Urządzenia chłodnicze i systemy chłodzenia powietrza to niezbędne elementy codziennego życia. Jednak standardowe konstrukcje wolumetryczne oparte na czynniku chłodniczym nie nadają się do zastosowań mobilnych, takich jak torby chłodzące. W takich przypadkach stosuje się urządzenia oparte na działaniu efektu Peltiera, które szczegółowo omówimy w tym materiale.
Element Peltiera lub chłodnica termoelektryczna opiera się na termoparze dwóch elementów o przewodności typu p i n, które są połączone miedzianą płytką łączącą. Detale w większości przypadków wykonane są z bizmutu, telluru, antymonu i selenu. Takie urządzenia znajdują zastosowanie w domowych układach chłodniczych, posiadają również zdolność generowania energii.
Zawartość
Co to jest
Zjawisko i określenie Peltier sugerują odkrycie dokonane w 1834 roku przez francuskiego naukowca Jean-Charlesa Peltiera.Istotą odkrycia jest to, że ciepło jest stale uwalniane lub pochłaniane w obszarze styku dwóch różnie skierowanych przewodników, przez które przepływa prąd elektryczny.
Klasyczna teoria wyjaśnia to zjawisko w ten sposób: za pomocą prądu elektrycznego elektrony są przenoszone między metalami, przyspieszając lub spowalniając, w zależności od różnicy potencjałów stykowych na przewodnikach metalowych o różnych poziomach przewodnictwa. W ten sposób elementy Peltiera przyczyniają się do konwersji energii kinetycznej na ciepło.
Na drugim przewodniku występuje odwrotny efekt, gdzie uzupełnianie energii jest konieczne w oparciu o podstawowe prawo fizyki. Taka sytuacja występuje z powodu procesu oscylacji termicznych, w wyniku którego metal drugiego przewodnika jest chłodzony.
Przy pomocy nowoczesnych technologii możliwe jest wykonanie modułu Peltiera z maksymalnym efektem termoelektrycznym.
Urządzenie i zasada działania
Nowoczesne moduły Peltiera to konstrukcja, w której znajdują się dwie płyty izolacyjne, a termopary są połączone między nimi w ścisłej kolejności. Standardowy schemat tego elementu dla lepszego zrozumienia jego działania pokazano na rysunku.
Oznaczenia elementów konstrukcyjnych:
- A - styki, za pomocą których odbywa się połączenie ze źródłem zasilania;
- B - gorąca powierzchnia;
- C - zimna strona;
- D - przewody miedziane;
- E jest półprzewodnikiem p-złącza;
- F jest półprzewodnikiem typu n.
Element wykonany jest w taki sposób, aby obie powierzchnie stykały się ze złączami p-n lub n-p w oparciu o polaryzację. Styki p-n nagrzewają się, a temperatura n-p spada.W rezultacie na końcach elementu pojawia się różnica temperatur DT. Efekt ten oznacza, że energia cieplna przemieszczająca się pomiędzy elementami modułu reguluje reżim temperaturowy w zależności od polaryzacji. Należy również zauważyć, że w przypadku zmiany polaryzacji zmieniają się powierzchnie gorąca i zimna.
Specyfikacje
Parametry techniczne elementu Peltiera przyjmują następujące wartości:
- wydajność chłodnicza (Qmax) - obliczana na podstawie aktualnego limitu i różnicy temperatur pomiędzy końcami modułu. Jednostka miary - wat;
- graniczna różnica temperatur (DTmax) - mierzona w stopniach, ta charakterystyka jest podana dla warunków optymalnych;
- Imax to maksymalny prąd elektryczny wymagany do zapewnienia większej różnicy temperatur;
- napięcie graniczne Umax, które jest wymagane, aby prąd elektryczny Imax osiągnął maksymalną różnicę temperatur DTmax;
- Rezystancja - rezystancja wewnętrzna urządzenia mierzona w omach;
- COP to współczynnik sprawności lub sprawności modułu Peltiera, który odzwierciedla stosunek chłodzenia do zużycia energii. W zależności od cech urządzenia, dla niedrogich urządzeń wskaźnik mieści się w zakresie 0,3-0,35, dla droższych modeli waha się do 0,5.
Zaletami mobilnego elementu Peltiera są małe wymiary, odwracalność procesu, a także możliwość wykorzystania go jako przenośnego generatora elektrycznego lub lodówki.
Wadami modułu są wysoki koszt, niska sprawność w granicach 3%, wysokie koszty energii oraz konieczność stałego utrzymywania różnicy temperatur.
Aplikacja
Nawet biorąc pod uwagę niski współczynnik sprawności, płytki modułu Peltiera znajdują szerokie zastosowanie w urządzeniach pomiarowych, obliczeniowych, a także w przenośnym sprzęcie AGD. Oto lista urządzeń, których integralną częścią są modele:
- przenośne urządzenia chłodnicze;
- małe generatory energii elektrycznej;
- kompleksy chłodzące w komputerach PC i laptopach;
- Chłodnice do podgrzewania i chłodzenia wody pitnej;
- osuszacze powietrza.
Jak się połączyć
Możesz sam podłączyć moduł Peltiera, nie wymaga to wiele czasu i wysiłku. Styki wyjściowe muszą być zasilane stałym napięciem, które jest wskazane w instrukcji obsługi urządzenia. Czerwony przewód jest podłączony do dodatniego, a czarny do ujemnego. Zwróć uwagę, że gdy polaryzacja jest odwrócona, podgrzewane i chłodzone powierzchnie zamieniają się miejscami.
Przed podłączeniem zaleca się sprawdzenie działania elementu. Jednym z prostych i niezawodnych sposobów sprawdzenia urządzenia jest metoda dotykowa: w tym celu należy podłączyć urządzenie do źródła prądu elektrycznego i dotknąć różnych styków. W normalnie działającym urządzeniu niektóre styki będą ciepłe, a inne chłodne.
Możesz też sprawdzić za pomocą multimetru i zapalniczki. Aby to zrobić, musisz podłączyć sondy do styków urządzenia, przesunąć zapalniczkę na bok i obserwować odczyty multimetru. Jeśli element Peltiera pracuje w trybie standardowym, podczas procesu nagrzewania z jednej strony będzie generowany prąd elektryczny, a dane dotyczące napięcia będą wyświetlane na ekranie multimetru.
Jak zrobić peltiera zrób to sam
Wytwarzanie elementu Peltiera w domu jest niepraktyczne ze względu na niski koszt i konieczność posiadania specjalnej wiedzy w celu stworzenia nadającego się do pracy elementu. Można jednak własnoręcznie zmontować wydajny mobilny generator termoelektryczny, który przyda się w kraju lub na kempingu.
Aby ustabilizować napięcie elektryczne, musisz samodzielnie zmontować standardowy konwerter na chipie L6920 IC. Na wejściu urządzenia należy podać napięcie 0,8-5,5 V, a na wyjściu wytworzy 5 V, wartość ta wystarcza do naładowania baterii urządzeń mobilnych w trybie standardowym. Jeśli używane jest standardowe elektroniczne urządzenie Peltiera, konieczne będzie ograniczenie granicy temperatury ogrzewanej powierzchni do 150 stopni. Dla ułatwienia kontroli temperatury wskazane jest użycie czajnika z wrzącą wodą, wtedy model nie będzie się nagrzewał powyżej 100 stopni.
Płyty Peltiera są szeroko stosowane do chłodzenia nowoczesnych urządzeń AGD, w klimatyzatorach, skuteczność urządzenia została udowodniona w szczególności do stabilizacji reżimu termicznego i chłodzenia wydajnego procesora. W oparciu o element Peltiera często wykonuje się w domu skuteczne lodówki mobilne do domków letniskowych lub samochodów, które zasilają grzejnik. Ze względu na odwracalność procesu, samodzielnie wykonane elementy są wykorzystywane jako mobilne małe elektrownie na obszarach bez źródła energii elektrycznej.
Podobne artykuły:
