Rashladni uređaji i sustavi za hlađenje zraka bitni su elementi svakodnevnog života. Međutim, standardni volumetrijski dizajni temeljeni na rashladnom sredstvu nisu prikladni za mobilne aplikacije kao što su rashladne torbe. U takvim slučajevima koriste se uređaji koji se temelje na djelovanju Peltierovog efekta, o čemu ćemo detaljno govoriti u ovom materijalu.
Peltierov element ili termoelektrični hladnjak temelji se na termoparu od dva elementa p- i n-tipa vodljivosti, koji su povezani spojnom bakrenom pločom. Detalji su u većini slučajeva izrađeni od bizmuta, telurija, antimona i selena. Takvi se uređaji koriste u domaćim rashladnim sustavima, također imaju sposobnost generiranja energije.
Sadržaj
Što je
Fenomen i pojam Peltier upućuju na otkriće koje je 1834. napravio francuski znanstvenik Jean-Charles Peltier.Bit otkrića je da se toplina neprestano oslobađa ili apsorbira u području gdje postoji kontakt između dva različito usmjerena vodiča kroz koja teče električna struja.
Klasična teorija objašnjava ovaj fenomen na sljedeći način: uz pomoć električne struje elektroni se prenose između metala, ubrzavajući ili usporavajući, ovisno o razlici kontaktnog potencijala na metalnim vodičima s različitim razinama vodljivosti. Peltierovi elementi tako doprinose pretvorbi kinetičke energije u toplinu.
Na drugom vodiču dolazi do suprotnog efekta, gdje je nadopuna energije neophodna na temelju temeljnog zakona fizike. Ova situacija nastaje zbog procesa toplinskog osciliranja, zbog čega se metal drugog vodiča hladi.
Uz pomoć suvremenih tehnologija moguće je izraditi Peltierov modul s maksimalnim termoelektričnim učinkom.
Uređaj i princip rada
Moderni Peltierovi moduli su dizajn u kojem postoje dvije izolacijske ploče, a termoelementi su povezani između njih u strogom slijedu. Standardna shema ovog elementa za bolje razumijevanje njegovog funkcioniranja prikazana je na slici.
Oznake strukturnih elemenata:
- A - kontakti, uz pomoć kojih se spaja na izvor napajanja;
- B - vruća površina;
- C - hladna strana;
- D - bakreni vodiči;
- E je poluvodič p-spoja;
- F je poluvodič n-tipa.
Element je izrađen tako da su obje površine u kontaktu s p-n ili n-p spojevima, na temelju polariteta. Kontakti p-n se zagrijavaju, a temperatura n-p opada.Kao rezultat, na krajevima elementa pojavljuje se temperaturna razlika DT. Ovaj učinak znači da toplinska energija koja se kreće između elemenata modula regulira temperaturni režim ovisno o polaritetu. Također treba napomenuti da se u slučaju promjene polariteta mijenjaju topla i hladna površina.
Tehnički podaci
Tehnički parametri Peltierovog elementa poprimaju sljedeće vrijednosti:
- kapacitet hlađenja (Qmax) - izračunava se na temelju ograničenja struje i temperaturne razlike između krajeva modula. Jedinica mjere - Watt;
- granična temperaturna razlika (DTmax) - mjereno u stupnjevima, ova karakteristika je dana za optimalne uvjete;
- Imax je maksimalna električna struja potrebna za postizanje veće temperaturne razlike;
- granični napon Umax, koji je potreban da bi električna struja Imax postigla maksimalnu temperaturnu razliku DTmax;
- Otpor - unutarnji otpor uređaja, mjeren u Ohmima;
- COP je koeficijent učinkovitosti ili učinkovitosti Peltierovog modula, koji odražava omjer hlađenja i potrošnje energije. Ovisno o značajkama uređaja, za jeftine uređaje indikator je u rasponu od 0,3-0,35, za skuplje modele varira do 0,5.
Prednosti mobilnog Peltier elementa su male dimenzije, reverzibilnost procesa, kao i mogućnost korištenja kao prijenosni električni generator ili hladnjak.
Nedostaci modula su visoka cijena, niska učinkovitost unutar 3%, visoki troškovi energije i potreba za stalnim održavanjem temperaturne razlike.
Primjena
Čak i uzimajući u obzir nizak koeficijent učinkovitosti, ploče u Peltierovom modulu naširoko se koriste u mjernim, računalnim uređajima, kao iu prijenosnim kućanskim aparatima. Evo popisa uređaja u kojima su modeli sastavni dio:
- prijenosni rashladni uređaji;
- mali generatori električne energije;
- rashladni kompleksi u računalima i prijenosnim računalima;
- hladnjaci za grijanje i hlađenje pitke vode;
- sušilice zraka.
Kako se povezati
Peltierov modul možete spojiti sami, ne zahtijeva puno vremena i truda. Izlazni kontakti moraju biti opskrbljeni konstantnim naponom, što je navedeno u uputama za uporabu uređaja. Crvena žica je spojena na plus, a crna na minus. Imajte na umu da kada je polaritet obrnut, grijane i ohlađene površine će zamijeniti mjesta.
Prije spajanja preporuča se provjeriti operativnost elementa. Jedan od jednostavnih i pouzdanih načina provjere uređaja je taktilna metoda: za to morate spojiti uređaj na izvor električne struje i dodirnuti različite kontakte. U uređaju koji normalno radi, neki kontakti će biti topli, dok će drugi biti hladni.
Također možete provjeriti multimetrom i upaljačem. Da biste to učinili, morate spojiti sonde na kontakte uređaja, dovesti upaljač na jednu stranu i promatrati očitanja multimetra. Ako Peltierov element radi u standardnom načinu rada, tijekom procesa zagrijavanja, na jednoj strani će se generirati električna struja, a podaci o naponu će se prikazati na zaslonu multimetra.
Kako napraviti peltier element "uradi sam".
Peltierov element je nepraktičan za proizvodnju kod kuće zbog niske cijene i potrebe za posebnim znanjem za stvaranje obradivog elementa. Međutim, možete sastaviti učinkovit mobilni termoelektrični generator vlastitim rukama, koji će vam dobro doći u zemlji ili na kampiranju.
Kako biste stabilizirali električni napon, morat ćete sami sastaviti standardni pretvarač na L6920 IC čipu. Na ulaz uređaja mora se primijeniti napon od 0,8-5,5 V, a na izlazu će proizvesti 5 V, ova vrijednost je dovoljna za punjenje baterije mobilnih uređaja u standardnom načinu rada. Ako se koristi standardni elektronički Peltierov uređaj, tada će biti potrebno ograničiti temperaturnu granicu grijane površine na 150 stupnjeva. Za jednostavnu kontrolu temperature, preporučljivo je koristiti kuhalo za vodu s kipućom vodom, tada se model neće zagrijati preko 100 stupnjeva.
Peltierove ploče naširoko se koriste za hlađenje modernih kućanskih aparata, u klima-uređajima, dokazana je učinkovitost uređaja, posebno za stabilizaciju toplinskog režima i hlađenje snažnog procesora. Na temelju Peltierovog elementa, učinkoviti mobilni hladnjaci često se izrađuju kod kuće za ljetne vikendice ili automobile, napajajući radijator. Zbog reverzibilnosti procesa, samostalno izrađeni elementi koriste se kao mobilne male elektrane u područjima bez izvora električne energije.
Slični članci:
