Køleudstyr og luftkøleanlæg er væsentlige elementer i hverdagen. Standard kølemiddelbaserede volumetriske designs er dog ikke egnede til mobile applikationer såsom køletasker. I sådanne tilfælde bruges enheder baseret på driften af Peltier-effekten, som vi vil diskutere detaljeret i dette materiale.
Peltier-elementet eller termoelektriske køleren er baseret på et termoelement af to elementer med p- og n-type ledningsevne, som er forbundet med en forbindende kobberplade. Detaljer er i de fleste tilfælde lavet af vismut, tellur, antimon og selen. Sådanne enheder bruges i husholdningskølesystemer, de har også evnen til at generere energi.
Indhold
Hvad er det
Fænomenet og udtrykket Peltier antyder en opdagelse, som den franske videnskabsmand Jean-Charles Peltier gjorde i 1834.Essensen af opdagelsen er, at varme konstant frigives eller absorberes i det område, hvor der er en kontakt mellem to forskelligt rettede ledere, hvorigennem en elektrisk strøm løber.
Den klassiske teori forklarer dette fænomen på denne måde: ved hjælp af en elektrisk strøm overføres elektroner mellem metaller, accelererende eller langsommere afhængigt af kontaktpotentialforskellen på metalledere med forskellige niveauer af ledningsevne. Peltier-elementer bidrager således til omdannelsen af kinetisk energi til varme.
På den anden leder opstår den modsatte effekt, hvor genopfyldning af energi er nødvendig baseret på fysikkens grundlæggende lov. Denne situation opstår på grund af processen med termisk oscillation, som et resultat af hvilken metallet i den anden leder afkøles.
Ved hjælp af moderne teknologier er det muligt at fremstille et Peltier-modul med en maksimal termoelektrisk effekt.
Enhed og funktionsprincip
Moderne Peltier-moduler er et design, hvor der er to isolatorplader, og termoelementer er forbundet mellem dem i streng rækkefølge. Standardskemaet for dette element for en bedre forståelse af dets funktion er vist i figuren.
Betegnelser for strukturelle elementer:
- A - kontakter, ved hjælp af hvilke forbindelsen til strømkilden udføres;
- B - varm overflade;
- C - kold side;
- D - kobberledere;
- E er en p-forbindelseshalvleder;
- F er en n-type halvleder.
Elementet er lavet således, at begge overflader er i kontakt med p-n eller n-p junctions, baseret på polaritet. Kontakterne p-n varmes op, og n-p-temperaturen falder.Som følge heraf opstår en temperaturforskel DT i enderne af elementet. Denne effekt betyder, at den termiske energi, der bevæger sig mellem elementerne i modulet, regulerer temperaturregimet afhængigt af polariteten. Det skal også bemærkes, at i tilfælde af en polaritetsændring ændres de varme og kolde overflader.
specifikationer
De tekniske parametre for Peltier-elementet antager følgende værdier:
- kølekapacitet (Qmax) - beregnet ud fra strømgrænsen og temperaturforskellen mellem modulets ender. Måleenhed - Watt;
- begrænsende temperaturforskel (DTmax) - målt i grader, denne karakteristik er givet for optimale forhold;
- Imax er den maksimale elektriske strøm, der kræves for at give en større temperaturforskel;
- grænsespænding Umax, som kræves for at den elektriske strøm Imax kan opnå den maksimale temperaturforskel DTmax;
- Modstand - enhedens indre modstand, målt i ohm;
- COP er effektivitetskoefficienten eller effektivitetskoefficienten for Peltier-modulet, som afspejler forholdet mellem køling og strømforbrug. Afhængigt af enhedens funktioner, for billige enheder, er indikatoren i området 0,3-0,35, for dyrere modeller varierer den op til 0,5.
Fordelene ved det mobile Peltier-element er små dimensioner, reversibilitet af processen samt muligheden for at bruge det som en bærbar elektrisk generator eller køleskab.
Ulemperne ved modulet er høje omkostninger, lav effektivitet inden for 3%, høje energiomkostninger og behovet for konstant at opretholde temperaturforskellen.
Ansøgning
Selv under hensyntagen til den lave effektivitetskoefficient, bruges pladerne i Peltier-modulet i vid udstrækning til måling, computerenheder såvel som i bærbare husholdningsapparater. Her er en liste over enheder, hvor modeller er en integreret del:
- bærbare køleanordninger;
- små generatorer af elektricitet;
- kølekomplekser i pc'er og bærbare computere;
- Kølere til opvarmning og køling af drikkevand;
- lufttørrere.
Sådan forbinder du
Du kan selv tilslutte Peltier-modulet, det kræver ikke meget tid og kræfter. Udgangskontakterne skal forsynes med konstant spænding, hvilket er angivet i betjeningsvejledningen til enheden. Den røde ledning er forbundet til positiv og den sorte ledning er forbundet til negativ. Bemærk, at når polariteten vendes, vil de opvarmede og afkølede overflader skifte plads.
Før tilslutning anbefales det at kontrollere elementets funktionalitet. En af de enkle og pålidelige måder at kontrollere enheden på er den taktile metode: for dette skal du forbinde enheden til en elektrisk strømkilde og røre ved forskellige kontakter. I en normalt fungerende enhed vil nogle kontakter være varme, mens andre vil være kølige.
Du kan også tjekke med et multimeter og en lighter. For at gøre dette skal du forbinde proberne til enhedens kontakter, bringe lighteren til den ene side og observere aflæsningerne af multimeteret. Hvis Peltier-elementet fungerer i standardtilstand, vil der under opvarmningsprocessen blive genereret en elektrisk strøm på den ene side, og spændingsdataene vil blive vist på multimeterskærmen.
Sådan laver du et gør-det-selv peltier-element
Peltier-elementet er upraktisk at fremstille hjemme på grund af de lave omkostninger og behovet for særlig viden for at skabe et brugbart element. Du kan dog med dine egne hænder sammensætte en effektiv mobil termoelektrisk generator, som vil være praktisk på landet eller på en campingtur.
For at stabilisere den elektriske spænding skal du selv samle en standardkonverter på L6920 IC-chippen. En spænding på 0,8-5,5 V skal påføres enhedens indgang, og ved udgangen vil den producere 5 V, denne værdi er nok til at oplade batteriet på mobile enheder i standardtilstand. Hvis der anvendes en standard elektronisk Peltier-enhed, vil det være nødvendigt at begrænse temperaturgrænsen for den opvarmede overflade til 150 grader. For at lette temperaturstyringen anbefales det at bruge en kedel med kogende vand, så vil modellen ikke varme op over 100 grader.
Peltier-plader bruges i vid udstrækning til at afkøle moderne husholdningsapparater, i klimaanlæg er effektiviteten af enheden blevet bevist, især for at stabilisere det termiske regime og afkøle en kraftfuld processor. På basis af Peltier-elementet laves der ofte effektive mobile køleskabe derhjemme til sommerhuse eller biler, der driver radiatoren. På grund af processens reversibilitet bruges selvfremstillede elementer som mobile små kraftværker i områder uden en kilde til elektricitet.
Lignende artikler:
