Kylutrustning och luftkylningssystem är viktiga inslag i vardagen. Standardkylmedelsbaserade volymetriska konstruktioner är dock inte lämpliga för mobila applikationer som kylväskor. I sådana fall används enheter baserade på driften av Peltier-effekten, som vi kommer att diskutera i detalj i detta material.
Peltier-elementet eller termoelektriska kylaren är baserad på ett termoelement av två element med p- och n-typ ledningsförmåga, som är förbundna med en anslutande kopparplatta. Detaljer är i de flesta fall gjorda av vismut, tellur, antimon och selen. Sådana enheter används i hushållskylsystem, de har också förmågan att generera energi.
Innehåll
Vad det är
Fenomenet och termen Peltier antyder en upptäckt som gjordes 1834 av den franske vetenskapsmannen Jean-Charles Peltier.Kärnan i upptäckten är att värme ständigt frigörs eller absorberas i det område där det finns en kontakt mellan två olika riktade ledare genom vilka en elektrisk ström flyter.
Den klassiska teorin förklarar detta fenomen på detta sätt: med hjälp av en elektrisk ström överförs elektroner mellan metaller, accelererar eller saktar ner, beroende på kontaktpotentialskillnaden på metallledare med olika nivåer av konduktivitet. Peltierelement bidrar alltså till omvandlingen av kinetisk energi till värme.
På den andra ledaren uppstår den motsatta effekten, där påfyllning av energi är nödvändig baserat på fysikens grundläggande lag. Denna situation uppstår på grund av processen med termisk oscillation, som ett resultat av vilken metallen i den andra ledaren kyls.
Med hjälp av modern teknik är det möjligt att tillverka en Peltier-modul med maximal termoelektrisk effekt.
Enhet och funktionsprincip
Moderna Peltier-moduler är en design där det finns två isolatorplattor och termoelement är anslutna mellan dem i strikt sekvens. Standardschemat för detta element för en bättre förståelse av dess funktion visas i figuren.
Beteckningar på strukturella element:
- A - kontakter, med hjälp av vilka anslutningen till strömkällan utförs;
- B - varm yta;
- C - kall sida;
- D - kopparledare;
- E är en p-övergångshalvledare;
- F är en halvledare av n-typ.
Elementet är gjort så att båda ytorna är i kontakt med p-n- eller n-p-övergångar, baserat på polaritet. Kontakterna p-n värms upp och n-p-temperaturen minskar.Som ett resultat uppstår en temperaturskillnad DT i ändarna av elementet. Denna effekt innebär att den termiska energin som rör sig mellan elementen i modulen reglerar temperaturregimen beroende på polariteten. Det bör också noteras att vid en polaritetsändring ändras de varma och kalla ytorna.
Specifikationer
De tekniska parametrarna för Peltier-elementet antar följande värden:
- kylkapacitet (Qmax) - beräknas utifrån strömgränsen och temperaturskillnaden mellan modulens ändar. Måttenhet - Watt;
- begränsande temperaturskillnad (DTmax) - mätt i grader, denna egenskap ges för optimala förhållanden;
- Imax är den maximala elektriska ström som krävs för att ge en större temperaturskillnad;
- gränsspänning Umax, som krävs för att den elektriska strömmen Imax ska uppnå maximal temperaturskillnad DTmax;
- Resistans - enhetens inre motstånd, mätt i ohm;
- COP är effektivitetskoefficienten eller verkningsgraden för Peltier-modulen, vilket återspeglar förhållandet mellan kyla och strömförbrukning. Beroende på enhetens funktioner, för billiga enheter, är indikatorn i intervallet 0,3-0,35, för dyrare modeller varierar den upp till 0,5.
Fördelarna med det mobila Peltier-elementet är små dimensioner, processens reversibilitet, såväl som möjligheten att använda den som en bärbar elektrisk generator eller kylskåp.
Nackdelarna med modulen är hög kostnad, låg verkningsgrad inom 3 %, höga energikostnader och behovet av att konstant upprätthålla temperaturskillnaden.
Ansökan
Även med hänsyn till den låga effektivitetskoefficienten används plattorna i Peltier-modulen i stor utsträckning i mätning, beräkningsenheter såväl som i bärbara hushållsapparater. Här är en lista över enheter där modellerna är en integrerad del:
- bärbara kylanordningar;
- små generatorer av el;
- kylkomplex i datorer och bärbara datorer;
- kylare för uppvärmning och kylning av dricksvatten;
- lufttorkar.
Hur man ansluter
Du kan ansluta Peltier-modulen själv, det kräver inte mycket tid och ansträngning. Utgångskontakterna måste matas med konstant spänning, vilket anges i bruksanvisningen för enheten. Den röda ledningen är ansluten till plus och den svarta ledningen är ansluten till negativ. Observera att när polariteten vänds, kommer de uppvärmda och kylda ytorna att byta plats.
Innan du ansluter rekommenderas det att kontrollera elementets funktionsduglighet. Ett av de enkla och pålitliga sätten att kontrollera enheten är den taktila metoden: för detta måste du ansluta enheten till en elektrisk strömkälla och röra vid olika kontakter. I en normalt fungerande enhet kommer vissa kontakter att vara varma, medan andra är svala.
Du kan också kontrollera med en multimeter och en tändare. För att göra detta måste du ansluta sonderna till enhetens kontakter, föra tändaren till ena sidan och observera avläsningarna från multimetern. Om Peltier-elementet arbetar i standardläget, under uppvärmningsprocessen, genereras en elektrisk ström på ena sidan och spänningsdata kommer att visas på multimeterskärmen.
Hur man gör ett gör-det-själv peltierelement
Peltier-elementet är opraktiskt att tillverka hemma på grund av den låga kostnaden och behovet av specialkunskap för att skapa ett fungerande element. Däremot kan du montera en effektiv mobil termoelektrisk generator med dina egna händer, som kommer väl till pass i landet eller på en campingtur.
För att stabilisera den elektriska spänningen måste du själv montera en standardomvandlare på L6920 IC-chippet. En spänning på 0,8-5,5 V måste appliceras på enhetens ingång, och vid utgången kommer den att producera 5 V, detta värde är tillräckligt för att ladda batteriet på mobila enheter i standardläge. Om en vanlig elektronisk Peltier-enhet används, kommer det att vara nödvändigt att begränsa temperaturgränsen för den uppvärmda ytan till 150 grader. För att underlätta temperaturkontroll är det lämpligt att använda en vattenkokare med kokande vatten, då kommer modellen inte att värmas upp över 100 grader.
Peltier-plattor används ofta för att kyla moderna hushållsapparater, i luftkonditioneringsapparater har enhetens effektivitet visat sig, särskilt för att stabilisera den termiska regimen och kyla en kraftfull processor. På grundval av Peltier-elementet tillverkas ofta effektiva mobila kylskåp hemma för sommarstugor eller bilar som driver kylaren. På grund av processens reversibilitet används självtillverkade element som mobila små kraftverk i områden utan en källa till el.
Liknande artiklar:
