DIY Peltier-element

I engelske språk begrepet omtales som TEC - termoelektrisk kjøler. Et gjør-det-selv Peltier-element er en temperatur-elektrisk omformer som opererer etter prinsippet om en temperaturforskjell som oppstår i det øyeblikket en elektrisk strøm påføres. Er det mulig å montere det selv og hva kan det brukes til?

DIY Peltier-element

Det er nesten umulig å lage en enhet hjemme, spesielt siden den ikke gir mye mening, gitt dens lave markedsverdi.

Men de fleste håndverkere foretrekker fortsatt å lage Peltier-elementet med egne hender, med henvisning til en rekke fordeler:

1. Kompakt, enkel å installere på et hjemmelaget elektronisk platå.
2. Det er ingen bevegelige deler, noe som øker levetiden.
3. Mulighet for å koble sammen flere elementer i en kaskadekrets for å redusere svært høye temperaturer.

Imidlertid har DIY Peltier visse ulemper: lav effektivitet, behovet for å levere høy strøm for å oppnå en merkbar temperaturforskjell, og vanskeligheten med å fjerne termisk energi fra den avkjølte overflaten.

La oss se på et eksempel på diagrammer om hvordan du lager en Peltier med egne hender:

• Bruk den som en del av en termoelektrisk generator, i henhold til koblingsskjemaet.
• Sett sammen en enkel omformer på L6920 IC-brikken (Figur 1).

Figur 1. DIY Peltier-element: universalkrets

1. Påfør en spenning i området 0,8-5,5V til inngangen til den resulterende omformeren for å få en stabil 5V utgang.
2. Når du bruker en enhet av konvensjonell type, sett temperaturgrensen på den oppvarmede siden til 150 grader.
3. For kalibrering, bruk en beholder med kokende vann som varmekilde, som definitivt ikke vil varme opp over 100 grader.

Beskrivelse av teknologi og operasjonsprinsipp

Metoden for drift av en termoelektrisk kjøler er ganske enkel. DIY Peltier-effekten er basert på kontakten mellom to strømledere som har forskjellige nivåer av elektronenergi i deres ledningssone.

Figur 2. Driftsprinsipp for elementet

Når en elektrisk strøm påføres gjennom en slik binding, får elektronet høy energi, slik at det kan bevege seg inn i ledningsbåndet med høyere energi til den andre halvlederen. Når denne energien absorberes, oppstår kjøleområdet til lederne (Figur 2).

Når prosessen skjer i motsatt retning, fører reaksjonen til oppvarming av kontaktområdet og den vanlige termiske effekten.

Etter å ha sett en Peltier-video med egne hender, kan du trekke visse konklusjoner om prinsippet om driften:

1. Mengden strøm som tilføres vil være proporsjonal med graden av kjøling - hvis det lages en god kjøleribbe på den ene siden av modulen, ved bruk av radiatorkretser, vil dens kalde side sikre lavest mulig temperatur.
2. Når polariteten til strømmen endres, skifter varme- og kjøleplanene side.
3. Når en gjenstand kommer i kontakt med en metalloverflate, blir den så liten at den ikke kan sees på bakgrunn av ohmsk oppvarming eller andre varmeledningseffekter, derfor brukes i praksis to halvledere.
4. Takket være et variert antall termoelementer - fra 1 til 100, kan nesten hvilken som helst kjølekapasitet oppnås.

Tekniske egenskaper ved Peltier-elementet

Komponenten er mye brukt i forskjellige kjølekretser.

Noe som ikke er overraskende, siden gjør-det-selv-peltier har følgende spesifikasjoner:

1. I stand til å nå lave temperaturer, som er en utmerket løsning for kjøling av elektriske apparater og utstyr som er utsatt for oppvarming.
2. Den utfører perfekt arbeidet til en konvensjonell kjøler, noe som gjør det mulig å installere den i moderne lyd- og akustiske systemer.
3. Helt stille - under drift produserer den ingen fremmede eller intense lyder.
4. Den har kraftig varmeoverføring samtidig som den opprettholder ønsket temperatur på radiatoren i ganske lang tid.

Gjør-det-selv-kjøleskap med Peltier-elementer

For å sette sammen kjøleenheten trenger du et tilstrekkelig antall elektriske ledere og spesialverktøy (Figur 3).

Et DIY Peltier-kjøleskap krever en spesiell tilnærming til montering og materialene som brukes:

1. Grunnlaget for brettet bør være slitesterk keramikk;
2. For maksimal temperaturforskjell må det klargjøres minst 20 koblinger;
3. Riktige beregninger er nøkkelen til å øke effektiviteten med 70 %;
4. Freon vil gi den største kraften til utstyret som brukes;
5. En hjemmelaget modul er installert nær fordamperen, ved siden av motoren;
6. Installasjonen utføres med et standard sett med verktøy ved bruk av pakninger;
7. De er nødvendige for å isolere arbeidsmodellen fra startreléet;
8. Isolasjon vil også være nødvendig for selve ledningene, før du kobler den til kompressoren;
9. Å unngå kortslutning, blir styrken til den endelige spenningen kalt av testeren.

Figur 3. Ved hjelp av et Peltier-element kan du enkelt sette sammen et campingkjøleskap

Et lignende opplegg kan brukes for en bilkjøler. Peltier-bilkjøleskapet settes sammen med egne hender på en keramisk plate som ikke er mindre enn 1 millimeter tykk. Den bruker ikke-modulære kobberforbindelser med en kapasitet på 4A og bruker ledere merket "PR20", egnet for kontakter forskjellige typer. For å koble enheten til kondensatoren, bruk en vanlig loddebolt.

DIY Peltier klimaanlegg

I dette tilfellet kan bare ledere av typen "PR12" brukes for produktet (Figur 4).

Gjør-det-selv Peltier klimaanlegg er kun montert på dem, siden de tåler unormale temperaturer og produserer spenninger opp til 23V:

1. Hovedsakelig brukt til å kjøle dataskjermkort.
2. Motstanden svinger innen 3 ohm.
3. Temperaturforskjellen er 10 grader, og effektiviteten er 65%.
4. Det krever 14 kobberledere.
5. En ikke-modulær adapter brukes for tilkobling.
6. Enheten er montert ved siden av den innebygde kjøleren på skjermkortet.
7. Strukturen er sikret med metallhjørner og vanlige muttere.

Figur 4. Elementet brukes også til å lage bærbare klimaanlegg

Hvis det oppdages sterk ekstern støy eller andre ukarakteristiske lyder under drift av klimaanlegget, sjekkes det for funksjonalitet med et multimeter.

DIY Peltier generator

Det er ikke så vanskelig å sette sammen en slik enhet selv. En DIY Peltier-generator har sine egne egenskaper: ytelsen til den sammensatte enheten øker med 10% på grunn av større avkjøling av motoren, men det anbefales ikke å varme opp hovedkomponentene til over 200 grader. Enheten tåler maksimal belastning ved 30A, og motstanden kan være 4 Ohm på grunn av det større antallet ledere (Figur 5).

Det er verdt å huske at en generator basert på Peltier-elementer med egne hender:

1. Den har et temperaturavvik i systemet på omtrent 13 grader.
2. I de fleste tilfeller av montering og demontering av strukturen forstyrrer ikke statoren dem.
3. Modulen er festet direkte til rotoren, for hvilken du må koble fra den sentrale akselen.
4. For å unngå oppvarming av rotorviklingen fra induktoren bør det brukes keramiske plater.

Figur 5. Et Peltier-element vil bidra til å lage en campinggenerator

En DIY Peltier varmegenerator er satt sammen av to 10*10 cm plater, 1 mm tykke, festet med termisk pasta, som dekker de fire nødvendige modulene. En blikkboks eller en hvilken som helst annen beholder plasseres oppå dem for å tenne brannen, som vil gi 170-180 grader. En kobber- eller aluminiumsradiator er festet til bunnen av en av platene med skruer. En annen 20*12cm plate er festet til den, som en annen slik del er festet til. Et fabrikklaget batterihus er installert på den, som en kontakt for lading av en smarttelefon er loddet til.

DIY Peltier avfukter

I motsetning til det samme klimaanlegget, er implementeringen av denne ideen helt berettiget. DIY Peltier-tørkeren har en enkel design og lav pris, og kjølemodulen senker temperaturen på radiatoren under duggpunktet, noe som fører til avleiring av fuktighet i luften som passerer gjennom enheten. Deretter sendes det sedimenterte vannet til en spesiell lagertank (Figur 6).

Til tross for den lave effektiviteten, kan effektiviteten til en slik enhet kalles ganske tilfredsstillende.

Gjør-det-selv Peltier avfukter:

1. Den kobles til uten problemer - en konstant spenning leveres til utgangsledningene, hvis verdi er skrevet i dataarket.
2. Den har en standard polaritet - den røde ledningen går til pluss, den svarte ledningen til minus; hvis de blandes, vil de avkjølte og oppvarmede overflatene bytte plass.
3. Den kontrolleres taktil - når den er koblet til en spenningskilde, vil den ene siden være kald, den andre vil være varm.
4. Hvis det ikke er noen strømkilde i nærheten, kobler vi probene til terminalene på modulen og bringer en tent fyrstikk eller lighter til en av sidene og observerer avlesningene til enheten.

Figur 6. Sammenstillingsdiagram for lufttørker

Hvordan koble Peltier-elementer på en modul

Hvis vi snakker om en enkel regulator, bør det ikke være noen problemer med å koble til hvis det er en krets. En DIY Peltier-modul består av to metallplater og ledninger med kontakter. For å installere det, er "PP" -ledere forberedt og plassert ved basen. For å kontrollere temperaturregimet brukes halvledere ved utgangen. For å sette sammen alle komponentene, bruk en middels kraftig loddebolt. Til slutt kobler du de to ledningene som den elektriske strømmen går gjennom.

DIY Peltier-modulen har følgende tilkoblingsnyanser:

1. Den første ledende ledningen er montert ved den nedre bunnen av strukturen.
2. Den er festet nær det ytterste ledende leddet.
3. I dette tilfellet bør du unngå kontakt med en metalldel.
4. Deretter er en annen slik ledning festet i den øvre delen.
5. Den er fikset på samme måte som den forrige.

Tester en selvmontert Peltier-modul

Gitt den enkle monteringen, er det ikke vanskelig å lage enheten selv. Å teste et Peltier-element laget av dioder med egne hender, som alle andre, er heller ikke vanskelig. Det viktigste i de innledende stadiene er å bruke de riktige materialene - klargjør to metallplater og ledninger med nødvendige kontakter, halvledere merket "PP". Du kan sjekke alt for brukbarhet ved hjelp av et multimeter eller en vanlig tester, og diodene skal lyse når enheten er koblet til nettverket.

Peltier-elementet har vært kjent for verden i lang tid. Tilbake på 1700-tallet oppdaget den franske urmakeren Jean-Charles Peltier helt ved et uhell en ny effekt på grensen mellom to metaller: vismut og antimon. Den besto av en kraftig endring i temperaturen til en vanndråpe plassert mellom kontaktene, som ble til is når det ble tilført strøm. Denne egenskapen ble ny for urmakeren, for inntil det øyeblikket hadde ingen vitenskapsmann i verden noen gang presentert slik informasjon i materialene hans.

Selv om effekten var interessant, fant jeg den ikke praktisk anvendelse på den tiden, som skyldtes stort beløp elektronisk utstyr som krever intensiv kjøling. Etter 2 århundrer Forskerens oppdagelse ble husket fordi det var et presserende behov for å produsere en enhet som kunne gi høykvalitets kjøling avlen.

Som et resultat av tallrike studier på dette området og et stort antall praktiske eksperimenter, har forskere funnet ut at et termoelektrisk par kan generere en tilstrekkelig mengde kulde for normal drift av nesten hvilken som helst mikroprosessor. Og takket være den lille størrelsen har de lært å integrere dem i mikrokretshus, og dermed gi sin egen interne kuldegenerator.

Oppdagelsen av Jean-Charles Pelte var en enorm drivkraft for hele industrien for produksjon av mobile kjøleenheter. I dag egenskapen til et termoelektrisk element brukes i følgende teknikker:

• bærbare kjøleskap;
• bil klimaanlegg;
• bærbare kjølere;
• kameraer, teleskoper og mye mer.

De brukes aktivt til å kjøle mikroprosessorer og andre elektroniske komponenter. I tillegg til den direkte kjøleeffekten begynte mange å bruke Peltier-elementet som generator. Et eksempel på hva som kan være lommelykt med 3 elementer.

Få mennesker vet at for å utføre radiokommunikasjon med kommandoen, satte soldater en spesiell kjele på bålet og brygget te, tilberedte grøt og andre husholdningsartikler, og samtidig sendte de nødvendige informasjonen via en bærbar radiostasjon.

Hvordan lage et Peltier-element med egne hender?

Mange mennesker er interessert i spørsmålet, hva er et Peltier-element med egne hender, hvordan lage det hjemme? Dette vil kreve svært nøyaktig dosert tilsetning av ulike stoffer og materialer. Det er umulig å lage en slik enhet hjemme, fordi den krever teknologi og nødvendige metallbehandlingsmetoder. Dessuten kreves det spesielt rene materialer i de samme laboratoriene, noe som er umulig å oppnå hjemme. Derfor kan spørsmålet om hvordan man lager en Peltier termoelektrisk modul besvares entydig. Aldri. Men for å bygge et effektivt kjølesystem er eksisterende ferdigheter nok.

Å lage et Peltier-element fra dioder

Det er en mening om hva som kan gjøres diode termoelektrisk modul. Faktum er at hvert par forskjellige halvledere er to materialer med p og n ledningsevne. Og en diode er nettopp det. For å oppdage endringer i ledningsevne ved oppvarming, er det nødvendig å velge visse elementer. Men ingen dioder vil bidra til å oppnå en lav temperatur på overflaten av enheten. Ved påføring av stor strøm kan kun oppvarming oppnås.

Radioamatører bruker laveffektsdioder i et glasshus som temperatursensor. Når de kobles i motsatt retning og varmes opp, begynner krysset å åpne seg og sende strøm i motsatt retning. Men den vil ikke generere strøm.

Hvordan fungerer Pelte-elementet?

En Peltier termoelektrisk modul i forenklet form er et par plater laget av forskjellige metaller, som kan være vismut, antimon, tellur eller selen. Mellom dem er det et par n- og p-type halvledere med forskjellige konduktiviteter. Alle dannet av forskjellige metaller termoelektriske par koblet i serie til en enkelt krets. Resultatet er en slags matrise av et stort antall individuelle termoelementer plassert mellom to keramiske plater.

Den termoelektriske modulen dannet av termoelementer er produsert i et enkelt hus i liten størrelse. Når de er koblet i serie eller parallelt, er det mulig å forsterke kjøleeffekten eller generere elektrisk energi. I kjøligere modus er den positive terminalen til matrisen koblet til det første paret med en n-type leder, den negative kontakten er koblet til p-type ledere. Spesialkeramikk basert på aluminiumoksid og nitrid brukes som utvendig foring. Dette sikrer den beste varmeoverføringsytelsen på begge sider ved både høye og lave temperaturer.

Antall termoelementer i modulen er ikke begrenset av noe og kan være opptil flere hundre. Jo flere det er, jo bedre merkes kjøleeffekten. For å øke effektiviteten til Peltier-elementet er en radiator med det største varmeoverføringsområdet festet til den kalde siden. Forskjellen i temperatur mellom platene bør være minst to titalls grader.

Når spenningen påføres platene, blir den ene siden varm og den andre kald. Når polariteten til forsyningsspenningen endres, skifter temperaturen på platene plass.

Med tanke på kompleksiteten og produksjonsevnen, er det ikke mulig å lage et termoelektrisk element med egne hender. Men fortsatt er det håndverkere som tilbyr sine utviklinger. Effekten observeres, men det er umulig å oppnå en effektivitetsøkning uten et spesielt forskningslaboratorium. Du kan til og med finne en video om dette emnet med trinn-for-trinn-veiledning.

Egenskaper til Peltier-elementet

Til funksjonene element basert på bimetalliske par bør inkludere:

Formel skjerm

Peltier-effekten involverer flyt av strøm gjennom kontakten av to metaller med ulik ledningsevne. Som et resultat frigjøres varme eller kulde, som avhenger av strømretningen.

I formeluttrykk kan Peltier-effekten avbildes:

Q p=P12 j, hvor P12 er Peltier-koeffisienten. Indikatoren avhenger av typen metall som brukes og dets termoelektriske egenskaper.

I tillegg til fordelene har enheten også noen ulemper, som inkluderer:

Lav effektivitet. For å oppnå en betydelig temperaturforskjell er det nødvendig å tilføre en tilstrekkelig stor strøm til platene.

For effektivt å fjerne termisk energi, er det nødvendig å gi en radiator.

Generatormodus for Peltier-elementet

Oppdagelsen av Jacques-Charles Peltier snudde bokstavelig talt verden opp ned, siden enheten kan brukes som en universell generator av varme og kulde. I tillegg til disse funksjonene ble en annen viktig effekt notert - generatormodusen. Hvis den varme siden av enheten varmes opp og den kalde siden avkjøles, oppstår det en potensiell forskjell ved terminalene, og når kretsen er lukket, begynner strømmen å strømme.

Generator basert på et Peltier-element Du kan gjøre det selv, og det krever ingen spesielle ferdigheter. Men det er verdt å forstå at den brukte kinesiske utviklere materialet har ikke ideelle egenskaper som lar det oppnå maksimal energi. Tilgjengelige termoelektriske moduler på salg er tilstrekkelig for:

• lading mobile enheter;
• strømforsyning for LED-belysning;
• produksjon av en autonom radiomottaker og andre formål.

Du kan finne mange videoer om dette emnet fra Detaljert beskrivelse alle stadier. Derfor, hvis du vil lage en termoelektrisk modul for å generere energi, så er dette fullt mulig.

Det første trinnet er å bestille det nødvendige antallet Peltier-elementer, under hensyntagen til deres egenskaper. En enhet med en effekt på 10 W på samme e-Bay koster $15. Og dette vil være nok til å lade smarttelefoner. Deretter er det nødvendig å sikre effektiv varmefjerning. For disse formålene kan du designe et væskekjølesystem med naturlig sirkulasjon. Og varm opp den varme siden med hvilken som helst varmekilde, inkludert åpen ild. Som et resultat enhver radioamatør kan lage en utmerket termoelektrisk generator selv, som du kan ta med deg på fottur, fiske eller til landet.

En standardcelle produserer 5 V og 1 W effekt, noe som er nok for liten belysning. For eksempel for å lage en lommelykt oppvarmet av varmen fra hendene dine. Ferdige elementer med utgangsspenninger opp til 12 V er også tilgjengelig for salg.

Bærbar termoelektrisk komfyr med generatormodus

I dag kan du finne mange måter å lage en ganske effektiv termoelektrisk generator basert på et Peltier-element med egne hender. Som en av dem - bærbar komfyr med brennkammer fra gammelt av datamaskinenhet ernæring. Selve Peltier termoelektriske element er festet til en av sidene av kassen gjennom termisk pasta med en imponerende størrelse radiator. Denne installasjonen lar deg få varme hvor som helst, lage mat og lade telefonen.

Fortsetter temaet hjemmelagde enheter.
Denne gangen skal vi snakke om en temperaturgenerator basert på Peltier-elementer.

Peltier-elementer er slike små (vanligvis 4x4 cm) dingser, bestående av keramiske plater og et bimetall mellom dem, som når den ene siden varmes opp og den andre avkjøles, produserer elektrisitet. Eller omvendt, ved å bruke strøm, varmer vi den ene siden og avkjøler den andre. Denne egenskapen til Peltier-elementer brukes i produksjonen av bærbare kjøleskap, men jeg er først og fremst interessert i genereringsevnen til disse enhetene.

Faktisk veldig praktisk. Du varmer opp den ene siden av elementet, avkjøler den andre – og du får nok strøm og spenning til å lade opp for eksempel en mobiltelefon eller andre elektroniske enheter. Jeg har generelt problemer med elektrisitet, det skjer ikke ofte, så jeg trenger en slik ting veldig. Nei, selvfølgelig kan solcellepaneler delvis løse problemet med mangel på strøm. Dette, på dette stadiet, anser jeg generelt som en av de beste kildene til alternativ energi. Det er derfor jeg har det solcellebatteri(som jeg skal fortelle deg om senere), liten, men kraftig nok for meg. Den produserer et sted mellom 1 og 1,5 ampere ved en spenning på 5 til 15 volt.

Men solen er ikke alltid der, så termogeneratoren viste seg å være mer nødvendig. Ja, også utenfor sivilisasjonen er det nødvendig, og jeg tror også overlevelsesfolk er interessert i slike ting.

For å lage en termogenerator er ikke alle Peltier-elementer egnet, men bare de som opprettholder en temperatur på 300-400 grader. Selvfølgelig er det mulig å lage en generator fra vanlige elementer, de som brukes i kjøleskap, men bare som et eksperiment. For så snart du overopphetes, vil elementet svikte. Du kan kjøpe høytemperaturelementer fra amerikanerne eller kineserne. (En liten digresjon om kineserne: ved å lese bloggen min får du kanskje feil oppfatning av at jeg har en dårlig holdning til Kina eller kineserne. Tvert imot, jeg beundrer Kina, noe som ikke hindrer meg i å tro at dette er vårt mest sannsynlig fiende. Igjen, tyskerne også da -de var vår fiende, og franskmennene, og hvem som ikke var det. Og hva så? Hvis det blir krig, vil vi hate, men så lenge det er fred, er vi venner. Dessuten vil alt ende til slutt, slik tilfellet var tidligere med andre nasjoner. Og etter alle krigene vil russerne og kineserne bli brødre for alltid. Amen.)
Du kan kjøpe elementer fra dine landsmenn, men til en fantastisk pris, og dette er ikke vår måte.

Så termogeneratoren min varmes opp av en oljebrenner (ved hjelp av vanlig, billigste solsikkeolje).

Som er plassert i et slikt sammenleggbart hus, bestående av en blikkboks, en brennerhøyderegulator og selve Peltier-elementet.

Selve brenneren består også av en boks og en kullveke.

Du kan lage en slik veke ved å bruke denne videoinstruksjonen.

Personlig lager jeg slike veker fra kull fra en brann; avanserte innbyggere i store byer kan ganske enkelt kjøpe trekull i en butikk. En slik brenner er god i seg selv, den kan brukes som en lyskilde i stedet for stearinlys. Det krever ikke mye olje for å fungere, det røyker ikke mye, og det kan brenne i flere dager.

Dette er et Peltier-element; en radiator for kjøling av en dataprosessor, med en vifte, er plassert på toppen av den.

Dette er brennerens brannnivåregulator. Jeg laget den fra en død CD-rom. Den kan lages av hva som helst, så lenge fantasien fungerer.

Jeg har et Peltier-element (i denne versjonen, to eller tre elementer, oppå hverandre, alle smurt med termisk pasta) klemt mellom en kjøleradiator og en varmeradiator.

Jeg fylte plassen rundt elementet med gummi (fra hælene på unødvendige sko) og limte det hele sammen med bilvarmeforsegling.

Kjøleviften ble laget av en 3-volts motor fra samme defekte CD-rom og bladene til en standard vifte fra en datamaskinkjøler. Motoren og viften ble koblet sammen med kinesisk superlim og en diskholder fra samme CD-rom. Resultatet er en kjølevifte som begynner å gå på halvannen volt og bruker svært lite strøm.

Til varmeradiatoren tok jeg en radiator fra en gammel prosessorkjøler.

Spenningen, ca 6-8 volt, går til omformeren, hvor den synker til de fem voltene som trengs for enhetene.

Jeg har allerede skrevet om denne omformeren.

Her er selve den sammensatte generatoren. Så snart (innen et minutt eller to) den genererte spenningen når en og en halv volt, begynner kjøleviften å snurre, og den kalde siden av elementet begynner å avkjøles. Termogeneratoren går inn i driftsmodus i løpet av få minutter. Den kan drive LED-guirlander og lade elektroniske enheter. Generatoren min produserer omtrent 400 milliampere strøm ved 5 volt. Strømstyrken avhenger av elementet som brukes. Hvis det er mulig, vil jeg sette inn bedre elementer.

Også denne enheten, hvis du fjerner generatordelen, kan du bruke den som en vanlig brenner for kokende vann. Jeg pleier å fylle glasset halvveis og det koker i løpet av 10-15 minutter.

Kjøleutstyr har blitt så godt etablert i livene våre at det til og med er vanskelig å forestille seg hvordan vi skulle klare oss uten det. Men klassiske kjølemiddeldesign er ikke egnet for mobilbruk, for eksempel som reisekjølebag.

