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

Dizajn i princip rada Peltierovog elementa.

Mislim da samo stručnjaci za fiziku mogu shvatiti kako Peltierov element zapravo radi. Za praktičare, glavna stvar je da postoji minimalna jedinica modula - termoelement, koji je dva povezana p i n vodiča tipa.

Kada struja prolazi kroz termopar, toplina se apsorbira na n-p kontaktu, a toplina se oslobađa na p-n kontaktu. Kao rezultat toga, dio poluvodiča uz n-p spoj će se ohladiti, a suprotni dio će se zagrijati. Ako obrnete polaritet struje, onda obrnuto, n-p dio će se zagrijati, a suprotni dio će se ohladiti.

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

Za praktična aplikacija Energija apsorpcije topline jednog termoelementa nije dovoljna. Termoelektrični modul koristi mnogo termoparova. Električno su povezani u seriju. A dizajn je takav da se prijelazi za hlađenje i grijanje nalaze na različitim stranama modula.

Termoparovi su ugrađeni između dvije keramičke ploče. Spojeni su bakrenim sabirnicama. Broj termoparova može doseći nekoliko stotina. Snaga modula ovisi o njihovom broju.

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

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

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

Primjena.

Koriste se Peltierovi termoelektrični moduli:

• u malim kućanskim i automobilskim hladnjacima;
• u hladnjacima vode;
• u rashladnim sustavima elektroničkih uređaja;
• u termoelektričnim generatorima.

Napravio sam ga pomoću Peltierovog elementa.

Prednosti i nedostaci Peltierovih modula.

Nekako je pogrešno uspoređivati ​​Peltier elemente s kompresorskim rashladnim jedinicama. Uopće različite uređaje– veliki mehanički sustav s kompresorom, plinom, tekućinom i malom poluvodičkom komponentom. I nema se s čime drugim usporediti. Stoga su prednosti i nedostaci Peltierovih modula vrlo relativan pojam. Postoje područja u kojima nisu zamjenjivi, au drugim slučajevima njihova je uporaba potpuno nepraktična.

Prednosti Peltierovih elemenata uključuju:

• odsutnost mehanički pokretnih dijelova, plinova, tekućina;
• tihi rad;
• male veličine;
• mogućnost pružanja i hlađenja i grijanja;
• Mogućnost glatke regulacije snage hlađenja.

Mane:

• niska učinkovitost;
• potreba za izvorom energije;
• ograničen broj pokretanja i zaustavljanja;
• visoka cijena snažnih modula.

Parametri Peltierovih elemenata.

• Qmax(W) – rashladni kapacitet, pri čemu je najveća dopuštena struja i temperaturna razlika između tople i hladne strane jednaka 0. Smatra se da se sva toplinska energija dovedena na hladnu površinu trenutno prenosi na vruću površinu bez gubitaka.
• Delta Tmax(deg) - maksimalna temperaturna razlika između površina modula u idealnim uvjetima: temperatura vruće strane je 27 °C, a hladne strane bez prijenosa topline.
• Imax(A) – struja koja osigurava temperaturnu razliku delta Tmax.
• Umax(V) – napon, pri struji Imax i temperaturnoj razlici delta Tmax.
• Otpornost(Ohm) – otpor modula na istosmjernu struju.
• POLICAJAC(Coefficient Of Performance) – koeficijent, omjer snage hlađenja i električne energije koju troši modul. Oni. privid učinkovitosti. Obično 0,3-0,5.

Radni zahtjevi za Peltierove elemente.

Peltierovi moduli su kapriciozni uređaji. Njihova uporaba povezana je s nizom zahtjeva, čije nepoštivanje dovodi do degradacije ili kvara modula i smanjenja učinkovitosti sustava.

• Moduli stvaraju značajnu količinu topline. Za odvođenje topline potrebno je ugraditi odgovarajući radijator. Inače:
  • Nije moguće postići željenu temperaturu hladne strane jer... Peltierov element smanjuje temperaturu relativno vruće površine.
  • Dopušteno zagrijavanje vruće strane je obično + 80 °C (u visokotemperaturnim primjenama do 150 °C). Oni. modul jednostavno može pokvariti.
  • Na visokim temperaturama dolazi do degradacije kristala modula, tj. smanjuje se učinkovitost i radni vijek modula.
• Važno pouzdan toplinski kontakt modula sa radijatorom za hlađenje.
• Napajanje za modul mora osigurati struja s valovitošću ne više od 5%. Na višoj razini pulsiranja, učinkovitost modula će se smanjiti, prema nekim podacima, za 30-40%.
• Nije dopušteno koristiti relejne regulatore za upravljanje Peltierovim elementom. To će dovesti do brze degradacije modula. Svako uključivanje i isključivanje uzrokuje degradaciju poluvodičkih termoparova. Zbog naglih promjena temperature između ploča modula nastaju mehanička naprezanja na spojevima s poluvodičima. Proizvođači Peltierovih elemenata standardiziraju broj start-stop ciklusa modula. Za kućanske module to je oko 5000 ciklusa. Relejni regulator će onemogućiti Peltier modul za 1-2 mjeseca.
• Osim toga, Peltierov element ima visoku toplinsku vodljivost između površina. Kada je isključen, toplina s radijatora s vruće strane prenosit će se kroz modul na hladnu stranu.
• Neprihvatljivo, za regulaciju snage na Peltierovom elementu, koristiti PWM modulaciju.
• Kako bi se Peltierov element trebao napajati strujnim ili naponskim izvorom? Obično se koristi izvor napona. Lakše ga je implementirati. Ali strujno-naponska karakteristika Peltierovog modula je nelinearna i strma. Oni. Uz malu promjenu napona, struja se značajno mijenja. Osim toga, karakteristika se mijenja kada se mijenja temperatura površina modula. Moramo stabilizirati snagu, tj. umnožak struje kroz modul i napona na njemu. Kapacitet hlađenja Peltierovog elementa izravno je povezan s električnom snagom. Naravno, to zahtijeva prilično složen regulator.
• Napon modula ovisi o broju termoparova u njemu. Najčešće je to 127 termoparova, što odgovara naponu od 16 V. Programeri elemenata Preporuča se napajanje do 12 V, odnosno 75% Umax. Ovaj napon osigurava optimalnu učinkovitost modula.
• Moduli su hermetički zatvoreni i mogu se koristiti čak iu vodi.
• Polaritet modula označen je bojama žica - crnom i crvenom. Obično se crvena (pozitivna) žica nalazi na desnoj strani, u odnosu na hladnu stranu.

Razvio sam hladnjak koji ispunjava sve te zahtjeve. On:

• Proizvodi snagu za Peltierov element s valovitošću ne većom od 2%.
• Stabilizira se na modulu električna energija, tj. produkt struje i napona.
• Osigurava glatko aktiviranje modula.
• Regulacija temperature odvija se prema principu analogne regulacije, tj. glatka promjena snage na Peltierovom elementu.
• Regulator je dizajniran za hladnjak, tako da matematika kontrolera uzima u obzir inerciju hlađenja zraka u komori.
• Omogućuje kontrolu temperature vruće strane modula i kontrolu ventilatora.
• Ima visoku učinkovitost i široku funkcionalnost.

Termoelektrični Peltier modul TEC1-12706.

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

Predstavljam karakteristike modula TEC1-12706 prevedene na ruski iz dokumentacije proizvođača - HB Corporation.

Tehnički parametri TEC1-12706.

Grafičke karakteristike.

0 Kategorija: . Možete ga označiti.

Mnogi su čuli za "čarobne" Peltierove elemente - kada struja prolazi kroz njih, jedna strana se hladi, a druga zagrijava. Ovo djeluje i u suprotnom smjeru - ako se jedna strana grije, a druga hladi, stvara se električna energija. Peltierov efekt poznat je od 1834. godine, ali do danas nas raduju inovativni proizvodi koji se temelje na njemu (samo se trebamo sjetiti da kod proizvodnje električne energije, npr. solarni paneli- postoji točka maksimalne snage, a ako radite daleko od nje, učinkovitost proizvodnje se znatno smanjuje).

U U zadnje vrijeme Kinezi su gurnuli iglu i preplavili internet svojim relativno jeftinim modulima, pa eksperimenti s njima više ne uzimaju previše novca. Kinezi obećavaju maksimalnu temperaturnu razliku između tople i hladne strane od 60-67 stupnjeva. Hmmm... Što ako uzmemo 5 elemenata i spojimo ih u seriju, onda bismo trebali dobiti 20C-67*5 = -315 stupnjeva! Ali nešto mi govori da nije sve tako jednostavno...

Kratka teorija

Klasični “kineski” Peltier elementi su 127 elemenata spojenih u seriju i zalemljenih na keramičku “ isprintana matična ploča"iz Al2O3. Prema tome, ako je radni napon 12V, tada svaki element iznosi samo 94mV. Postoje elementi s različitim brojem uzastopnih elemenata, a samim time i različitim naponom (npr. 5V).

Moramo zapamtiti da Peltierov element nije otpornik, njegov otpor je nelinearan, pa ako primijenimo 12V - možda nećemo dobiti 6 ampera (za element od 6 ampera) - struja se može promijeniti ovisno o temperaturi (ali ne previše ). Također, na 5V (tj. manje od nominalne vrijednosti), struja neće biti 2,5A, već manja.

Osim toga, količina prenesene topline uvelike ovisi o temperaturnoj razlici između površina. S razlikom od 60-67C, prijenos topline teži 0, a s nultom razlikom - 51 Watt za element od 12 * 6 = 72 W. Očito, to više ne omogućuje tako jednostavno spajanje elemenata u niz - svaki sljedeći mora biti manji od prethodnog, inače će najhladniji element pokušati dati više topline (72 W) od elementa sljedeći stupanj može proći kroz sebe pri željenoj temperaturnoj razlici (1 -51W).

Peltierovi elementi sastavljeni su lemom s niskim talištem s talištem od 138 C - pa ako element slučajno ostane bez hlađenja i pregrije, tada će biti dovoljno odlemiti jedan od 127 * 2 kontakata da se element baci na odlagalište. Pa elementi su jako krhki - i keramika i sami rashladni elementi - 2 elementa sam slučajno poderao "po dužini" zbog termalne paste koja se jako osušila:

Pokušajmo

Dakle, mali element je 5V * 2A, veliki je 12 * 9A. Hladnjak s toplinskim cijevima, sobna temperatura. Rezultat: -19 stupnjeva. Čudno... 20-67-67 = -114, ali ispalo je jadnih -19...

Ideja je sve iznijeti na ledeni zrak, ali postoji problem - hladnjak s toplinskom cijevi dobro hladi samo ako temperatura "vruće" i "hladne" strane hladnjaka leži na suprotnim stranama plin-tekućina. fazni prijelaz punila cijevi. U našem slučaju to znači da hladnjak u principu nije u stanju ohladiti ništa ispod +20C (budući da ispod rade samo tanke stijenke toplinskih cijevi). Morat ćemo se vratiti osnovama – potpuno bakrenom sustavu hlađenja. A da ograničeni učinak hladnjaka ne utječe na mjerenja, dodajemo kilogramsku bakrenu ploču - akumulator topline.

Rezultat je šokantan - isto -19 i s jednom i s dvije faze. Temperatura okoline - -10. Oni. s nultim opterećenjem jedva smo napravili slabih 9 stupnjeva razlike.

Baci tešku artiljeriju

Ispostavilo se da je hladnjača br.7 nedaleko od mene i odlučio sam svratiti s kartonskom kutijom. Vratio se sa 5 kilograma suhog leda (temperatura sublimacije -78C). Tamo spustimo bakrenu strukturu - spojimo struju - na 12V temperatura odmah počinje rasti, na 5V pada za 1 stupanj u sekundi, a zatim brzo raste. Sve nade su propale...

Zaključci i video za desert

Učinkovitost konvencionalnih kineskih Peltierovih elemenata brzo pada na temperaturama ispod nule. I dok je još uvijek moguće ohladiti limenku kole s očiglednom učinkovitošću, temperature ispod -20 ne mogu se postići. I problem nije u određenim elementima - ja sam probao elemente različiti modeli od 3 različita prodavača - ponašanje je isto. Čini se kao da kriogeni stupnjevi zahtijevaju elemente iz drugih materijala (i možda svaki stupanj zahtijeva drugačiji elementni materijal).

Pa, s preostalim suhim ledom možete učiniti sljedeće:

P.S. A ako pomiješate suhi led s izopropilnim alkoholom, dobit ćete tekući dušik za "siromašne" - jednako je zabavno zamrzavati i lomiti cvijeće itd. Upravo zato što alkohol ne vrije u dodiru s kožom, puno je lakše dobiti ozebline.

Peltierov element je poseban termoelektrični pretvarač koji radi prema istoimenom Peltierovom principu - nastanku temperaturne razlike tijekom dovođenja električne struje. U Engleski jezik najčešće se naziva TEC, što znači termoelektrični hladnjak.

Kako radi Peltierov element?

Rad Peltierovog elementa temelji se na kontaktu dva vodljiva materijala koji imaju različite razine energije elektrona u vodljivom pojasu. Kada se električna struja provodi kroz takav spoj, elektron dobiva veliku energiju, kako bi se zatim pomaknuo u vodljivi pojas više energije drugog poluvodiča. U trenutku apsorpcije te energije, područje hlađenja vodiča se hladi. Ako struja teče u suprotnom smjeru, to dovodi do zagrijavanja kontaktne točke i do uobičajenog toplinskog učinka.

Ako s jedne strane postoji dobra disipacija topline, na primjer, pri korištenju radijatorskih sustava, tada hladna strana može osigurati vrlo nisku temperaturu, koja će biti nekoliko desetaka stupnjeva niža od temperature okolnog svijeta. Jačina struje proporcionalna je stupnju hlađenja. Ako promijenite polaritet električne struje, onda strane (toplo i hladno) jednostavno mijenjaju mjesta.

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

Broj termoparova može biti vrlo raznolik - od 1 do 100, zbog čega je moguće izraditi Peltierov element s gotovo svim rashladnim kapacitetom.

Praktična upotreba

Danas Peltierovi elementi aktivno se koristi za:

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

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

Danas je ova tehnologija vrlo popularna zbog svoje vrlo snažno odvođenje topline. Osim toga, moderni Peltierovi elementi imaju vrlo kompaktne dimenzije, a njihovi radijatori mogu dugo održavati željenu temperaturu. Još jedna prednost Peltier elemenata je njihova trajnost, jer... sastoje se od čvrstih, nepokretnih elemenata, što smanjuje vjerojatnost kvarova. Dizajn najčešćeg tipa izgleda vrlo jednostavno i uključuje dva bakrena vodiča s kontaktima i spojnim žicama, kao i izolacijski element koji je izrađen od nehrđajućeg čelika ili keramičkih materijala.

S obzirom na jednostavnost dizajna, izrada Peltier elementa vlastitim rukama kod kuće nije nimalo teška. Može se koristiti za hladnjake ili druge uređaje. Prije početka rada morate pripremiti dvije metalne ploče i ožičenje s kontaktima. U početku pripremite vodiče koji se moraju ugraditi u podnožje elementa. U pravilu se koriste vodiči s oznakom "PP".

Također je vrijedno unaprijed brinuti o poluvodičima na izlazu. Oni će se koristiti za prijenos topline na gornju ploču. Tijekom instalacije koristite lemilo. U završnoj fazi morate spojiti dvije žice. Prvi je instaliran na podnožju i čvrsto fiksiran u blizini krajnjeg vanjskog vodiča. Važno je osigurati da se eliminira svaki kontakt s pločom.

Drugi vodič je pričvršćen na vrhu. Fiksiran je na isti način kao i prvi - na krajnji vodič. Da biste provjerili funkcionalnost uređaja, trebali biste koristiti tester. Jednostavno spojite dvije žice na uređaj i provjerite napon. Odstupanje napona bit će biti negdje oko 23 V.

Kako napraviti Peltier elemente za hladnjak?

Peltier elemente za hladnjak "uradi sam" također je lako i brzo napraviti. Prvo što morate uzeti u obzir prije rada je materijal ploče. To mora biti izdržljiva keramika. Što se dirigenta tiče, njih treba pripremiti najmanje 20 komada, što će omogućiti postizanje maksimalne temperaturne razlike. S pravilnim izračunom, učinkovitost se može povećati za 70%.

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

Vrijedno je zapamtiti da prije nego što vlastitim rukama napravite Peltierov element za hladnjak, morate se opskrbiti dovoljnim brojem električnih vodiča. Da biste postigli razliku u temperaturama prilikom razvijanja elementa vlastitim rukama, koristite najmanje 16 žica. Obavezno im osigurajte kvalitetnu izolaciju pa ih tek onda spojite na kompresor. Nakon što se uvjerite da je veza između žica pouzdana i sigurna, možete nastaviti s njihovim spajanjem. Nakon dovršetka instalacije ponovno provjerite snagu graničnog napona pomoću ispitivača. Ako je rad elementa poremećen, to će najprije utjecati na termostat. Ponekad dolazi do kratkog spoja.

Osim u hladnjacima, Peltier elementi se također aktivno koriste u automobilskim hladnjacima. Napravite kvalitetan auto hladnjak Učiniti to sami također je vrlo jednostavno. Da biste to učinili, morate pronaći dobru keramičku ploču debljine najmanje 1,1 milimetar. Žice moraju biti nemodularne. Kao vodiči, najbolje je koristiti bakrene žice s širinom pojasa ne manje od 4 ampera.

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

Kako napraviti Peltier element za hladnjak pitke vode?

Hladnjak pitke vode vrlo je važan i potreban uređaj koji pravovremeno hladi ili zagrijava pitku vodu. Do ubrzati proces hlađenja, možete primijeniti Peltierov element. Možete ga napraviti jednostavno kao za hladnjak ili auto hladnjak:

• Kao tanjur, trebali biste koristiti isključivo keramičku površinu.
• Uređaj koristi najmanje 12 vodiča koji mogu izdržati veliki otpor.
• Za spajanje morate koristiti dvije žice (po mogućnosti bakrene). Element je instaliran na dnu hladnjaka. Osim toga, može doći u dodir s poklopcem uređaja. Ali kako bi se spriječilo moguće kratki spojevi pričvrstite sve žice na rešetku ili kućište.

DIY Peltier element za klima uređaje

Ako govorimo o Peltier elementu za klima uređaje, onda on može biti izrađen samo od “PR12” vodiča. Činjenica je da ovaj tip vodiča može dobro izdržati nenormalne temperature i sposoban je isporučiti napon do 23 V. Otpor bi trebao varirati unutar 3 ohma. Maksimalne temperaturne razlike dosezat će 10 stupnjeva, a učinkovitost će biti 65 posto. Potrebni dirigenti poredati se.

Vrijedno je napomenuti da Peltierov element može poslužiti kao hladnjak za video karticu osobnog računala. Za izradu hladnjaka potrebno je uzeti 14 vodiča, po mogućnosti od bakra. Za spajanje Peltierovog elementa na grafičku karticu osobnog računala potrebno je koristiti nemodularni vodič. Sam uređaj je montiran pored ugrađenog hladnjaka na video kartici. Za pričvršćivanje možete koristiti male metalne uglove, a za pričvršćivanje obične matice.

Ako tijekom rada primijetite jake zvukove ili druge neprirodne zvukove, vrijedi provjeriti funkcionalnost ožičenja i pregledati svaki vodič.

Rashladna oprema postala je toliko čvrsto uspostavljena u našim životima da je čak teško zamisliti kako bismo mogli bez nje. Ali klasični dizajni rashladnog sredstva nisu prikladni za mobilna upotreba, na primjer, kao rashladna torba za putovanje.

U tu svrhu koriste se instalacije čiji se princip rada temelji na Peltierovom efektu. Razgovarajmo ukratko o ovom fenomenu.

Što je?

Ovaj pojam odnosi se na termoelektrični fenomen koji je 1834. godine otkrio francuski prirodoslovac Jean-Charles Peltier. Suština efekta je oslobađanje ili apsorpcija topline u području dodira raznorodnih vodiča kroz koje prolazi električna struja.

U skladu s klasičnom teorijom, postoji sljedeće objašnjenje za pojavu: električna struja prenosi elektrone između metala, koji mogu ubrzati ili usporiti njihovo kretanje, ovisno o kontaktnoj razlici potencijala u vodičima od različitih materijala. Sukladno tome, s povećanjem kinetičke energije, ona se pretvara u toplinsku energiju.

Na drugom vodiču opaža se obrnuti proces koji zahtijeva nadopunjavanje energije, u skladu s temeljnim zakonom fizike. To se događa zbog toplinske vibracije, koja uzrokuje hlađenje metala od kojeg je napravljen drugi vodič.

Suvremene tehnologije omogućuju proizvodnju poluvodičkih elemenata-modula s maksimalnim termoelektričnim učinkom. Ima smisla ukratko govoriti o njihovom dizajnu.

Dizajn i princip rada

Moderni moduli su konstrukcija koja se sastoji od dvije izolacijske ploče (obično keramičke), između kojih se nalaze serijski spojeni termoparovi. Pojednostavljeni dijagram takvog elementa može se naći na donjoj slici.

Oznake:

• A – kontakti za spajanje na izvor napajanja;
• B – vruća površina elementa;
• C – hladna strana;
• D – bakreni vodiči;
• E – poluvodič na bazi p-spoja;
• F – poluvodič n-tipa.

Dizajn je napravljen na takav način da je svaka strana modula u kontaktu ili p-n ili n-p prijelazi(ovisno o polaritetu). Kontakti p-n zagrijati, n-p – ohladiti (vidi sl. 3). Sukladno tome, na bočnim stranama elementa javlja se temperaturna razlika (DT). Promatraču će ovaj učinak izgledati kao prijenos toplinske energije između stranica modula. Važno je napomenuti da promjena polariteta napajanja dovodi do promjene toplih i hladnih površina.

Riža. 3. A – topla strana termoelementa, B – hladna strana

Tehnički podaci

Karakteristike termoelektričnih modula opisuju sljedeći parametri:

• kapacitet hlađenja (Q max), ova se karakteristika određuje na temelju najveće dopuštene struje i temperaturne razlike između stranica modula, mjereno u Wattima;
• maksimalna temperaturna razlika između stranica elementa (DT max), parametar je dan za idealne uvjete, mjerna jedinica je stupanj;
• dopuštena struja potrebna za osiguranje najveće temperaturne razlike – I max;
• maksimalni napon U max potreban da struja I max dosegne vršnu razliku DT max;
• unutarnji otpor modula – Otpor, naznačen u Ohmima;
• koeficijent učinkovitosti - COP (skraćenica od engleskog - coefficient of performance), u biti to je učinkovitost uređaja, koja pokazuje omjer hlađenja i potrošnje energije. Za jeftine elemente ovaj parametar je u rasponu od 0,3-0,35, za skuplje modele približava se 0,5.

Obilježava

Pogledajmo kako se tipične oznake modula dešifriraju pomoću primjera na slici 4.

Slika 4. Peltierov modul oznake TEC1-12706

Označavanje je podijeljeno u tri smislene skupine:

1. Oznaka elementa. Prva dva slova su uvijek nepromijenjena (TE), što znači da se radi o termoelementu. Sljedeći označava veličinu, mogu postojati slova "C" (standardno) i "S" (malo). Zadnji broj označava koliko slojeva (kaskada) ima element.
2. Broj termoparova u modulu prikazanom na fotografiji je 127.
3. Nazivna struja je u amperima, kod nas je 6 A.

Oznake ostalih modela serije TEC1 čitaju se na isti način, npr.: 12703, 12705, 12710 itd.

Primjena

Unatoč prilično niskoj učinkovitosti, termoelektrični elementi imaju široku primjenu u mjernim, računalnim i kućanskim aparatima. Moduli su važan radni element sljedećih uređaja:

• mobilne rashladne jedinice;
• mali generatori za proizvodnju električne energije;
• rashladni sustavi u osobnim računalima;
• Hladnjaci za hlađenje i grijanje vode;
• odvlaživači itd.

Navedimo detaljne primjere korištenja termoelektričnih modula.

Hladnjak s Peltierovim elementima

Termoelektrične rashladne jedinice znatno su inferiorne u izvedbi kompresorskih i apsorpcijskih analoga. Ali oni imaju značajne prednosti, što njihovu upotrebu čini preporučljivom pod određenim uvjetima. Te prednosti uključuju:

• jednostavnost dizajna;
• otpornost na vibracije;
• odsutnost pokretnih elemenata (osim ventilatora koji puše radijator);
• niska razina buke;
• male dimenzije;
• sposobnost rada u bilo kojem položaju;
• dug radni vijek;
• niska potrošnja energije.

Ove karakteristike su idealne za mobilne instalacije.

Peltierov element kao generator električne energije

Termoelektrični moduli mogu raditi kao generatori električne energije ako je jedna od njihovih strana podvrgnuta prisilnom zagrijavanju. Što je veća temperaturna razlika između strana, veća je struja koju stvara izvor. Nažalost, maksimalna temperatura za toplinski generator je ograničena; ne može biti viša od tališta lema koji se koristi u modulu. Kršenje ovog uvjeta dovest će do kvara elementa.

Za masovnu proizvodnju toplinskih generatora koriste se posebni moduli s vatrostalnim lemom koji se mogu zagrijati na temperaturu od 300°C. U običnim elementima, na primjer, TEC1 12715, granica je 150 stupnjeva.

Budući da je učinkovitost takvih uređaja niska, koriste se samo u slučajevima kada nije moguće koristiti učinkovitiji izvor električne energije. Međutim, toplinski generatori snage 5-10 W traženi su među turistima, geolozima i stanovnicima udaljenih područja. Velik i moćan stacionarne instalacije, pogonjeni gorivom visoke temperature, koriste se za napajanje jedinica za distribuciju plina, opreme meteoroloških stanica itd.

Za hlađenje procesora

Relativno nedavno, ovi moduli počeli su se koristiti u sustavima hlađenja procesora osobnih računala. S obzirom na nisku učinkovitost termoelemenata, prednosti takvih struktura su prilično upitne. Na primjer, za hlađenje izvora topline od 100-170 W (odgovara većini moderni modeli CPU), morat ćete potrošiti 400-680 W, što zahtijeva ugradnju snažnog napajanja.

Druga zamka je da će neopterećeni procesor oslobađati manje toplinske energije, a modul ga može ohladiti ispod točke rosišta. Kao rezultat toga, počet će se stvarati kondenzacija, koja će zajamčeno oštetiti elektroniku.

Oni koji odluče sami stvoriti takav sustav morat će provesti niz izračuna kako bi odabrali snagu modula za određeni model procesora.

Na temelju gore navedenog, korištenje ovih modula kao sustava za hlađenje procesora nije isplativo; osim toga, mogu uzrokovati kvar računalne opreme izvan službe.

Sasvim drugačija je situacija s hibridnim uređajima, gdje se toplinski moduli koriste zajedno s vodenim ili zračnim hlađenjem.

Hibridni sustavi hlađenja dokazali su svoju učinkovitost, ali visoka cijena ograničava krug njihovih obožavatelja.

Klima uređaj na bazi Peltierovih elemenata

Teoretski, takav će uređaj biti konstruktivno mnogo jednostavniji od klasičnih sustava za kontrolu klime, ali sve se svodi na niske performanse. Jedna je stvar rashladiti mali volumen hladnjaka, a druga stvar rashladiti prostoriju ili unutrašnjost automobila. Klima uređaji koji koriste termoelektrične module trošit će više električne energije (3-4 puta) od opreme koja radi na rashladno sredstvo.

Što se tiče upotrebe kao automobilski sustav kontrola klime, tada snaga standardnog generatora neće biti dovoljna za rad takvog uređaja. Zamjena s učinkovitijom opremom dovest će do značajne potrošnje goriva, što nije isplativo.

Na tematskim forumima povremeno se pojavljuju rasprave o ovoj temi i razmatraju se različiti domaći dizajni, ali punopravni radni prototip još nije stvoren (ne računajući klima uređaj za hrčka). Vrlo je moguće da će se situacija promijeniti kada moduli s prihvatljivijom učinkovitošću postanu široko dostupni.

Za rashladnu vodu

Termoelektrični element se često koristi kao rashladno sredstvo za rashlađivače vode. Dizajn uključuje: rashladni modul, regulator kojim upravlja termostat i grijač. Ova izvedba je mnogo jednostavnija i jeftinija od kompresorskog kruga; osim toga, pouzdanija je i lakša za rukovanje. Ali postoje i određeni nedostaci:

• voda se ne ohladi ispod 10-12 ° C;
• hlađenje traje dulje od kompresorskog kompresora, stoga takav hladnjak nije prikladan za ured s veliki iznos radnici;
• uređaj je osjetljiv na vanjsku temperaturu, u toploj prostoriji voda se neće ohladiti na minimalnu temperaturu;
• Instalacija u prašnjavim prostorijama se ne preporučuje, jer se ventilator može začepiti i rashladni modul može pokvariti.

Stolni hladnjak za vodu koji koristi Peltier element

Sušilo zraka na bazi Peltierovih elemenata

Za razliku od klima uređaja, implementacija odvlaživača zraka pomoću termoelektričnih elemenata sasvim je moguća. Dizajn je prilično jednostavan i jeftin. Modul za hlađenje snižava temperaturu radijatora ispod točke rosišta, zbog čega se vlaga sadržana u zraku koji prolazi kroz uređaj taloži na njemu. Taložena voda se ispušta u poseban spremnik.

Unatoč niskoj učinkovitosti, u ovom slučaju učinkovitost uređaja je sasvim zadovoljavajuća.

Kako se spojiti?

Neće biti problema s povezivanjem modula; na izlazne žice mora se primijeniti konstantan napon, njegova vrijednost je navedena u podatkovnoj tablici elementa. Crvena žica mora biti spojena na plus, crna žica na minus. Pažnja! Obrnutim polaritetom mijenjaju se položaji ohlađenih i grijanih površina.

Kako provjeriti funkcionalnost Peltierovog elementa?

Najjednostavniji i pouzdan način– taktilno. Potrebno je spojiti modul na odgovarajući izvor napona i dodirivati ​​njegove različite strane. Za radni element, jedan od njih će biti topliji, drugi hladniji.

Ako pri ruci nemate odgovarajući izvor, trebat će vam multimetar i upaljač. Postupak provjere je prilično jednostavan:

1. spojite sonde na stezaljke modula;
2. prinesite upaljeni upaljač na jednu od strana;
3. Promatramo očitanja uređaja.

U radnom modulu, kada se jedna strana zagrije, stvara se električna struja koja će biti prikazana na zaslonu uređaja.

Kako napraviti Peltier element vlastitim rukama?

Gotovo je nemoguće napraviti domaći modul kod kuće, pogotovo zato što to nema smisla, s obzirom na njihovu relativno nisku cijenu (oko 4-10 USD). Ali možete sastaviti uređaj koji će biti koristan na pješačenju, na primjer, termoelektrični generator.

Za stabilizaciju napona potrebno je sastaviti jednostavan pretvarač na L6920 IC čipu.

Na ulazu takvog pretvarača dovodi se napon u rasponu od 0,8-5,5 V; na izlazu će proizvesti stabilnih 5 V, što je sasvim dovoljno za punjenje većine Mobilni uredaji. Ako se koristi konvencionalni Peltierov element, potrebno je ograničiti raspon radne temperature grijane strane na 150 °C. Kako biste izbjegli gnjavažu s praćenjem, bolje je koristiti lonac kipuće vode kao izvor topline. U tom slučaju zajamčeno je da se element ne zagrijava iznad 100 °C.

Termoelement (Peltier modul) radi na principu obrnutom od termoelementa - pojava temperaturne razlike kada teče električna struja.

Kako radi Peltierov element?

Prilično je jednostavno koristiti Peltierov modul čiji je princip oslobađanje ili apsorbiranje topline u trenutku kontakta različitih materijala kada energetski tok elektrona prolazi kroz njega prije i poslije kontakta, to je drugačije. Ako je na izlazu manje, znači da se tamo stvara toplina. Kada su elektroni u kontaktu inhibirani električnim poljem, oni prenose kinetičku energiju na kristalnu rešetku, zagrijavajući je. Ako se ubrzavaju, toplina se apsorbira. To se događa zbog činjenice da se dio energije uzima iz kristalna rešetka i hladi se.

U velikoj mjeri, ovaj fenomen je svojstven poluvodičima, što se objašnjava velikom razlikom u nabojima.

Peltierov modul, čija je primjena tema našeg pregleda, koristi se u izradi termoelektričnih rashladnih uređaja (TEC). Najjednostavniji od njih sastoji se od dva poluvodiča p- i n-tipa spojena u seriju preko bakrenih kontakata.

Ako se elektroni kreću od poluvodiča "p" do "n", na prvom spoju s metalnim mostom oni se rekombiniraju, oslobađajući energiju. Sljedeći prijelaz s poluvodiča "p" na bakreni vodič popraćen je "povlačenjem" elektrona kroz kontakt pomoću električnog polja. Ovaj proces dovodi do apsorpcije energije i hlađenja područja oko kontakta. Procesi se odvijaju na sličan način na sljedećim prijelazima.

Postavljanjem grijanih i ohlađenih kontakata u različite paralelne ravnine postići će se praktična provedba metode. Poluvodiči se izrađuju od selena, bizmuta, antimona ili telura. Peltierov modul sadrži veliki broj termoparova smještenih između keramičkih ploča od aluminijevog nitrida ili aluminijevog oksida.

Čimbenici koji utječu na učinkovitost TEM-a

• Snaga struje.
• Broj termoparova (do nekoliko stotina).
• Vrste poluvodiča.
• Brzina hlađenja.

Veće vrijednosti još nisu postignute zbog niske učinkovitosti (5-8%) i visoke cijene. Za uspješan rad TEM-a potrebno je osigurati učinkovito odvođenje topline s grijane strane. To stvara poteškoće u praktičnoj provedbi metode. Ako je polaritet obrnut, hladna i vruća strana međusobno se mijenjaju.

Prednosti i nedostaci modula

Potreba za TEM-ovima pojavila se s pojavom elektroničkih uređaja koji su zahtijevali minijaturne rashladne sustave. Prednosti modula su sljedeće:

• kompaktnost;
• nema pokretnih zglobova;
• Peltier modul ima reverzibilni princip rada pri promjeni polariteta;
• jednostavnost kaskadnog povezivanja za povećanu snagu.

Glavni nedostatak modula je niska učinkovitost. To se očituje u velikoj potrošnji energije za postizanje potrebnog učinka hlađenja. Osim toga, ima visoku cijenu.

Primjena TEM-a

Peltier modul se prvenstveno koristi za hlađenje mikro krugova i malih dijelova. Započelo se s rashladnim elementima vojne opreme:

• mikrosklopovi;
• infracrveni detektori;
• laserski elementi;
• kristalni oscilatori.

Peltierov termoelektrični modul postupno se počeo koristiti u kućanskim aparatima: za izradu hladnjaka, klima uređaja, generatora i termostata. Njegova glavna svrha je hlađenje malih predmeta.

CPU hlađenje

Glavne komponente računala stalno se poboljšavaju, što dovodi do povećanja proizvodnje topline. Zajedno s njima razvijaju se rashladni sustavi koji koriste inovativne tehnologije i moderne kontrole. Peltier modul našao je primjenu u ovom području prvenstveno u hlađenju mikro krugova i drugih radio komponenti. Tradicionalni hladnjaci više se ne mogu nositi s forsiranim overclocking modovima mikroprocesora. A povećanje frekvencije procesora omogućuje povećanje njihove performanse.

Povećanje brzine ventilatora rezultira znatnom bukom. To se eliminira korištenjem Peltier modula u kombiniranom sustavu hlađenja. Na taj su način vodeće tvrtke brzo ovladale proizvodnjom učinkovitih rashladnih sustava, koji su počeli biti u velikoj potražnji.

Toplinu s procesora obično odvode hladnjaci. Protok zraka može se usisati izvana ili doći iz unutarnje jedinice sustava. Glavni problem je što je temperatura zraka ponekad nedovoljna za odvođenje topline. Stoga se TEM počeo koristiti za hlađenje protoka zraka koji ulazi u jedinica sustava, čime se povećava učinkovitost prijenosa topline. Stoga je ugrađeni klima uređaj pomoćnik tradicionalnog sustava hlađenja računala.

Aluminijski radijatori pričvršćeni su na obje strane modula. Sa strane hladne ploče, zrak za hlađenje se pumpa u procesor. Nakon što uzme toplinu, drugi ventilator je otpuhuje kroz hladnjak s vrućom pločom modula.

Suvremeni TEM je kontroliran elektronički uređaj sa senzorom temperature, gdje je stupanj hlađenja proporcionalan zagrijavanju procesora.

Aktiviranje hlađenja procesora također stvara neke probleme.

1. Jednostavni Peltierovi rashladni moduli dizajnirani su za kontinuirani rad. Niža potrošnja energije također smanjuje rasipanje topline, što može uzrokovati pretjerano hlađenje čipa i posljedično zamrzavanje procesora.
2. Ako rad hladnjaka i hladnjaka nije pravilno usklađen, potonji se može prebaciti na način grijanja umjesto hlađenja. Dodatni izvor topline uzrokovat će pregrijavanje procesora.

Stoga, za moderni procesori Potrebne su nam napredne tehnologije hlađenja s kontrolom nad radom samih modula. Takve promjene načina rada ne događaju se kod video kartica, koje također zahtijevaju intenzivno hlađenje. Stoga je TEM idealan za njih.

Hladnjak za auto "uradi sam".

Sredinom prošlog stoljeća domaća industrija pokušala je ovladati proizvodnjom malih hladnjaka na temelju Peltierovog učinka. Postojeće tehnologije tog vremena to nisu dopuštale. Danas je ograničavajući faktor uglavnom visoka cijena, ali pokušaji se nastavljaju i uspjeh je već postignut.

Rasprostranjena proizvodnja termoelektričnih uređaja omogućuje vam stvaranje malog hladnjaka vlastitim rukama, pogodnog za korištenje u automobilima. Njegova osnova je "sendvič", koji se pravi na sljedeći način.

1. Na gornji radijator nanese se sloj toplinski provodljive paste tipa KPT-8, a na jednu stranu keramičke površine zalijepi se Peltier modul.
2. Slično tome, s donje strane je pričvršćen još jedan radijator, namijenjen za postavljanje u komoru hladnjaka.
3. Cijeli uređaj je čvrsto stisnut i sušen 4-5 sati.
4. Hladnjaci su ugrađeni na oba radijatora: gornji će ukloniti toplinu, a donji će izjednačiti temperaturu u komori hladnjaka.

Kućište hladnjaka je napravljeno s brtvom za toplinsku izolaciju iznutra. Važno je da se dobro zatvori. Za to možete koristiti običnu plastičnu kutiju za alat.

Napon od 12 V napaja se iz sustava vozila. Također se može izvesti iz mreže od 220 V naizmjenična struja, sa napajanjem. Koristi se najjednostavniji krug za pretvorbu izmjenične u istosmjernu struju. Sadrži ispravljački most i kondenzator za izravnavanje valovitosti. Važno je da na izlazu ne prelaze 5% nominalne vrijednosti, inače se smanjuje učinkovitost uređaja. Modul ima dva izlaza izrađena od žica u boji. “Plus” je uvijek povezan s crvenom bojom, a “minus” s crnom.

Snaga TEM-a mora odgovarati volumenu kutije. Prve 3 znamenke oznake označavaju broj pari poluvodičkih mikroelemenata unutar modula (49-127 ili više). izražen sa posljednje dvije znamenke oznake (od 3 do 15 A). Ako snaga nije dovoljna, trebate zalijepiti drugi modul na radijatore.

Bilješka! Ako struja premašuje snagu elementa, zagrijat će se s obje strane i brzo propasti.

Peltier modul: generator električne energije

TEM se može koristiti za proizvodnju električne energije. Da biste to učinili, potrebno je stvoriti temperaturnu razliku između ploča, a termoparovi koji se nalaze između njih će generirati električnu struju.

Za praktičnu upotrebu potreban vam je TEM s najmanje 5 V. Zatim ga možete koristiti za punjenje mobitel. Zbog niske učinkovitosti Peltierovog modula bit će potreban pretvarač pojačanja Istosmjerni napon. Za sastavljanje generatora trebat će vam:

• 2 Peltier modula TEC1-12705 s pločom veličine 40x40 mm;
• pretvarač EK-1674;
• aluminijske ploče debljine 3 mm;
• posuda za vodu;
• ljepilo otporno na toplinu.

Dva modula se postavljaju između ploča pomoću ljepila, a zatim se cijela konstrukcija fiksira na dno posude. Ako ga napunite vodom i stavite na vatru, dobit ćete potrebnu temperaturnu razliku, koja proizvodi EMF reda veličine 1,5 V. Spajanjem modula na boost pretvarač, možete povećati napon na 5 V, što je potrebno za punjenje baterije telefona.

Što je veća temperaturna razlika između vode i donje grijane ploče, generator je učinkovitiji. Stoga moramo pokušati smanjiti zagrijavanje vode različiti putevi: učinite ga protočnim, češće ga zamijenite svježim, itd. Učinkovit način povećanja temperaturne razlike je kaskadiranje modula, kada se postavljaju jedan na drugi. Povećanje ukupnih dimenzija uređaja omogućuje vam postavljanje više elemenata između ploča i time povećanje ukupne snage.

Učinak generatora bit će dovoljan za punjenje malih baterija, rad LED svjetiljke ili radio. Bilješka! Za izradu toplinskih generatora trebat će vam moduli koji mogu raditi na 300-400 0 C! Ostali su prikladni samo za probno testiranje.

Za razliku od drugih načina alternativne proizvodnje električne energije, oni mogu raditi tijekom vožnje ako napravite nešto poput katalitičkog grijača.

Domaći Peltier moduli

TEM vlastite proizvodnje pojavili su se na našem tržištu ne tako davno. Vrlo su pouzdani i imaju dobre karakteristike. Peltier modul, koji je u velikoj potražnji, ima dimenzije 40x40 mm. Dizajniran je za maksimalnu struju od 6 A i napon do 15 V.

Domaći Peltier modul može se kupiti po niskoj cijeni. Sa 85 W stvara temperaturnu razliku od 60 0 C. Zajedno s hladnjakom sposoban je zaštititi procesor od pregrijavanja uz disipaciju snage od 40 W.

Karakteristike modula vodećih tvrtki

Strani uređaji predstavljeni su na tržištu u većoj raznolikosti. Za zaštitu procesora vodećih tvrtki kao hladnjak koristi se modul PAX56B Peltier, čija je cijena, zajedno s ventilatorom, 35 USD.

S dimenzijama od 30x30 mm, održava temperaturu procesora ne višu od 63 0 C uz izlaznu snagu od 25 W. Za napajanje je dovoljan napon od 5 V, a struja ne prelazi 1,5 A.

PA6EXB Peltier modul dobro je prilagođen za hlađenje procesora, osiguravajući normalne temperaturne uvjete sa snagom disipacije od 40 W. Područje njegovog modula je 40x40 mm, a trenutna potrošnja je do 8 A. Pored svojih impresivnih dimenzija - 60x60x52,5 mm (uključujući ventilator) - uređaj zahtijeva slobodan prostor oko sebe. Cijena mu je 65 dolara.

Kada se koristi Peltierov modul, tehnički podaci mora zadovoljiti potrebe hlađenih uređaja. Nedopustivo je da im je temperatura preniska. To može dovesti do kondenzacije vlage, što može biti štetno za elektroniku.

Moduli za proizvodnju generatora, kao što su, odlikuju se većom snagom - 72 W, odnosno 108 W. Odlikuju se oznakama koje se uvijek stavljaju na vruću stranu. Najveća dopuštena temperatura vruće strane je 150-160 0 C. Što je veća temperaturna razlika između ploča, to je veći izlazni napon. Uređaj radi na maksimalnoj temperaturnoj razlici od 600 0 C.

Možete kupiti Peltier modul jeftino - oko 10 dolara ili manje po komadu, ako dovoljno dobro tražite. Nerijetko prodavači znatno napuhaju cijene, ali možete ih naći nekoliko puta jeftinije ako ih kupite na akciji.

Zaključak

Peltierov učinak sada je pronašao primjenu u stvaranju malih hladnjaka potrebnih za modernu tehnologiju. Reverzibilnost procesa omogućuje proizvodnju mikroelektrana koje su tražene za punjenje baterija elektroničkih uređaja.

Za razliku od drugih načina alternativne proizvodnje energije, mogu raditi tijekom vožnje ako je ugrađen katalitički grijač.