Chladiace zariadenia a systémy chladenia vzduchom sú základnými prvkami každodenného života. Štandardné objemové konštrukcie na báze chladiva však nie sú vhodné pre mobilné aplikácie, ako sú chladiace vrecká. V takýchto prípadoch sa používajú zariadenia založené na fungovaní Peltierovho javu, o ktorých budeme podrobne diskutovať v tomto materiáli.
Peltierov článok alebo termoelektrický chladič je založený na termočlánku dvoch prvkov s vodivosťou typu p a n, ktoré sú spojené spojovacou medenou platňou. Detaily sú vo väčšine prípadov vyrobené z bizmutu, telúru, antimónu a selénu. Takéto zariadenia sa používajú v domácich chladiacich systémoch, majú tiež schopnosť generovať energiu.
Obsah
Čo to je
Fenomén a výraz Peltier naznačujú objav, ktorý v roku 1834 urobil francúzsky vedec Jean-Charles Peltier.Podstatou objavu je, že teplo sa neustále uvoľňuje alebo absorbuje v oblasti, kde dochádza ku kontaktu dvoch rôzne smerujúcich vodičov, ktorými preteká elektrický prúd.
Klasická teória vysvetľuje tento jav takto: pomocou elektrického prúdu sa medzi kovmi prenášajú elektróny, ktoré sa zrýchľujú alebo spomaľujú v závislosti od rozdielu kontaktných potenciálov na kovových vodičoch s rôznou vodivosťou. Peltierove články tak prispievajú k premene kinetickej energie na teplo.
Na druhom vodiči dochádza k opačnému efektu, kde je potrebné doplnenie energie na základe základného fyzikálneho zákona. Táto situácia nastáva v dôsledku procesu tepelnej oscilácie, v dôsledku čoho sa kov druhého vodiča ochladí.
Pomocou moderných technológií je možné vyrobiť Peltierov modul s maximálnym termoelektrickým efektom.
Zariadenie a princíp činnosti
Moderné moduly Peltier sú dizajnom, v ktorom sú dve izolačné dosky a medzi nimi sú v prísnom poradí zapojené termočlánky. Štandardná schéma tohto prvku pre lepšie pochopenie jeho fungovania je znázornená na obrázku.
Označenie konštrukčných prvkov:
- A - kontakty, pomocou ktorých sa vykonáva pripojenie k zdroju energie;
- B - horúci povrch;
- C - studená strana;
- D - medené vodiče;
- E je p-prechodový polovodič;
- F je polovodič typu n.
Prvok je vyrobený tak, že oba povrchy sú v kontakte s p-n alebo n-p prechodmi na základe polarity. Kontakty p-n sa zahrievajú a teplota n-p klesá.V dôsledku toho sa na koncoch prvku objaví teplotný rozdiel DT. Tento efekt znamená, že tepelná energia, ktorá sa pohybuje medzi prvkami modulu, reguluje teplotný režim v závislosti od polarity. Treba tiež poznamenať, že v prípade zmeny polarity sa mení horúci a studený povrch.
technické údaje
Technické parametre Peltierovho prvku predpokladajú nasledujúce hodnoty:
- chladiaci výkon (Qmax) - vypočítaný na základe aktuálneho limitu a teplotného rozdielu medzi koncami modulu. Merná jednotka - Watt;
- medzný teplotný rozdiel (DTmax) - meraný v stupňoch, táto charakteristika je uvedená pre optimálne podmienky;
- Imax je maximálny elektrický prúd potrebný na zabezpečenie väčšieho teplotného rozdielu;
- medzné napätie Umax, ktoré je potrebné pre elektrický prúd Imax na dosiahnutie maximálneho teplotného rozdielu DTmax;
- Odpor - vnútorný odpor zariadenia, meraný v Ohmoch;
- COP je koeficient účinnosti alebo účinnosti Peltierovho modulu, ktorý odráža pomer chladenia a spotreby energie. V závislosti od vlastností zariadenia je pre lacné zariadenia indikátor v rozmedzí 0,3-0,35, pre drahšie modely sa pohybuje až do 0,5.
Výhodou mobilného Peltierovho prvku sú malé rozmery, reverzibilita procesu, ako aj možnosť využitia ako prenosnej elektrocentrály alebo chladničky.
Nevýhodami modulu sú vysoká cena, nízka účinnosť do 3 %, vysoké náklady na energiu a nutnosť neustáleho udržiavania teplotného rozdielu.
Aplikácia
Aj pri zohľadnení nízkeho koeficientu účinnosti sú dosky v module Peltier široko používané v meracích, výpočtových zariadeniach, ako aj v prenosných domácich spotrebičoch. Tu je zoznam zariadení, ktorých modely sú neoddeliteľnou súčasťou:
- Prenosné chladiace zariadenia;
- malé generátory elektriny;
- chladiace komplexy v PC a notebookoch;
- chladiče na ohrev a chladenie pitnej vody;
- sušičky vzduchu.
Ako sa pripojiť
Modul Peltier môžete pripojiť sami, nevyžaduje to veľa času a úsilia. Výstupné kontakty musia byť napájané konštantným napätím, ktoré je uvedené v návode na obsluhu zariadenia. Červený vodič je pripojený ku kladnému a čierny vodič je pripojený k zápornému pólu. Všimnite si, že keď je polarita prepólovaná, vyhrievané a chladené povrchy si vymenia miesta.
Pred pripojením sa odporúča skontrolovať funkčnosť prvku. Jedným z jednoduchých a spoľahlivých spôsobov kontroly zariadenia je hmatová metóda: na to musíte pripojiť zariadenie k zdroju elektrického prúdu a dotknúť sa rôznych kontaktov. V normálne fungujúcom zariadení budú niektoré kontakty teplé, zatiaľ čo iné studené.
Môžete tiež skontrolovať pomocou multimetra a zapaľovača. Aby ste to dosiahli, musíte pripojiť sondy ku kontaktom zariadenia, priviesť zapaľovač na jednu stranu a sledovať hodnoty multimetra. Ak Peltierov článok pracuje v štandardnom režime, počas procesu ohrevu sa na jednej strane vytvorí elektrický prúd a na obrazovke multimetra sa zobrazia údaje o napätí.
Ako si vyrobiť svojpomocne peltierov prvok
Peltierov prvok je nepraktický na výrobu doma kvôli nízkej cene a potrebe špeciálnych znalostí na vytvorenie funkčného prvku. Môžete si však vlastnými rukami zostaviť efektívny mobilný termoelektrický generátor, ktorý sa vám bude hodiť v krajine alebo na výlete.
Aby ste stabilizovali elektrické napätie, budete si musieť sami zostaviť štandardný prevodník na čip L6920 IC. Na vstupe zariadenia musí byť privedené napätie 0,8-5,5 V a na výstupe bude produkovať 5 V, táto hodnota stačí na nabitie batérie mobilných zariadení v štandardnom režime. Ak sa použije štandardné elektronické Peltierovo zariadenie, potom bude potrebné obmedziť teplotný limit vyhrievaného povrchu na 150 stupňov. Pre ľahkú reguláciu teploty je vhodné použiť kanvicu s vriacou vodou, potom sa model nezohreje nad 100 stupňov.
Peltierove platne sa široko používajú na chladenie moderných domácich spotrebičov, v klimatizáciách sa osvedčila účinnosť zariadenia najmä na stabilizáciu tepelného režimu a chladenie výkonného procesora. Na báze Peltierovho prvku sa často doma vyrábajú efektívne mobilné chladničky na chaty alebo autá, napájajúce radiátor. Vďaka reverzibilite procesu sa vlastnoručne vyrobené prvky používajú ako mobilné malé elektrárne v oblastiach bez zdroja elektrickej energie.
Podobné články:
