Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Хладилното оборудване е станало толкова утвърдено в живота ни, че дори е трудно да си представим как е възможно да се направи без него. Но класическите дизайни на хладилни агенти не са подходящи за мобилна употреба, например, като туристическа чанта за охлаждане.

Охладителната чанта на елементите на Пелтие, без компресор, не се нуждае от фреон или други хладилни агенти

За тази цел се използват инсталации, при които принципът на действие се основава на ефекта на Пелтие. Накратко разкажете за това явление.

Какво е това?

Този термин предполага термоелектрическо явление, открито през 1834 г. от френския натуралист Жан-Чарлз Пелтие. Същността на ефекта е в освобождаването или абсорбцията на топлина в зоната, в която хетерогенните проводници са в контакт, през които преминава електрическият ток.

Според класическата теория съществува следното обяснение на явлението: електрически ток пренася електрони между метали, които могат да ускорят или забавят движението им, в зависимост от разликата в контактния потенциал на проводниците, направени от различни материали. Съответно, с увеличаване на кинетичната енергия, настъпва нейното превръщане в топлина.

На втория проводник се наблюдава обратният процес, който изисква попълване на енергия, в съответствие с основния закон на физиката. Това се дължи на топлинни колебания, които причиняват охлаждане на метала, от който се прави вторият проводник.

Съвременните технологии позволяват производството на полупроводникови елементи-модули с максимален термоелектричен ефект. Има смисъл накратко да се говори за техния дизайн.

Устройство и принцип на работа

Модерните модули са структура, състояща се от две пластини-изолатори (обикновено керамични), с термодвойки, свързани последователно между тях. Опростена диаграма на такъв елемент може да бъде намерена на фигурата по-долу.

Модулно устройство на Пелтие

Легенда:

  • - контакти за свързване към електрозахранването;
  • В е горещата повърхност на елемента;
  • С е студената страна;
  • D - медни проводници;
  • E - р-свързващ полупроводник;
  • F е полупроводник от n-тип.

Дизайнът е направен по такъв начин, че всяка страна на модула се свързва или с pn, или с np преходи (в зависимост от полярността). Pn контактите се нагряват, np - охлаждат (виж фиг.3). Съответно има разлика в температурата (DT) по страните на елемента. За наблюдателя този ефект ще изглежда като прехвърлянето на топлинна енергия между страните на модула. Трябва да се отбележи, че промяната в полярността на силата води до промяна в горещата и студената повърхност.

Фиг. 3. A - гореща страна на термоелемента, B - студена

Технически спецификации

Характеристиките на термоелектричните модули са описани със следните параметри:

  • капацитет на охлаждане (Q max ), тази характеристика се определя въз основа на максимално допустимия ток и температурната разлика между страните на модула, измерени във ватове;
  • максималната температурна разлика между страните на елемента (DT max ), параметърът е даден за идеални условия, единицата за измерване е градуси;
  • допустимата сила на тока, необходима за осигуряване на максимална температурна разлика - I max ;
  • максималното напрежение Umax, необходимо за тока Imax, за да се постигне пикова разлика DT max ;
  • вътрешното съпротивление на модула - съпротивление, посочено в ома;
  • коефициент на ефективност - COP (съкращение на английски - коефициент на ефективност), в действителност това е ефективността на устройството, показващо съотношението на охлаждане към консумацията на енергия. За евтините продукти този параметър е в диапазона 0.3-0.35, а за по-скъпите модели - 0.5.

маркиране

Нека разгледаме как се интерпретира типичното маркиране на модулите, като използваме примера от фигура 4.

Фиг. 4. Модул на Пелтие с маркировка ТЕС1-12706

Маркирането се разделя на три значими групи:

  1. Обозначение на елемент. Първите две букви са винаги еднакви (ТЕ), те казват, че е термоелемент. Следното показва размера, може да има буквите "C" (стандарт) и "S" (малки). Последната цифра показва колко слоя (каскади) са в елемента.
  2. Броят на термодвойките в модула, показан на снимката, е 127.
  3. Стойността на номиналния ток в ампери, имаме - 6 А.

Маркировката на други модели от серията TEC1 се чете по същия начин, например: 12703, 12705, 12710 и др.

приложение

Въпреки сравнително ниската ефективност, термоелектрическите елементи се използват широко в измервателните, изчислителните и домакинските уреди. Модулите са важен работен елемент на следните устройства:

  • мобилни хладилни агрегати;
  • малки генератори за генериране на електричество;
  • охладителни системи в персонални компютри;
  • Охладители за охлаждане и загряване на вода;
  • въздушни сушилни и др.

Да дадем подробни примери за използването на термоелектрически модули.

Хладилник Пелтие

Термоелектрическите хладилни агрегати са значително по-ниски в сравнение с производителността на компресора и абсорбцията. Но те имат значителни предимства, което го прави препоръчително да ги използвате при определени условия. Тези ползи включват:

  • простота на дизайна;
  • устойчивост на вибрации;
  • липсата на движещи се части (с изключение на вентилатора, който духа радиатора);
  • ниско ниво на шума;
  • малки размери;
  • способност за работа във всяка позиция;
  • дълъг експлоатационен живот;
  • ниска консумация на енергия.

Тези функции са идеални за мобилни инсталации.

Термоелектрически автомобилен охладител, монтиран в колата

Елементът на Пелтие като генератор на електричество

Термоелектричните модули могат да работят като електрически генератори, ако една от тях е подложена на принудително нагряване. Колкото по-голяма е температурната разлика между страните, толкова по-голям е токът, генериран от източника. За съжаление, максималната температура за термогенератора е ограничена, тя не може да бъде по-висока от точката на топене на спойка, използвана в модула. Нарушаването на това условие ще доведе до неуспех на елемента.

За масовото производство на термогенератори се използват специални модули с огнеупорен спойка, които могат да се загреят до температура от 300 ° C. При обикновените елементи, например TEC1 12715, границата е 150 градуса.

Тъй като ефективността на такива устройства е ниска, те се използват само в случаите, когато не е възможно да се използва по-ефективен източник на електрическа енергия. Въпреки това, 5-10 W термогенератори са търсени сред туристите, геолозите и жителите на отдалечените райони. Големи и мощни стационарни инсталации, работещи от високотемпературно гориво, се използват за захранване на газоразпределителни устройства, оборудване на метеорологични станции и др.

Термоелектрически генератор B25-12 (M) при 12 волта, 25 вата

За да охладите процесора

Относително наскоро тези модули започнаха да се използват в охладителните системи на персоналните компютри. Предвид ниската ефективност на термоелементите, ползите от такива конструкции са доста съмнителни. Например, за да се охлади източник на топлина с капацитет от 100-170 W (съответства на най-модерните модели на процесора), трябва да похарчите 400-680 W, което изисква инсталирането на мощно захранване.

Вторият капан - ненатоварен процесор ще произвежда по-малко топлина, а модулът може да го охлади под точката на оросяване. В резултат на това ще започне да се образува кондензат, който е гарантиран за изключване на електрониката.

Тези, които решат сами да създадат такава система, ще трябва да извършат серия от изчисления за избора на силата на модула за конкретен процесор.

Въз основа на горепосоченото, използването на тези модули като охладителна система на процесора не е рентабилно, освен това те могат да причинят повреда в компютърния хардуер.

Съвсем различен е случаят с хибридните устройства, където термичните модули се използват заедно с водно или въздушно охлаждане.

Термоелектрически охладител Armada

Хибридните охладителни системи са доказали своята ефективност, но високата цена ограничава обхвата на техните почитатели.

Пелтие климатик

Теоретично такова устройство би било конструктивно значително по-просто от класическите климатични системи, но всичко се свежда до ниска производителност. Едно е да се охлади малък обем на хладилната камера, друго е да се постави или вътре в колата. Климатиците на термоелектрическите модули ще консумират повече (по 3-4 пъти) електроенергия от оборудването, работещо на хладилен агент.

Що се отнася до използването на климатичен контрол като автомобилна система, мощността на стандартен генератор няма да е достатъчна за работата на такова устройство. Подмяната му с по-ефективно оборудване ще доведе до значително потребление на гориво, което не е рентабилно.

Дискусиите по тази тема периодично възникват в тематичните форуми и се разглеждат различни домашни дизайни, но все още не е създаден пълноценен работен прототип (без да се брои кондиционерът за хамстера). Възможно е ситуацията да се промени, когато в по-широк достъп се появят модули с по-приемлива ефективност.

За охлаждане на водата

Термоелектрическият елемент често се използва като охладител за охладители на вода. Дизайнът включва: модул за охлаждане, контролер, управляван от термостат и нагревател. Подобно изпълнение е много по-лесно и по-евтино от компресорната верига, освен това е по-безопасно и по-лесно за работа. Но има някои недостатъци:

  • вода не се охлажда под 10-12 ° С;
  • охлаждането отнема повече време от компресора, така че такъв охладител не е подходящ за офис с голям брой работници;
  • устройството е чувствително към външна температура, в топло помещение водата няма да се охлади до минималната температура;
  • Не се препоръчва монтаж в прашни помещения, тъй като вентилаторът може да се задръсти и охлаждащият модул да не работи.
Настолен охладител за вода с помощта на елемента Пелтие

Въздушна сушилня Пелтие

За разлика от климатика, реализацията на въздушна сушилня на термоелектрически елементи е напълно възможна. Дизайнът е доста прост и евтин. Охлаждащият модул понижава температурата на радиатора под точката на оросяване, в резултат на което влагата, съдържаща се във въздуха, преминаващ през устройството, се утаява върху него. Утаената вода се отвежда в специален резервоар.

Прост и евтин китайски изсушител на елементите на Пелтие

Въпреки ниската ефективност, в този случай ефективността на устройството е доста задоволителна.

Как да се свържете?

Няма да има проблеми със свързването на модула, необходимо е да се приложи постоянно напрежение към изходните проводници, неговата стойност е посочена в листа с данни на елемента. Червеният проводник трябва да бъде свързан към плюс, черен - към минуса. Внимание! Обръщането на полярността замества охладените и нагрети повърхности.

Как да проверим елемента на Peltier за представяне?

Най-лесният и надежден начин е тактилен. Необходимо е модулът да се свърже към подходящия източник на напрежение и да се докоснат до неговите различни страни. Един работен елемент ще има един от тях по-топъл, а другият по-студен.

Ако няма подходящ източник на разположение, ще ви е необходим мултицет и запалка. Процесът на проверка е много прост:

  1. свързваме сондите към модулни заключения;
  2. донесете запалената запалка на една от страните;
  3. гледайте показанията на инструмента.

В работния модул при нагряване на едната страна се генерира електрически ток, който се показва на арматурния панел.

Как да си направим Peltier елемент със собствените си ръце?

Почти невъзможно е да се направи домашно приготвен модул у дома, още повече, че няма смисъл, като се има предвид относително ниската им цена (около $ 4- $ 10). Но можете да сглобите устройство, което ще бъде полезно в кампанията, например, термоелектрически генератор.

Схема на свързване домашно термогенератор

За стабилизиране на напрежението е необходимо да се монтира прост конвертор на чипа IC L6920.

Схема на преобразувателя на напрежение

Входът на такъв преобразувател се захранва с напрежение в диапазона 0, 8-5, 5 V, на изхода ще се получи стабилен 5 V, което е достатъчно за зареждане на повечето мобилни устройства. Ако се използва обичайният елемент на Пелтие, е необходимо да се ограничи работният температурен диапазон на нагрятата страна до 150 ° С. За да не се притеснява проследяването, по-добре е да се използва чайник с кипяща вода като източник на топлина. В този случай, елементът е гарантиран да не се загрява над 100 ° С.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория: