Mnoho nových elektrikárov sa zaujíma o jednu veľmi populárnu otázku - ako urobiť elektrinu bezplatnou a zároveň autonómnou. Veľmi často napríklad pri výjazde do prírody katastrofálne chýba zásuvka na dobitie telefónu alebo zapnutie lampy. V tomto prípade vám pomôže domáci termoelektrický modul zostavený na základe Peltierovho prvku. Pomocou takéhoto zariadenia môžete generovať prúd s napätím až 5 voltov, čo je dosť na nabíjanie zariadenia a pripojenie lampy. Ďalej vám povieme, ako vyrobiť termoelektrický generátor vlastnými rukami, poskytujúc jednoduchú majstrovskú triedu na obrázkoch a s príkladom videa!

Stručne o princípe fungovania

Aby ste v budúcnosti pochopili, prečo sú pri montáži domáceho termoelektrického generátora potrebné určité náhradné diely, poďme sa najprv rozprávať o štruktúre Peltierovho prvku a o tom, ako funguje. Tento modul pozostáva zo sériovo zapojených termočlánkov umiestnených medzi keramickými platňami, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Keď takáto reťaz prechádza elektriny, dochádza k takzvanému Peltierovmu javu - jedna strana modulu sa zahrieva a druhá chladí. Prečo to potrebujeme? Všetko je veľmi jednoduché, ak budete konať v opačnom poradí: zahrejte jednu stranu platne a druhú ochlaďte, podľa toho môžete vyrábať elektrinu nízkeho napätia a prúdu. Dúfame, že v tejto fáze je všetko jasné, takže prejdeme na majstrovské kurzy, ktoré jasne ukážu, čo a ako vyrobiť termoelektrický generátor vlastnými rukami.

Hlavná trieda montáže

Na internete sme teda našli veľmi podrobné a zároveň jednoduché pokyny o montáži domáceho generátora elektriny na báze pece a Peltierovho prvku. Ak chcete začať, musíte pripraviť nasledujúce materiály:

• Samotný Peltierov prvok s parametrami: maximálny prúd 10 A, napätie 15 Voltov, rozmery 40 * 40 * 3,4 mm. Označenie – TEC 1-12710.
• Starý napájací zdroj z počítača (treba z neho iba puzdro).
• Stabilizátor napätia s nasledujúcimi technickými charakteristikami: vstupné napätie 1-5 voltov, výstupné napätie – 5 voltov. Tento návod na zostavenie termoelektrického generátora využíva modul s USB výstupom, ktorý zjednoduší proces nabíjania moderného telefónu alebo tabletu.
• Radiátor. Môžete si ho okamžite vziať z procesora s chladičom, ako je znázornené na fotografii.
• Termálna pasta.

Po príprave všetkých materiálov môžete pristúpiť k výrobe zariadenia sami. Aby sme vám objasnili, ako si vyrobiť generátor sami, poskytujeme podrobnú majstrovskú triedu s obrázkami a podrobným vysvetlením:

Termoelektrický generátor funguje nasledovne: do pece vložíte drevo, zapálite ho a počkáte niekoľko minút, kým sa zohreje jedna strana platne. Pre nabitie telefónu musí byť rozdiel teplôt na rôznych stranách cca 100 o C. Ak sa chladiaca časť (radiátor) zahreje, je potrebné ho ochladiť všetkými možné metódy– jemne ho zalejte vodou, položte naň hrnček ľadu atď.

A tu je video, ktoré jasne ukazuje, ako funguje domáci elektrický generátor na spaľovanie dreva:

Výroba elektriny z ohňa

Môžete tiež nainštalovať počítačový ventilátor na studenú stranu, ako je znázornené v druhej verzii domáceho termoelektrického generátora s Peltierovým prvkom:

V tomto prípade bude chladič využívať malý zlomok výkonu generátora, ale výsledný systém bude efektívnejší. Okrem nabíjania telefónu možno Peltierov modul použiť ako zdroj elektriny pre LED diódy, čo je rovnako užitočná možnosť využitia generátora. Mimochodom, druhá verzia domáceho termoelektrického generátora je trochu podobná vzhľadu a dizajnu. Jediným vylepšením, okrem chladiaceho systému, je možnosť nastavenia výšky horáka tzv. Na to autor prvku používa „telo“ CD-ROM (jedna z fotografií jasne ukazuje, ako si môžete vytvoriť dizajn sami).

Ak si pomocou tejto metódy vyrobíte termoelektrický generátor vlastnými rukami, môžete mať na výstupe napätie až 8 voltov, takže na nabíjanie telefónu nezabudnite pripojiť konvertor, ktorý na výstupe ponechá iba 5 V.

Dobre posledná možnosť Domáci zdroj elektrickej energie pre domácnosť môže predstavovať nasledujúci diagram: prvok - dve hliníkové „tehly“, medené potrubie (chladenie vodou) a horák. Výsledkom je efektívny generátor, ktorý vám umožní vytvoriť si doma elektrinu zadarmo!

Urob si sám Peltier prvok

IN anglický jazyk termín sa označuje ako TEC - termoelektrický chladič. Peltierov prvok „urob si sám“ je teplotno-elektrický menič, ktorý funguje na princípe rozdielu teplôt, ku ktorému dochádza v momente privedenia elektrického prúdu. Je možné si ho zložiť svojpomocne a na aké účely sa dá použiť?

Urob si sám Peltier prvok

Vyrobiť si zariadenie doma je takmer nemožné, najmä preto, že vzhľadom na jeho nízku trhovú hodnotu to nedáva veľký zmysel.

Väčšina remeselníkov však stále uprednostňuje výrobu prvku Peltier vlastnými rukami, pričom uvádza množstvo jeho výhod:

1. Kompaktný, ľahko sa inštaluje na domáce elektronické plató.
2. Neobsahuje žiadne pohyblivé časti, čo zvyšuje jeho životnosť.
3. Možnosť zapojenia viacerých prvkov do kaskádového obvodu pre zníženie veľmi vysokých teplôt.

Avšak, DIY Peltier má určité nevýhody: nízku účinnosť, potrebu dodávať vysoký prúd na získanie viditeľného teplotného rozdielu a obtiažnosť odstraňovania tepelnej energie z chladeného povrchu.

Pozrime sa na príklad diagramov, ako vyrobiť Peltier vlastnými rukami:

• Použite ho ako súčasť termoelektrického generátora podľa schémy zapojenia.
• Zostavte jednoduchý prevodník na čip L6920 IC (obrázok 1).

Obrázok 1. Urob si sám Peltierov prvok: univerzálny obvod

1. Na vstup výsledného meniča priveďte napätie v rozsahu 0,8-5,5V, aby ste mali stabilný výstup 5V.
2. Pri použití zariadenia bežného typu nastavte teplotný limit vyhrievanej strany na 150 stupňov.
3. Na kalibráciu použite ako zdroj tepla nádobu s vriacou vodou, ktorá sa rozhodne nezohreje nad 100 stupňov.

Popis technológie a princíp činnosti

Spôsob fungovania termoelektrického chladiča je pomerne jednoduchý. Urob si sám Peltierov efekt je založený na kontakte dvoch prúdových vodičov, ktoré majú vo svojej vodivej zóne rôzne úrovne energie elektrónov.

Obrázok 2. Princíp činnosti prvku

Keď sa cez takúto väzbu aplikuje elektrický prúd, elektrón získa vysokú energiu, čo mu umožní presunúť sa do vodivého pásma s vyššou energiou druhého polovodiča. Keď sa táto energia absorbuje, nastane chladiaca oblasť vodičov (obrázok 2).

Keď proces prebieha v opačnom smere, reakcia vedie k zahrievaniu kontaktnej plochy a obvyklému tepelnému efektu.

Po zhliadnutí Peltierovho videa vlastnými rukami môžete vyvodiť určité závery o princípe jeho fungovania:

1. Množstvo dodávaného prúdu bude úmerné stupňu chladenia – ak je na jednej strane modulu urobený dobrý chladič, pri použití radiátorových okruhov jeho studená strana zabezpečí najnižšiu možnú teplotu.
2. Keď sa zmení polarita prúdu, ohrievacie a chladiace roviny menia strany.
3. Keď sa predmet dostane do kontaktu s kovovým povrchom, stane sa taký malý, že ho nie je možné vidieť na pozadí ohmického zahrievania alebo iných účinkov tepelnej vodivosti, a preto sa v praxi používajú dva polovodiče.
4. Vďaka rôznorodému počtu termočlánkov - od 1 do 100 je možné dosiahnuť takmer akýkoľvek chladiaci výkon.

Technické vlastnosti Peltierovho prvku

Komponent je široko používaný v rôznych chladiacich okruhoch.

Čo nie je prekvapujúce, pretože peltier pre domácich majstrov má nasledujúce technické vlastnosti:

1. Schopný dosiahnuť nízke teploty, čo je vynikajúce riešenie na chladenie elektrických spotrebičov a zariadení podliehajúcich ohrevu.
2. Dokonale vykonáva prácu bežného chladiča, čo umožňuje jeho inštaláciu do moderných zvukových a akustických systémov.
3. Absolútne tichý - počas prevádzky nevydáva žiadne cudzie alebo intenzívne zvuky.
4. Má silný prenos tepla pri udržiavaní požadovanej teploty na radiátore pomerne dlhú dobu.

Urob si sám chladnička s Peltierovými prvkami

Na zostavenie chladiacej jednotky budete potrebovať dostatočný počet elektrických vodičov a špeciálne náradie (obrázok 3).

Chladnička Peltier pre domácich majstrov si vyžaduje špeciálny prístup k montáži a použitým materiálom:

1. Základom dosky by mala byť odolná keramika;
2. Pre maximálny teplotný rozdiel je potrebné pripraviť aspoň 20 prípojok;
3. Správne výpočty sú kľúčom k zvýšeniu účinnosti o 70 %;
4. Freón poskytne najväčší výkon použitému zariadeniu;
5. Domáci modul je inštalovaný v blízkosti jeho výparníka, vedľa motora;
6. Inštalácia sa vykonáva pomocou štandardnej sady nástrojov pomocou tesnení;
7. Sú potrebné na izoláciu pracovného modelu od štartovacieho relé;
8. Izolácia bude potrebná aj pre samotnú kabeláž pred pripojením ku kompresoru;
9. Vyhnúť sa skrat, silu konečného napätia nazýva tester.

Obrázok 3. Pomocou Peltierovho prvku ľahko zostavíte kempingovú chladničku

Podobnú schému je možné použiť aj pre chladič do auta. Autochladnička Peltier je zostavená vlastnými rukami na keramickú platňu s hrúbkou nie menšou ako 1 milimeter. Používa medené nemodulárne spoje s kapacitou 4A a používa vodiče označené „PR20“, vhodné pre kontakty odlišné typy. Na pripojenie zariadenia ku kondenzátoru použite bežnú spájkovačku.

Klimatizácia Peltier vlastnými rukami

V tomto prípade je možné pre produkt použiť iba vodiče typu „PR12“ (obrázok 4).

