Peltier-elementet er en termoelektrisk omformer som skaper en temperaturforskjell på overflatene når det flyter elektrisk strøm. Driftsprinsippet er basert på Peltier-effekten - forekomsten av en temperaturforskjell i kontaktpunktet for ledere under påvirkning av elektrisk strøm.

Utformingen og prinsippet for drift av Peltier-elementet.

Jeg tror at bare fysikkeksperter kan forstå hvordan Peltier-elementet faktisk fungerer. For utøvere er det viktigste at det er en minimumsmodulenhet - et termoelement, som er to koblede p- og n-type ledere.

Når strøm føres gjennom et termoelement, absorberes varme ved n-p-kontakten og varme frigjøres ved p-n-kontakten. Som et resultat vil delen av halvlederen ved siden av n-p-krysset avkjøles, og den motsatte delen vil varmes opp. Hvis du snur polariteten til strømmen, så omvendt, vil n-p-delen varmes opp, og den motsatte delen avkjøles.

Det er også motsatt effekt. Når den ene siden av termoelementet varmes opp, genereres en elektrisk strøm.

Til praktisk anvendelse Varmeabsorpsjonsenergien til ett termoelement er ikke nok. En termoelektrisk modul bruker mange termoelementer. Elektrisk er de koblet i serie. Og designet er slik at kjøle- og varmeovergangene er plassert på forskjellige sider av modulen.

Termoelementene er installert mellom to keramiske plater. De er forbundet med kobberskinner. Antall termoelementer kan nå flere hundre. Kraften til modulen avhenger av antallet.

Temperaturforskjellen mellom den varme og kalde siden av Peltier-modulen kan nå 70 °C.

Du må forstå at Peltier termoelektriske modulen reduserer temperaturen på den ene siden i forhold til den andre. De. For at den kalde siden skal ha en lav temperatur, er det nødvendig å fjerne varme fra den varme overflaten, redusere temperaturen.

For å øke temperaturforskjellen er en serie (kaskade)kobling av moduler mulig.

Applikasjon.

Peltier termoelektriske moduler brukes:

• i små husholdnings- og bilkjøleskap;
• i vannkjølere;
• i kjølesystemer for elektroniske enheter;
• i termoelektriske generatorer.

Jeg laget den med Peltier-elementet.

Fordeler og ulemper med Peltier-moduler.

Det er på en eller annen måte feil å sammenligne Peltier-elementer med kompressorkjøleenheter. I det hele tatt forskjellige enheter– et stort mekanisk system med kompressor, gass, væske og en liten halvlederkomponent. Og det er ikke noe annet å sammenligne med. Derfor er fordelene og ulempene med Peltier-moduler et veldig relativt konsept. Det er områder der de ikke er utskiftbare, og i andre tilfeller er bruken deres helt upraktisk.

Fordelene med Peltier-elementer inkluderer:

• fravær av mekanisk bevegelige deler, gasser, væsker;
• stille drift;
• små størrelser;
• evnen til å gi både kjøling og oppvarming;
• Mulighet for jevn regulering av kjøleeffekt.

Feil:

• lav effektivitet;
• behov for en strømkilde;
• begrenset antall start-stopp;
• høye kostnader for kraftige moduler.

Parametre for Peltier-elementer.

• Qmax(W) – kjølekapasitet, med maksimal tillatt strøm og temperaturforskjell mellom varme og kalde sider lik 0. Det antas at all termisk energi som tilføres den kalde overflaten umiddelbart overføres til den varme overflaten uten tap.
• Delta Tmax(grader) - maksimal temperaturforskjell mellom overflatene på modulen under ideelle forhold: temperaturen på den varme siden er 27 °C og den kalde siden med null varmeoverføring.
• Imax(A) – strøm som gir temperaturforskjell delta Tmax.
• Umaks(V) – spenning, ved strøm Imax og temperaturforskjell delta Tmax.
• Motstand(Ohm) – modulmotstand mot likestrøm.
• POLITIMANN(Coefficient Of Performance) – koeffisient, forholdet mellom kjøleeffekt og elektrisk kraft som forbrukes av modulen. De. skinn av effektivitet. Vanligvis 0,3-0,5.

Operasjonelle krav til Peltier-elementer.

Peltier-moduler er lunefulle enheter. Bruken deres er assosiert med en rekke krav, manglende overholdelse som fører til modulforringelse eller feil, og en reduksjon i systemeffektivitet.

• Modulene genererer en betydelig mengde varme. For å spre varme en passende radiator må installeres. Ellers:
  • Det er ikke mulig å oppnå ønsket kaldsidetemperatur fordi... Peltier-elementet reduserer temperaturen på en relativt varm overflate.
  • Den tillatte oppvarmingen av den varme siden er vanligvis + 80 °C (ved høytemperaturapplikasjoner opp til 150 °C). De. modulen kan rett og slett mislykkes.
  • Ved høye temperaturer brytes modulkrystallene ned, d.v.s. effektiviteten og levetiden til modulen reduseres.
• Viktig pålitelig termisk kontakt av modulen med kjøle radiator.
• Strømforsyningen til modulen må gi strøm med krusning ikke mer enn 5 %. Ved et høyere pulsasjonsnivå vil effektiviteten til modulen reduseres, ifølge noen data, med 30-40%.
• Det er ikke tillatt å bruke reléregulatorer for å styre Peltier-elementet. Dette vil føre til rask degradering av modulen. Hver av- og påkobling forårsaker degradering av halvledertermoelementer. På grunn av plutselige temperaturendringer mellom modulplatene oppstår det mekaniske påkjenninger i kryssene med halvledere. Produsenter av Peltier-elementer standardiserer antall start-stopp-sykluser til modulen. For husholdningsmoduler er dette omtrent 5000 sykluser. Reléregulatoren vil deaktivere Peltier-modulen i løpet av 1-2 måneder.
• I tillegg har Peltier-elementet høy varmeledningsevne mellom overflater. Når den er slått av, vil varmen fra varmesidens radiator overføres gjennom modulen til den kalde siden.
• Uakseptabelt, for effektregulering på Peltier-elementet, bruk PWM-modulasjon.
• Hvordan skal Peltier-elementet drives av en strøm- eller spenningskilde? Vanligvis brukes en spenningskilde. Det er lettere å implementere. Men strømspenningskarakteristikken til Peltier-modulen er ikke-lineær og bratt. De. Med en liten endring i spenningen endres strømmen betydelig. Og i tillegg endres karakteristikken når temperaturen på moduloverflatene endres. Vi må stabilisere kraften, dvs. produktet av strømmen gjennom modulen og spenningen over den. Kjølekapasiteten til et Peltier-element er direkte relatert til elektrisk kraft. Dette krever selvfølgelig en ganske kompleks regulator.
• Modulspenningen avhenger av antall termoelementer i den. Oftest er dette 127 termoelementer, som tilsvarer en spenning på 16 V. Elementutviklere Det anbefales å tilføre opptil 12 V, eller 75 % Umax. Denne spenningen sikrer optimal moduleffektivitet.
• Modulene er hermetisk forseglet og kan til og med brukes i vann.
• Polariteten til modulen er indikert av fargene på ledningene - svart og rød. Vanligvis er den røde (positive) ledningen plassert på høyre side, i forhold til den kalde siden.

Jeg har utviklet et kjøleskap som oppfyller alle disse kravene. Han:

• Produserer kraft til Peltier-elementet med krusninger på ikke mer enn 2 %.
• Stabiliserer på modulen elektrisk strøm, dvs. produkt av strøm og spenning.
• Sikrer jevn aktivering av modulen.
• Temperaturregulering skjer etter det analoge reguleringsprinsippet, d.v.s. jevn endring i kraft på Peltier-elementet.
• Kontrolleren er designet for et kjøleskap, så matematikken til kontrollerene tar hensyn til tregheten til å avkjøle luften i kammeret.
• Gir modul varm side temperaturkontroll og viftekontroll.
• Den har høy effektivitet og bred funksjonalitet.

Termoelektrisk Peltier-modul TEC1-12706.

Dette er den vanligste typen Peltier-element. Brukt i mange husholdningsapparater. Ikke dyrt, med gode parametere. Et godt alternativ for produksjon av laveffekt kjøleskap, vannkjølere, etc.

Jeg presenterer egenskapene til TEC1-12706-modulen oversatt til russisk fra dokumentasjonen til produsenten - HB Corporation.

Tekniske parametere for TEC1-12706.

Grafiske egenskaper.

0 Kategori: . Du kan bokmerke den.

Mange har hørt om de "magiske" Peltier-elementene - når strømmen går gjennom dem, avkjøles den ene siden og den andre varmes opp. Dette fungerer også i motsatt retning – hvis den ene siden varmes opp og den andre avkjøles, genereres det strøm. Peltier-effekten har vært kjent siden 1834, men til i dag fortsetter vi å være fornøyd med innovative produkter basert på den (vi må bare huske at når vi genererer elektrisitet, som f.eks. solcellepaneler- det er et punkt med maksimal effekt, og hvis du jobber langt fra det, reduseres generasjonseffektiviteten kraftig).

I I det siste Kineserne har presset på nålen og oversvømmet Internett med sine relativt billige moduler, så eksperimenter med dem tar ikke lenger for mye penger. Kineserne lover en maksimal temperaturforskjell mellom den varme og kalde siden på 60-67 grader. Hmmm... Hva om vi tar 5 elementer og kobler dem i serie, så skal vi få 20C-67*5 = -315 grader! Men noe sier meg at alt ikke er så enkelt...

Kort teori

Klassiske "kinesiske" Peltier-elementer er 127 elementer koblet i serie og loddet til en keramisk " kretskort"fra Al2O3. Følgelig, hvis driftsspenningen er 12V, utgjør hvert element bare 94mV. Det er elementer med et annet antall påfølgende elementer, og følgelig en annen spenning (for eksempel 5V).

Vi må huske at et Peltier-element ikke er en motstand, dets motstand er ikke-lineær, så hvis vi bruker 12V - vi får kanskje ikke 6 ampere (for et 6 ampere-element) - kan strømmen endres avhengig av temperaturen (men ikke for mye ). Også ved 5V (dvs. mindre enn den nominelle verdien), vil strømmen ikke være 2,5A, men mindre.

I tillegg er mengden varme som overføres sterkt avhengig av temperaturforskjellen mellom overflatene. Med en forskjell på 60-67C har varmeoverføringen en tendens til 0, og med null forskjell - 51 Watt for et 12*6 = 72-Watt element. Dette gjør det åpenbart ikke lenger mulig å koble sammen elementer i en serie så enkelt - hver neste må være mindre i størrelse enn den forrige, ellers vil det kaldeste elementet prøve å avgi mer varme (72 W) enn elementet i neste trinn kan passere gjennom seg selv ved ønsket temperaturforskjell (1 -51W).

Peltier-elementer er satt sammen med lavtsmeltende loddemetall med et smeltepunkt på 138C - så hvis elementet ved et uhell blir stående uten avkjøling og overopphetes, vil det være nok å løsne en av de 127 * 2 kontaktene for å kaste elementet på en søppelfylling. Vel, elementene er veldig skjøre - både keramikk og selve kjøleelementene - jeg rev ved et uhell 2 elementer "på langs" på grunn av termisk pasta som hadde tørket tett:

La oss prøve

Så et lite element er 5V * 2A, et stort er 12 * 9A. Kjøler med varmerør, romtemperatur. Resultat: -19 grader. Rart... 20-67-67 = -114, men det viste seg å være en ynkelig -19...

Tanken er å ta alt ut i den iskalde luften, men det er et problem - en kjøler på varmerør kjøler godt bare hvis temperaturen på den "varme" og "kalde" siden av kjøleren ligger på motsatte sider av gassen- flytende faseovergang av rørfylleren. I vårt tilfelle betyr dette at kjøleren i prinsippet ikke er i stand til å kjøle noe under +20C (siden bare tynne vegger av varmerør fungerer under). Vi må gå tilbake til det grunnleggende – til et kjølesystem helt i kobber. Og slik at den begrensede ytelsen til kjøleren ikke påvirker målingene, legger vi til en kilogram kobberplate - en varmeakkumulator.

Resultatet er sjokkerende - samme -19 med både en og to etapper. Omgivelsestemperatur - -10. De. med null belastning presset vi så vidt ut sølle 9 graders forskjell.

Rull ut det tunge artilleriet

Det viste seg at fryseanlegg #7 ikke var langt unna meg, og jeg bestemte meg for å stikke innom med en pappeske. Han kom tilbake med 5 kilo tørris (sublimeringstemperatur -78C). Vi senker kobberstrukturen der - kobler strømmen - ved 12V begynner temperaturen umiddelbart å stige, ved 5V synker den med 1 grad per sekund, og stiger deretter raskt. Alle forhåpninger er knust...

Konklusjoner og video til dessert

Effektiviteten til konvensjonelle kinesiske Peltier-elementer synker raskt ved temperaturer under null. Og mens det fortsatt er mulig å avkjøle en boks med cola med tilsynelatende effektivitet, kan ikke temperaturer under -20 oppnås. Og problemet er ikke med spesifikke elementer - jeg prøvde elementer ulike modeller fra 3 forskjellige selgere - oppførselen er den samme. Det virker som om kryogene stadier krever elementer fra andre materialer (og kanskje krever hvert trinn et annet elementmateriale).

Vel, med den gjenværende tørrisen kan du gjøre følgende:

PS. Og hvis du blander tørris med isopropylalkohol, får du flytende nitrogen for de "fattige" - det er like gøy å fryse og knuse blomster osv. Det er bare fordi alkohol ikke koker ved kontakt med huden at det er mye lettere å få frostskader.

Peltier-elementet er en spesiell termoelektrisk omformer som fungerer i henhold til Peltier-prinsippet med samme navn - forekomsten av en temperaturforskjell under tilførsel av elektrisk strøm. I engelske språk oftest referert til som TEC, som betyr termoelektrisk kjøler.

Hvordan fungerer Peltier-elementet?

Driften av et Peltier-element er basert på kontakten mellom to ledende materialer som har forskjellige nivåer av elektronenergi i ledningsbåndet. Når elektrisk strøm tilføres gjennom en slik forbindelse, elektron får høy energi, for deretter å flytte til ledningsbåndet med høyere energi til en annen halvleder. I øyeblikket av absorpsjon av denne energien, avkjøles lederens kjøleområde. Hvis strømmen går i motsatt retning, fører dette til oppvarming av kontaktpunktet og til vanlig termisk effekt.

Hvis det på den ene siden er god varmespredning, for eksempel ved bruk av radiatorsystemer, kan den kalde siden gi en svært lav temperatur, som vil være titalls grader lavere enn temperaturen i omverdenen. Størrelsen på strømmen er proporsjonal med graden av avkjøling. Hvis du endrer polariteten til den elektriske strømmen, så bytter sidene (varme og kalde) rett og slett plass.

I kontakt med en metalloverflate blir Peltier-elementet så lite at det er nesten umulig å legge merke til på bakgrunn av ohmsk oppvarming og andre varmeledningseffekter. Derfor brukes i praksis to halvledere.

Antall termoelementer kan være svært variert - fra 1 til 100, på grunn av hvilket det er mulig å lage et Peltier-element med nesten hvilken som helst kjølekapasitet.

Praktisk bruk

I dag, Peltier-elementer brukes aktivt til:

1. kjøleskap;
2. klimaanlegg;
3. bilkjølere;
4. vannkjølere
5. PC-skjermkort;

Peltier-elementet er mye brukt i ulike kjølesystemer, inkludert kjøleskap og klimaanlegg. Dens evne til å nå svært lave temperaturer gjør den til en utmerket løsning for kjøling av elektriske apparater eller teknisk utstyr som er utsatt for varme. I dag bruker utviklerne Peltier-elementer i akustiske og lydsystemer, hvor de fungerer som en vanlig kjøler. Fraværet av intense lyder gjør kjøleprosessen nesten lydløs, noe som er en utmerket fordel med elementet.

I dag er denne teknologien veldig populær på grunn av sin svært kraftig varmeavledning. I tillegg har moderne Peltier-elementer svært kompakte dimensjoner, og radiatorene deres er i stand til å opprettholde ønsket temperatur i lang tid. En annen fordel med Peltier-elementer er deres holdbarhet, fordi... de består av solide, stasjonære elementer, noe som reduserer sannsynligheten for sammenbrudd. Utformingen av den vanligste typen ser veldig enkel ut og inkluderer to kobberledere med kontakter og tilkoblingsledninger, samt et isolerende element, som er laget av rustfritt stål eller keramiske materialer.

Med tanke på enkelheten i designet, er det ikke vanskelig å lage et Peltier-element med egne hender hjemme. Den kan brukes for kjøleskap eller andre apparater. Før du starter arbeidet, må du forberede to metallplater og ledninger med kontakter. Forbered først lederne som må installeres ved bunnen av elementet. Som regel brukes ledere merket "PP".

Det er også verdt å ta vare på halvlederne ved utgangen på forhånd. De skal brukes til å overføre varme til toppplaten. Bruk en loddebolt under installasjonen. På det siste stadiet må du koble to ledninger. Den første er installert ved basen og godt festet nær den ytterste lederen. Det er viktig å sikre at all kontakt med platen er eliminert.

Den andre lederen er festet på toppen. Den er festet på samme måte som den første - til den ytterste lederen. For å sjekke funksjonaliteten til enheten, bør du bruke en tester. Bare koble to ledninger til enheten og kontroller spenningen. Spenningsavviket vil være være et sted rundt 23 V.

Hvordan lage Peltier-elementer til et kjøleskap?

Gjør-det-selv Peltier-elementer til kjøleskap er også enkle og raske å lage. Det første du må vurdere før arbeid er materialet på platen. Det skal være slitesterk keramikk. Når det gjelder konduktører, må de være forberedt minst 20 stk, som vil tillate å oppnå maksimal temperaturforskjell. Med riktig beregning kan effektiviteten økes med 70 %.

Mye avhenger av kraften til utstyret som brukes. Hvis kjøleskapet fungerer på grunnlag av flytende freon, vil det aldri være problemer med strøm. Peltier-elementet, som ble laget for hånd, er installert rett ved siden av fordamperen, som er installert sammen med motoren. For slik installasjon må du ha det mest standardsettet med verktøy og pakninger. De vil bli brukt på modellelementet fra startstafetten. Med denne løsningen vil avkjøling i den nedre delen av enheten skje mye raskere.

Det er verdt å huske at før du lager et Peltier-element for et kjøleskap med egne hender, må du fylle på med et tilstrekkelig antall elektriske ledere. For å oppnå en forskjell i temperaturer når du utvikler et element med egne hender, bruk minst 16 ledninger. Sørg for å gi dem høykvalitets isolasjon og først deretter koble dem til kompressoren. Etter å ha forsikret deg om at forbindelsen mellom ledningene er pålitelig og sikker, kan du fortsette å koble dem. Etter at installasjonen er fullført, kontroller grensespenningsstyrken igjen med en tester. Hvis driften av elementet har blitt forstyrret, vil dette først påvirke termostaten. Noen ganger kortslutter det.

I tillegg til kjøleskap, brukes Peltier-elementer også aktivt i bilkjølere. Lag en kvalitet bilkjøleskapÅ gjøre det selv er også ganske enkelt. For å gjøre dette må du finne en god keramisk plate med en tykkelse på minst 1,1 millimeter. Ledninger må være ikke-modulære. Som ledere er det best å bruke kobbertråder med båndbredde ikke mindre enn 4 ampere.

I denne forbindelse vil det maksimale temperaturavviket nå ti grader, noe som anses som normalt. I hyppige tilfeller brukes ledere merket "PR20", som har klart å skille seg ut med maksimal pålitelighet og driftsstabilitet. I tillegg passer de til forskjellige typer kontakter. Når du kobler en enhet til en kondensator, bør du bruke en loddebolt.

Hvordan lage et Peltier-element til en drikkevannskjøler?

En drikkevannskjøler er en svært viktig og nødvendig enhet som kjøler eller varmer opp drikkevannet i tide. Til fremskynde kjøleprosessen, kan du bruke Peltier-elementet. Du kan lage den like enkelt som for et kjøleskap eller bilkjøler:

• Som tallerken bør du utelukkende bruke en keramisk overflate.
• Enheten bruker minst 12 ledere som tåler høy motstand.
• For å koble til, må du bruke to ledninger (helst kobber). Elementet er installert i bunnen av kjøleren. I tillegg kan den komme i kontakt med dekselet på enheten. Men for å forhindre mulig kortslutninger fest alle ledninger til gitteret eller huset.

DIY Peltier-element for klimaanlegg

Hvis vi snakker om et Peltier-element for klimaanlegg, kan det bare lages av "PR12" -leder. Faktum er at denne ledertypen tåler unormale temperaturer godt og er i stand til å levere opptil 23V spenning. Motstanden skal svinge innenfor 3 ohm. Maksimale temperaturforskjeller vil nå 10 grader og effektiviteten vil være 65 prosent. Trenger konduktører oppstilling.

Det er verdt å merke seg at Peltier-elementet kan tjene som en kjøler for et personlig datamaskin-skjermkort. For å lage en kjøler må du ta 14 ledere, helst laget av kobber. For å koble et Peltier-element til et PC-skjermkort, må du bruke en ikke-modulær leder. Selve enheten er montert ved siden av den innebygde kjøleren på skjermkortet. Du kan bruke små metallhjørner til festing, og vanlige muttere til festing.

Hvis du merker intense lyder eller andre unaturlige lyder under drift, er det verdt å sjekke funksjonaliteten til ledningene og inspisere hver leder.

Kjøleutstyr har blitt så godt etablert i livene våre at det til og med er vanskelig å forestille seg hvordan vi kunne leve 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 som bruker 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 kompressormotparten, derfor er en slik kjøler ikke egnet for et kontor med stort beløp arbeidere;
• 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.

En spenning i området 0,8-5,5 V leveres til inngangen til en slik omformer; ved utgangen vil den produsere stabile 5 V, noe som er nok til å lade det meste 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-er 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. Ved å øke de totale dimensjonene til enheten kan du 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 operere 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 Peltier-modulen brukes, spesifikasjoner den må oppfylle 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.