Peltier-elementin toimintaperiaate. Peltier-termosähköinen moduuli - laite, toimintaperiaate, ominaisuudet

Mikä on Peltier-elementti - sähkö- ja lämpömuunnin, joka koostuu useista pareista (joissakin tapauksissa yhdestä) erityyppisiä puolijohteita ("n" ja "p"), jälkimmäiset on yhdistetty metallisilloilla - enimmäkseen kuparilla. Käytännössä tämä laite luo lämpötilaeron pinnan eri päihin sähköenergian virratessa.

Yksi tämän Peltier-laitteen yksinkertaisimmista versioista käytännön käytössä on TEC1-12706-muunnos, joka näkyy kuvassa 1.

Toimintaperiaate perustuu lämpösähköiseen Peltier-ilmiöön. Toisin sanoen virtauksen aikana ja sähkövirran vaikutuksesta lämpöparien - "n" ja "p" -tyyppisten puolijohteiden kosketuspisteisiin syntyy lämpötilaero.

Peltier-elementit ovat "herkkiä laitteita" ylikuumenemiselle ja korkeille lämpötiloille. Niille asetetaan korkeat käyttövaatimukset, ja jos niitä ei täyty, laite hajoaa nopeasti. On erittäin tärkeää poistaa lämpöä tätä tarkoitusta varten on tarpeen asentaa jäähdytin tai tuuletin, muuten kylmän puolen lämpötilaa kuumaan nähden ei saavuteta.

Kuinka Peltier-elementti toimii?

Kuvitellaan, että sähkövirta kulkee lämpöparin läpi, kuten kuvassa 2 on esitetty.

Tässä tapauksessa tapahtuu lämpöenergian absorbointi n - p puolijohdekoskettimessa ja lämpöenergian vapautumisprosessi p - n koskettimessa. Tämän seurauksena osa puolijohdetermoparista, joka on liitetty n-p-koskettimeen, jäähtyy, ja toinen osa toisella vastakkaisella puolella lämpenee vastaavasti.

Siinä tapauksessa, että muutamme virran napaisuutta, lämmitys- ja jäähdytysprosessit tapahtuvat, ja vastaavasti ne myös muuttuvat.

Peltier-ilmiön käänteinen prosessi johtaa siihen, että kun lämpöä syötetään lämpömuuntimen toiselle puolelle, saadaan sähkövirtaenergiaa.

Käytännössä yhden termoparin käyttö ei tietenkään riitä poistamaan lämpöenergiaa kokonaan, joten muuntimessa käytetään paljon. Sähköpiiri on koottu sarjassa olevista termopareista. Samaan aikaan lämpöä muuntavien elementtien suunnittelussa: lämmitystermoparit sijaitsevat toisella puolella jäähdytyselementtien suhteen.

Peltier-elementin muotoilu on hyvin yksinkertainen. Lämpöparit on rakennettu kahden keraamisen levyn väliin. Termoparit kytketään kuparijohtimilla (kiskoilla). Termoparien lukumäärä määräytyy lämpömuuntimen käyttötarkoituksen, tehon ja asennuspaikan mukaan ja niitä voidaan käyttää yhdestä useaan sataan kappaleeseen.

Lämpömuuntimen pääelementit ovat: p-tyypin, n-tyypin puolijohteet, keraamiset levyt, kuparirajapinnat - johtimet; koskettimet sähkövirran syöttämiseen "plus" ja "miinus". Peltier-elementillä lämpöparien eri reunojen välinen lämpötilaero on jopa 70 celsiusastetta. Tämän eron lisäämiseksi on tarpeen lisätä termoparien sarjakytkennän kaskadia.

Peltier-elementin tärkeimmät toimintaominaisuudet

Yleisesti ottaen tämä laite toimii ihanteellisesti tilanteissa, joissa termoparit ovat hyvässä ja luotettavassa kosketuksessa jäähdytyslaitteeseen, olipa kyseessä sitten jäähdytyspatteri tai jäähdytystuuletin, jossa on patteri, eli hyvä lämmönpoisto.

Peltier-moduulit, kuten niitä usein kutsutaan, ovat erittäin herkkiä virran ja jännitteen muutoksille (enintään 5%). Korkeiden lämpötilojen (kriittisin elementeille 150 asteeseen asti) vaikutuksesta hyötysuhde laskee monta kertaa (jopa 40%) ja moduuli hajoaa erittäin nopeasti.

Pääsääntöisesti ei-hyväksyttävä ehto puolijohdeelementtien toimintapiirissä on relelaitteiden sovittaminen: tehon rajoittaminen tai säätö. Tämä johtaa kiteisten komponenttien hajoamiseen ja elementtiin tulee pian toimintahäiriö.

Myös laitteiden toistuva päälle- ja poiskytkentä vaikuttaa negatiivisesti toimintaan ja käyttöikään sekä käyttöikään. Fysiikan lakien mukaan materiaalin mikä tahansa kuumeneminen johtaa sen lämpölaajenemiseen ja jäähtyminen puristumiseen. Näin ollen puolijohdeelementtien erityisen heikot kohdat ovat "juotosliitokset", joissa mekaanisen liikkeen vuoksi voi ilmaantua mikrohalkeamia ja lopulta johtaa piirin katkeamiseen.

Peltier-elementin lämpöparien lämmönjohtavuuskerroin on melko korkea, mikä toisaalta on etu, ja toisaalta se rajoittaa käyttöikää ja arvioitua stop-start-stop-jaksojen määrää.

Peltier-moduulin edut ja haitat

Peltier-laitteen vertaaminen muihin jäähdytysyksiköihin, joissa on eri käyttölaitteet, on periaatteessa mahdotonta ja epäkäytännöllistä, koska ensimmäisessä tapauksessa niissä on puolijohdemateriaaleja kiteiden muodossa ja toisessa tapauksessa käyttöneste on kaasua tai nestettä (esim: kompressorijääkaappi). Molempia laitteita käytetään eri aloilla.

Peltier-elementtien etuja ovat:

liikemekaniikan ja pyörivien osien sekä nesteiden ja kaasujen täydellinen puuttuminen;
Laitteista ei kuulu lainkaan melua;
suhteellisen pieni koko;
kaksoistoiminto: lämmitys ja jäähdytys napaisuutta vaihdettaessa;

Haittoja ovat mm.

suhteellisen alhainen hyötysuhde;
jatkuvan energianlähteen, ravinnon tarve;
lähtöjen ja pysähdysten määrä on rajoitettu;
lämpösähköisten laitteiden sujuva sammutus ja päällekytkentä;
lämmityksen ohjaus toiselta puolelta tai jäähdytystä toiselta tuulettimen avulla.

Kysely: Onko selvää, mikä Peltier-elementti on ja miten se toimii?

Peltier-elementti on lämpösähköinen muunnin, joka synnyttää pinnoilleen lämpötilaeron sähkövirran kulkiessa. Toimintaperiaate perustuu Peltier-ilmiöön - lämpötilaeron esiintymiseen johtimien kosketuspisteessä sähkövirran vaikutuksesta.

Peltier-elementin rakenne ja toimintaperiaate.

Uskon, että vain fysiikan asiantuntijat voivat ymmärtää, kuinka Peltier-elementti todella toimii. Ammatinharjoittajille tärkeintä on, että on olemassa minimimoduuliyksikkö - termoelementti, joka on kaksi kytkettyä p- ja n-tyypin johdinta.

Kun virta johdetaan termoparin läpi, lämpö absorboituu n-p-koskettimesta ja lämpöä vapautuu p-n-koskettimesta. Tämän seurauksena n-p-liitoksen vieressä oleva puolijohteen osa jäähtyy ja vastakkainen osa lämpenee. Jos käännät virran napaisuuden, päinvastoin, n-p-osa lämpenee ja vastakkainen osa jäähtyy.

On myös päinvastainen vaikutus. Kun termoparin toinen puoli kuumennetaan, syntyy sähkövirtaa.

Lämmön absorptioenergian käytännön soveltamiseen yksi termopari ei riitä. Termosähköinen moduuli käyttää monia lämpöpareja. Sähköisesti ne on kytketty sarjaan. Ja rakenne on sellainen, että jäähdytys- ja lämmityssiirtymät sijaitsevat moduulin eri puolilla.

Termoparit asennetaan kahden keraamisen levyn väliin. Ne on yhdistetty kuparikisoilla. Termoparien määrä voi olla useita satoja. Moduulien teho riippuu niiden lukumäärästä.

Peltier-moduulin kuuman ja kylmän puolen välinen lämpötilaero voi olla jopa 70 °C.

On ymmärrettävä, että Peltierin lämpösähköinen moduuli alentaa yhden puolen lämpötilaa suhteessa toiseen. Nuo. Jotta kylmän puolen lämpötila olisi alhainen, on välttämätöntä poistaa lämpöä kuumalta pinnalta alentamalla sen lämpötilaa.

Lämpötilaeron lisäämiseksi moduulien sarjaliitäntä (kaskadi) on mahdollista.

Sovellus.

Peltier-termosähköisiä moduuleja käytetään:

pienissä kotitalouksien ja autojen jääkaapeissa;
vesijäähdyttimissä;
elektronisten laitteiden jäähdytysjärjestelmissä;
lämpösähköisissä generaattoreissa.

Tein sen Peltier-elementillä.

Peltier-moduulien edut ja haitat.

On jotenkin väärin verrata Peltier-elementtejä kompressorin jäähdytysyksiköihin. Täysin erilaisia laitteita - suuri mekaaninen järjestelmä, jossa on kompressori, kaasu, neste ja pieni puolijohdekomponentti. Eikä ole mitään muuta verrattavissa. Siksi Peltier-moduulien edut ja haitat ovat hyvin suhteellinen käsite. On alueita, joilla niitä ei voi vaihtaa, ja muissa tapauksissa niiden käyttö on täysin epäkäytännöllistä.

Peltier-elementtien etuja ovat:

mekaanisesti liikkuvien osien, kaasujen, nesteiden puuttuminen;
hiljainen toiminta;
pienet koot;
kyky tarjota sekä jäähdytystä että lämmitystä;
Mahdollisuus tasaisesti säätää jäähdytystehoa.

Virheet:

alhainen tehokkuus;
virtalähteen tarve;
rajoitettu määrä starttipysähdyksiä;
tehokkaiden moduulien korkeat kustannukset.

Peltier-elementtien parametrit.

Qmax(W) – jäähdytysteho, jossa suurin sallittu virta ja kuuman ja kylmän puolen lämpötilaero on 0. Uskotaan, että kaikki kylmälle pinnalle syötetty lämpöenergia siirtyy välittömästi kuumalle pinnalle ilman häviötä.
Delta Tmax(deg) - suurin lämpötilaero moduulin pintojen välillä ihanteellisissa olosuhteissa: kuuman puolen lämpötila on 27 °C ja kylmän puolen lämmönsiirtoa nolla.
Imax(A) – lämpötilaeron tuottava virta delta Tmax.
Umax(V) – jännite, virralla Imax ja lämpötila-ero delta Tmax.
Resistanssi(Ohm) – moduulin resistanssi tasavirralle.
POLIISI(Tehokerroin) – kerroin, jäähdytystehon suhde moduulin kuluttamaan sähkötehoon. Nuo. tehokkuuden vaikutelma. Yleensä 0,3-0,5.

Peltier-elementtien käyttövaatimukset.

Peltier-moduulit ovat oikeita laitteita. Niiden käyttöön liittyy useita vaatimuksia, joiden täyttämättä jättäminen johtaa moduulin heikkenemiseen tai epäonnistumiseen ja järjestelmän tehokkuuden heikkenemiseen.

Moduulit tuottavat huomattavan määrän lämpöä. Lämmön haihduttamiseen sopiva jäähdytin on asennettava. Muuten:
- Haluttua kylmän puolen lämpötilaa ei ole mahdollista saavuttaa, koska... Peltier-elementti alentaa suhteellisen kuuman pinnan lämpötilaa.
- Kuuman puolen sallittu lämmitys on yleensä + 80 °C (korkeissa lämpötiloissa jopa 150 °C). Nuo. moduuli voi yksinkertaisesti epäonnistua.
- Korkeissa lämpötiloissa moduulikiteet hajoavat, ts. moduulin tehokkuus ja käyttöikä vähenevät.
Tärkeä moduulin luotettava lämpökosketus jäähdytyspatterin kanssa.
Moduulin virtalähteen on toimittava virta, jonka aaltoilu on enintään 5 %. Korkeammalla pulsaatiotasolla moduulin tehokkuus laskee joidenkin tietojen mukaan 30-40 %.
Releen säätimien käyttö Peltier-elementin ohjaamiseen ei ole sallittua. Tämä johtaa moduulin nopeaan hajoamiseen. Jokainen päälle- ja poiskytkentä aiheuttaa puolijohdetermoparien hajoamisen. Äkillisistä lämpötilan muutoksista moduulilevyjen välillä syntyy mekaanisia jännityksiä puolijohteiden liitoksissa. Peltier-elementtien valmistajat standardoivat moduulin start-stop-jaksojen lukumäärän. Kotitalousmoduuleilla tämä on noin 5000 sykliä. Releen säädin poistaa Peltier-moduulin käytöstä 1-2 kuukauden kuluttua.
Lisäksi Peltier-elementillä on korkea lämmönjohtavuus pintojen välillä. Kun se sammutetaan, kuuman puolen patterin lämpö siirtyy moduulin kautta kylmälle puolelle.
Ei hyväksyttävää, Peltier-elementin tehonsäätöön, käytä PWM-modulaatiota.
Miten Peltier-elementti tulisi saada virtaa virta- tai jännitelähteestä? Tyypillisesti käytetään jännitelähdettä. Se on helpompi toteuttaa. Mutta Peltier-moduulin virta-jännite-ominaisuus on epälineaarinen ja jyrkkä. Nuo. Pienellä jännitteen muutoksella virta muuttuu merkittävästi. Ja lisäksi ominaisuus muuttuu, kun moduulin pintojen lämpötila muuttuu. Meidän on vakautettava valtaa, eli moduulin läpi kulkevan virran ja sen ylittävän jännitteen tulo. Peltier-elementin jäähdytysteho on suoraan verrannollinen sähkötehoon. Tämä vaatii tietysti melko monimutkaisen säätimen.
Moduulin jännite riippuu siinä olevien termoparien lukumäärästä. Useimmiten nämä ovat 127 termoparia, mikä vastaa 16 V:n jännitettä. Elementin kehittäjät on suositeltavaa syöttää 12 V:iin asti tai 75 % Umax. Tämä jännite varmistaa moduulin optimaalisen tehokkuuden.
Moduulit ovat hermeettisesti suljettuja ja niitä voidaan käyttää jopa vedessä.
Moduulin napaisuus ilmaistaan johtojen väreillä - musta ja punainen. Tyypillisesti punainen (positiivinen) johto sijaitsee oikealla puolella suhteessa kylmään puoleen.

Olen kehittänyt jääkaapin, joka täyttää kaikki nämä vaatimukset. Hän:

Tuottaa tehoa Peltier-elementille enintään 2 % aaltoilulla.
Stabiloi moduulin sähkövirran, ts. virran ja jännitteen tulo.
Varmistaa moduulin sujuvan aktivoinnin.
Lämpötilan säätö tapahtuu analogisen säätöperiaatteen mukaisesti, ts. tasainen tehon muutos Peltier-elementissä.
Säädin on suunniteltu jääkaappiin, joten säätimien matematiikka ottaa huomioon kammiossa olevan ilman jäähdytyksen inertian.
Tarjoaa moduulin kuuman puolen lämpötilan ja tuulettimen ohjauksen.
Siinä on korkea hyötysuhde ja laaja toiminnallisuus.

Termosähköinen Peltier-moduuli TEC1-12706.

Tämä on yleisin Peltier-elementtityyppi. Käytetään monissa kodinkoneissa. Ei kallis, hyvillä parametreilla. Hyvä vaihtoehto pienitehoisten jääkaappien, vesijäähdyttimien jne.

Esitän TEC1-12706-moduulin ominaisuudet käännettynä venäjäksi valmistajan - HB Corporationin - asiakirjoista.

TEC1-12706:n tekniset parametrit.

Graafiset ominaisuudet.

0 Kategoria: . Voit lisätä sen kirjanmerkkeihin.

Peltier-elementteihin (PE) törmäsin ensimmäisen kerran useita vuosia sitten kehittäessäni vesijäähdytyslaite akvaariossa. Nykyään elektroniset laitteet ovat entistä helpommin saavutettavissa ja niiden käyttöalue on laajentunut merkittävästi. Esimerkiksi vesijäähdyttimissä, joita usein löytyy toimistoista, käytetään ES:tä. Siellä ne ovat 4x4 cm:n neliön muotoisia (kuva 2)Ne kiinnitetään erityisillä lämpötahnalla ja kiristysruuveilla jäähdytyspatterin ja vesisäiliön rungon väliin, säiliön "kylmään" pintaan. Myös muut EP:t ovat yleisiä.

Riisi. 2 Peltier-elementti

Teoksen perusta Peltier-elementti on ranskalaisen kellosepän Jean Peltierin löytämä vaikutus. Vuonna 1834 Peltier havaitsi, että kun tasavirta kulkee erilaisten johtimien muodostamassa piirissä, lämpö absorboituu tai vapautuu johtimien kosketuspisteissä (liitoksissa) (virran suunnasta riippuen). Tämän vaikutuksen ilmenemisaste riippuu suurelta osin valittujen johtimien materiaaleista ja on verrannollinen ohivirtaan. Peltier-elementti on käännettävä. Jos käytät siihen lämpötilaeroa, virta kulkee piirissä.

