Peltierjev element je termoelektrični pretvornik, ki ob pretoku električnega toka ustvari temperaturno razliko na svojih površinah. Načelo delovanja temelji na Peltierjevem učinku - pojavu temperaturne razlike na mestu stika prevodnikov pod vplivom električnega toka.

Zasnova in princip delovanja Peltierjevega elementa.

Mislim, da lahko le strokovnjaki za fiziko razumejo, kako Peltierjev element dejansko deluje. Za praktike je glavna stvar, da obstaja minimalna enota modula - termočlen, ki je dva povezana vodnika tipa p in n.

Ko tok teče skozi termočlen, se toplota absorbira na n-p kontaktu, toplota pa se sprosti na p-n kontaktu. Posledično se del polprevodnika, ki meji na n-p spoj, ohladi, nasprotni del pa se segreje. Če obrnete polarnost toka, potem obratno, n-p del se segreje, nasprotni del pa ohladi.

Obstaja tudi nasprotni učinek. Ko se ena stran termočlena segreje, nastane električni tok.

Za praktična uporaba Energija absorpcije toplote enega termočlena ni dovolj. Termoelektrični modul uporablja veliko termoelementov. Električno so povezani zaporedno. In zasnova je takšna, da se prehodi za hlajenje in ogrevanje nahajajo na različnih straneh modula.

Termoelementi so nameščeni med dvema keramičnima ploščama. Povezani so z bakrenimi zbiralkami. Število termočlenov lahko doseže več sto. Od njihovega števila je odvisna moč modula.

Temperaturna razlika med vročo in hladno stranjo Peltierjevega modula lahko doseže 70 °C.

Morate razumeti, da Peltierjev termoelektrični modul zmanjša temperaturo ene strani glede na drugo. Tisti. Da bi imela hladna stran nizko temperaturo, je potrebno odstraniti toploto z vroče površine in zmanjšati njeno temperaturo.

Za povečanje temperaturne razlike je možna serijska (kaskadna) povezava modulov.

Aplikacija.

Uporabljajo se termoelektrični moduli Peltier:

• v majhnih gospodinjskih in avtomobilskih hladilnikih;
• v vodnih hladilnikih;
• v hladilnih sistemih elektronskih naprav;
• v termoelektričnih generatorjih.

Naredil sem ga s Peltierjevim elementom.

Prednosti in slabosti Peltierjevih modulov.

Nekako napačno je primerjati Peltier elemente s kompresorskimi hladilnimi enotami. Nasploh različne naprave– velik mehanski sistem s kompresorjem, plinom, tekočino in majhno polprevodniško komponento. In ni s čim drugim primerjati. Zato so prednosti in slabosti Peltierjevih modulov zelo relativen pojem. Obstajajo področja, kjer jih ni mogoče zamenjati, v drugih primerih pa je njihova uporaba popolnoma nepraktična.

Prednosti Peltierjevih elementov vključujejo:

• odsotnost mehansko gibljivih delov, plinov, tekočin;
• tiho delovanje;
• majhne velikosti;
• sposobnost zagotavljanja hlajenja in ogrevanja;
• Možnost gladke regulacije hladilne moči.

Napake:

• nizka učinkovitost;
• potreba po viru energije;
• omejeno število štartnih postankov;
• visoki stroški močnih modulov.

Parametri Peltierjevih elementov.

• Qmax(W) – hladilna zmogljivost, z največjim dovoljenim tokom in temperaturno razliko med vročo in hladno stranjo, ki je enaka 0. Menijo, da se vsa toplotna energija, dovedena na hladno površino, takoj prenese na vročo površino brez izgub.
• Delta Tmax(deg) - največja temperaturna razlika med površinami modula pri idealnih pogojih: temperatura vroče strani je 27 °C in hladne strani z ničelnim prenosom toplote.
• Imax(A) – trenutna temperaturna razlika delta Tmax.
• Umax(V) – napetost, pri toku Imax in temperaturni razliki delta Tmax.
• Odpornost(Ohm) – odpornost modula na enosmerni tok.
• COP(Coefficient Of Performance) – koeficient, razmerje med hladilno močjo in električno močjo, ki jo modul porabi. Tisti. videz učinkovitosti. Običajno 0,3-0,5.

Operativne zahteve za Peltierjeve elemente.

Moduli Peltier so muhaste naprave. Njihova uporaba je povezana s številnimi zahtevami, katerih neupoštevanje vodi do degradacije ali okvare modula in zmanjšanja učinkovitosti sistema.

• Moduli proizvajajo znatno količino toplote. Za odvajanje toplote vgraditi je treba ustrezen radiator. drugače:
  • Želene temperature hladne strani ni mogoče doseči, ker ... Peltierjev element zmanjša temperaturo relativno vroče površine.
  • Dovoljeno segrevanje vroče strani je običajno + 80 °C (pri visokotemperaturnih aplikacijah do 150 °C). Tisti. modul lahko preprosto odpove.
  • Pri visokih temperaturah se kristali modula razgradijo, t.j. učinkovitost in življenjska doba modula se zmanjšata.
• Pomembno zanesljiv toplotni kontakt modula s hladilnim radiatorjem.
• Napajanje za modul mora zagotoviti tok z valovanjem ne več kot 5%. Pri višji stopnji pulziranja se učinkovitost modula po nekaterih podatkih zmanjša za 30-40%.
• Za krmiljenje Peltierjevega elementa ni dovoljeno uporabljati relejnih regulatorjev. To bo povzročilo hitro degradacijo modula. Vsak vklop in izklop povzroči degradacijo polprevodniških termočlenov. Zaradi nenadnih temperaturnih sprememb med ploščami modula nastanejo mehanske napetosti na stičiščih s polprevodniki. Proizvajalci Peltierjevih elementov standardizirajo število start-stop ciklov modula. Za gospodinjske module je to približno 5000 ciklov. Rele regulator bo onemogočil Peltierjev modul v 1-2 mesecih.
• Poleg tega ima Peltierjev element visoko toplotno prevodnost med površinami. Ko je izklopljen, se bo toplota iz radiatorja tople strani prenašala skozi modul na hladno stran.
• Nesprejemljivo, za regulacijo moči na Peltierjevem elementu, uporabite PWM modulacijo.
• Kako naj se Peltierjev element napaja s tokovnim ali napetostnim virom? Običajno se uporablja vir napetosti. Lažje ga je izvajati. Toda tokovno-napetostna karakteristika Peltierjevega modula je nelinearna in strma. Tisti. Z majhno spremembo napetosti se tok bistveno spremeni. Poleg tega se karakteristika spremeni, ko se spremeni temperatura površin modula. Moč moramo stabilizirati, tj. produkt toka skozi modul in napetosti na njem. Hladilna zmogljivost Peltierjevega elementa je neposredno povezana z električno močjo. Seveda to zahteva dokaj zapleten regulator.
• Napetost modula je odvisna od števila termočlenov v njem. Najpogosteje je to 127 termočlenov, kar ustreza napetosti 16 V. Razvijalci elementov Priporočljivo je napajanje do 12 V ali 75 % Umax. Ta napetost zagotavlja optimalno učinkovitost modula.
• Moduli so hermetično zaprti in se lahko uporabljajo celo v vodi.
• Polarnost modula označujejo barve žic - črna in rdeča. Običajno se rdeča (pozitivna) žica nahaja na desni strani glede na hladno stran.

Razvil sem hladilnik, ki izpolnjuje vse te zahteve. on:

• Proizvaja moč za Peltierjev element z valovitostjo največ 2 %.
• Stabilizira se na modulu električna energija, tj. produkt toka in napetosti.
• Zagotavlja gladko aktiviranje modula.
• Regulacija temperature poteka po principu analogne regulacije, tj. gladka sprememba moči na Peltierjevem elementu.
• Krmilnik je zasnovan za hladilnik, zato matematika krmilnikov upošteva vztrajnost hlajenja zraka v komori.
• Omogoča nadzor temperature vroče strani modula in nadzor ventilatorja.
• Ima visoko učinkovitost in široko funkcionalnost.

Termoelektrični Peltierjev modul TEC1-12706.

To je najpogostejša vrsta Peltierjevega elementa. Uporablja se v mnogih gospodinjski aparati. Ni drago, z dobrimi parametri. Dobra možnost za proizvodnjo hladilnikov z nizko močjo, vodnih hladilnikov itd.

Predstavljam značilnosti modula TEC1-12706, prevedene v ruščino iz dokumentacije proizvajalca - HB Corporation.

Tehnični parametri TEC1-12706.

Grafične značilnosti.

0 Kategorija: . Lahko ga dodate med zaznamke.

Mnogi so slišali za "čarobne" elemente Peltier - ko tok teče skozi njih, se ena stran ohladi, druga pa segreje. To deluje tudi v nasprotni smeri – če se ena stran segreva in druga hladi, se proizvaja elektrika. Peltierjev učinek je znan že od leta 1834, a še danes nas razveseljujejo inovativni izdelki, ki temeljijo na njem (zapomniti si moramo le, da pri pridobivanju električne energije npr. sončni kolektorji- tam je točka največje moči, in če delate daleč od nje, se učinkovitost proizvodnje močno zmanjša).

IN Zadnje čase Kitajci so potisnili iglo in preplavili internet s svojimi relativno poceni moduli, zato poskusi z njimi ne vzamejo več preveč denarja. Kitajci obljubljajo največjo temperaturno razliko med toplo in hladno stranjo 60-67 stopinj. Hmmm... Kaj če vzamemo 5 elementov in jih povežemo zaporedno, potem bi morali dobiti 20C-67*5 = -315 stopinj! A nekaj mi pravi, da ni vse tako preprosto ...

Kratka teorija

Klasični "kitajski" Peltierjevi elementi so 127 zaporedno povezanih elementov, ki so spajkani na keramični " tiskano vezje"iz Al2O3. V skladu s tem, če je delovna napetost 12 V, potem vsak element predstavlja samo 94 mV. Obstajajo elementi z različnim številom zaporednih elementov in s tem drugačno napetostjo (na primer 5V).

Ne smemo pozabiti, da Peltierjev element ni upor, njegov upor je nelinearen, tako da če uporabimo 12 V - morda ne bomo dobili 6 amperov (za 6 amperski element) - se lahko tok spreminja glede na temperaturo (vendar ne preveč ). Prav tako pri 5V (tj. manj od nominalne vrednosti) tok ne bo 2,5A, ampak manj.

Poleg tega je količina prenesene toplote močno odvisna od temperaturne razlike med površinami. Z razliko 60-67C se prenos toplote nagiba k 0 in z ničelno razliko - 51 W za element 12 * 6 = 72 W. Očitno to ne omogoča več tako enostavnega povezovanja elementov v serijo - vsak naslednji mora biti manjši od prejšnjega, sicer bo najhladnejši element skušal oddati več toplote (72 W) kot element v sistemu. naslednja stopnja lahko prehaja sama skozi sebe pri želeni temperaturni razliki (1 -51 W).

Elementi Peltier so sestavljeni s spajkami z nizkim tališčem s tališčem 138C - tako da, če element slučajno ostane brez hlajenja in se pregreje, bo dovolj, da odspajkate enega od kontaktov 127 * 2, da element vržete na odlagališče. No, elementi so zelo krhki - tako keramika kot sami hladilni elementi - 2 elementa sem pomotoma strgal "po dolgem" zaradi zelo zasušene termalne paste:

Poskusimo

Torej, majhen element je 5V * 2A, velik je 12 * 9A. Hladilnik s toplotnimi cevmi, sobna temperatura. Rezultat: -19 stopinj. Čudno ... 20-67-67 = -114, a izkazalo se je za bednih -19 ...

Ideja je, da bi vse odnesel na zmrznjen zrak, vendar obstaja težava - hladilnik na toplotnih ceveh dobro hladi le, če je temperatura "vroče" in "hladne" strani hladilnika na nasprotnih straneh plina. prehod tekoče faze polnila cevi. V našem primeru to pomeni, da hladilnik načeloma ni sposoben ohladiti ničesar pod +20C (saj spodaj delujejo le tanke stene toplotnih cevi). Morali se bomo vrniti k osnovam – k popolnoma bakrenemu hladilnemu sistemu. In da omejena zmogljivost hladilnika ne vpliva na meritve, dodamo kilogramsko bakreno ploščo - hranilnik toplote.

Rezultat je šokanten - enako -19 z eno in dvema stopnjama. Temperatura okolja - -10. Tisti. z ničelno obremenitvijo sva komajda iztisnila pičlih 9 stopinj razlike.

Izvedite težko topništvo

Izkazalo se je, da hladilnica št.7 ni daleč od mene in odločil sem se, da se ustavim s kartonasto škatlo. Vrnil se je s 5 kilogrami suhega ledu (temperatura sublimacije -78C). Tam spustimo bakreno strukturo - priklopimo tok - pri 12V začne temperatura takoj naraščati, pri 5V pade za 1 stopinjo na sekundo, nato pa hitro narašča. Vsi upi so propadli...

Zaključki in video za sladico

Učinkovitost običajnih kitajskih Peltierjevih elementov hitro pade pri temperaturah pod ničlo. In čeprav je pločevinko kole še vedno mogoče ohladiti z očitno učinkovitostjo, ni mogoče doseči temperatur pod -20. In težava ni v določenih elementih - poskusil sem elemente različni modeli od 3 različnih prodajalcev - obnašanje je enako. Zdi se, kot da kriogene stopnje zahtevajo elemente iz drugih materialov (in morda vsaka stopnja zahteva drugačen material elementov).

No, s preostalim suhim ledom lahko naredite naslednje:

PS. In če zmešate suhi led z izopropilnim alkoholom, dobite tekoči dušik za "revne" - prav tako zabavno je zamrzniti in lomiti rože itd. Prav zato, ker alkohol ob stiku s kožo ne vre, je veliko lažje dobiti ozebline.

Peltierjev element je poseben termoelektrični pretvornik, ki deluje po istoimenskem Peltierjevem principu - nastanek temperaturne razlike med dovajanjem električnega toka. IN angleški jezik največkrat imenovan TEC, kar pomeni termoelektrični hladilnik.

Kako deluje Peltierjev element?

Delovanje Peltierjevega elementa temelji na stiku dveh prevodnih materialov, ki imata različne ravni energije elektronov v prevodnem pasu. Ko skozi takšno povezavo teče električni tok, elektron pridobi visoko energijo, da bi se nato premaknili v prevodni pas z višjo energijo drugega polprevodnika. V trenutku absorpcije te energije se ohladi območje prevodnika. Če tok teče v nasprotni smeri, pride do segrevanja kontaktne točke in do običajnega toplotnega učinka.

Če je na eni strani dobro odvajanje toplote, na primer pri uporabi radiatorskih sistemov, lahko hladna stran zagotovi zelo nizko temperaturo, ki bo več deset stopinj nižja od temperature okolice. Velikost toka je sorazmerna s stopnjo ohlajanja. Če spremenite polarnost električnega toka, potem strani (toplo in hladno) preprosto zamenjajo mesta.

V stiku s kovinsko površino postane Peltierjev element tako majhen, da ga je skoraj nemogoče opaziti v ozadju ohmičnega segrevanja in drugih učinkov toplotne prevodnosti. Zato se v praksi uporabljata dva polprevodnika.

Število termočlenov je lahko zelo raznoliko - od 1 do 100, zaradi česar je mogoče izdelati Peltierjev element s skoraj vsako hladilno močjo.

Praktična uporaba

Dandanes Peltierjevi elementi aktivno uporablja za:

1. hladilniki;
2. klimatske naprave;
3. avtomobilski hladilniki;
4. vodni hladilniki
5. PC video kartice;

Peltierjev element se pogosto uporablja v različnih hladilnih sistemih, vključno s hladilniki in klimatskimi napravami. Zaradi svoje sposobnosti doseganja zelo nizkih temperatur je odlična rešitev za hlajenje električnih naprav ali tehnične opreme, ki je izpostavljena toploti. Danes razvijalci uporabljajo Peltier elemente v akustičnih in zvočnih sistemih, kjer delujejo kot običajen hladilnik. Zaradi odsotnosti intenzivnih zvokov je proces hlajenja skoraj tih, kar je odlična prednost elementa.

Dandanes je ta tehnologija zelo priljubljena zaradi svoje zelo močno odvajanje toplote. Poleg tega imajo sodobni elementi Peltier zelo kompaktne dimenzije, njihovi radiatorji pa lahko dolgo časa vzdržujejo želeno temperaturo. Druga prednost Peltierjevih elementov je njihova vzdržljivost, saj... sestavljeni so iz trdnih, nepremičnih elementov, kar zmanjšuje verjetnost okvar. Zasnova najpogostejše vrste je videti zelo preprosta in vključuje dva bakrena vodnika s kontakti in povezovalnimi žicami ter izolacijski element, ki je izdelan iz nerjavečega jekla ali keramičnih materialov.

Glede na preprostost zasnove izdelava elementa Peltier z lastnimi rokami doma sploh ni težka. Lahko se uporablja za hladilnike ali druge aparate. Preden začnete z delom, morate pripraviti dve kovinski plošči in ožičenje s kontakti. Na začetku pripravite vodnike, ki jih je treba namestiti na dno elementa. Praviloma se uporabljajo vodniki z oznako "PP".

Prav tako je vredno vnaprej poskrbeti za polprevodnike na izhodu. Uporabljali se bodo za prenos toplote na zgornjo ploščo. Med namestitvijo uporabite spajkalnik. Na zadnji stopnji morate povezati dve žici. Prvi je nameščen na dnu in trdno pritrjen v bližini skrajnega zunanjega vodnika. Pomembno je zagotoviti, da je izključen vsak stik s ploščo.

Drugi vodnik je pritrjen na vrhu. Pritrjen je na enak način kot prvi - na skrajni vodnik. Če želite preveriti delovanje naprave, uporabite tester. Preprosto priključite dve žici na napravo in preverite napetost. Odstopanje napetosti bo nekje okoli 23 V.

Kako narediti Peltier elemente za hladilnik?

