عنصر Peltier یک مبدل ترموالکتریک ویژه است که طبق اصل Peltier به همین نام - وقوع اختلاف دما در هنگام تامین جریان الکتریکی - کار می کند. که در زبان انگلیسیاغلب به عنوان TEC شناخته می شود که به معنای خنک کننده ترموالکتریک است.

عنصر Peltier چگونه کار می کند؟

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

اگر از یک طرف اتلاف گرما خوب باشد، به عنوان مثال، هنگام استفاده از سیستم های رادیاتور، سمت سرد می تواند دمای بسیار پایینی را فراهم کند که ده ها درجه کمتر از دمای جهان اطراف خواهد بود. مقدار جریان متناسب با درجه خنک کننده است. اگر قطبیت جریان الکتریکی را تغییر دهید، طرفین (گرم و سرد) به سادگی مکان خود را تغییر می دهند.

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

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

استفاده عملی

امروزه عناصر پلتیه به طور فعال برای:

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

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

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

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

همچنین ارزش دارد که از قبل از نیمه هادی ها در خروجی مراقبت کنید. آنها برای انتقال گرما به صفحه بالایی استفاده خواهند شد. در هنگام نصب از آهن لحیم کاری استفاده کنید. در مرحله آخر باید دو سیم را وصل کنید. اولی در پایه نصب شده و در نزدیکی بیرونی ترین هادی محکم ثابت می شود. مهم است که اطمینان حاصل شود که هرگونه تماس با صفحه حذف شده است.

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

چگونه عناصر پلتیه را برای یخچال بسازیم؟

ساختن عناصر پلتیر برای یخچال خودتان آسان و سریع است. اولین چیزی که باید قبل از کار به آن توجه کنید جنس صفحه است. باید سرامیک بادوام باشد. در مورد هادی ها، آنها باید آماده شوند حداقل 20 قطعه، که امکان دستیابی به حداکثر اختلاف دما را فراهم می کند. با محاسبه صحیح می توان بازده را تا 70 درصد افزایش داد.

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

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

علاوه بر یخچال، عناصر پلتیر نیز به طور فعال در خنک کننده های خودرو استفاده می شود. با کیفیت بسازید یخچال ماشینانجام آن توسط خودتان نیز بسیار ساده است. برای این کار باید یک صفحه سرامیکی خوب با ضخامت حداقل 1.1 میلی متر پیدا کنید. سیم ها باید غیر ماژولار باشند. بهتر است از سیم های مسی با ظرفیت حمل به عنوان هادی استفاده کنید نه کمتر از 4 آمپر.

در این راستا حداکثر انحراف دما به ده درجه خواهد رسید که طبیعی تلقی می شود. در موارد مکرر از هادی هایی با علامت "PR20" استفاده می شود که توانسته اند با حداکثر قابلیت اطمینان و پایداری عملکرد خود را متمایز کنند. علاوه بر این، آنها برای انواع مختلفمخاطب. هنگام اتصال دستگاه به خازن، باید از آهن لحیم کاری استفاده کنید.

چگونه المنت پلتیر برای کولر آب آشامیدنی بسازیم؟

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

• به عنوان یک صفحه، شما باید به طور انحصاری از یک سطح سرامیکی استفاده کنید.
• این دستگاه از حداقل 12 هادی استفاده می کند که می توانند مقاومت بالایی را تحمل کنند.
• برای اتصال باید از دو سیم (ترجیحا مسی) استفاده کنید. المنت در پایین کولر نصب شده است. علاوه بر این، ممکن است با درب دستگاه تماس پیدا کند. اما به منظور جلوگیری از ممکن است اتصال کوتاهتمام سیم کشی ها را به مشبک یا محفظه ثابت کنید.

عنصر DIY Peltier برای تهویه مطبوع

اگر ما در مورد یک عنصر Peltier برای تهویه مطبوع صحبت می کنیم، آن را فقط می توان از هادی "PR12" ساخت. واقعیت این است که این نوع هادی می تواند دمای غیرعادی را به خوبی تحمل کند و قادر است تا ولتاژ 23 ولت را تحویل دهد. مقاومت باید در 3 اهم نوسان داشته باشد. حداکثر اختلاف دما به 10 درجه و راندمان 65 درصد خواهد رسید. هادی مورد نیاز به صف شدن.

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

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

من اولین بار چندین سال پیش زمانی که در حال توسعه بودم با عناصر Peltier (PE) برخورد کردم دستگاه خنک کننده آبدر آکواریوم امروزه ابزارهای الکترونیکی حتی در دسترس تر شده اند و دامنه کاربرد آنها به طور قابل توجهی گسترش یافته است. مثلا در کولرهای آبی, که اغلب در ادارات یافت می شود، از ES استفاده می شود. در آنجا به شکل مربع 4×4 سانتی متر هستند (شکل 2)با استفاده از خمیر حرارتی مخصوص و پیچ های سفت کننده، بین رادیاتور خنک کننده و بدنه مخزن آب، سطح "سرد" به مخزن ثابت می شوند. EP های دیگر نیز رایج هستند.

برنج. 2 عنصر پلتیه

اساس کار عنصر پلتیهاثر کشف شده توسط ساعت ساز فرانسوی ژان پلتیه نهفته است. در سال 1834، پلتیر کشف کرد که وقتی جریان مستقیمدر مداری متشکل از هادی های غیرمشابه، گرما در نقاط تماس (اتصال) هادی ها (بسته به جهت جریان) جذب یا آزاد می شود. درجه تجلی این اثر تا حد زیادی به مواد هادی های انتخاب شده بستگی دارد و متناسب با جریان عبوری است. عنصر پلتیر برگشت پذیر است. اگر اختلاف دما را روی آن اعمال کنید، جریان در مدار جریان می یابد.

نظریه کلاسیک پدیده پلتیه را با این واقعیت توضیح می دهد که الکترون های منتقل شده توسط جریان از یک فلز به فلز دیگر توسط اختلاف پتانسیل تماس داخلی بین فلزات شتاب یا کاهش می یابد. در حالت اول، انرژی جنبشی الکترون ها افزایش می یابد و سپس به صورت گرما آزاد می شود. در حالت دوم، انرژی جنبشی الکترون ها کاهش می یابد و این اتلاف انرژی به دلیل ارتعاشات حرارتی اتم های هادی دوم دوباره پر می شود. در نتیجه خنک شدن اتفاق می افتد.

اثر Peltier در هنگام استفاده بیشتر مشخص می شودتشکیل نیمه هادی ها (رسانایی نوع p و n). بسته به جهت جریان الکتریکی از طریق اتصالات p-n، به دلیل برهمکنش بارهای نشان داده شده توسط الکترون ها (n) و سوراخ ها (p) و ترکیب مجدد آنها، انرژی یا جذب یا آزاد می شود.

برنج. 3 اثر پلتیه

اثر پلتیه زیربنای کار است ماژول ترموالکتریک(TEM). یک عنصر واحد TEM یک ترموکوپل است که از یک هادی نوع p (شاخه) و یک هادی نوع n تشکیل شده است. هنگامی که چندین ترموکوپل به صورت سری به هم متصل می شوند، گرما (Q c) در تماس جذب می شود n-p را تایپ کنید، در مخاطب برجسته شده است نوع p-n(س h). در نتیجه، گرمایش (Th) یا سرمایش (Tc) در بخش نیمه هادی بلافاصله در مجاورت اتصال pn رخ می دهد.(شکل 3)، و اختلاف دما (AT=T h -T c) بین دو طرف آن بوجود می آید: یک صفحه سرد و دیگری گرم می شود. به طور سنتی، طرفی که سیم ها به آن وصل می شوند، داغ است و در پایین به تصویر کشیده می شود.

برنج. 4

ماژول ترموالکتریک مجموعه ای از چنین ترموکوپل هایی است (شکل 4).معمولاً به صورت سری با جریان و موازی با جریان گرما به یکدیگر متصل می شوند. ترموکوپل ها بین دو صفحه سرامیکی قرار می گیرند (شکل 5).شاخه ها روی لنت های رسانای مسی (نوک) لحیم می شوند که به سرامیک های رسانای گرما مخصوص، به عنوان مثال، اکسید متصل می شوند.

برنج. 5 ماژول ترموالکتریک پلتیر

آلومینیوم تعداد ترموکوپل ها می تواند به طور گسترده ای متفاوت باشد (از چند واحد تا چند صد)، که این امکان ایجاد TEM هایی با توان خنک کننده از دهم وات تا صدها وات را فراهم می کند. بیسموت تلورید دارای بالاترین راندمان ترموالکتریک در بین مواد مورد استفاده صنعتی است که برای بدست آوردن پارامترهای نوع و رسانایی مورد نیاز، افزودنی های ویژه (سلنیوم و آنتیموان) به آن اضافه می شود.

برنج. 6

ماژول معمولی (شکل 6)اختلاف دمای قابل توجهی چند ده درجه را فراهم می کند. با سرمایش اجباری مناسب سطح گرمایش، سطح خنک کننده دوم امکان دستیابی به دماهای منفی را فراهم می کند. برای افزایش اختلاف دما، اتصال آبشاری ماژول های ترموالکتریک پلتیر امکان پذیر است (شکل 7).در حالی که از خنک شدن کافی اطمینان حاصل می شود. دستگاه های خنک کننده مبتنی بر ماژول های Peltier اغلب "یخچال های فعال پلتیر" یا به سادگی "سردکن های پلتیر" نامیده می شوند.

برنج. 7، اتصال آبشاری ماژول های ترموالکتریک Peltier

استفاده از ماژول های پلتیر در کولرهای اکتیو باعث کارایی بیشتر آنها نسبت به کولرهای استاندارد مبتنی بر رادیاتور و فن می شود. با این حال، در فرآیند طراحی و استفاده از خنک کننده با ماژول های پلتیر، لازم است تعدادی از ویژگی های خاص ناشی از طراحی ماژول ها و اصل عملکرد آنها را در نظر گرفت.

قدرت ماژول Peltier از اهمیت بالایی برخوردار است که معمولاً به اندازه آن بستگی دارد. یک ماژول کم مصرف خنک کننده لازم را فراهم نمی کند، که می تواند منجر به اختلال در عنصر محافظت شده به دلیل گرم شدن بیش از حد آن شود. با این حال، استفاده از ماژول‌هایی با توان بیش از حد ممکن است باعث کاهش دمای رادیاتور خنک‌کننده شود

برنج. 8، خنک کننده فعال، بر اساس ماژول نیمه هادی Peltier

سطح تراکم رطوبت از هوا، که برای دستگاه های الکترونیکی خطرناک است. ماژول های Peltier مقدار نسبتا زیادی گرما را در حین کار تولید می کنند. به همین دلیل باید از یک فن قوی به عنوان بخشی از کولر استفاده کنید. در شکل 8یک خنک کننده فعال را نشان می دهد که از یک ماژول نیمه هادی Peltier استفاده می کند.

ولتاژ عرضه شده به ماژول با تعداد جفت شاخه های ماژول تعیین می شود. رایج ترین آنها ماژول های 127 جفتی هستند که حداکثر ولتاژ آنها تقریباً 16 ولت است. اما این ماژول ها معمولاً با ولتاژ تغذیه 12 ولت عرضه می شوند. تقریباً 75٪ Umax. در بیشتر موارد، این انتخاب ولتاژ منبع بهینه است: قدرت خنک کنندگی کافی با راندمان قابل قبول را فراهم می کند. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه بالاتر از 12 ولت افزایش می یابد، افزایش قدرت خنک کننده ناچیز است، اما مصرف برق به شدت افزایش می یابد. با کاهش ولتاژ تغذیه، راندمان افزایش می یابد زیرا ظرفیت خنک کننده نیز کاهش می یابد، اما به صورت خطی.

میز 1 عنصر پلتیه، ویژگی ها

نوع ماژول			مشخصات
	من حداکثر، A	U max، B	Q max، W		ابعاد، میلی متر
A-TM8.5-27-1.4		| 15,4	72,0		40x40x3.7
A-TM8.5-127-1.4HR1		15,4	72,0		40x40x3.4
A-TM8.5-127-1.4HR2		15,4	72,0		140x40x3.7
A-Tmb.0-127-1.4		15,4	53,0		40x40x4.2
A-TM6,0-127-1.4HR1		15,4	53,0		40x40x3.8
A-TM6,0-127-1,4HR2		15,4	53,0		40x40x4.2
A-TMZ,9-127-1.4		15,4	35,0		40x40x5.1
A-TMZ,9-127-1.4HR1		15,4	35,0		40x40x4.8
A-TMZ,9-127-1.4HR2		15,4	35,0		40x40x5.1
A-TM3.9-127-1.4		15,4	34,0		30x30x3.9
A-TMZ,9-127-1.4HR1		15,4	34,0		30x30x3.9
A-TMZ,9-127-1.4HR2		15,4	34,0		30x30x3.9
A-TM37.5-49-3.0	37,5		130,0		40x40x4.3
A-TM37.5-49-3.0HR1i		15,4	72,0		40x40x4.3
A-TM6.0-31-1.4		3,75	12,5		20x20x4.2
A-TM6,0-31-1,4HR1		3,75	12,5		20x20x4.2

توجه داشته باشید: ماژول هایی که HR1 و HR2 علامت گذاری شده اند با افزایش قابلیت اطمینان مشخص می شوند.

برای ماژول هایی با تعداد جفت شاخه های متفاوت (غیر از 127)، ولتاژ را می توان بر اساس همان اصل انتخاب کرد: 75٪ U max، اما لازم است ویژگی ها را در نظر بگیرید. دستگاه خاص، اول از همه شرایط حذف گرما از سمت گرم و قابلیت های پاور. به عنوان مثال، توصیه می شود ولتاژ 12 تا 18 ولت را به ماژول های سری DRIFT (199 جفت ترموالکتریک) تامین کنید.

در حین کار، تماس حرارتی قابل اعتماد بین مبدل حرارتی و رادیاتور مهم است، بنابراین TEM با استفاده از خمیر رسانای حرارتی متصل می شود (به عنوان مثال، KPT-8). اگر خمیر حرارتی خاصی وجود نداشته باشد، می توانید با موفقیت از عوامل دارویی خریداری شده در داروخانه، به عنوان مثال، خمیر لاساری یا خمیر سالیسیلیک روی استفاده کنید.

از آنجایی که حداکثر دما در سمت گرم TEM به +80 درجه سانتیگراد می رسد (در خنک کننده های با دمای بالا از Supercool - +150 درجه سانتیگراد)، مهم است که ED به درستی خنک شود. سطح داغ TEM باید رو به رادیاتور باشد که در طرف دیگر آن یک فن خنک کننده تعبیه شده است (جریان هوا از رادیاتور هدایت می شود). فن و TEM، مطابق با قطبیت، به یک منبع تغذیه متصل می شوند که می تواند به سادگی یک ترانسفورماتور کاهنده، یکسو کننده دیود و یک خازن اکسید صاف کننده باشد. اما ریپل ولتاژ تغذیه نباید از 5% تجاوز کند در غیر این صورت بازده TEM کاهش می یابد. بهتر است فن و TEM کنترل شوند دستگاه الکترونیکیبر اساس مقایسه کننده و سنسور دما به محض اینکه دمای جسم خنک شده از آستانه تنظیم شده بالاتر رفت، خنک کننده و فن به طور خودکار روشن می شوند و خنک سازی شروع می شود. درجه سرمایش (یا گرمایش) متناسب با جریان عبوری از TEM است که تنظیم دمای شی "خدمات شده" را با دقت بالا امکان پذیر می کند.

ماژول های ترموالکتریک آب بندی شده اند، بنابراین می توان از آنها حتی در آب نیز استفاده کرد. سرامیکسطح TEM جلا داده شده است و سیم های سیاه ("-") و قرمز ("+") به لایه ها (سرنخ ها) لحیم می شوند. اگر TEM (شکل 2) طوری قرار گیرد که سیم های آن رو به خود باشد، به طوری که سیم سیاه در سمت چپ و سیم قرمز در سمت راست باشد، یک طرف سرد در بالا و یک طرف داغ در پایین وجود خواهد داشت. علامت گذاری معمولاً روی قسمت داغ اعمال می شود.

جدول 2

دمای نوردهی، 0C	سایت ایمپکت (سمت 1 یا 2)*	زمان نوردهی، ثانیه	مقاومت (بعد از زمان قرار گرفتن در معرض)، کیلو اهم
		دائمی
گرمایش با فندک
گرمایش با فندک **			>2000
5 (در یخچال)
20 (در زمستان در فضای باز)
36 بعد از سرد شدن در یخچال (5-)
36 پس از خنک شدن در خارج (20-)
100 (آب جوش)
فایرباکس اجاق گاز روسی (شعله باز)			0,06

یادداشت:

* - سمت 1 - سمت با علامت گذاری، سمت 2 - سمت معکوس (نسبت به علامت ها).

** هنگامی که قسمت پشتی به مدت 4 ثانیه با فندک با شعله باز که سطح دوشاخه را لمس می کرد گرم شد، جریان 200 میکروآمپر در پایانه ها ثبت شد.

محبوب ترین انواع ماژول های Peltier ماژول های تک مرحله ای با حداکثر توان 65 وات (12 ولت) و 172 وات (24 ولت) هستند. نامگذاری ماژول ها به شرح زیر رمزگشایی می شود: شماره اول تعداد ترموکوپل ها در ماژول است، دوم عرض طرفین شاخه (به میلی متر)، سوم ارتفاع شاخه (به میلی متر) است. . به عنوان مثال، TV-127-1.4-1.5 یک ماژول متشکل از 127 جفت شاخه ترموالکتریک است که ابعاد آنها 1.4x1.4x1.5 میلی متر است. ابعاد ماژول 40x40 میلی متر، ضخامت حدود 4 میلی متر است. ماژول های استاندارد تک مرحله ای با حداکثر توان تا 70 وات (12 ولت) و 172 وات (24 ولت) در دسترس هستند. پارامترهای TEM معمولی در آورده شده استمیز 1.

جدول 3 پارامترهای ژنراتور ترموالکتریک

برنج. 9 ژنراتور ترموالکتریک

در آزمایش‌هایی با TEM، تغییر مقاومت آن را در آن بررسی کردم حالت های مختلف. تستر M830 در حالت اندازه گیری مقاومت به پایانه های (لاملا) ماژول متصل شد. نتایج در جدول 2 خلاصه شده است.هنگامی که در کنار TEM با علامت گذاری در معرض دمایی بیشتر از دمای اتاق قرار گرفت، مقاومت آن کاهش یافت، در سمت معکوس به نسبت افزایش یافت (ردیف های 2 و 3 جدول واکنش به لمس سطح TEM با لبه را نشان می دهد. در کف دست، دما تقریباً 36 درجه سانتیگراد نشان داده شده است.

با توجه به برگشت پذیری عناصر پلتیه، بر اساس آنها امکان توسعه منابع تغذیه وجود دارد. مثلا، ژنراتور ترموالکتریک"V25-12(M)" از شرکت "Kryotherm" (شکل 9) به شما امکان می دهد باتری های تلفن همراه، دوربین های دیجیتال، تماشای تلویزیون، کار با لپ تاپ برای مدت طولانی و غیره را شارژ کنید. تنها مورد نیاز این است. که به یک سطح گرم شده به ابعاد 20x25 سانتی متر نیاز دارید. پارامترهای ژنراتور V داده شده استجدول 3.

الف کشکروف.

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

طراحی و اصل عملکرد عنصر Peltier.

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

هنگامی که جریان از یک ترموکوپل عبور می کند، گرما در تماس n-p جذب می شود و گرما در تماس p-n آزاد می شود. در نتیجه، بخش نیمه هادی مجاور اتصال n-p سرد می شود و بخش مخالف گرم می شود. اگر قطبیت جریان را معکوس کنید، برعکس، بخش n-p گرم می شود و بخش مخالف سرد می شود.

اثر معکوس نیز وجود دارد. وقتی یک طرف ترموکوپل گرم می شود، برق.

برای کاربرد عملیانرژی جذب حرارت یک ترموکوپل کافی نیست. یک ماژول ترموالکتریک از ترموکوپل های زیادی استفاده می کند. از نظر الکتریکی به صورت سری متصل می شوند. و طراحی به گونه ای است که انتقال سرمایش و گرمایش در طرف های مختلف ماژول قرار دارد.

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

اختلاف دما بین طرف گرم و سرد ماژول Peltier می تواند به 70 درجه سانتیگراد برسد.

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

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

کاربرد.

از ماژول های ترموالکتریک Peltier استفاده می شود:

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

من آن را با استفاده از عنصر Peltier ساختم.

مزایا و معایب ماژول های Peltier.

مقایسه عناصر پلتیه با واحدهای خنک کننده کمپرسور به نوعی اشتباه است. اصلا دستگاه های مختلف- یک سیستم مکانیکی بزرگ با کمپرسور، گاز، مایع و یک جزء نیمه هادی کوچک. و هیچ چیز دیگری برای مقایسه وجود ندارد. بنابراین، مزایا و معایب ماژول های Peltier یک مفهوم بسیار نسبی است. مناطقی وجود دارد که قابل تعویض نیستند و در موارد دیگر استفاده از آنها کاملاً نامناسب است.

مزایای عناصر Peltier عبارتند از:

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

ایرادات:

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

پارامترهای عناصر پلتیه

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

الزامات عملیاتی برای عناصر Peltier.

ماژول های Peltier دستگاه های دمدمی مزاجی هستند. استفاده از آنها با تعدادی الزامات همراه است، عدم رعایت آنها منجر به تخریب یا خرابی ماژول و کاهش کارایی سیستم می شود.

• ماژول ها مقدار قابل توجهی گرما تولید می کنند. برای دفع گرما رادیاتور مناسب باید نصب شود. در غیر این صورت:
  • دستیابی به دمای سمت سرد مورد نظر امکان پذیر نیست زیرا ... عنصر پلتیه دمای یک سطح نسبتا داغ را کاهش می دهد.
  • گرمایش مجاز طرف داغ معمولا + 80 درجه سانتیگراد (در کاربردهای با دمای بالا تا 150 درجه سانتیگراد) است. آن ها ممکن است ماژول به سادگی از کار بیفتد.
  • در دمای بالاکریستال های ماژول تخریب می شوند، یعنی. کارایی و عمر مفید ماژول کاهش می یابد.
• مهم تماس حرارتی قابل اعتماد ماژولبا رادیاتور خنک کننده
• منبع تغذیه ماژول باید تامین شود جریان با ریپل بیش از 5٪. در یک سطح ضربان بالاتر، بازده ماژول، طبق برخی داده ها، 30-40٪ کاهش می یابد.
• استفاده از رگولاتورهای رله برای کنترل عنصر پلتیر جایز نیست.این منجر به تخریب سریع ماژول می شود. هر روشن و خاموش شدن باعث تخریب ترموکوپل های نیمه هادی می شود. به دلیل تغییرات دمایی ناگهانی بین صفحات ماژول، تنش های مکانیکی در محل اتصال با نیمه هادی ها ایجاد می شود. تولید کنندگان عناصر Peltier تعداد چرخه های شروع و توقف ماژول را استاندارد می کنند. برای ماژول های خانگی این حدود 5000 چرخه است. تنظیم کننده رله ماژول Peltier را در 1-2 ماه غیرفعال می کند.
• علاوه بر این، عنصر Peltier رسانایی حرارتی بالایی بین سطوح دارد. در صورت خاموش شدن، گرمای رادیاتور جانبی داغ از طریق ماژول به سمت سرد منتقل می شود.
• غیر قابل قبولبرای تنظیم توان روی عنصر پلتیه، از مدولاسیون PWM استفاده کنید.
• المان پلتیر چگونه باید توسط منبع جریان یا ولتاژ تغذیه شود؟ به طور معمول از یک منبع ولتاژ استفاده می شود. پیاده سازی آن راحت تر است. اما مشخصه جریان-ولتاژ ماژول پلتیه غیرخطی و شیب دار است. آن ها با یک تغییر کوچک در ولتاژ، جریان به طور قابل توجهی تغییر می کند. و علاوه بر این، هنگامی که دمای سطوح ماژول تغییر می کند، مشخصه تغییر می کند. ما باید قدرت را تثبیت کنیم، یعنی حاصل ضرب جریان عبوری از ماژول و ولتاژ دو طرف آن. ظرفیت خنک کنندگی یک عنصر Peltier به طور مستقیم با توان الکتریکی مرتبط است. البته، این نیاز به یک تنظیم کننده نسبتاً پیچیده دارد.
• ولتاژ ماژول به تعداد ترموکوپل های موجود در آن بستگی دارد. اغلب اینها 127 ترموکوپل هستند که مربوط به ولتاژ 16 ولت است. توسعه دهندگان عنصر توصیه می شود تا 12 ولت را تامین کنید، یا 75٪ Umax. این ولتاژ کارایی بهینه ماژول را تضمین می کند.
• ماژول ها به صورت هرمتیک مهر و موم شده اند و حتی می توان از آنها در آب استفاده کرد.
• قطبیت ماژول با رنگ سیم ها - سیاه و قرمز - نشان داده می شود. به طور معمول، سیم قرمز (مثبت) در سمت راست، نسبت به سمت سرد قرار دارد.

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

• برای عنصر Peltier با امواج بیش از 2٪ قدرت تولید می کند.
• توان الکتریکی روی ماژول را تثبیت می کند، یعنی. حاصل ضرب جریان و ولتاژ
• فعال سازی صاف ماژول را تضمین می کند.
• کنترل دما بر اساس اصل کنترل آنالوگ، یعنی. تغییر آرام در قدرت در عنصر Peltier.
• کنترل کننده برای یخچال طراحی شده است، بنابراین ریاضیات کنترل کننده ها اینرسی خنک شدن هوا در محفظه را در نظر می گیرد.
• کنترل دمای سمت داغ ماژول و کنترل فن را فراهم می کند.
• دارای راندمان بالا و عملکرد گسترده است.

ماژول ترموالکتریک Peltier TEC1-12706.

این رایج ترین نوع عنصر Peltier است. در بسیاری استفاده می شود لوازم خانگی. گران نیست، با پارامترهای خوب. گزینه خوبیهبرای ساخت یخچال های کم مصرف، کولرهای آبی و غیره.

من ویژگی های ماژول TEC1-12706 را از اسناد سازنده - شرکت HB به روسی ترجمه می کنم.

پارامترهای فنی TEC1-12706.

ویژگی های گرافیکی

0 دسته بندی: . می توانید آن را نشانه گذاری کنید.

تجهیزات برودتی چنان در زندگی ما جا افتاده است که حتی تصور اینکه چگونه می‌توانیم بدون آن‌ها را مدیریت کنیم، دشوار است. اما طرح های کلاسیک مبرد مناسب نیستند استفاده از موبایلبه عنوان مثال، به عنوان یک کیف کولر مسافرتی.

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

آن چیست؟

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

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

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

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

طراحی و اصل عملیات

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

نام گذاری ها:

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

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

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

مشخصات فنی

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

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

علامت گذاری

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

شکل 4. ماژول Peltier با علامت TEC1-12706

علامت گذاری به سه گروه معنی دار تقسیم می شود:

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

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

کاربرد

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

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

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

یخچال با استفاده از عناصر Peltier

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

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

این ویژگی ها برای نصب موبایل ایده آل هستند.

عنصر پلتیه به عنوان یک مولد برق

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

برای تولید انبوه ژنراتورهای حرارتی، از ماژول های مخصوص با لحیم نسوز استفاده می شود. در عناصر معمولی، به عنوان مثال، TEC1 12715، حد 150 درجه است.

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

برای خنک کردن پردازنده

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

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

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

بر اساس موارد فوق، استفاده از این ماژول ها به عنوان یک سیستم خنک کننده CPU مقرون به صرفه نیست، علاوه بر این، آنها می توانند باعث خرابی شوند تجهیزات کامپیوترخراب.

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

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

تهویه مطبوع بر اساس عناصر Peltier

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

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

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

برای خنک کردن آب

عنصر ترموالکتریک اغلب به عنوان خنک کننده برای کولرهای آبی استفاده می شود. طراحی شامل: یک ماژول خنک کننده، یک کنترل کننده با ترموستات و یک بخاری است. این پیاده سازی بسیار ساده تر و ارزان تر از یک مدار کمپرسور است، علاوه بر این، قابل اعتمادتر و آسان تر است. اما معایب خاصی نیز وجود دارد:

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

کولر آبی رومیزی با استفاده از عنصر Peltier

خشک کن هوا بر اساس عناصر Peltier

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

علیرغم راندمان پایین، در در این موردکارایی دستگاه کاملا رضایت بخش است.

چگونگی اتصال؟

در اتصال ماژول هیچ مشکلی وجود نخواهد داشت. سیم قرمز باید به مثبت و سیم سیاه به منفی وصل شود. توجه! معکوس کردن قطبیت، موقعیت سطوح سرد شده و گرم شده را معکوس می کند.

چگونه عنصر Peltier را برای عملکرد بررسی کنیم؟

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

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

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

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

چگونه یک عنصر Peltier را با دستان خود بسازیم؟

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

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

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

ترموکوپل (ماژول Peltier) بر اساس اصل معکوس ترموکوپل کار می کند - ظاهر یک اختلاف دما در هنگام جریان الکتریکی.

عنصر Peltier چگونه کار می کند؟

استفاده از یک ماژول Peltier بسیار ساده است که اصل آن آزاد کردن یا جذب گرما در لحظه تماس است مواد مختلفوقتی جریان انرژی الکترون ها قبل و بعد از تماس از آن عبور می کند، متفاوت است. اگر در خروجی کمتر باشد، به این معنی است که گرما در آنجا تولید می شود. هنگامی که الکترون های در تماس توسط یک میدان الکتریکی مهار می شوند، انرژی جنبشی را به شبکه کریستالی منتقل می کنند و آن را گرم می کنند. اگر سرعت بگیرند، گرما جذب می شود. این به دلیل این واقعیت است که بخشی از انرژی از شبکه کریستالی گرفته شده و سرد می شود.

این پدیده تا حد زیادی در نیمه هادی ها ذاتی است که با تفاوت زیاد بارها توضیح داده می شود.

ماژول Peltier که کاربرد آن موضوع بررسی ما است، در ایجاد دستگاه های خنک کننده ترموالکتریک (TEC) استفاده می شود. ساده ترین آنها شامل دو نیمه هادی نوع p و n است که به صورت سری از طریق کنتاکت های مسی متصل شده اند.

اگر الکترون ها از یک نیمه هادی "p" به "n" حرکت کنند، در اولین اتصال با یک پل فلزی دوباره ترکیب می شوند و انرژی آزاد می کنند. انتقال بعدی از نیمه هادی "p" به هادی مسی با "کشیدن" الکترون ها از طریق تماس توسط یک میدان الکتریکی همراه است. این فرآیندمنجر به جذب انرژی و خنک شدن ناحیه اطراف تماس می شود. فرآیندها به روشی مشابه در انتقال های زیر رخ می دهند.

با قرار دادن کنتاکت های گرم شده و سرد شده در سطوح مختلف موازی، اجرای عملی روش حاصل می شود. نیمه هادی ها از سلنیوم، بیسموت، آنتیموان یا تلوریم ساخته می شوند. ماژول Peltier تعداد زیادی ترموکوپل را در بین صفحات سرامیکی نیترید آلومینیوم یا اکسید آلومینیوم قرار می دهد.

عوامل موثر بر کارایی TEM

• قدرت فعلی
• تعداد ترموکوپل (تا چند صد).
• انواع نیمه هادی ها
• میزان سرمایش

مقادیر بزرگتر به دلیل راندمان کم (5-8٪) و هزینه بالا هنوز به دست نیامده است. برای اینکه یک TEM با موفقیت کار کند، لازم است از حذف موثر گرما از سمت گرم شده اطمینان حاصل شود. این مشکل در اجرای عملی روش ایجاد می کند. اگر قطبیت معکوس شود، دو طرف سرد و گرم یکدیگر را معکوس می کنند.

مزایا و معایب ماژول ها

نیاز به TEM ها با ظهور دستگاه های الکترونیکی که به سیستم های خنک کننده مینیاتوری نیاز داشتند، بوجود آمد. مزایای ماژول ها به شرح زیر است:

• فشردگی؛
• بدون مفاصل متحرک؛
• ماژول Peltier دارای یک اصل عملیاتی برگشت پذیر هنگام تغییر قطبیت است.
• سادگی اتصالات آبشاری برای افزایش قدرت

نقطه ضعف اصلی ماژول راندمان پایین است. این خود را در مصرف انرژی بالا برای دستیابی به اثر خنک کننده مورد نیاز نشان می دهد. علاوه بر این، هزینه بالایی نیز دارد.

کاربرد TEM

ماژول Peltier در درجه اول برای خنک کردن ریز مدارها و قطعات کوچک استفاده می شود. شروعی برای خنک کردن عناصر تجهیزات نظامی انجام شد:

• ریز مدارها؛
• آشکارسازهای مادون قرمز؛
• عناصر لیزری؛
• نوسانگرهای کریستالی

ماژول ترموالکتریک Peltier به تدریج شروع به استفاده در لوازم خانگی کرد: برای ایجاد یخچال، تهویه مطبوع، ژنراتور و ترموستات. هدف اصلی آن خنک کردن اجسام کوچک است.

خنک کننده CPU

اجزای اصلی رایانه ها به طور مداوم در حال بهبود هستند که منجر به افزایش تولید گرما می شود. همراه با آنها، سیستم های خنک کننده با استفاده از فناوری های نوآورانه و کنترل های مدرن در حال توسعه هستند. ماژول Peltier در این زمینه در درجه اول در ریزمدارهای خنک کننده و سایر اجزای رادیویی کاربرد پیدا کرده است. خنک کننده های سنتی دیگر نمی توانند با حالت های اورکلاک اجباری ریزپردازنده ها کنار بیایند. و افزایش فرکانس پردازنده ها باعث افزایش کارایی آنها می شود.

افزایش سرعت فن باعث ایجاد نویز قابل توجهی می شود. با استفاده از یک ماژول Peltier در یک سیستم خنک کننده ترکیبی حذف می شود. به این ترتیب، شرکت‌های پیشرو به سرعت بر تولید سیستم‌های خنک‌کننده کارآمد، که تقاضای زیادی داشت، تسلط یافتند.

گرما معمولاً توسط خنک کننده ها از پردازنده ها خارج می شود. جریان هوا می تواند از بیرون مکیده شود یا از داخل واحد سیستم وارد شود. مشکل اصلی این است که گاهی اوقات دمای هوا برای حذف گرما کافی نیست. بنابراین، TEM شروع به استفاده برای خنک کردن جریان هوای ورودی کرد واحد سیستم، در نتیجه راندمان انتقال حرارت را افزایش می دهد. بنابراین، تهویه مطبوع داخلی دستیار سیستم خنک کننده سنتی رایانه است.

رادیاتورهای آلومینیومی به دو طرف ماژول متصل می شوند. از سمت صفحه سرد، هوای خنک کننده به پردازنده پمپ می شود. بعد از اینکه گرما را گرفت، یک فن دیگر آن را از طریق هیت سینک صفحه داغ ماژول خارج می کند.

یک TEM مدرن توسط یک دستگاه الکترونیکی با سنسور دما کنترل می شود، جایی که درجه خنک کننده متناسب با گرمایش پردازنده است.

فعال کردن خنک کننده پردازنده نیز مشکلاتی را ایجاد می کند.

1. ماژول های خنک کننده ساده Peltier برای عملکرد مداوم طراحی شده اند. مصرف انرژی کمتر همچنین باعث کاهش اتلاف گرما می شود که می تواند باعث سرد شدن بیش از حد تراشه و متعاقباً یخ زدن پردازنده شود.
2. اگر عملکرد کولر و یخچال به درستی هماهنگ نباشند، ممکن است دومی به جای خنک کردن، به حالت گرمایش تغییر کند. منبع گرمای اضافی باعث داغ شدن بیش از حد پردازنده می شود.

بنابراین، برای پردازنده های مدرنما به فناوری های خنک کننده پیشرفته با کنترل عملکرد خود ماژول ها نیاز داریم. چنین تغییراتی در حالت های عملکرد با کارت های ویدئویی اتفاق نمی افتد، که همچنین نیاز به خنک کننده شدید دارند. بنابراین، TEM برای آنها ایده آل است.

یخچال ماشین DIY

در اواسط قرن گذشته، صنعت داخلی سعی کرد بر تولید یخچال های کوچک بر اساس اثر پلتیه تسلط یابد. فن آوری های موجود در آن زمان اجازه انجام این کار را نمی داد. امروزه عامل محدود کننده عمدتاً است قیمت بالا، اما تلاش ها ادامه دارد و موفقیت قبلاً حاصل شده است.

تولید گسترده دستگاه های ترموالکتریک به شما امکان می دهد یک یخچال کوچک با دستان خود ایجاد کنید که برای استفاده در اتومبیل راحت است. اساس آن یک "ساندویچ" است که به شرح زیر ساخته می شود.

1. لایه ای از خمیر رسانای گرما نوع KPT-8 روی رادیاتور بالایی اعمال می شود و ماژول Peltier به یک طرف سطح سرامیکی چسبانده می شود.
2. به طور مشابه، یک رادیاتور دیگر از سمت پایین به آن وصل شده است که برای قرار دادن در محفظه یخچال در نظر گرفته شده است.
3. کل دستگاه به مدت 4-5 ساعت فشرده شده و خشک می شود.
4. کولرها روی هر دو رادیاتور نصب می شوند: رادیاتور بالایی گرما را از بین می برد و پایینی دمای اتاق یخچال را برابر می کند.

بدنه یخچال با یک واشر عایق حرارت در داخل ساخته شده است. مهم این است که محکم بسته شود. برای این کار می توانید از جعبه ابزار پلاستیکی معمولی استفاده کنید.

برق 12 ولت از سیستم خودرو تامین می شود. از شبکه 220 ولتی نیز می توان این کار را انجام داد جریان متناوب، دارای منبع تغذیه ساده ترین مدار تبدیل AC به DC استفاده می شود. این شامل یک پل یکسو کننده و یک خازن صاف کننده امواج است. مهم است که در خروجی از 5٪ از ارزش اسمی تجاوز نکنند، در غیر این صورت راندمان دستگاه کاهش می یابد. ماژول دارای دو خروجی از سیم های رنگی است. یک "بعلاوه" همیشه به قرمز و یک "منهای" به سیاه متصل است.

توان TEM باید با حجم جعبه مطابقت داشته باشد. 3 رقم اول علامت گذاری تعداد جفت ریز عناصر نیمه هادی داخل ماژول (49-127 یا بیشتر) را نشان می دهد. با دو رقم آخر علامت گذاری (از 3 تا 15 A) بیان می شود. اگر برق کافی نیست، باید ماژول دیگری را روی رادیاتورها بچسبانید.

توجه داشته باشید! اگر جریان از توان عنصر بیشتر شود، از هر دو طرف گرم می شود و به سرعت از کار می افتد.

ماژول Peltier: مولد انرژی الکتریکی

از TEM می توان برای تولید برق استفاده کرد. برای این کار لازم است بین صفحات اختلاف دما ایجاد شود و ترموکوپل های قرار گرفته در بین آنها جریان الکتریکی تولید می کنند.