Klassinen teoria selittää Peltier-ilmiön sillä, että metallien välisen sisäisen kosketuspotentiaalin eron vaikutuksesta virran vaikutuksesta toiseen metalliin siirtyviä elektroneja kiihdyttää tai hidastaa. Ensimmäisessä tapauksessa elektronien kineettinen energia kasvaa ja vapautuu sitten lämpönä. Toisessa tapauksessa elektronien kineettinen energia pienenee, ja tämä energiahäviö täydentyy toisen johtimen atomien lämpövärähtelyjen vuoksi. Seurauksena tapahtuu jäähdytystä.

Peltier-ilmiö on voimakkain käytössäpuolijohteiden muodostuminen (p- ja n-tyypin johtavuus). Riippuen p-n-liitosten läpi kulkevan sähkövirran suunnasta, elektronien (n) ja reikien (p) edustamien varausten vuorovaikutuksesta ja niiden rekombinaatiosta johtuen energia joko absorboituu tai vapautuu.

Riisi. 3 Peltier-efekti

Teoksen taustalla on Peltier-ilmiö lämpösähköinen moduuli(TEM). TEM:n yksittäinen elementti on termopari, joka koostuu yhdestä p-tyypin johtimesta (haara) ja yhdestä n-tyypin johtimesta. Kun useita tällaisia termopareja kytketään sarjaan, n-p-koskettimesta absorboitunut lämpö (Q c) vapautuu p-n-koskettimesta (Q h). Tämän seurauksena kuumennus (T h) tai jäähtyminen (T c) tapahtuu puolijohteen osassa, joka on välittömästi pn-liitoksen vieressä(Kuva 3), ja sen reunojen välille syntyy lämpötilaero (AT=T h -T c): toinen levy jäähtyy ja toinen kuumennetaan. Perinteisesti se puoli, johon johdot on kiinnitetty, on kuuma, ja se on kuvattu alareunassa.

Riisi. 4

Termosähköinen moduuli on sarja tällaisia termopareja (kuva 4),yleensä kytketty toisiinsa sarjaan virran kanssa ja rinnan lämpövirran kanssa. Termoparit asetetaan kahden keraamisen levyn väliin (kuva 5).Haarat juotetaan kuparijohtaviin tyynyihin (kärkiin), jotka on kiinnitetty erityiseen lämpöä johtavaan keramiikkaan, esim.

Riisi. 5 Peltier-termosähköinen moduuli

alumiini Termoparien lukumäärä voi vaihdella suuresti (useista yksiköistä useisiin satoihin), mikä mahdollistaa TEM:ien luomisen, joiden jäähdytysteho on watin kymmenesosista satoihin watteihin. Vismuttitelluridilla on teollisesti käytetyistä materiaaleista korkein lämpösähköinen hyötysuhde, johon on lisätty erityisiä lisäaineita (seleeniä ja antimonia) vaadittujen tyyppi- ja johtavuusparametrien saamiseksi.

Riisi. 6

Tyypillinen moduuli (kuva 6)tarjoaa merkittävän useiden kymmenien asteiden lämpötilaeron. Lämmityspinnan sopivalla pakkojäähdytyksellä toinen jäähdytyspinta mahdollistaa negatiivisten lämpötilojen saavuttamisen. Lämpötilaeron lisäämiseksi Peltier-termosähköisten moduulien kaskadikytkentä on mahdollista (kuva 7)varmistaen samalla riittävän jäähdytyksen. Peltier-moduuleisiin perustuvia jäähdytyslaitteita kutsutaan usein "aktiivisiksi Peltier-jääkaapeiksi" tai yksinkertaisesti "Peltier-jäähdyttimiksi".

Riisi. 7, Peltier-termosähköisten moduulien kaskadiliitäntä

Peltier-moduulien käyttö aktiivisissa jäähdyttimissä tekee niistä tehokkaampia kuin tavalliset pattereihin ja puhaltimiin perustuvat jäähdyttimet. Peltier-moduuleilla varustettujen jäähdyttimien suunnittelussa ja käytössä on kuitenkin otettava huomioon useita moduulien suunnittelusta ja toimintaperiaatteesta johtuvia erityispiirteitä.

Peltier-moduulin teholla on suuri merkitys, joka yleensä riippuu sen koosta. Pienitehoinen moduuli ei tarjoa tarvittavaa jäähdytystä, mikä voi johtaa suojatun elementin häiriöihin sen ylikuumenemisen vuoksi. Liian suuritehoisten moduulien käyttö voi kuitenkin aiheuttaa jäähdytyspatterin lämpötilan pudotuksen

Riisi. 8, aktiivinen jäähdytin, joka perustuu Peltier-puolijohdemoduuliin

kosteuden tiivistymisen taso ilmasta, mikä on vaarallista elektronisille laitteille. Peltier-moduulit tuottavat suhteellisen paljon lämpöä käytön aikana. Tästä syystä sinun tulee käyttää tehokasta tuuletinta osana jäähdytintä. Kuvassa 8näyttää aktiivisen jäähdyttimen, joka käyttää Peltier-puolijohdemoduulia.

Moduuliin syötettävä jännite määräytyy moduulissa olevien haaraparien lukumäärän mukaan. Yleisimmät ovat 127 parin moduulit, joiden maksimijännite on noin 16 V. Mutta nämä moduulit syötetään yleensä 12 V:n syöttöjännitteellä, ts. noin 75 % Umax. Useimmissa tapauksissa tämä syöttöjännitteen valinta on optimaalinen: se mahdollistaa riittävän jäähdytystehon hyväksyttävällä hyötysuhteella. Kun syöttöjännite nousee yli 12 V, jäähdytystehon lisäys on mitätöntä, mutta tehonkulutus kasvaa jyrkästi. Kun syöttöjännite laskee, hyötysuhde kasvaa, koska myös jäähdytysteho pienenee, mutta lineaarisesti.

pöytä 1 Peltier-elementti, ominaisuudet

Moduulin tyyppi			Ominaisuudet
	I max, A	U max, B	Q max, W	Mitat, mm
A-TM8.5-27-1.4		\| 15,4	72,0	40x40x3,7
A-TM8.5-127-1.4HR1		15,4	72,0	40x40x3,4
A-TM8.5-127-1.4HR2		15,4	72,0	140x40x3,7
A-TMb.0-127-1.4		15,4	53,0	40x40x4,2
A-TM6,0-127-1,4HR1		15,4	53,0	40x40x3,8
A-TM6,0-127-1,4HR2		15,4	53,0	40x40x4,2
A-TMZ,9-127-1.4		15,4	35,0	40x40x5,1
A-TMZ,9-127-1,4HR1		15,4	35,0	40x40x4,8
A-TMZ,9-127-1,4HR2		15,4	35,0	40x40x5,1
A-TM3.9-127-1.4		15,4	34,0	30x30x3,9
A-TMZ,9-127-1,4HR1		15,4	34,0	30x30x3,9
A-TMZ,9-127-1,4HR2		15,4	34,0	30x30x3,9
A-TM37.5-49-3.0	37,5		130,0	40x40x4,3
A-TM37.5-49-3.0HR1 i		15,4	72,0	40x40x4,3
A-TM6.0-31-1.4		3,75	12,5	20x20x4,2
A-TM6,0-31-1,4HR1		3,75	12,5	20x20x4,2

Huomautus: HR1 ja HR2 merkityille moduuleille on ominaista lisääntynyt luotettavuus.

Moduuleille, joissa on eri määrä haarapareja (muuta kuin 127), jännite voidaan valita saman periaatteen mukaan: 75 % U max:sta, mutta on tarpeen ottaa huomioon tietyn laitteen ominaisuudet, ensin kaikki, kuuman puolen lämmönpoistoolosuhteet ja virtalähteiden ominaisuudet. Esimerkiksi DRIFT-sarjan moduuleille (199 lämpösähköparia) suositellaan syöttämään jännite 12-18 V.

Käytön aikana luotettava lämpökosketus lämmönvaihtimen ja patterin välillä on tärkeää, joten TEM kiinnitetään lämpöä johtavalla tahnalla (esim. KPT-8). Jos erityistä lämpötahnaa ei ole, voit käyttää menestyksekkäästi apteekista ostettuja farmakologisia aineita, esimerkiksi Lassari-tahnaa tai salisyyli-sinkkitahnaa.

Koska maksimilämpötila TEM:n kuumalla puolella saavuttaa +80°C (Supercoolin korkean lämpötilan jäähdyttimissä - +150°C), on tärkeää, että ED jäähdytetään oikein. TEM:n kuuman pinnan tulee olla jäähdyttimeen päin, jonka toiselle puolelle on asennettu jäähdytyspuhallin (ilmavirtaus suunnataan jäähdyttimestä). Puhallin ja TEM on kytketty napaisuuden mukaisesti virtalähteeseen, joka voi olla niinkin yksinkertainen kuin alennusmuuntaja, dioditasasuuntaaja ja tasoitusoksidikondensaattori. Mutta syöttöjännitteen aaltoilu ei saa ylittää 5%, muuten TEM:n tehokkuus laskee. On parempi, jos tuuletinta ja TEM:ää ohjataan elektronisella laitteella, joka perustuu vertailulaitteeseen ja lämpötila-anturiin. Heti kun jäähdytetyn kohteen lämpötila nousee asetetun kynnyksen yläpuolelle, jäähdytin ja tuuletin käynnistyvät automaattisesti ja jäähdytys alkaa. Jäähdytysaste (tai lämmitys) on verrannollinen TEM:n läpi kulkevaan virtaan, mikä mahdollistaa "palvelettavan" kohteen lämpötilan säätämisen suurella tarkkuudella.

Lämpösähköiset moduulit ovat tiiviitä, joten niitä voidaan käyttää jopa vedessä. KeramiikkaTEM:n pinta on kiillotettu ja lamelleihin (johtimiin) juotetaan mustat (“-”) ja punaiset (”+”) johdot. Jos TEM (kuva 2) on sijoitettu niin, että sen johdot ovat itseään päin siten, että musta johto on vasemmalla ja punainen johto oikealla, on kylmä puoli ylhäällä ja kuuma puoli alareunassa. Merkintä tehdään yleensä kuumalle puolelle.

Taulukko 2

Altistuslämpötila, 0C	Vaikutuspaikka (sivu 1 tai 2)*	Valotusaika, sek	Resistanssi (valotusajan jälkeen), kOhm
		Pysyvä


Lämmitys sytyttimellä
Lämmitys sytyttimellä**			>2000
5 (jääkaapissa)
20 (talvella ulkona)
36 jääkaapissa jäähdytyksen jälkeen (-5)
36 ulkona jäähdytyksen jälkeen (-20)
100 (kiehuvaa vettä)
Venäläisen kiukaan tulipesä (avoliekki)			0,06

Huomautuksia:

* - puoli 1 - puoli merkinnöillä, puoli 2 - kääntöpuoli (suhteessa merkintöihin).

** Kun takapuolta lämmitettiin 4 s sytyttimellä, jossa avotuli kosketti pistokkeen pintaa, liittimiin rekisteröitiin 200 μA virta.

Suosituimmat Peltier-moduulityypit ovat yksivaiheiset moduulit, joiden maksimiteho on 65 W (12 V) ja 172 W (24 V). Moduulien nimet on purettu seuraavasti: ensimmäinen numero on moduulissa olevien termoparien lukumäärä, toinen on haaran sivujen leveys (mm), kolmas on haaran korkeus (mm) . Esimerkiksi TV-127-1.4-1.5 on moduuli, joka koostuu 127 parista lämpösähköisiä haaroja, joiden mitat ovat 1,4x1,4x1,5 mm. Moduulin mitat ovat 40x40 mm, paksuus noin 4 mm. Vakiomuotoisia yksivaihemoduuleja on saatavana maksimitehoilla 70 W (12 V) ja 172 W (24 V) asti. Tyypilliset TEM-parametrit on annettu Pöytä 1.

Taulukko 3 Termosähköisen generaattorin parametrit

Riisi. 9 lämpösähköinen generaattori

TEM-kokeissa tarkistin sen vastuksen muutosta eri moodeissa. M830-testeri kytkettiin moduulin liittimiin (lamelleihin) resistanssimittaustilassa. Tulokset on koottu taulukkoon 2.Altistuessaan huoneenlämpötilaa korkeammalle lämpötilalle TEM:n merkillä varustetulta puolelta sen vastus pieneni, kääntöpuolella lisääntyi suhteessa (taulukon rivit 2 ja 3 esittävät reaktion TEM:n pinnan kosketukseen reunalla kämmenen, lämpötila on noin 36 °C).

Ottaen huomioon Peltier-elementtien palautuvuus, niiden perusteella on mahdollista kehittää virtalähteitä. Esimerkiksi, lämpösähköinen generaattori“V25-12(M)” yhtiöltä “Kryotherm” (kuva 9) mahdollistaa matkapuhelimien, digikameroiden akkujen lataamisen, television katselun, pitkän työskentelyn kannettavalla tietokoneella jne. Ainoa vaatimus on että tarvitset lämmitettävän pinnan, jonka mitat ovat 20x25 cm. Generaattorin parametrit on annettu V Taulukko 3.

A. Kashkarov.

Peltier-elementti on erityinen lämpösähköinen muunnin, joka toimii samannimisen Peltier-periaatteen mukaisesti - lämpötilaeron esiintyminen sähkövirran syöttämisen aikana. Englanniksi sitä kutsutaan useimmiten nimellä TEC, joka tarkoittaa lämpösähköistä jäähdytintä.

Kuinka Peltier-elementti toimii?

Peltier-elementin toiminta perustuu kahden johtavan materiaalin kosketukseen, joilla on eri elektronienergiatasot johtavuuskaistalla. Kun sähkövirta syötetään tällaisen liitännän kautta, elektroni saa paljon energiaa, siirtyäkseen sitten toisen puolijohteen korkeamman energian johtavuuskaistalle. Tämän energian imeytymishetkellä johtimen jäähdytysalue jäähdytetään. Jos virta kulkee vastakkaiseen suuntaan, tämä johtaa kosketuspisteen kuumenemiseen ja tavanomaiseen lämpövaikutukseen.

Jos toisella puolella on hyvä lämmönpoisto, esimerkiksi käytettäessä patterijärjestelmiä, kylmä puoli voi tarjota erittäin alhaisen lämpötilan, joka on kymmeniä asteita alhaisempi kuin ympäröivän maailman lämpötila. Virran suuruus on verrannollinen jäähdytysasteeseen. Jos muutat sähkövirran napaisuutta, sivut (lämmin ja kylmä) yksinkertaisesti vaihtavat paikkoja.

Metallipinnan kanssa kosketuksessa Peltier-elementistä tulee niin pieni, että sitä on lähes mahdotonta havaita ohmisen kuumennuksen ja muiden lämmönjohtavuusvaikutusten taustalla. Tästä syystä käytännössä käytetään kahta puolijohdetta.

Termoparien lukumäärä voi olla hyvin monipuolinen - 1-100, jonka ansiosta Peltier-elementti voidaan valmistaa lähes millä tahansa jäähdytysteholla.

Käytännöllinen käyttö

Nykyään Peltier-elementtejä käytetään aktiivisesti:

jääkaapit;
ilmastointilaitteet;
autojen jäähdyttimet;
vesijäähdyttimet
PC-näytönohjaimet;

Peltier-elementtiä käytetään laajasti erilaisissa jäähdytysjärjestelmissä, mukaan lukien jääkaapit ja ilmastointilaitteet. Sen kyky saavuttaa erittäin alhaisia lämpötiloja tekee siitä erinomaisen ratkaisun sähkölaitteiden tai kuumuudelle alttiin teknisten laitteiden jäähdyttämiseen. Nykyään kehittäjät käyttävät Peltier-elementtejä akustisissa ja äänijärjestelmissä, joissa ne toimivat tavallisena jäähdyttimenä. Voimakkaiden äänien puuttuminen tekee jäähdytysprosessista lähes äänettömän, mikä on elementin erinomainen etu.

Nykyään tämä tekniikka on erittäin suosittu sen erittäin voimakas lämmönpoisto. Lisäksi nykyaikaiset Peltier-elementit ovat erittäin kompakteja ja niiden patterit pystyvät pitämään halutun lämpötilan pitkään. Toinen Peltier-elementtien etu on niiden kestävyys, koska... ne koostuvat kiinteistä, kiinteistä elementeistä, mikä vähentää vaurioiden todennäköisyyttä. Yleisimmän tyypin muotoilu näyttää hyvin yksinkertaiselta ja sisältää kaksi kuparijohdinta koskettimilla ja liitäntäjohdoilla sekä eristyselementin, joka on valmistettu ruostumattomasta teräksestä tai keraamisista materiaaleista.

Suunnittelun yksinkertaisuus huomioon ottaen Peltier-elementin valmistaminen omin käsin kotona ei ole ollenkaan vaikeaa. Sitä voidaan käyttää jääkaapeille tai muille laitteille. Ennen työn aloittamista sinun on valmistettava kaksi metallilevyä ja johdotus koskettimilla. Valmistele aluksi johtimet, jotka on asennettava elementin pohjaan. Yleensä käytetään johtimia, joissa on merkintä "PP".

Myös lähdön puolijohteet kannattaa hoitaa etukäteen. Niitä käytetään lämmön siirtämiseen ylälevyyn. Käytä asennuksen aikana juotoskolvia. Viimeisessä vaiheessa sinun on kytkettävä kaksi johtoa. Ensimmäinen on asennettu pohjaan ja kiinnitetty tiukasti uloimman johtimen lähelle. On tärkeää varmistaa, että kaikki kosketus levyyn on eliminoitu.

Toinen johdin on kiinnitetty yläosaan. Se kiinnitetään samalla tavalla kuin ensimmäinen - uloimpaan johtimeen. Laitteen toimivuuden tarkistamiseen kannattaa käyttää testeria. Liitä vain kaksi johtoa laitteeseen ja tarkista jännite. Jännitteen poikkeama tulee olemaan olla jossain 23 V.

Kuinka tehdä Peltier-elementtejä jääkaappiin?

Tee-se-itse Peltier-elementit jääkaappiin ovat myös helppoja ja nopeita valmistaa. Ensimmäinen asia, joka sinun on otettava huomioon ennen työtä, on levyn materiaali. Sen tulee olla kestävää keramiikkaa. Mitä tulee johtimiin, ne on valmisteltava vähintään 20 kappaletta, mikä mahdollistaa suurimman lämpötilaeron saavuttamisen. Oikealla laskennalla tehokkuutta voidaan lisätä 70 %.

Paljon riippuu käytetyn laitteen tehosta. Jos jääkaappi toimii nestemäisen freonin pohjalta, virtaongelmia ei tule koskaan. Peltier-elementti, joka on valmistettu käsin, asennetaan suoraan höyrystimen viereen, joka asennetaan yhdessä moottorin kanssa. Tällaista asennusta varten sinun on varastoitava tavallisimmat työkalut ja tiivisteet. Niitä sovelletaan mallielementtiin käynnistysreleestä. Tällä ratkaisulla laitteen alaosan jäähtyminen tapahtuu paljon nopeammin.

On syytä muistaa, että ennen kuin teet Peltier-elementin jääkaappiin omin käsin, sinun on varastoitava riittävä määrä sähköjohtimia. Lämpötilaeron saavuttamiseksi kehitettäessä elementtiä omin käsin, käytä vähintään 16 johtoa. Varmista, että ne on varustettu korkealaatuisella eristyksellä ja vasta sitten kytke ne kompressoriin. Kun olet varmistanut, että johtojen välinen yhteys on luotettava ja turvallinen, voit jatkaa niiden liittämistä. Kun asennus on valmis, tarkista rajajännitteen voimakkuus uudelleen testerillä. Jos elementin toiminta on häiriintynyt, tämä vaikuttaa ensin termostaattiin. Joskus se oikosulkee.

Jääkaappien lisäksi Peltier-elementtejä käytetään aktiivisesti myös autojen jäähdyttimissä. Korkealaatuisen autojääkaapin valmistaminen omin käsin on myös melko yksinkertaista. Tätä varten sinun on löydettävä hyvä keraaminen levy, jonka paksuus on vähintään 1,1 millimetriä. Johtojen tulee olla ei-modulaarisia. Johtimena on parasta käyttää kuparijohtoja kaistanleveydellä vähintään 4 ampeeria.

Tässä suhteessa suurin lämpötilapoikkeama saavuttaa kymmenen astetta, mitä pidetään normaalina. Usein käytetään johtimia, joissa on merkintä "PR20", jotka ovat onnistuneet erottumaan mahdollisimman luotettavuudesta ja toiminnan vakaudesta. Lisäksi ne sopivat erilaisiin kontakteihin. Kun kytket laitteen kondensaattoriin, käytä juotoskolvia.

Kuinka tehdä Peltier-elementti juomavedenjäähdyttimeen?

Juomavesijäähdytin on erittäin tärkeä ja tarpeellinen laite, joka jäähdyttää tai lämmittää juomaveden oikea-aikaisesti. Vastaanottaja nopeuttaa jäähdytysprosessia, voit käyttää Peltier-elementtiä. Voit tehdä sen yhtä yksinkertaisesti kuin jääkaapin tai auton jäähdyttimen:

Levynä tulisi käyttää yksinomaan keraamista pintaa.
Laite käyttää vähintään 12 johdinta, jotka kestävät suurta vastusta.
Kytkeäksesi sinun on käytettävä kahta johtoa (mieluiten kuparia). Elementti asennetaan jäähdyttimen pohjaan. Lisäksi se voi joutua kosketuksiin laitteen kannen kanssa. Mutta mahdollisten oikosulkujen estämiseksi kiinnitä kaikki johdot säleiköön tai koteloon.

DIY Peltier-elementti ilmastointilaitteisiin

Jos puhumme ilmastointilaitteiden Peltier-elementistä, se voidaan valmistaa vain "PR12"-johtimesta. Tosiasia on, että tämän tyyppinen johdin kestää hyvin epänormaalit lämpötilat ja pystyy toimittamaan jopa 23 V jännitteen. Resistanssin tulee vaihdella 3 ohmin sisällä. Maksimilämpötilaerot nousevat 10 asteeseen ja hyötysuhde on 65 prosenttia. Johtajia tarvitaan jonottaa.

On syytä huomata, että Peltier-elementti voi toimia henkilökohtaisen tietokoneen näytönohjaimen jäähdyttimenä. Jääkaapin valmistamiseksi sinun on otettava 14 johdinta, mieluiten kuparista. Peltier-elementin liittämiseksi PC-näytönohjainkorttiin on käytettävä ei-modulaarista johdinta. Itse laite on asennettu näytönohjaimen sisäänrakennetun jäähdyttimen viereen. Voit käyttää pieniä metallikulmia kiinnitykseen ja tavallisia muttereita kiinnitykseen.

Jos havaitset käytön aikana voimakkaita ääniä tai muita epäluonnollisia ääniä, kannattaa tarkistaa johdotuksen toimivuus ja tarkastaa jokainen johdin.