Til dette formål brukes installasjoner hvor driftsprinsippet er basert på Peltier-effekten. La oss kort snakke om dette fenomenet.

Hva det er?

Dette begrepet refererer til et termoelektrisk fenomen oppdaget i 1834 av den franske naturforskeren Jean-Charles Peltier. Essensen av effekten er frigjøring eller absorpsjon av varme i området der forskjellige ledere som elektrisk strøm passerer gjennom er i kontakt.

I samsvar med den klassiske teorien er det følgende forklaring på fenomenet: elektrisk strøm overfører elektroner mellom metaller, som kan akselerere eller bremse deres bevegelse, avhengig av kontaktpotensialforskjellen i ledere laget av forskjellige materialer. Følgelig, med en økning i kinetisk energi, omdannes den til termisk energi.

På den andre lederen observeres en omvendt prosess, som krever påfyll av energi, i samsvar med fysikkens grunnleggende lov. Dette oppstår på grunn av termisk vibrasjon, som forårsaker avkjøling av metallet som den andre lederen er laget av.

Moderne teknologier gjør det mulig å produsere halvlederelementer-moduler med maksimal termoelektrisk effekt. Det er fornuftig å kort snakke om designet deres.

Design og operasjonsprinsipp

Moderne moduler er en struktur som består av to isolerende plater (vanligvis keramiske), med seriekoblede termoelementer plassert mellom dem. Et forenklet diagram av et slikt element finner du i figuren nedenfor.

Betegnelser:

• A – kontakter for tilkobling til en strømkilde;
• B - varm overflate av elementet;
• C - kald side;
• D - kobberledere;
• E – halvleder basert på p-kryss;
• F – n-type halvleder.

Designet er laget på en slik måte at hver side av modulen er i kontakt enten p-n eller n-p overganger(avhengig av polaritet). Kontakter p-n varme opp, n-p – avkjøles (se fig. 3). Følgelig oppstår en temperaturforskjell (DT) på sidene av elementet. For en observatør vil denne effekten se ut som en overføring av termisk energi mellom sidene av modulen. Det er bemerkelsesverdig at endring av strømpolariteten fører til en endring i varme og kalde overflater.

Ris. 3. A – varm side av termoelementet, B – kald side

Spesifikasjoner

Egenskapene til termoelektriske moduler er beskrevet av følgende parametere:

• kjølekapasitet (Q max), denne karakteristikken bestemmes basert på maksimalt tillatt strøm og temperaturforskjellen mellom sidene av modulen, målt i watt;
• maksimal temperaturforskjell mellom sidene av elementet (DT max), parameteren er gitt for ideelle forhold, måleenheten er grader;
• tillatt strøm som kreves for å sikre maksimal temperaturforskjell – I maks;
• den maksimale spenningen U max som kreves for at strømmen I max skal nå toppforskjellen DT max ;
• intern motstand i modulen – Motstand, angitt i ohm;
• effektivitetskoeffisient - COP (forkortelse fra engelsk - ytelseskoeffisient), i hovedsak er dette effektiviteten til enheten, som viser forholdet mellom kjøling og strømforbruk. For rimelige elementer er denne parameteren i området 0,3-0,35, for dyrere modeller nærmer den seg 0,5.

Merking

La oss se på hvordan typiske modulmerker blir dechiffrert ved å bruke eksempelet i figur 4.

Figur 4. Peltier-modul merket TEC1-12706

Markeringen er delt inn i tre meningsfulle grupper:

1. Elementbetegnelse. De to første bokstavene er alltid uendret (TE), noe som indikerer at dette er et termoelement. Den neste angir størrelsen, det kan være bokstavene "C" (standard) og "S" (liten). Det siste tallet angir hvor mange lag (kaskader) det er i elementet.
2. Antall termoelementer i modulen vist på bildet er 127.
3. Merkestrømmen er i ampere, for oss er den 6 A.

Merkingene til andre modeller i TEC1-serien leses på samme måte, for eksempel: 12703, 12705, 12710, etc.

applikasjon

Til tross for den ganske lave effektiviteten, er termoelektriske elementer mye brukt i måling, databehandling og husholdningsapparater. Moduler er et viktig driftselement for følgende enheter:

• mobile kjøleenheter;
• små generatorer for å generere elektrisitet;
• kjølesystemer i personlige datamaskiner;
• kjølere for kjøling og oppvarming av vann;
• avfuktere osv.

La oss gi detaljerte eksempler på bruk av termoelektriske moduler.

Kjøleskap med Peltier-elementer

Termoelektriske kjøleenheter er betydelig dårligere i ytelse enn kompressor- og absorpsjonsanaloger. Men de har betydelige fordeler, noe som gjør bruken tilrådelig under visse forhold. Disse fordelene inkluderer:

• enkelhet i design;
• vibrasjonsmotstand;
• fravær av bevegelige elementer (bortsett fra viften som blåser radiatoren);
• lavt støynivå;
• små dimensjoner;
• evne til å jobbe i enhver stilling;
• lang levetid;
• lavt energiforbruk.

Disse egenskapene er ideelle for mobile installasjoner.

Peltier-element som en strømgenerator

Termoelektriske moduler kan fungere som strømgeneratorer hvis en av sidene deres blir utsatt for tvungen oppvarming. Jo større temperaturforskjellen er mellom sidene, jo høyere er strømmen som genereres av kilden. Dessverre er den maksimale temperaturen for den termiske generatoren begrenset; den kan ikke være høyere enn smeltepunktet til loddet som brukes i modulen. Brudd på denne betingelsen vil føre til svikt i elementet.

For masseproduksjon av termiske generatorer brukes spesielle moduler med ildfast loddemiddel, de kan varmes opp til en temperatur på 300 °C. I vanlige elementer, for eksempel TEC1 12715, er grensen 150 grader.

Siden effektiviteten til slike enheter er lav, brukes de bare i tilfeller der det ikke er mulig å bruke en mer effektiv kilde til elektrisk energi. Imidlertid er 5-10 W termiske generatorer etterspurt blant turister, geologer og innbyggere i avsidesliggende områder. Stor og mektig stasjonære installasjoner, drevet av høytemperaturdrivstoff, brukes til å drive gassdistribusjonsenheter, utstyr til meteorologiske stasjoner, etc.

For å avkjøle prosessoren

Relativt nylig begynte disse modulene å bli brukt i CPU-kjølesystemer personlige datamaskiner. Tatt i betraktning den lave effektiviteten til termoelementer, er fordelene med slike strukturer ganske tvilsomme. For eksempel for å kjøle en 100-170W varmekilde (passer de fleste moderne modeller CPU), må du bruke 400-680 W, noe som krever installasjon av en kraftig strømforsyning.

Den andre fallgruven er at en ubelastet prosessor vil frigjøre mindre termisk energi, og modulen kan avkjøle den under duggpunktet. Som et resultat vil det begynne å dannes kondens, noe som garantert vil skade elektronikken.

De som bestemmer seg for å lage et slikt system på egen hånd, må utføre en rekke beregninger for å velge kraften til modulen for en spesifikk prosessormodell.

Basert på ovenstående er det ikke kostnadseffektivt å bruke disse modulene som et CPU-kjølesystem; i tillegg kan de forårsake feil data utstyr ute av drift.

Situasjonen er helt annerledes med hybridenheter, der termiske moduler brukes i forbindelse med vann- eller luftkjøling.

Hybride kjølesystemer har bevist sin effektivitet, men de høye kostnadene begrenser kretsen til deres beundrere.

Klimaanlegg basert på Peltier-elementer

Teoretisk sett vil en slik enhet være strukturelt mye enklere enn klassiske klimakontrollsystemer, men alt kommer ned til lav ytelse. Det er én ting å kjøle ned et lite volum av et kjøleskap, en annen ting å kjøle et rom eller interiøret i en bil. Klimaanlegg på termoelektriske moduler vil forbruke mer strøm (3-4 ganger) enn utstyr som kjører på kjølemedium.

Angående bruk som bilsystem klimakontroll, da vil ikke kraften til en standard generator være nok til å betjene en slik enhet. Å erstatte den med mer effektivt utstyr vil føre til betydelig drivstofforbruk, noe som ikke er kostnadseffektivt.

I tematiske fora oppstår diskusjoner om dette emnet med jevne mellomrom, og ulike hjemmelagde design vurderes, men en fullverdig fungerende prototype er ennå ikke laget (ikke medregnet klimaanlegget for en hamster). Det er godt mulig at situasjonen vil endre seg når moduler med mer akseptabel effektivitet blir allment tilgjengelige.

For kjølevann

Det termoelektriske elementet brukes ofte som kjølevæske for vannkjølere. Designet inkluderer: en kjølemodul, en termostatstyrt kontroller og en varmeovn. Denne implementeringen er mye enklere og billigere enn en kompressorkrets; i tillegg er den mer pålitelig og enklere å betjene. Men det er også visse ulemper:

• vann avkjøles ikke under 10-12°C;
• kjøling tar lengre tid enn kompressorens motstykke, derfor er en slik kjøler ikke egnet for et kontor med et stort antall ansatte;
• enheten er følsom for ekstern temperatur, i et varmt rom vil vannet ikke avkjøles til minimumstemperaturen;
• Installasjon i støvete rom anbefales ikke, da viften kan bli tilstoppet og kjølemodulen kan svikte.

Vannkjøler på bord med Peltier-element

Lufttørker basert på Peltier-elementer

I motsetning til et klimaanlegg, er implementeringen av en avfukter ved hjelp av termoelektriske elementer ganske mulig. Designet er ganske enkelt og rimelig. Kjølemodulen senker temperaturen på radiatoren under duggpunktet, som et resultat av at fuktighet i luften som passerer gjennom enheten legger seg på den. Det sedimenterte vannet slippes ut i en spesiell lagertank.

Til tross for den lave effektiviteten, er effektiviteten til enheten i dette tilfellet ganske tilfredsstillende.

Hvordan koble til?

Det vil ikke være noen problemer med å koble til modulen; en konstant spenning må påføres utgangsledningene; verdien er angitt i databladet til elementet. Den røde ledningen må kobles til den positive, den svarte ledningen til den negative. Merk følgende! Reversering av polariteten reverserer posisjonene til de avkjølte og oppvarmede overflatene.

Hvordan sjekke Peltier-elementet for funksjonalitet?

Den enkleste og pålitelig måte– taktil. Det er nødvendig å koble modulen til den aktuelle spenningskilden og berøre dens forskjellige sider. For et fungerende element vil en av dem være varmere, den andre kaldere.

Hvis du ikke har en passende kilde for hånden, trenger du et multimeter og en lighter. Bekreftelsesprosessen er ganske enkel:

1. koble probene til modulterminalene;
2. ta den tente lighteren til en av sidene;
3. Vi observerer avlesningene til enheten.

I arbeidsmodulen, når en av sidene er oppvarmet, genereres en elektrisk strøm, som vises på enhetens display.

Hvordan lage et Peltier-element med egne hender?

Det er nesten umulig å lage en hjemmelaget modul hjemme, spesielt siden det ikke er noen vits i å gjøre det, gitt deres relativt lave kostnader (ca. $4-$10). Men du kan sette sammen en enhet som vil være nyttig på en fottur, for eksempel en termoelektrisk generator.

For å stabilisere spenningen er det nødvendig å sette sammen en enkel omformer på L6920 IC-brikken.

Inngangen til en slik omformer leveres med en spenning i området 0,8-5,5 V, og ved utgangen vil den produsere en stabil 5 V, som er ganske nok til å lade de fleste mobile enheter. Hvis et konvensjonelt Peltier-element brukes, er det nødvendig å begrense driftstemperaturområdet til den oppvarmede siden til 150 °C. For å unngå bryet med sporing er det bedre å bruke en gryte med kokende vann som varmekilde. I dette tilfellet vil elementet garantert ikke varmes opp over 100 °C.

Termoelementet (Peltier-modulen) fungerer på det omvendte prinsippet til et termoelement - utseendet til en temperaturforskjell når elektrisk strøm flyter.

Hvordan fungerer Peltier-elementet?

Det er ganske enkelt å bruke en Peltier-modul, hvis prinsipp er å frigjøre eller absorbere varme i kontaktøyeblikket forskjellige materialer når energistrømmen til elektroner passerer gjennom den før og etter kontakt, er den annerledes. Hvis det er mindre ved utløpet, betyr det at det genereres varme der. Når elektroner i kontakt hemmes av et elektrisk felt, overfører de kinetisk energi til krystallgitteret og varmer det opp. Hvis de akselererer, absorberes varme. Dette skjer på grunn av at en del av energien tas fra krystallgitter og det kjøles ned.

I stor grad er dette fenomenet iboende i halvledere, noe som forklares med den store forskjellen i ladninger.

Peltier-modulen, hvis anvendelse er temaet for vår gjennomgang, brukes til å lage termoelektriske kjøleenheter (TEC). Den enkleste av dem består av to p- og n-type halvledere koblet i serie gjennom kobberkontakter.

Hvis elektroner beveger seg fra en halvleder "p" til "n", ved det første krysset med en metallbro rekombinerer de, og frigjør energi. Den neste overgangen fra halvlederen "p" til kobberlederen er ledsaget av "trekking" av elektroner gjennom kontakten av et elektrisk felt. Denne prosessen fører til energiabsorpsjon og avkjøling av området rundt kontakten. Prosesser skjer på lignende måte ved følgende overganger.

Ved å plassere oppvarmede og avkjølte kontakter i ulike parallelle plan vil man få en praktisk implementering av metoden. Halvledere er laget av selen, vismut, antimon eller tellur. Peltier-modulen rommer et stort antall termoelementer plassert mellom aluminiumnitrid eller aluminiumoksid keramiske plater.

Faktorer som påvirker effektiviteten til TEM

• Nåværende styrke.
• Antall termoelementer (opptil flere hundre).
• Typer halvledere.
• Avkjølingshastighet.

Større verdier er ennå ikke oppnådd på grunn av lav effektivitet (5-8%) og høye kostnader. For at en TEM skal fungere vellykket, er det nødvendig å sikre effektiv varmefjerning fra den oppvarmede siden. Dette skaper vanskeligheter i den praktiske implementeringen av metoden. Hvis polariteten er snudd, snur den kalde og varme siden hverandre.

Fordeler og ulemper med moduler

Behovet for TEM-er oppsto med bruken av elektroniske enheter som krever miniatyrkjølesystemer. Fordelene med modulene er som følger:

• kompakthet;
• ingen bevegelige ledd;
• Peltier-modulen har et reversibelt driftsprinsipp ved endring av polaritet;
• enkelhet av kaskadekoblinger for økt effekt.

Den største ulempen med modulen er lav effektivitet. Dette viser seg i høyt strømforbruk for å oppnå den nødvendige kjøleeffekten. I tillegg har det en høy kostnad.

Anvendelse av TEM

Peltier-modulen brukes først og fremst til kjøling av mikrokretser og smådeler. En start ble gjort for kjøleelementer av militært utstyr:

• mikrokretser;
• infrarøde detektorer;
• laserelementer;
• krystalloscillatorer.

Peltier termoelektriske modulen begynte gradvis å bli brukt i husholdningsapparater: for å lage kjøleskap, klimaanlegg, generatorer og termostater. Hovedformålet er å kjøle ned små gjenstander.

CPU kjøling

Hovedkomponentene til datamaskiner blir stadig forbedret, noe som fører til en økning i varmeutvikling. Sammen med dem utvikles kjølesystemer ved hjelp av innovative teknologier og moderne kontroller. Peltier-modulen har funnet anvendelse på dette området først og fremst i kjøling av mikrokretser og andre radiokomponenter. Tradisjonelle kjølere kan ikke lenger takle tvungen overklokkingsmodus for mikroprosessorer. Og å øke frekvensen av prosessorer gjør det mulig å øke ytelsen.

Å øke viftehastigheten resulterer i betydelig støy. Det elimineres ved å bruke en Peltier-modul i et kombinert kjølesystem. På denne måten mestret ledende selskaper raskt produksjonen av effektive kjølesystemer, som begynte å bli etterspurt.

Varme fjernes vanligvis fra prosessorer av kjølere. Luftstrømmen kan suges inn utenfra eller komme fra innsiden av systemenheten. Hovedproblemet er at lufttemperaturen noen ganger er utilstrekkelig for varmefjerning. Derfor begynte TEM å bli brukt til å kjøle ned luftstrømmen som kommer inn i systemenhet, og øker dermed effektiviteten av varmeoverføring. Dermed er det innebygde klimaanlegget en assistent til det tradisjonelle datamaskinkjølesystemet.

Aluminiumsradiatorer er festet på begge sider av modulen. Fra kaldplatesiden pumpes kjøleluft inn i prosessoren. Etter at den har tatt varmen, blåser en annen vifte den ut gjennom modulens varmeplate.

Moderne TEM er kontrollert elektronisk apparat med en temperatursensor, hvor kjølegraden er proporsjonal med oppvarmingen av prosessoren.

Aktivering av prosessorkjøling skaper også noen problemer.

1. Enkle Peltier kjølemoduler er designet for kontinuerlig drift. Lavere strømforbruk reduserer også varmespredningen, noe som kan føre til at brikken overkjøles og deretter fryser prosessoren.
2. Hvis driften av kjøleren og kjøleskapet ikke er riktig koordinert, kan sistnevnte bytte til oppvarmingsmodus i stedet for kjøling. Den ekstra varmekilden vil føre til at prosessoren overopphetes.

Altså for moderne prosessorer Vi trenger avanserte kjøleteknologier med kontroll over driften av selve modulene. Slike endringer i driftsmoduser skjer ikke med skjermkort, som også krever intensiv kjøling. Derfor er TEM ideell for dem.

Gjør-det-selv bilkjøleskap

I midten av forrige århundre forsøkte den innenlandske industrien å mestre produksjonen av små kjøleskap basert på Peltier-effekten. Eksisterende teknologier på den tiden tillot ikke dette. I dag er den begrensende faktoren hovedsakelig høy pris, men forsøkene fortsetter, og suksess er allerede oppnådd.

Utbredt produksjon av termoelektriske enheter lar deg lage et lite kjøleskap med egne hender, praktisk for bruk i biler. Grunnlaget er en "smørbrød", som er laget som følger.

1. Et lag med varmeledende pasta type KPT-8 påføres den øvre radiatoren og Peltier-modulen limes på den ene siden av den keramiske overflaten.
2. På samme måte er en annen radiator festet til den fra undersiden, beregnet for plassering i kjøleskapskammeret.
3. Hele enheten er tett komprimert og tørket i 4-5 timer.
4. Kjølere er installert på begge radiatorene: den øvre vil fjerne varme, og den nedre vil utjevne temperaturen i kjøleskapet.

Kjøleskapskroppen er laget med en varmeisolerende pakning inni. Det er viktig at den lukker tett. Du kan bruke en vanlig plastverktøykasse til dette.

12V strøm tilføres fra kjøretøysystemet. Det kan også gjøres fra et 220 V-nettverk vekselstrøm, med strømforsyning. Den enkleste AC til DC-konverteringskretsen brukes. Den inneholder en likeretterbro og en krusningsutjevnende kondensator. Det er viktig at de ved utgangen ikke overstiger 5% av den nominelle verdien, ellers reduseres enhetens effektivitet. Modulen har to utganger laget av fargede ledninger. Et "pluss" er alltid koblet til rødt, og et "minus" til svart.

Kraften til TEM må tilsvare volumet til boksen. De første 3 sifrene i merkingen indikerer antall par med halvledermikroelementer inne i modulen (49-127 eller mer). uttrykt med de to siste sifrene i merkingen (fra 3 til 15 A). Hvis strømmen ikke er nok, må du lime en annen modul på radiatorene.

Merk! Hvis strømmen overstiger kraften til elementet, vil det varmes opp på begge sider og raskt svikte.

Peltier-modul: elektrisk energigenerator

TEM kan brukes til å generere elektrisitet. For å gjøre dette er det nødvendig å lage en temperaturforskjell mellom platene, og termoelementene som ligger mellom dem vil generere elektrisk strøm.

Til praktisk bruk du trenger en TEM med minst 5 V. Da kan du bruke den til å lade mobiltelefon. På grunn av den lave effektiviteten til Peltier-modulen, vil en boost-omformer være nødvendig DC spenning. For å sette sammen generatoren trenger du:

• 2 Peltier-moduler TEC1-12705 med platestørrelse 40x40 mm;
• omformer EK-1674;
• aluminiumsplater 3 mm tykke;
• vann panne;
• varmebestandig lim.

To moduler plasseres mellom platene med lim, og deretter festes hele strukturen til bunnen av pannen. Fyller du den med vann og setter den i brann, får du den nødvendige temperaturforskjellen, som gir en EMF i størrelsesorden 1,5 V. Ved å koble modulene til en boost-omformer kan du øke spenningen til 5 V, som er nødvendig for å lade telefonens batteri.

Jo større temperaturforskjellen er mellom vannet og den nedre oppvarmede platen, desto mer effektiv er generatoren. Derfor må vi prøve å redusere oppvarmingen av vannet forskjellige måter: få den til å flyte gjennom, bytt den ut med en fersk oftere osv. En effektiv måte å øke temperaturforskjellen på er å kaskadere modulene, når de legges lagvis oppå hverandre. Å øke de totale dimensjonene til enheten lar deg plassere flere elementer mellom platene og dermed øke den totale kraften.

Generatorens ytelse vil være tilstrekkelig til å lade små batterier, fungere LED-lamper eller radio. Merk! For å lage termiske generatorer trenger du moduler som kan fungere ved 300-400 0 C! Resten er kun egnet for prøvetesting.

I motsetning til andre metoder for alternativ generering av elektrisitet, kan de fungere mens du kjører hvis du lager noe som en katalytisk varmeovn.

Innenlandske Peltier-moduler

TEM-er av egen produksjon dukket opp på markedet vårt for ikke så lenge siden. De er svært pålitelige og har gode egenskaper. Peltier-modulen, som er mye etterspurt, har dimensjoner på 40x40 mm. Den er designet for en maksimal strøm på 6 A og spenning opp til 15 V.

En innenlands Peltier-modul kan kjøpes til en lav pris. Ved 85 W skaper den en temperaturforskjell på 60 0 C. Sammen med en kjøler er den i stand til å beskytte en prosessor mot overoppheting med et effekttap på 40 W.

Kjennetegn på moduler fra ledende selskaper

Utenlandske enheter presenteres på markedet i større variasjon. For å beskytte prosessorer fra ledende selskaper, brukes en PAX56B Peltier-modul som kjøleskap, hvis pris, komplett med vifte, er $35.

Med dimensjoner på 30x30 mm holder den prosessortemperaturen ikke høyere enn 63 0 C med en effekt på 25 W. For strømforsyning er en spenning på 5 V tilstrekkelig, og strømmen overstiger ikke 1,5 A.

PA6EXB Peltier-modulen er godt egnet for å kjøle prosessoren, og gir normale temperaturforhold med en spredningseffekt på 40 W. Arealet til modulen er 40x40 mm, og strømforbruket er opptil 8 A. I tillegg til sine imponerende dimensjoner - 60x60x52,5 mm (inkludert viften) - krever enheten ledig plass rundt seg. Prisen er $65.

Når en Peltier-modul brukes, må dens tekniske egenskaper samsvare med behovene til de avkjølte enhetene. Det er uakseptabelt at temperaturen deres er for lav. Dette kan føre til fuktkondens, som kan være skadelig for elektronikken.

Moduler for produksjon av generatorer, for eksempel, utmerker seg med høyere effekt - henholdsvis 72 W og 108 W. De kjennetegnes av markeringer, som alltid påføres den varme siden. Maksimal tillatt temperatur på den varme siden er 150-160 0 C. Jo større temperaturforskjell mellom platene, jo høyere utgangsspenning. Enheten fungerer ved en maksimal temperaturforskjell på 600 0 C.

Du kan kjøpe en Peltier-modul rimelig - omtrent $10 eller mindre per stykke, hvis du ser godt nok etter. Ganske ofte øker selgere prisene sine betydelig, men du kan finne dem flere ganger billigere hvis du kjøper dem på salg.

Konklusjon

Peltier-effekten har nå funnet anvendelse i å lage små kjøleskap som er nødvendige for moderne teknologi. Prosessens reversibilitet gjør det mulig å produsere mikrokraftstasjoner som er etterspurt for lading av batterier til elektroniske enheter.

I motsetning til andre metoder for alternativ kraftproduksjon, kan de fungere under kjøring hvis en katalytisk varmeovn er installert.