برای استفاده عملیشما به یک TEM با حداقل 5 ولت نیاز دارید. سپس می توانید از آن برای شارژ استفاده کنید تلفن همراه. با توجه به راندمان پایین ماژول Peltier، یک مبدل تقویت کننده مورد نیاز خواهد بود ولتاژ DC. برای مونتاژ ژنراتور به موارد زیر نیاز دارید:

• 2 ماژول Peltier TEC1-12705 با اندازه صفحه 40x40 میلی متر.
• مبدل EK-1674;
• صفحات آلومینیومی به ضخامت 3 میلی متر؛
• تابه آب؛
• چسب مقاوم در برابر حرارت

دو ماژول بین صفحات با چسب قرار داده می شود و سپس کل ساختار در کف تابه ثابت می شود. اگر آن را با آب پر کنید و روی آتش بگذارید، اختلاف دمای مورد نیاز را به دست می آورید که EMF حدود 1.5 ولت تولید می کند. با اتصال ماژول ها به مبدل تقویت کننده، می توانید ولتاژ را تا 5 ولت افزایش دهید. برای شارژ باتری گوشی لازم است

هر چه اختلاف دما بین آب و صفحه گرمایش کمتر بیشتر باشد، ژنراتور کارآمدتر است. بنابراین باید سعی کنیم گرمایش آب را کاهش دهیم راه های مختلفیک راه موثر برای افزایش اختلاف دما، آبشاری کردن ماژول ها، زمانی که آنها یکی بر روی دیگری قرار می گیرند، می باشد. افزایش ابعاد کلی دستگاه به شما امکان می دهد المان های بیشتری را بین صفحات قرار دهید و در نتیجه قدرت کلی را افزایش دهید.

عملکرد ژنراتور برای شارژ باتری های کوچک کافی است لامپ های ال ای دییا رادیو توجه داشته باشید! برای ایجاد ژنراتورهای حرارتی، به ماژول هایی نیاز دارید که در دمای 300-400 0 درجه سانتیگراد کار کنند! بقیه فقط برای آزمایش آزمایشی مناسب هستند.

برخلاف دیگر وسایل تولید برق جایگزین، اگر چیزی مانند بخاری کاتالیزوری ایجاد کنید، می‌توانند هنگام رانندگی کار کنند.

ماژول های Peltier داخلی

TEMهای تولیدی خودشان نه چندان دور در بازار ما ظاهر شدند. آنها بسیار قابل اعتماد هستند و دارند ویژگی های خوب. ماژول Peltier که تقاضای زیادی دارد دارای ابعاد 40x40 میلی متر است. برای حداکثر جریان 6 آمپر و ولتاژ تا 15 ولت طراحی شده است.

یک ماژول Peltier داخلی را می توان با قیمت پایین خریداری کرد. در 85 وات، اختلاف دما 60 0 درجه سانتیگراد ایجاد می کند. همراه با یک خنک کننده، قادر است پردازنده را از گرمای بیش از حد با اتلاف توان 40 وات محافظت کند.

ویژگی های ماژول های شرکت های پیشرو

دستگاه های خارجی با تنوع بیشتری در بازار ارائه می شوند. برای محافظت از پردازنده ها در برابر شرکت های پیشرو، از یک ماژول PAX56B Peltier به عنوان یخچال استفاده می شود که قیمت آن به همراه یک فن، 35 دلار است.

با ابعاد 30x30 میلی متر، دمای پردازنده را بیش از 63 0 درجه سانتیگراد با توان خروجی 25 وات حفظ می کند. برای منبع تغذیه، ولتاژ 5 ولت کافی است و جریان از 1.5 آمپر تجاوز نمی کند.

ماژول PA6EXB Peltier برای خنک کردن پردازنده مناسب است و شرایط دمایی معمولی را با قدرت اتلاف 40 وات فراهم می کند. مساحت ماژول آن 40x40 میلی متر است و مصرف فعلی آن تا 8 A است. دستگاه علاوه بر ابعاد چشمگیر آن - 60x60x52.5 میلی متر (از جمله فن) - به فضای خالی در اطراف آن نیاز دارد. قیمت آن 65 دلار است.

هنگامی که ماژول Peltier استفاده می شود، مشخصات فنیباید نیازهای دستگاه های خنک شده را برآورده کند. این غیر قابل قبول است که دمای آنها بسیار پایین باشد. این می تواند منجر به تراکم رطوبت شود که می تواند برای الکترونیک مضر باشد.

ماژول های تولید ژنراتورها، مانند، با قدرت بالاتر - به ترتیب 72 وات و 108 وات متمایز می شوند. آنها با علامت گذاری متمایز می شوند که همیشه روی قسمت داغ اعمال می شود. حداکثر دمای مجاز طرف داغ 150-160 0 درجه سانتیگراد است. هر چه اختلاف دمای بین صفحات بیشتر باشد ولتاژ خروجی بیشتر می شود. این دستگاه در حداکثر اختلاف دمای 600 درجه سانتیگراد کار می کند.

شما می توانید یک ماژول Peltier را ارزان بخرید - در حدود 10 دلار یا کمتر برای هر قطعه، اگر به اندازه کافی سخت نگاه کنید. اغلب، فروشندگان به طور قابل توجهی قیمت های خود را افزایش می دهند، اما اگر آنها را در فروش بخرید، می توانید آنها را چندین برابر ارزان تر پیدا کنید.

نتیجه

اکنون اثر پلتیه در ساخت یخچال های کوچک ضروری برای فناوری مدرن کاربرد پیدا کرده است. برگشت پذیری این فرآیند امکان تولید نیروگاه های کوچکی را فراهم می کند که برای شارژ باتری دستگاه های الکترونیکی مورد تقاضا هستند.

برخلاف سایر وسایل تولید برق جایگزین، در صورت نصب بخاری کاتالیزوری، می توانند در حین رانندگی کار کنند.