2. kesäkuuta 2012 klo 23.47

Peltier-elementit tai polkuni kryogeenisiin lämpötiloihin

Tee se itse tai tee se itse

Monet ovat kuulleet "maagisista" Peltier-elementeistä - kun virta kulkee niiden läpi, toinen puoli jäähtyy ja toinen lämpenee. Tämä toimii myös päinvastaiseen suuntaan - jos toinen puoli lämmitetään ja toinen jäähdytetään, syntyy sähköä. Peltier-ilmiö on ollut tiedossa vuodesta 1834, mutta tähän päivään asti olemme edelleen iloisia siihen perustuvista innovatiivisista tuotteista (täytyy vain muistaa, että sähkön tuotannossa, kuten aurinkopaneeleissa, on maksimitehopiste, ja jos työskentely kaukana siitä, tehokkuuden tuotto vähenee huomattavasti).

Viime aikoina kiinalaiset ovat tehostaneet peliään ja tulvineet Internetiä suhteellisen halvoilla moduuleillaan, joten kokeilut niillä eivät enää maksa liikaa rahaa. Kiinalaiset lupaavat maksimilämpötilaeroksi kuuman ja kylmän puolen välillä 60-67 astetta. Hmmm... Mitä jos otamme 5 elementtiä ja kytkemme ne sarjaan, niin pitäisi saada 20C-67*5 = -315 astetta! Mutta jokin kertoo minulle, että kaikki ei ole niin yksinkertaista...

Lyhyt teoria

Klassiset "kiinalaiset" Peltier-elementit ovat 127 elementtiä, jotka on kytketty sarjaan ja juotettu keraamiseen Al2O3:sta valmistettuun "painettuun piirilevyyn". Vastaavasti, jos käyttöjännite on 12 V, jokainen elementti vastaa vain 94 mV. On elementtejä, joissa on eri määrä peräkkäisiä elementtejä ja vastaavasti erilainen jännite (esimerkiksi 5 V).

On muistettava, että Peltier-elementti ei ole vastus, sen resistanssi on epälineaarinen, joten jos käytämme 12 V - emme saa 6 ampeeria (6 ampeerin elementille) - virta voi muuttua lämpötilan mukaan (mutta ei liian paljon ). Myös 5 V:lla (eli alle nimellisarvolla) virta ei ole 2,5 A, vaan pienempi.

Lisäksi siirtyvän lämmön määrä riippuu suuresti pintojen välisestä lämpötilaerosta. Erolla 60-67C lämmönsiirto pyrkii 0:aan ja nollaerolla - 51 wattiin 12*6 = 72 watin elementillä. Ilmeisesti tämä ei enää mahdollista elementtien kytkemistä sarjaan niin helposti - jokaisen seuraavan tulee olla kooltaan pienempi kuin edellinen, muuten kylmin elementti yrittää luovuttaa enemmän lämpöä (72 W) kuin elementin elementti. seuraava vaihe voi kulkea itsensä läpi halutussa lämpötilaerossa (1 -51W).

Peltier-elementit kootaan matalassa sulavassa juotteessa, jonka sulamispiste on 138 C - joten jos elementti jää vahingossa jäähtymättä ja ylikuumenee, riittää, että irrotetaan yksi 127 * 2 koskettimista elementin heittämiseksi kaatopaikalle. No, elementit ovat erittäin hauraita - sekä keramiikka että itse jäähdytyselementit - repin vahingossa 2 elementtiä "pituussuunnassa" tiiviisti kuivuneen lämpötahnan takia:

Kokeillaan

Joten pieni elementti on 5V * 2A, suuri elementti on 12 * 9A. Jääkaappi lämpöputkilla, huoneenlämpöinen. Tulos: -19 astetta. Outoa... 20-67-67 = -114, mutta se osoittautui säälittäväksi -19...

Ajatuksena on viedä kaikki ulos pakkasilmaan, mutta siinä on ongelma - lämpöputkien jäähdytin jäähtyy hyvin vain, jos jäähdyttimen "kuuma" ja "kylmä" puolen lämpötilat ovat kaasun vastakkaisilla puolilla. putken täyteaineen nestefaasimuutos. Meidän tapauksessamme tämä tarkoittaa, että jäähdytin ei periaatteessa pysty jäähdyttämään mitään alle +20C (koska alla toimivat vain ohuet lämpöputkien seinämät). Meidän on palattava perusasioihin - kuparijäähdytysjärjestelmään. Ja jotta jäähdyttimen rajoitettu suorituskyky ei vaikuta mittauksiin, lisäämme kilogramman kuparilevyn - lämmönvaraajan.

Tulos on järkyttävä - sama -19 sekä yhdellä että kahdella vaiheella. Ympäristön lämpötila - -10. Nuo. nollakuormalla teimme hädin tuskin 9 astetta eroa.

Levitä raskas tykistö

Kävi ilmi, että kylmävarasto #7 ei ollut kaukana minusta, ja päätin pysähtyä pahvilaatikon kanssa. Hän palasi mukanaan 5 kiloa kuivajäätä (sublimaatiolämpötila -78C). Laskemme kuparirakennetta sinne - kytke virta - 12 V:lla lämpötila alkaa heti nousta, 5 V:lla se laskee 1 asteen sekunnissa ja nousee sitten nopeasti. Kaikki toiveet ovat pettäneet...

Johtopäätökset ja video jälkiruoaksi

Perinteisten kiinalaisten Peltier-elementtien hyötysuhde laskee nopeasti alle nollan lämpötiloissa. Ja vaikka on edelleen mahdollista jäähdyttää kolapurkki näennäisellä tehokkuudella, alle -20 astetta ei voida saavuttaa. Ja ongelma ei ole tietyissä elementeissä - kokeilin elementtejä eri malleista 3 eri myyjältä - käyttäytyminen on sama. Näyttää siltä, että kryogeeniset vaiheet vaativat elementtejä muista materiaaleista (ja ehkä jokainen vaihe vaatii eri elementtimateriaalia).

No, jäljellä olevalla kuivajäällä voit tehdä seuraavaa:

PS. Ja jos sekoitat kuivajäätä isopropyylialkoholiin, saat nestemäistä typpeä "köyhille" - on yhtä hauskaa jäädyttää ja rikkoa kukkia jne. Koska alkoholi ei kiehu joutuessaan kosketuksiin ihon kanssa, paleltuma on paljon helpompi saada.