Urob si sám Peltierove klimatizácie sú namontované iba na nich, pretože vydržia abnormálne teploty a produkujú napätie až do 23V:

1. Používa sa hlavne na chladenie počítačových grafických kariet.
2. Jeho odpor kolíše v rozmedzí 3 ohmov.
3. Teplotný rozdiel je 10 stupňov a účinnosť je 65%.
4. Vyžaduje 14 medených vodičov.
5. Na pripojenie sa používa nemodulárny adaptér.
6. Zariadenie je namontované vedľa vstavaného chladiča na grafickej karte.
7. Konštrukcia je zaistená kovovými rohmi a obyčajnými maticami.

Obrázok 4. Prvok sa používa aj na vytvorenie prenosných klimatizácií

Ak počas prevádzky klimatizácie zaznamenáte silný vonkajší hluk alebo iné necharakteristické zvuky, skontroluje sa jej funkčnosť pomocou multimetra.

Urob si sám Peltierov generátor

Nie je také ťažké zostaviť takéto zariadenie sami. Urob si sám Peltierov generátor má svoje vlastné charakteristiky: výkon zmontovaného zariadenia sa zvyšuje o 10% v dôsledku väčšieho chladenia motora, ale neodporúča sa ohrievať hlavné komponenty na viac ako 200 stupňov. Zariadenie vydrží maximálne zaťaženie pri 30A a jeho odpor môže byť 4 Ohmy kvôli väčšiemu počtu vodičov (obrázok 5).

Stojí za to pripomenúť, že generátor založený na Peltierových prvkoch vlastnými rukami:

1. Má teplotnú odchýlku v systéme približne 13 stupňov.
2. Vo väčšine prípadov montáže a demontáže konštrukcie im stator neprekáža.
3. Modul je pripevnený priamo k rotoru, pre ktorý je potrebné odpojiť centrálny hriadeľ.
4. Aby sa zabránilo zahrievaniu vinutia rotora od induktora, mali by sa použiť keramické dosky.

Obrázok 5. Peltierov prvok pomôže vytvoriť kempingový generátor

Tepelný generátor Peltier pre domácich majstrov je zostavený z dvoch dosiek 10 x 10 cm s hrúbkou 1 mm, upevnených tepelnou pastou, ktoré pokrývajú štyri požadované moduly. Na zapálenie ohňa sa na ne položí plechovka alebo akákoľvek iná nádoba, ktorá zabezpečí 170-180 stupňov. Medený alebo hliníkový radiátor je pripevnený k spodnej časti jednej z dosiek pomocou skrutiek. Na to je pripevnený ďalší tanier 20*12cm, na ktorý sa pripevní ďalší takýto diel. Na ňom je nainštalované továrenské puzdro batérie, ku ktorému je prispájkovaný konektor na nabíjanie smartfónu.

DIY Peltier odvlhčovač

Na rozdiel od toho istého klimatizačného zariadenia je implementácia tejto myšlienky úplne opodstatnená. Sušička Peltier pre domácich majstrov má jednoduchý dizajn a nízku cenu a jej chladiaci modul znižuje teplotu radiátora pod rosný bod, čo vedie k usadzovaniu vlhkosti obsiahnutej vo vzduchu prechádzajúcom zariadením. Ďalej sa usadená voda posiela do špeciálnej skladovacej nádrže (obrázok 6).

Napriek nízkej účinnosti možno účinnosť takéhoto zariadenia nazvať celkom uspokojivou.

Urob si sám Peltier odvlhčovač:

1. Pripojí sa bez problémov - výstupné vodiče sú súčasťou dodávky konštantný tlak, ktorého hodnota je uvedená v jeho datasheete.
2. Má štandardnú polaritu - červený vodič ide do plusu, čierny vodič do mínusu, pri ich zámene si chladené a ohrievané plochy vymenia miesto.
3. Kontroluje sa hmatom – pri pripojení na zdroj napätia bude jedna strana studená, druhá teplá.
4. Ak nie je v blízkosti žiadny zdroj prúdu, pripojíme sondy na svorky modulu a na jednu zo strán privedieme zapálenú zápalku alebo zapaľovač a pozorujeme hodnoty prístroja.

Obrázok 6. Schéma zostavy sušiča vzduchu

Ako pripojiť Peltierove prvky na modul

Ak hovoríme o jednoduchom regulátore, nemali by existovať žiadne ťažkosti s pripojením, ak existuje obvod. Modul DIY Peltier sa skladá z dvoch kovových dosiek a kabeláže s kontaktmi. Na jeho inštaláciu sú pripravené vodiče „PP“ a umiestnené na základni. Na riadenie teplotného režimu sa na výstupe používajú polovodiče. Na zostavenie všetkých komponentov použite stredne výkonnú spájkovačku. Nakoniec pripojte dva vodiče, cez ktoré prechádza elektrický prúd.

Modul DIY Peltier má nasledujúce nuansy pripojenia:

1. Prvý vodivý drôt je namontovaný na spodnej základni konštrukcie.
2. Je upevnený v blízkosti najvzdialenejšieho vodivého článku.
3. V tomto prípade by ste sa mali vyhnúť akémukoľvek kontaktu s kovovou časťou.
4. Ďalej je v hornej časti pripevnené druhé takéto vedenie.
5. Je upevnený rovnakým spôsobom ako predchádzajúci.

Testovanie samostatne zostaveného Peltierovho modulu

Vzhľadom na ľahkú montáž nie je výroba zariadenia vlastná. Testovanie Peltierovho prvku vyrobeného z diód vlastnými rukami, ako každý iný, tiež nie je ťažké. Hlavnou vecou v počiatočných fázach je použitie správnych materiálov - pripravte dve kovové dosky a zapojenie potrebné kontakty, polovodiče označené „PP“. Všetko môžete skontrolovať z hľadiska prevádzkyschopnosti pomocou multimetra alebo bežného testera a diódy by sa mali rozsvietiť, keď je zariadenie pripojené k sieti.

Pomocou jednoduchých zariadení môžete využiť tepelné straty z ohrievania vzduchu alebo kvapalín. V tomto článku vám povieme, ako využiť odpadovú energiu kachlí, kotlov a otvoreného ohňa a premeniť ju na jednosmerný elektrický prúd nízkej sily.

Akýkoľvek chemický proces nastáva pri uvoľňovaní rôznych druhov energie. Vždy bol použitý taký silný zdroj ako spaľovanie. Možno ho nazvať primárnym zdrojom tepla a svetla. Takmer všetky látky na Zemi horia, pričom sa uvoľňuje teplo a svetlo v rôznych množstvách. Premena tepelnej energie na elektrickú nie je náročná, ak máte po ruke funkčnú parnú turbínu, podobnú tým, ktoré sú inštalované v tepelných elektrárňach. Ide o objemné a zložité zariadenie, ktoré si pravdepodobne nenájde miesto v kotolni. vidiecky dom. Pokúsime sa ťažiť z tepla, ktoré vzniká kúrením v kachliach alebo ohrevom vody.

Peltierov jav je jav teplotného rozdielu pri interakcii dvoch termočlánkov rôzne druhy vodiče (typu p a typu n), keď cez ne prechádza jednosmerný prúd. Seebeckov efekt je dôsledkom Peltierovho javu, keď sa pri zahrievaní jedného z termočlánkov generuje elektrický prúd. Nebudeme podrobne popisovať termodynamiku procesu - tieto ťažko pochopiteľné informácie možno ľahko nájsť v referenčnej literatúre. Zaujíma nás výsledok a možnosti jeho praktického využitia.

Konštrukcia termoelektrického modulu

Termoelektrický modul (TEM) pozostáva z mnohých termočlánkov navzájom spojených medenou platňou. Termočlánkové pole je vlepené medzi dve keramické platne. Takýto modul je možné zostaviť iba v továrenskom prostredí. Niekoľko TEMov si ale môžete zostaviť aj pre vlastnú potrebu doma. Prvky Peltier-Seebeck sú voľne predajné v špecializovaných predajniach (a na internetových stránkach) predávajúcich technologické zariadenia.

Zostavenie 5 V TEM

Čo budete potrebovať:

• Peltierov modul TEC1-12705 (40x40) - 2 ks;
• zosilňovací menič jednosmerného napätia EK-1674;
• duralový plech hrúbky 3 mm;
• nádoba na vodu s dokonale rovným dnom (naberačka);
• horúce lepidlo;
• spájkovačka

Z plátu duralu sme vyrezali dve rovnaké platne, o niečo väčšie ako dva moduly ležiace vedľa seba. Dosky na moduloch na oboch stranách spevňujeme horúcim lepidlom. Výsledný „sendvič“ pripevníme (s horúcim lepidlom) na spodok naberačky. Toto prevedenie sa už dá zapáliť, no na výstupe dostaneme zbytočných 1,5 V. Na zlepšenie výkonu potrebujeme boost konvertor, ktorý prispájkujeme do obvodu. Zvýši napätie na 5 V a to už stačí na nabitie mobilného telefónu.

Pozor! Prevodník má rozmery 1,5x1,5 cm Ak nemáte odborné zručnosti, zverte spájkovanie odborníkovi.

Teplotný rozdiel v našej konštrukcii sa získa ohrevom jednej strany (z pece alebo plameňa) a ochladením druhej strany (voda v panve). Samozrejme, čím väčší je rozdiel pracovať efektívnejšie modul. Preto na prevádzku v režime mikrogenerátora budete potrebovať relatívne nízku teplotu vody v panve (je lepšie ju pravidelne vymieňať). Na vygenerovanie vytúžených 5 V stačí konštrukciu položiť na pohár s horiacou sviečkou.

Proporcionálnym kombinovaním viacerých modulov získame efektívnejší systém výroby energie. V súlade s tým zvýšením konštrukcie úmerne zväčšíme výmenník tepla. V tomto prípade by mal byť povrch, ktorý sa má ochladiť, úplne pokrytý nádobou s vodou (najjednoduchšia a najdostupnejšia možnosť).

Všetko je tak jednoduché, že okamžite pocítite túžbu zostaviť viac modulov do jedného systému a generovať 220 V z ohňa. Potom pripojte ohrievač oleja alebo klimatizáciu. Takéto jednoduchý systém má svoje nevýhody a hlavnou je nízka účinnosť. Zvyčajne toto číslo nepresahuje 5 %. Výsledkom je relatívne nízky prúd 0,5 - 0,8 A a veľmi nízky výkon - až 4 W.

Pre pumpu alebo žiarovku je to zanedbateľné, ale úplne postačuje na:

• nabíjanie batérií až po batérie motocyklov (vo variantoch úmerných požiadavkám);
• prevádzka svetelných diód (LED);
• rádiový prijímač

V zime bude systém umiestnený na zdroji tepla umiestnenom vonku fungovať čo najefektívnejšie.

Materiálové náklady na montáž 5V termoelektrického mikrogenerátora:

*- tento model tovar bol vybraný z cenových dôvodov. Ponuka TEM od dodávateľských firiem je pomerne široká, čo umožňuje vybrať produktívnejšie (do 8 V) modely (sú výrazne drahšie).

Továrensky vyrobené produkty tohto dizajnu sa práve začínajú objavovať v predaji. Sériová výroba sa vykonáva v malých dávkach a rozsah je malý. Náklady na takýto „vedro“ začínajú na 2 500 rubľov.

Továrenský tepelný generátor je zariadenie založené na Peltier-Seebeckovom efekte, ktoré je možné pripevniť priamo na vyhrievaný povrch. Od vyššie popísanej konštrukcie sa odlišuje výrobným prevedením (a teda spoľahlivosťou), absenciou kvapalinového výmenníka tepla (namiesto neho sú rebrá na chladenie vzduchom) a vyššou cenou.

Štandardný „cestovný“ termogenerátor má nasledujúce vlastnosti:

Ako je zrejmé z tabuľky, spoľahlivosť a užitočnosť továrne nie sú lacné. Nedá sa však povedať, že by funkčne predčila domácu verziu s vedrom. Impozantných 13,5 V zrýchli nabíjanie vášho mobilného telefónu, no na to budete musieť mať so sebou na túru 2 kg závažia, a to je (vzhľadom na veľkosť zariadenia) cenovo nedostupný luxus. A, samozrejme, cena vás núti premýšľať. S týmto množstvom môžete zostaviť nie „tepelnú naberačku“, ale „tepelnú panvicu“ a jednoducho nabiť svoj notebook. A ešte jedna nuance - zariadenie stále vyžaduje upevnenie na kovovú platňu, ak sa používa otvorený oheň.

Celkovo ide o príjemný a pohodlný doplnok pre tých, ktorí nemajú problémy s peniazmi a voľné miesto v kufri.

Energetická pec

Dnes je energetická pec apoteózou používania TEM v každodennom živote. Jedná sa o továrenský produkt, v podstate ohnisko „hrnček“ na akýkoľvek druh tuhého paliva s integrovaným termoelektrickým modulom. Perfektná možnosť pre poľovnícke chaty, letné chaty, odľahlé zimoviská a vo všeobecnosti akýkoľvek druh života ďaleko od civilizácie. Určený na autonómne použitie (bez obvodových chladičov), má len ohnisko a komín. Zahŕňa prípravu jedla. Tento sporák je vybavený naj mocné prvky Peltier-Seebeck.

Vlastnosti energetických pecí:

Hoci je sporák prenosný, určite patrí medzi „super ťažkú ​​váhovú kategóriu“. domáce prístroje. Rozsah úloh pre energetickú pec je však dosť široký - môže dokonca nabíjať autobatérie, osvetlite celé miestnosti LED lampami. Svoje miesto má v expedičnom konvoji aj v poľovníckom terénnom aute, v technickej miestnosti a na dači. Inými slovami, v tomto prípade máme zdroj tepla vždy pri sebe, stačí len nájsť palivo.

Vo svojom výklenku je energetická pec nepostrádateľná, hoci životnosť deklarovaná výrobcom je trochu alarmujúca - 10 rokov. Je potrebné poznamenať, že rovnako ako v termogenerátore existuje možnosť preventívnej (alebo núdzovej) výmeny všetkých častí až po kryt.

Termoelektrické moduly sú mimoriadne zaujímavé objekty. Okrem opísaných spôsobov aplikácie sa používajú aj na vodu a klimatizáciu. V tomto prípade sa dodáva rovnaký prvok D.C. a funguje „v opačnom smere“ - ochladzuje vzduch. Táto technológia sa úspešne používa v automobilových klimatizáciách a vodných chladičoch, v automobilovom priemysle a pri výrobe mikroprocesorov. Tieto zariadenia si popíšeme v ďalšom článku.

Vitalij Dolbinov, rmnt.ru

Chladiace zariadenia sa v našich životoch udomácnili tak pevne, že je dokonca ťažké si predstaviť, ako by sme sa bez nich zaobišli. Ale klasické dizajny chladiva nie sú vhodné pre mobilné použitie, napríklad ako cestovná chladiaca taška.

Na tento účel sa používajú inštalácie, ktorých princíp činnosti je založený na Peltierovom efekte. Poďme si stručne povedať o tomto fenoméne.

Čo to je?

Tento termín sa vzťahuje na termoelektrický jav, ktorý objavil v roku 1834 francúzsky prírodovedec Jean-Charles Peltier. Podstatou efektu je uvoľňovanie alebo pohlcovanie tepla v oblasti, kde sú v kontakte rozdielne vodiče, ktorými prechádza elektrický prúd.

V súlade s klasickou teóriou existuje nasledovné vysvetlenie javu: elektrický prúd prenáša elektróny medzi kovmi, ktoré môžu urýchliť alebo spomaliť ich pohyb v závislosti od rozdielu kontaktných potenciálov vo vodičoch vyrobených z rôznych materiálov. V súlade s tým sa so zvýšením kinetickej energie premieňa na tepelnú energiu.

Na druhom vodiči sa pozoruje opačný proces, ktorý vyžaduje doplnenie energie v súlade so základným zákonom fyziky. K tomu dochádza v dôsledku tepelných vibrácií, ktoré spôsobujú ochladzovanie kovu, z ktorého je vyrobený druhý vodič.

Moderné technológie umožňujú vyrábať polovodičové prvky-moduly s maximálnym termoelektrickým účinkom. Má zmysel stručne hovoriť o ich dizajne.

Dizajn a princíp činnosti

Moderné moduly sú štruktúrou pozostávajúcou z dvoch izolačných dosiek (zvyčajne keramických), medzi ktorými sú umiestnené sériovo zapojené termočlánky. Zjednodušenú schému takéhoto prvku nájdete na obrázku nižšie.

Označenia:

• A – kontakty na pripojenie k zdroju energie;
• B – horúci povrch prvku;
• C – studená strana;
• D – medené vodiče;
• E – polovodič na báze p-prechodu;
• F – polovodič typu n.

Dizajn je vyrobený tak, že každá strana modulu je v kontakte buď p-n alebo n-p prechodov(v závislosti od polarity). Kontakty p-n ohrievať, n-p – ochladzovať (pozri obr. 3). V súlade s tým vzniká na stranách prvku teplotný rozdiel (DT). Pre pozorovateľa bude tento efekt vyzerať ako prenos tepelnej energie medzi stranami modulu. Je pozoruhodné, že zmena polarity napájania vedie k zmene horúcich a studených povrchov.

Ryža. 3. A – horúca strana termočlánku, B – studená strana

technické údaje

Charakteristiky termoelektrických modulov sú opísané nasledujúcimi parametrami:

• chladiaci výkon (Q max), táto charakteristika je určená na základe maximálneho povoleného prúdu a teplotného rozdielu medzi stranami modulu, meraného vo wattoch;
• maximálny teplotný rozdiel medzi stranami prvku (DT max), parameter je daný pre ideálne podmienky, mernou jednotkou sú stupne;
• prípustný prúd potrebný na zabezpečenie maximálneho teplotného rozdielu – I max;
• maximálne napätie U max potrebné na to, aby prúd I max dosiahol špičkový rozdiel DT max ;
• vnútorný odpor modulu – Odpor, udávaný v Ohmoch;
• koeficient účinnosti - COP (skratka z angličtiny - koeficient výkonu), v podstate ide o účinnosť zariadenia, ukazujúcu pomer chladenia k spotrebe energie. Pre lacné prvky je tento parameter v rozmedzí 0,3-0,35, pre drahšie modely sa blíži k 0,5.

Označovanie

Pozrime sa, ako sa dešifrujú typické označenia modulov pomocou príkladu na obrázku 4.

Obrázok 4. Peltierov modul s označením TEC1-12706

Označenie je rozdelené do troch zmysluplných skupín:

1. Označenie prvku. Prvé dve písmená sú vždy nezmenené (TE), čo znamená, že ide o termočlánok. Ďalší označuje veľkosť, môžu tam byť písmená „C“ (štandardné) a „S“ (malé). Posledné číslo udáva, koľko vrstiev (kaskád) je v prvku.
2. Počet termočlánkov v module zobrazenom na fotografii je 127.
3. Menovitý prúd je v ampéroch, pre nás je to 6 A.

Rovnakým spôsobom sa čítajú označenia ostatných modelov radu TEC1, napríklad: 12703, 12705, 12710 atď.

Aplikácia

Napriek pomerne nízkej účinnosti sú termoelektrické prvky široko používané v meracích, výpočtových a domácich spotrebičoch. Moduly sú dôležitým prevádzkovým prvkom nasledujúcich zariadení:

• mobilné chladiace jednotky;
• malé generátory na výrobu elektriny;
• chladiace systémy v osobných počítačoch;
• chladiče na chladiacu a vykurovaciu vodu;
• odvlhčovače atď.

Uveďme podrobné príklady použitia termoelektrických modulov.

Chladnička využívajúca Peltierove články

Termoelektrické chladiace jednotky majú výrazne horší výkon ako kompresorové a absorpčné analógy. Majú však významné výhody, vďaka čomu je ich použitie za určitých podmienok vhodné. Medzi tieto výhody patrí:

• jednoduchosť dizajnu;
• odolnosť proti vibráciám;
• absencia pohyblivých prvkov (okrem ventilátora fúkajúceho chladič);
• nízka hladina hluku;
• malé rozmery;
• schopnosť pracovať v akejkoľvek pozícii;
• dlhá životnosť;
• nízka spotreba energie.

Tieto vlastnosti sú ideálne pre mobilné inštalácie.

Peltierov prvok ako generátor elektriny

Termoelektrické moduly môžu pracovať ako generátory elektriny, ak je jedna z ich strán vystavená nútenému ohrevu. Čím väčší je teplotný rozdiel medzi stranami, tým vyšší je prúd generovaný zdrojom. Žiaľ, maximálna teplota tepelného generátora je obmedzená, nemôže byť vyššia ako bod topenia spájky použitej v module. Porušenie tejto podmienky povedie k zlyhaniu prvku.

Pre hromadnú výrobu tepelných generátorov sa používajú špeciálne moduly so žiaruvzdornou spájkou, ktoré je možné zahriať na teplotu 300°C. V bežných prvkoch, napríklad TEC1 12715, je limit 150 stupňov.

Keďže účinnosť takýchto zariadení je nízka, používajú sa len v prípadoch, keď nie je možné použiť efektívnejší zdroj elektrickej energie. Medzi turistami, geológmi a obyvateľmi odľahlých oblastí sú však žiadané tepelné generátory s výkonom 5-10 W. Veľké a výkonné stacionárne inštalácie poháňané vysokoteplotným palivom sa používajú na napájanie plynových rozvodov, zariadení meteorologických staníc atď.

Na chladenie procesora

Relatívne nedávno sa tieto moduly začali používať v systémoch chladenia CPU osobné počítače. Vzhľadom na nízku účinnosť termoprvkov sú výhody takýchto štruktúr dosť pochybné. Napríklad na chladenie 100-170W zdroja tepla (vhodné pre väčšinu moderné modely CPU), budete musieť minúť 400-680 W, čo si vyžaduje inštaláciu výkonného zdroja napájania.

Druhým úskalím je, že nezaťažený procesor uvoľní menej tepelnej energie a modul ho dokáže ochladiť pod rosný bod. V dôsledku toho sa začne vytvárať kondenzát, ktorý zaručene poškodí elektroniku.

Tí, ktorí sa rozhodnú vytvoriť takýto systém sami, budú musieť vykonať sériu výpočtov na výber výkonu modulu pre konkrétny model procesora.

Na základe vyššie uvedeného nie je použitie týchto modulov ako chladiaceho systému CPU nákladovo efektívne, navyše môžu spôsobiť poruchu počítačové vybavenie mimo prevádzky.

Úplne iná situácia je pri hybridných zariadeniach, kde sa využívajú tepelné moduly v spojení s vodným alebo vzduchovým chladením.

Hybridné chladiace systémy preukázali svoju účinnosť, ale vysoké náklady obmedzujú okruh ich obdivovateľov.

Klimatizácia založená na Peltierových prvkoch

Teoreticky bude takéto zariadenie štrukturálne oveľa jednoduchšie ako klasické systémy klimatizácie, ale to všetko súvisí s nízkym výkonom. Jedna vec je chladiť malý objem chladničky, druhá vec je chladiť miestnosť alebo interiér auta. Klimatizácie zapnuté termoelektrické moduly spotrebuje viac elektriny (3-4 krát) ako zariadenia na chladivo.

Čo sa týka použitia ako automobilový systém klimatizácia, potom výkon štandardného generátora nebude stačiť na prevádzku takéhoto zariadenia. Jeho výmena za efektívnejšie zariadenie povedie k značnej spotrebe paliva, čo nie je nákladovo efektívne.

Na tematických fórach sa pravidelne objavujú diskusie na túto tému a zvažujú sa rôzne domáce návrhy, no plnohodnotný funkčný prototyp ešte nevznikol (nepočítajúc klimatizáciu pre škrečka). Je celkom možné, že sa situácia zmení, keď budú široko dostupné moduly s prijateľnejšou účinnosťou.

Na chladenie vody

Termoelektrický prvok sa často používa ako chladivo pre vodné chladiče. Konštrukcia obsahuje: chladiaci modul, termostatom riadený regulátor a ohrievač. Táto implementácia je oveľa jednoduchšia a lacnejšia ako kompresorový okruh, navyše je spoľahlivejšia a jednoduchšia na obsluhu. Existujú však aj určité nevýhody:

• voda sa neochladzuje pod 10-12 ° C;
• chladenie trvá dlhšie ako jeho kompresorový náprotivok, preto takýto chladič nie je vhodný do kancelárie veľké množstvo pracovníci;
• zariadenie je citlivé na vonkajšiu teplotu, v teplej miestnosti sa voda neochladí na minimálnu teplotu;
• Inštalácia v prašných miestnostiach sa neodporúča, pretože sa môže upchať ventilátor a zlyhať chladiaci modul.

Stolný vodný chladič s Peltierovým prvkom

Sušič vzduchu na báze Peltierových prvkov

Na rozdiel od klimatizácie je implementácia odvlhčovača pomocou termoelektrických prvkov celkom možná. Dizajn je pomerne jednoduchý a lacný. Chladiaci modul znižuje teplotu chladiča pod rosný bod, v dôsledku čoho sa na ňom usadzuje vlhkosť obsiahnutá vo vzduchu, ktorý prechádza zariadením. Usadená voda sa vypúšťa do špeciálnej akumulačnej nádrže.

Napriek nízkej účinnosti je v tomto prípade účinnosť zariadenia celkom uspokojivá.

Ako sa pripojiť?

S pripojením modulu nebudú žiadne problémy, na výstupné vodiče musí byť privedené konštantné napätie, jeho hodnota je uvedená v údajovom liste prvku. Červený vodič musí byť pripojený k plusu, čierny vodič k mínusu. Pozor! Obrátením polarity sa obrátia polohy chladených a ohrievaných povrchov.

Ako skontrolovať funkčnosť Peltierovho prvku?

Najjednoduchšie a spoľahlivým spôsobom– hmatové. Je potrebné pripojiť modul k príslušnému zdroju napätia a dotýkať sa jeho rôznych strán. Pre pracovný prvok bude jeden z nich teplejší, druhý chladnejší.

Ak nemáte po ruke vhodný zdroj, budete potrebovať multimeter a zapaľovač. Proces overenia je pomerne jednoduchý:

1. pripojte sondy k svorkám modulu;
2. priveďte zapálený zapaľovač na jednu zo strán;
3. Sledujeme hodnoty prístroja.

V pracovnom module sa pri zahriatí jednej zo strán generuje elektrický prúd, ktorý sa zobrazí na displeji zariadenia.

Ako vyrobiť Peltierov prvok vlastnými rukami?

Je takmer nemožné vyrobiť si domáci modul doma, najmä preto, že to nemá zmysel, vzhľadom na ich relatívne nízke náklady (približne 4 až 10 USD). Môžete si však zostaviť zariadenie, ktoré bude užitočné na túre, napríklad termoelektrický generátor.

Pre stabilizáciu napätia je potrebné zostaviť jednoduchý prevodník na IC čip L6920.

Na vstup takéhoto meniča je privádzané napätie v rozsahu 0,8-5,5 V, na výstupe bude produkovať stabilných 5 V, čo je dosť na dobitie väčšiny mobilné zariadenia. V prípade použitia klasického Peltierovho článku je potrebné obmedziť rozsah prevádzkovej teploty vyhrievanej strany na 150 °C. Aby ste sa vyhli problémom so sledovaním, je lepšie použiť ako zdroj tepla hrniec s vriacou vodou. V tomto prípade je zaručené, že sa prvok nezohreje nad 100 °C.

Najlepší čas na prevádzku termogenerátora na báze Peltierových prvkov je samozrejme zima. Pretože ich treba dobre vychladiť, aby vôbec niečo dostali.

V experimente testujúcom výkonný generátor bolo použitých 12 Peltierových modulov TEC1-12706. Najlacnejšie a najobľúbenejšie sa predávajú v tomto čínskom obchode. Je na to chladiaci chladič.

Chladenie v znázornenom príklade zabezpečoval 5,4 wattový, 12 voltový ventilátor.

Čo je prvok Peltier, aké sú jeho vlastnosti, ako funguje a dizajn pracovných modelov, je popísané v niekoľkých článkoch na našej webovej stránke, ktoré môžete ľahko nájsť pomocou pohodlného vyhľadávacieho panela.

Účelom experimentu je zistiť, aký maximálny výkon dokáže vyrobiť najlacnejší čínsky termočlánok v zimnom období.
Takže so začiatkom experimentu sa piecka zapálila, keď sa drevo trochu rozhorelo, začal pracovať termogenerátor a spustil sa ventilátor. Ochladzuje studenú stranu termočlánkov. Schéma je jednoduchá. Na konci videa je znázornené, ako sa takýto termogenerátor zostavuje.

Počas experimentu sa dosiahne maximálne napätie naprázdno tohto generátora. Potom sa pomocou potenciometra toto napätie zníži presne na polovicu. Tým sa vyrovná odpor generátora a odpor záťaže. Potom sa rovnaké množstvo energie rozptýli v generátore a v záťaži. To poskytne 50 percent výkonu, alebo skôr účinnosť 50 % dodaného výkonu. To zodpovedá účinnosti iba 50 %. Ale výstup takéhoto výkonu bude maximálny v tomto pomere. Ale maximálny prenos výkonu nastáva len s týmto pomerom!
Keď sa pec zahrieva, napätie produkované elektrickým generátorom sa zvyšuje. Ventilátor nabral otáčky, ide o pomerne výkonný ventilátor s výkonom 5,5 wattu. Preto si časť sily vezme pre seba. Sila, ktorá bude teraz určená, bude užitočnou silou. Napätie nestúpne nad 26 voltov. Pripojíme potenciometer a začneme pridávať odpor.

Teraz postupne zvyšujeme napätie na 13 voltov. Zaznamenaný výkon bol 9 wattov. Počas nastavovania sa generátor zahrial a výkon klesol o 1,5 wattu.
Krátkodobo sa nám podarilo dostať až na 9 wattov. Potom však výkon klesol a zastavil sa na hodnote okolo 7,5 wattu. Toto číslo však zostalo stabilné. Tento výkon postačí na nabitie akéhokoľvek telefónu, smartfónu alebo tabletu.

Z 12 Peltierových prvkov sa získa 0,5 wattu alebo viac na prvok. Pri teplote vzduchu nula stupňov je to dobrý indikátor chladenia vzduchu. Pri teplote -20 by bol výsledok rádovo vyšší. Preto je celkom možné získať dokonca až jeden watt na Peltierov prvok, ale v extrémnych mrazoch.
Teraz bude ventilátor pripojený cez wattmeter, aby sa zistilo, koľko užitočnej energie sa spotrebuje na jeho prevádzku. Prístroj ukázal 6 wattov. Keby nebolo tohto ventilátora, bolo by možné pridať ďalších 5-6 wattov k výkonu tohto tepelného generátora.
Na pokračovanie experimentu sa plánovalo vypnúť ventilátor, aby bolo možné chladenie vykonať pomocou snehu. Po resetovaní ventilátora bude chladič silne pokrytý snehom. Pri experimente však došlo k nečakanej nehode. Po odstránení ventilátora sa kachle prehriali a jeden z Peltierových článkov zlyhal, roztopil sa bez chladenia. Systém stratil kontakty. Preto je ventilátor užitočným prvkom v tomto zariadení. Pre bezpečnosť je nutné použiť ochranné mriežky.

Záver je nasledovný: pri dobrom mraze možno získať približne 1 watt na Peltierov prvok. Sú miesta, napríklad Jakutsko alebo krajný sever, kde teploty dosahujú mínus 50 stupňov Celzia. Takže bude ľahké získať 1 watt z prvku. Predstavte si, že v jurte je piecka a za ňou je stena s rozmermi 1 x 2 m. Teplá strana je vo vnútri pece a studená je vonku, kde je mráz a vietor. Z jedného štvorcového metra takýchto prvkov môžete odstrániť až 0,5 kilowattu elektriny. To znamená, že z 2 metrov štvorcových môžete získať až jeden kilowatt elektriny.

Takéto výkonné pece na báze prvkov sa vyrábajú v Rusku. Nazývajú sa „Elektrogeneračná pec Indigirka“. Môžete si ich kúpiť v tomto obchode, zľavový kód 11920924.

Konštrukcia takéhoto termogenerátora je mimoriadne jednoduchá. 12 najlacnejších čínskych Peltierových prvkov je upnutých medzi dva hliníkové radiátory, ktoré by mali mať hladké, ideálne leštené povrchy. Prirodzene, tepelná pasta sa nanáša na každú stranu termočlánku. Radiátory otočíme skrutkami a spojíme ich drôtmi. Priložíme chladič, najlepšie výkonnejší. No samý sporák. Toto je kus pozinkovanej ocele, lepší ako nehrdzavejúca oceľ. Pripevňuje sa k horúcemu radiátoru pomocou skrutiek. Potom sa vytvorí dno s otvormi 7-8 mm na prívod vzduchu.

Existuje pokračovanie tohto experimentu. Ak ho chcete nájsť, napíšte do vyhľadávania na stránke: Vzduchom chladený Peltier.