pokryt sněhem. V experimentu však došlo k nečekané nehodě. Po odstranění ventilátoru se kamna přehřála a jeden z Peltierových článků selhal, roztavil se bez chlazení. Systém ztratil kontakty. Proto je ventilátor v tomto zařízení užitečným prvkem. Pro bezpečnost je nutné použít ochranné mřížky.

Závěr je následující: za dobrého mrazu lze získat asi 1 watt na Peltierův článek. Jsou místa, například Jakutsko nebo dálný sever, kde teploty dosahují až minus 50 stupňů Celsia. Takže bude snadné získat 1 watt z prvku. Představte si, že v jurtě jsou kamna a za nimi je stěna o rozměrech 1 x 2 m. Teplá strana je uvnitř kamen a studená je venku, kde je mráz a vítr. Z jednoho čtverečního metru takových prvků můžete odebrat až 0,5 kilowattu elektřiny. To znamená, že ze 2 metrů čtverečních můžete získat až jeden kilowatt elektřiny.

Takové výkonné pece na bázi prvků se vyrábějí v Rusku. Říká se jim „Elektrogenerační pec Indigirka“. Koupíte je v tomto obchodě, slevový kód 11920924.

Konstrukce takového termogenerátoru je extrémně jednoduchá. 12 nejlevnějších čínských Peltierových prvků je sevřeno mezi dva hliníkové radiátory, které by měly mít hladké, ideálně leštěné povrchy. Tepelná pasta se přirozeně nanáší na každou stranu termočlánku. Radiátory zkroutíme šrouby a spojíme je dráty. Přiložíme chladič, nejlépe výkonnější. No, samý sporák. Jedná se o kus pozinkované oceli, lepší než nerezová ocel. Připevňuje se k horkému radiátoru pomocí šroubů. Poté se vytvoří dno s otvory 7-8 mm pro přívod vzduchu.

Tento experiment má pokračování. Chcete-li to najít, napište do vyhledávání na webu: Vzduchem chlazený Peltier.