Naredi sam Peltier elemente za hladilnik je tudi enostavno in hitro narediti. Prva stvar, ki jo morate upoštevati pred delom, je material plošče. To mora biti trpežna keramika. Kar zadeva vodnike, jih je treba pripraviti vsaj 20 kosov, kar bo omogočilo doseganje največje temperaturne razlike. S pravilnim izračunom se lahko učinkovitost poveča za 70%.

Veliko je odvisno od moči uporabljene opreme. Če hladilnik deluje na osnovi tekočega freona, potem nikoli ne bo težav z napajanjem. Peltierjev element, ki je ročno izdelan, je nameščen neposredno ob uparjalniku, ki je nameščen skupaj z motorjem. Za takšno namestitev se boste morali založiti z najbolj standardnim naborom orodij in tesnil. Naneseni bodo na element modela iz zagonskega releja. S to rešitvijo bo hlajenje v spodnjem delu naprave potekalo veliko hitreje.

Ne smemo pozabiti, da preden naredite Peltierjev element za hladilnik z lastnimi rokami, morate založiti zadostno število električnih vodnikov. Da bi dosegli razliko v temperaturah pri razvoju elementa z lastnimi rokami, uporabite vsaj 16 žic. Zagotovite jim kakovostno izolacijo in jih šele nato priključite na kompresor. Ko se prepričate, da je povezava med žicami zanesljiva in varna, lahko nadaljujete z njihovim povezovanjem. Po končani namestitvi ponovno preverite moč mejne napetosti s testerjem. Če je bilo delovanje elementa moteno, bo to najprej vplivalo na termostat. Včasih pride do kratkega stika.

Poleg hladilnikov se elementi Peltier aktivno uporabljajo tudi v avtomobilskih hladilnikih. Naredite kakovostnega avto hladilnik Tudi to, da to storite sami, je precej preprosto. Če želite to narediti, morate najti dobro keramično ploščo z debelino najmanj 1,1 milimetra. Žice morajo biti nemodularne. Kot prevodnike je najbolje uporabiti bakrene žice s pasovno širino ne manj kot 4 ampere.

V zvezi s tem bo največje odstopanje temperature doseglo deset stopinj, kar velja za normalno. V pogostih primerih se uporabljajo vodniki z oznako "PR20", ki so se izkazali z največjo zanesljivostjo in stabilnostjo delovanja. Poleg tega so primerni za različne vrste kontakti. Pri priključitvi naprave na kondenzator uporabite spajkalnik.

Kako narediti Peltierjev element za hladilnik pitne vode?

Hladilnik pitne vode je zelo pomembna in potrebna naprava, ki pravočasno ohladi ali ogreje pitno vodo. Za pospešite proces ohlajanja, lahko uporabite Peltierjev element. Naredite ga lahko tako preprosto kot za hladilnik ali avtomobilski hladilnik:

• Kot ploščo uporabite izključno keramično površino.
• Naprava uporablja vsaj 12 vodnikov, ki lahko prenesejo visoko odpornost.
• Za povezavo morate uporabiti dve žici (po možnosti bakrene). Element je nameščen na dnu hladilnika. Poleg tega lahko pride v stik s pokrovom naprave. Toda za preprečitev možnega kratkih stikov pritrdite vse napeljave na rešetko ali ohišje.

DIY Peltierjev element za klimatske naprave

Če govorimo o Peltierjevem elementu za klimatske naprave, potem je lahko izdelan samo iz prevodnika "PR12". Dejstvo je, da lahko ta vrsta prevodnika dobro prenese nenormalne temperature in je sposobna oddajati napetost do 23 V. Upor naj niha znotraj 3 ohmov. Najvišje temperaturne razlike bodo dosegle 10 stopinj, izkoristek pa 65 odstotkov. Potrebni prevodniki poravnaj.

Omeniti velja, da lahko element Peltier služi kot hladilnik za grafično kartico osebnega računalnika. Za izdelavo hladilnika morate vzeti 14 vodnikov, po možnosti iz bakra. Za povezavo Peltierjevega elementa z video kartico osebnega računalnika morate uporabiti nemodularni prevodnik. Sama naprava je nameščena poleg vgrajenega hladilnika na video kartici. Za pritrditev lahko uporabite majhne kovinske vogale, za pritrditev pa navadne matice.

Če med delovanjem opazite močne zvoke ali druge nenaravne zvoke, je vredno preveriti delovanje ožičenja in pregledati vsak prevodnik.

Hladilna oprema je tako trdno vstopila v naša življenja, da si je celo težko predstavljati, kako bi lahko živeli brez nje. Toda klasične izvedbe hladilnih sredstev niso primerne za mobilna uporaba, na primer kot potovalna hladilna torba.

V ta namen se uporabljajo naprave, katerih princip delovanja temelji na Peltierjevem učinku. Na kratko spregovorimo o tem pojavu.

Kaj je to?

Ta izraz se nanaša na termoelektrični pojav, ki ga je leta 1834 odkril francoski naravoslovec Jean-Charles Peltier. Bistvo učinka je sproščanje ali absorpcija toplote v območju stika raznovrstnih vodnikov, skozi katere poteka električni tok.

V skladu s klasično teorijo obstaja naslednja razlaga pojava: električni tok prenaša elektrone med kovinami, ki lahko pospešijo ali upočasnijo njihovo gibanje, odvisno od kontaktne potencialne razlike v vodnikih iz različnih materialov. V skladu s tem se s povečanjem kinetične energije pretvori v toplotno energijo.

Na drugem prevodniku opazimo obratni proces, ki zahteva obnavljanje energije v skladu s temeljnim zakonom fizike. To se zgodi zaradi toplotnih vibracij, ki povzročijo hlajenje kovine, iz katere je izdelan drugi prevodnik.

Sodobne tehnologije omogočajo izdelavo polprevodniških elementov-modulov z največjim termoelektričnim učinkom. Smiselno je na kratko govoriti o njihovi zasnovi.

Zasnova in princip delovanja

Sodobni moduli so konstrukcija, sestavljena iz dveh izolacijskih plošč (običajno keramičnih), med katerimi sta serijsko povezana termočlena. Poenostavljen diagram takega elementa je na spodnji sliki.

Oznake:

• A – kontakti za priključitev na vir napajanja;
• B – vroča površina elementa;
• C – hladna stran;
• D – bakreni vodniki;
• E – polprevodnik na osnovi p-spojnice;
• F – polprevodnik tipa n.

Zasnova je narejena tako, da je vsaka stran modula v stiku bodisi p-n oz n-p prehodi(odvisno od polarnosti). Kontakti p-n segreje, n-p – ohladi (glej sliko 3). Skladno s tem nastane temperaturna razlika (DT) na straneh elementa. Za opazovalca bo ta učinek videti kot prenos toplotne energije med stranicami modula. Omeniti velja, da sprememba polarnosti napajanja povzroči spremembo vročih in hladnih površin.

riž. 3. A – vroča stran termoelementa, B – hladna stran

Specifikacije

Lastnosti termoelektričnih modulov opisujejo naslednji parametri:

• hladilna zmogljivost (Q max), ta karakteristika je določena na podlagi največjega dovoljenega toka in temperaturne razlike med stranicama modula, merjeno v vatih;
• največja temperaturna razlika med stranicami elementa (DT max), parameter je podan za idealne pogoje, merska enota je stopinje;
• dovoljeni tok, potreben za zagotovitev največje temperaturne razlike – I max;
• največja napetost U max, potrebna za tok I max za doseganje temenske razlike DT max;
• notranji upor modula – upor, naveden v Ohmih;
• koeficient učinkovitosti - COP (okrajšava iz angleščine - coefficient of performance), v bistvu je to učinkovitost naprave, ki kaže razmerje med hlajenjem in porabo energije. Za poceni elemente je ta parameter v območju 0,3-0,35, za dražje modele pa se približuje 0,5.

Označevanje

Poglejmo, kako so dešifrirane tipične oznake modulov na primeru slike 4.

Slika 4. Peltierjev modul z oznako TEC1-12706

Označevanje je razdeljeno v tri pomenske skupine:

1. Oznaka elementa. Prvi dve črki sta vedno nespremenjeni (TE), kar pomeni, da gre za termoelement. Naslednja označuje velikost, lahko sta črki "C" (standardna) in "S" (majhna). Zadnja številka označuje, koliko plasti (kaskade) je v elementu.
2. Število termočlenov v modulu, prikazanem na fotografiji, je 127.
3. Nazivni tok je v amperih, pri nas je 6 A.

Oznake drugih modelov serije TEC1 se berejo na enak način, na primer: 12703, 12705, 12710 itd.

Aplikacija

Kljub precej nizki učinkovitosti se termoelektrični elementi pogosto uporabljajo v merilnih, računalniških in gospodinjskih aparatih. Moduli so pomemben delovni element naslednjih naprav:

• mobilne hladilne enote;
• majhni generatorji za proizvodnjo električne energije;
• hladilni sistemi v osebnih računalnikih;
• Hladilniki za hlajenje in ogrevanje vode;
• razvlaževalniki itd.

Navedimo podrobne primere uporabe termoelektričnih modulov.

Hladilnik z elementi Peltier

Termoelektrične hladilne enote so bistveno slabše od kompresorskih in absorpcijskih analogov. Vendar imajo pomembne prednosti, zaradi česar je njihova uporaba priporočljiva pod določenimi pogoji. Te prednosti vključujejo:

• enostavnost oblikovanja;
• odpornost na vibracije;
• odsotnost gibljivih elementov (razen ventilatorja, ki piha radiator);
• nizka raven hrupa;
• majhne dimenzije;
• sposobnost dela v katerem koli položaju;
• dolga življenjska doba;
• nizka poraba energije.

Te lastnosti so idealne za mobilne instalacije.

Peltierjev element kot generator električne energije

Termoelektrični moduli lahko delujejo kot generatorji električne energije, če je ena od njihovih strani izpostavljena prisilnemu segrevanju. Večja kot je temperaturna razlika med stranicama, večji je tok, ki ga ustvari vir. Na žalost je najvišja temperatura za toplotni generator omejena in ne sme biti višja od tališča spajke, uporabljene v modulu. Kršitev tega pogoja bo povzročila okvaro elementa.

Za množično proizvodnjo toplotnih generatorjev se uporabljajo posebni moduli z ognjevzdržno spajko, ki jih je mogoče segreti na temperaturo 300 °C. V običajnih elementih, na primer TEC1 12715, je meja 150 stopinj.

Ker je izkoristek takšnih naprav nizek, se uporabljajo le v primerih, ko ni mogoče uporabiti učinkovitejšega vira električne energije. Vendar pa so toplotni generatorji 5-10 W povprašeni med turisti, geologi in prebivalci oddaljenih območij. Velik in močan stacionarne instalacije, ki jih poganja visokotemperaturno gorivo, se uporabljajo za napajanje plinskih distribucijskih enot, opreme meteoroloških postaj itd.

Za hlajenje procesorja

Relativno nedavno so se ti moduli začeli uporabljati v hladilnih sistemih procesorjev osebni računalniki. Glede na nizko učinkovitost termoelementov so koristi takšnih struktur precej dvomljive. Na primer, za hlajenje 100-170 W vira toplote (ustreza večini sodobni modeli CPU), boste morali porabiti 400-680 W, kar zahteva namestitev močnega napajalnika.

Druga past je, da bo neobremenjen procesor sprostil manj toplotne energije, modul pa ga lahko ohladi pod rosišče. Posledično se bo začela tvoriti kondenzacija, ki bo zagotovo poškodovala elektroniko.

Tisti, ki se odločijo za samostojno ustvarjanje takega sistema, bodo morali izvesti vrsto izračunov, da bodo izbrali moč modula za določen model procesorja.

Na podlagi zgoraj navedenega uporaba teh modulov kot hladilnega sistema procesorja ni stroškovno učinkovita, poleg tega lahko povzročijo okvaro računalniška oprema izven službe.

Povsem drugače je pri hibridnih napravah, kjer se termični moduli uporabljajo v povezavi z vodnim ali zračnim hlajenjem.

Hibridni hladilni sistemi so dokazali svojo učinkovitost, vendar visoki stroški omejujejo krog njihovih oboževalcev.

Klimatska naprava na osnovi Peltierjevih elementov

Teoretično bo takšna naprava konstrukcijsko precej enostavnejša od klasičnih klimatskih sistemov, a vse se spušča v nizko zmogljivost. Ena stvar je ohladiti majhno prostornino hladilnika, druga pa prostor ali notranjost avtomobila. Klimatske naprave, ki uporabljajo termoelektrične module, bodo porabile več električne energije (3-4-krat) kot oprema, ki deluje na hladilno sredstvo.

Glede uporabe kot avtomobilski sistem klimatska naprava, potem moč standardnega generatorja ne bo zadostovala za delovanje takšne naprave. Zamenjava z učinkovitejšo opremo bo povzročila znatno porabo goriva, kar ni stroškovno učinkovito.

Na tematskih forumih se občasno pojavljajo razprave o tej temi in se obravnavajo različni domači modeli, vendar še ni bil ustvarjen polnopravni delovni prototip (če ne štejemo klimatske naprave za hrčka). Povsem možno je, da se bo situacija spremenila, ko bodo moduli s sprejemljivejšo učinkovitostjo postali širši dostopni.

Za hladilno vodo

Termoelektrični element se pogosto uporablja kot hladilno sredstvo za vodne hladilnike. Zasnova vključuje: hladilni modul, krmilnik s termostatom in grelec. Ta izvedba je veliko enostavnejša in cenejša kot kompresorsko vezje, poleg tega pa je bolj zanesljiva in lažja za uporabo. Obstajajo pa tudi določene slabosti:

• voda se ne ohladi pod 10-12 ° C;
• hlajenje traja dlje kot njegov kompresorski primerek, zato tak hladilnik ni primeren za pisarno s velik znesek delavci;
• naprava je občutljiva na zunanjo temperaturo, v topli sobi se voda ne ohladi na minimalno temperaturo;
• Namestitev v prašnih prostorih ni priporočljiva, saj se lahko zamaši ventilator in okvari hladilni modul.

Namizni vodni hladilnik s Peltierjevim elementom

Sušilnik zraka na osnovi Peltierjevih elementov

Za razliko od klimatske naprave je izvedba razvlaževalnika s termoelektričnimi elementi povsem možna. Zasnova je precej preprosta in poceni. Hladilni modul zniža temperaturo radiatorja pod rosišče, posledično se na njem usede vlaga, ki jo vsebuje zrak, ki prehaja skozi napravo. Usedena voda se odvaja v poseben rezervoar.

Kljub nizki učinkovitosti je v tem primeru učinkovitost naprave povsem zadovoljiva.

Kako se povezati?

Pri priključitvi modula ne bo težav, na izhodne žice je treba uporabiti konstantno napetost, njena vrednost je navedena v podatkovnem listu elementa. Rdeča žica mora biti priključena na plus, črna žica na minus. Pozor! Z zamenjavo polaritete se obrnejo položaji ohlajenih in ogrevanih površin.

Kako preveriti funkcionalnost Peltierjevega elementa?

Najenostavnejši in zanesljiv način– otipljivo. Modul je treba priključiti na ustrezen vir napetosti in se dotakniti njegovih različnih strani. Za delovni element bo eden od njih toplejši, drugi hladnejši.

Če pri roki nimate ustreznega vira, boste potrebovali multimeter in vžigalnik. Postopek preverjanja je precej preprost:

1. priključite sonde na sponke modula;
2. prižgani vžigalnik prinesite na eno od strani;
3. Opazujemo odčitke naprave.

V delovnem modulu se pri segrevanju ene od stranic ustvari električni tok, ki se prikaže na zaslonu naprave.

Kako narediti element Peltier z lastnimi rokami?

Skoraj nemogoče je narediti domač modul doma, še posebej, ker to nima smisla, glede na relativno nizke stroške (približno 4-10 $). Lahko pa sestavite napravo, ki bo uporabna na pohodu, na primer termoelektrični generator.

Za stabilizacijo napetosti je potrebno sestaviti preprost pretvornik na čipu L6920 IC.

Na vhod takega pretvornika se napaja napetost v območju 0,8-5,5 V; na izhodu bo proizvedla stabilnih 5 V, kar je povsem dovolj za polnjenje večine mobilne naprave. Pri uporabi običajnega Peltierjevega elementa je treba temperaturno območje delovanja ogrevane strani omejiti na 150 °C. Da bi se izognili težavam s sledenjem, je bolje, da kot vir toplote uporabite lonec z vrelo vodo. V tem primeru je zagotovljeno, da se element ne segreje nad 100 °C.

Termočlen (Peltierjev modul) deluje po obratnem principu kot termočlen - pojav temperaturne razlike ob pretoku električnega toka.

Kako deluje Peltierjev element?

Povsem preprosto je uporabljati Peltierjev modul, katerega princip je sproščanje ali absorbiranje toplote v trenutku stika. različne materiale ko gre skozenj energijski tok elektronov pred in po stiku, je drugače. Če je na izhodu manj, pomeni, da tam nastaja toplota. Ko elektrone v stiku zavira električno polje, prenesejo kinetično energijo na kristalno mrežo in jo segrejejo. Če pospešijo, se toplota absorbira. To se zgodi zaradi dejstva, da se del energije vzame iz kristalna mreža in se ohladi.

V veliki meri je ta pojav neločljivo povezan s polprevodniki, kar je razloženo z veliko razliko v nabojih.

Modul Peltier, katerega uporaba je tema našega pregleda, se uporablja pri ustvarjanju termoelektričnih hladilnih naprav (TEC). Najenostavnejši med njimi je sestavljen iz dveh polprevodnikov tipa p in n, ki sta zaporedno povezana preko bakrenih kontaktov.

Če se elektroni premaknejo iz polprevodnika "p" v "n", se pri prvem stiku s kovinskim mostom rekombinirajo in pri tem sprostijo energijo. Naslednji prehod iz polprevodnika "p" v bakreni prevodnik spremlja "vlečenje" elektronov skozi kontakt z električnim poljem. Ta proces vodi do absorpcije energije in ohlajanja območja okoli kontakta. Na podoben način potekajo procesi pri naslednjih prehodih.

S postavitvijo ogrevanih in ohlajenih kontaktov v različnih vzporednih ravninah bomo dosegli praktično izvedbo metode. Polprevodniki so narejeni iz selena, bizmuta, antimona ali telurja. Peltierjev modul vsebuje veliko število termoelementov, nameščenih med keramične plošče iz aluminijevega nitrida ali aluminijevega oksida.

Dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost TEM

• Moč toka.
• Število termočlenov (do več sto).
• Vrste polprevodnikov.
• Hitrost hlajenja.

Večje vrednosti še niso bile dosežene zaradi nizke učinkovitosti (5-8%) in visokih stroškov. Za uspešno delovanje TEM je potrebno zagotoviti učinkovit odvod toplote z ogrevane strani. To povzroča težave pri praktičnem izvajanju metode. Če je polarnost obrnjena, se hladna in vroča stran obrneta.

Prednosti in slabosti modulov

Potreba po TEM se je pojavila s prihodom elektronskih naprav, ki so zahtevale miniaturne hladilne sisteme. Prednosti modulov so naslednje:

• kompaktnost;
• brez gibljivih sklepov;
• Peltierjev modul ima reverzibilen princip delovanja pri menjavi polarnosti;
• enostavnost kaskadnih povezav za večjo moč.

Glavna pomanjkljivost modula je nizka učinkovitost. To se kaže v visoki porabi energije za doseganje zahtevanega hladilnega učinka. Poleg tega ima visoke stroške.

Uporaba TEM

Modul Peltier se uporablja predvsem za hlajenje mikrovezij in majhnih delov. Začelo se je s hlajenjem elementov vojaške opreme:

• mikrovezja;
• infrardeči detektorji;
• laserski elementi;
• kristalni oscilatorji.

Termoelektrični modul Peltier se je postopoma začel uporabljati v gospodinjskih aparatih: za izdelavo hladilnikov, klimatskih naprav, generatorjev in termostatov. Njegov glavni namen je hlajenje majhnih predmetov.

CPU hlajenje

Glavne komponente računalnikov se nenehno izboljšujejo, kar vodi v povečanje proizvodnje toplote. Skupaj z njimi se razvijajo hladilni sistemi z uporabo inovativnih tehnologij in sodobnih krmilnikov. Modul Peltier je na tem področju našel uporabo predvsem pri hlajenju mikrovezij in drugih radijskih komponent. Tradicionalni hladilniki se ne morejo več spopasti s prisilnimi načini overclockinga mikroprocesorjev. In povečanje frekvence procesorjev omogoča povečanje njihove zmogljivosti.

Povečanje hitrosti ventilatorja povzroča velik hrup. Odpravlja se z uporabo Peltierjevega modula v kombiniranem hladilnem sistemu. Na ta način so vodilna podjetja hitro obvladala proizvodnjo učinkovitih hladilnih sistemov, po katerih je začelo biti veliko povpraševanje.

Toploto procesorjem običajno odvajajo hladilniki. Zračni tok se lahko vsesa od zunaj ali prihaja iz notranjosti sistemske enote. Glavna težava je, da temperatura zraka včasih ni zadostna za odvajanje toplote. Zato so TEM začeli uporabljati za hlajenje zračnega toka, ki vstopa v sistemska enota, s čimer se poveča učinkovitost prenosa toplote. Tako je vgrajena klimatska naprava pomočnik klasičnega računalniškega hladilnega sistema.

Aluminijasti radiatorji so pritrjeni na obeh straneh modula. S strani hladne plošče se hladilni zrak črpa v procesor. Ko prevzame toploto, jo drugi ventilator odpihne skozi grelno telo modula.

Sodobna TEM je nadzorovana elektronska naprava s temperaturnim senzorjem, kjer je stopnja hlajenja sorazmerna z ogrevanjem procesorja.

Nekaj ​​težav povzroča tudi vklop hlajenja procesorja.

1. Preprosti Peltierjevi hladilni moduli so zasnovani za neprekinjeno delovanje. Nižja poraba energije zmanjša tudi odvajanje toplote, kar lahko povzroči prehladitev čipa in posledično zamrznitev procesorja.
2. Če delovanje hladilnika in hladilnika nista pravilno usklajena, lahko slednji preklopi na gretje namesto na hlajenje. Dodaten vir toplote bo povzročil pregrevanje procesorja.

Tako za sodobni procesorji Potrebujemo napredne hladilne tehnologije z nadzorom nad delovanjem samih modulov. Takšne spremembe v načinih delovanja se ne pojavljajo pri video karticah, ki prav tako zahtevajo intenzivno hlajenje. Zato je TEM idealen zanje.

Avtomobilski hladilnik naredi sam

Sredi prejšnjega stoletja je domača industrija poskušala obvladati proizvodnjo majhnih hladilnikov, ki temeljijo na Peltierjevem učinku. Obstoječe tehnologije tistega časa tega niso omogočale. Dandanes je omejevalni dejavnik predvsem visoka cena, vendar se poskusi nadaljujejo in uspeh je že dosežen.

Razširjena proizvodnja termoelektričnih naprav vam omogoča, da z lastnimi rokami ustvarite majhen hladilnik, primeren za uporabo v avtomobilih. Njegova osnova je "sendvič", ki je narejen na naslednji način.

1. Na zgornji radiator se nanese plast toplotno prevodne paste tipa KPT-8 in na eno stran keramične površine prilepi Peltierjev modul.
2. Podobno je nanj s spodnje strani pritrjen še en radiator, namenjen za postavitev v hladilno komoro.
3. Celotno napravo tesno stisnemo in sušimo 4-5 ur.
4. Hladilniki so nameščeni na obeh radiatorjih: zgornji bo odvajal toploto, spodnji pa bo izenačil temperaturo v hladilni komori.

Ohišje hladilnika je izdelano s toplotnoizolacijskim tesnilom v notranjosti. Pomembno je, da se dobro zapre. Za to lahko uporabite običajno plastično škatlo za orodje.

Napajanje 12 V se napaja iz sistema vozila. Lahko se izvede tudi iz omrežja 220 V izmenični tok, z napajalnikom. Uporabljeno je najpreprostejše vezje za pretvorbo AC v DC. Vsebuje usmerniški most in kondenzator za glajenje valov. Pomembno je, da na izhodu ne presegajo 5% nazivne vrednosti, sicer se učinkovitost naprave zmanjša. Modul ima dva izhoda iz barvnih žic. "Plus" je vedno povezan z rdečo, "minus" pa s črno.

Moč TEM mora ustrezati prostornini škatle. Prve 3 števke oznake označujejo število parov polprevodniških mikroelementov znotraj modula (49-127 ali več). izraženo z zadnjima dvema števkama oznake (od 3 do 15 A). Če moč ni dovolj, morate na radiatorje prilepiti drug modul.

Opomba! Če tok preseže moč elementa, se bo segreval na obeh straneh in hitro odpovedal.

Peltierjev modul: generator električne energije

TEM se lahko uporablja za proizvodnjo električne energije. Da bi to naredili, je potrebno ustvariti temperaturno razliko med ploščama, termoelementi, ki se nahajajo med njimi, pa bodo ustvarili električni tok.

Za praktično uporabo potrebujete TEM z vsaj 5 V. Potem ga lahko uporabite za polnjenje mobilni telefon. Zaradi nizke učinkovitosti Peltierjevega modula bo potreben ojačevalni pretvornik enosmerna napetost. Za sestavljanje generatorja boste potrebovali:

• 2 Peltier modula TEC1-12705 z velikostjo plošče 40x40 mm;
• pretvornik EK-1674;
• aluminijaste plošče debeline 3 mm;
• posoda za vodo;
• toplotno odporno lepilo.

Dva modula sta nameščena med ploščami z lepilom, nato pa je celotna konstrukcija pritrjena na dno posode. Če ga napolnite z vodo in postavite na ogenj, dobite zahtevano temperaturno razliko, ki povzroči EMF reda velikosti 1,5 V. S priključitvijo modulov na ojačevalni pretvornik lahko povečate napetost na 5 V, kar je potrebno za polnjenje baterije telefona.

Večja kot je temperaturna razlika med vodo in nižje segreto ploščo, učinkovitejši je generator. Zato moramo poskušati zmanjšati segrevanje vode različne poti: naredite ga pretočnega, pogosteje ga zamenjajte s svežim, itd. Učinkovit način za povečanje temperaturne razlike je kaskadno zlaganje modulov, ko so naloženi drug na drugega. Povečanje skupnih dimenzij naprave vam omogoča, da postavite več elementov med plošče in s tem povečate skupno moč.

Zmogljivost generatorja bo zadostovala za polnjenje majhnih baterij, delovanje LED svetilke ali radio. Opomba! Za ustvarjanje toplotnih generatorjev boste potrebovali module, ki lahko delujejo pri 300-400 0 C! Ostali so primerni samo za poskusno testiranje.

Za razliko od drugih načinov alternativne proizvodnje električne energije lahko delujejo med vožnjo, če ustvarite nekaj podobnega katalitičnemu grelniku.

Domači moduli Peltier

TEM lastne proizvodnje so se na našem trgu pojavili ne tako dolgo nazaj. So zelo zanesljivi in ​​imajo dobre lastnosti. Modul Peltier, ki je v velikem povpraševanju, ima dimenzije 40x40 mm. Zasnovan je za največji tok 6 A in napetost do 15 V.

Domači modul Peltier je mogoče kupiti po nizki ceni. Pri 85 W ustvari temperaturno razliko 60 0 C. Skupaj s hladilnikom je sposoben zaščititi procesor pred pregrevanjem z disipacijo moči 40 W.

Značilnosti modulov vodilnih podjetij

Tuje naprave so na trgu predstavljene v večji raznolikosti. Za zaščito procesorjev vodilnih podjetij se kot hladilnik uporablja modul PAX56B Peltier, katerega cena skupaj z ventilatorjem je 35 dolarjev.

Z dimenzijami 30 x 30 mm vzdržuje temperaturo procesorja največ 63 0 C z izhodno močjo 25 W. Za napajanje zadostuje napetost 5 V, tok pa ne presega 1,5 A.

Modul PA6EXB Peltier je zelo primeren za hlajenje procesorja, saj zagotavlja normalne temperaturne pogoje z močjo disipacije 40 W. Območje njegovega modula je 40x40 mm, trenutna poraba pa do 8 A. Poleg svojih impresivnih dimenzij - 60x60x52,5 mm (vključno z ventilatorjem) - naprava zahteva prosti prostor okoli sebe. Njegova cena je 65 dolarjev.

Ko se uporablja modul Peltier, specifikacije ustrezati mora potrebam hlajenih naprav. Nesprejemljivo je, da je njihova temperatura prenizka. To lahko povzroči kondenzacijo vlage, ki je lahko škodljiva za elektroniko.

Moduli za izdelavo generatorjev, kot so, se odlikujejo po večji moči - 72 W oziroma 108 W. Odlikujejo jih oznake, ki so vedno nanesene na vročo stran. Največja dovoljena temperatura vroče strani je 150-160 0 C. Večja kot je temperaturna razlika med ploščama, višja je izhodna napetost. Naprava deluje pri maksimalni temperaturni razliki 600 0 C.

Peltierjev modul lahko kupite poceni - približno 10 USD ali manj na kos, če dovolj dobro pogledate. Nemalokrat prodajalci močno napihnejo cene, vendar jih lahko najdete nekajkrat cenejše, če jih kupite na akciji.

Zaključek

Peltierjev učinek je zdaj našel uporabo pri ustvarjanju majhnih hladilnikov, potrebnih za sodobno tehnologijo. Reverzibilnost procesa omogoča izdelavo mikroelektrarn, ki so povpraševane za polnjenje baterij elektronskih naprav.

Za razliko od drugih načinov alternativnega pridobivanja električne energije lahko delujejo med vožnjo, če je nameščen katalitični grelec.