Хладилното оборудване и системите за въздушно охлаждане са основни елементи от ежедневието. Въпреки това, стандартните обемни дизайни, базирани на хладилен агент, не са подходящи за мобилни приложения като хладилни чанти. В такива случаи се използват устройства, базирани на действието на ефекта на Пелтие, които ще обсъдим подробно в този материал.
Елементът на Пелтие или термоелектрическият охладител се основава на термодвойка от два елемента с p- и n-тип проводимост, които са свързани чрез свързваща медна плоча. Детайлите в повечето случаи са изработени от бисмут, телур, антимон и селен. Такива устройства се използват в домашни охладителни системи, те също имат способността да генерират енергия.
Съдържание
Какво е
Феноменът и терминът Пелтие предполагат откритие, направено през 1834 г. от френския учен Жан-Шарл Пелтие.Същността на откритието е, че топлината постоянно се отделя или абсорбира в областта, където има контакт между два различно насочени проводника, през които протича електрически ток.
Класическата теория обяснява това явление по следния начин: с помощта на електрически ток електроните се прехвърлят между метали, като се ускоряват или забавят, в зависимост от контактната потенциална разлика на метални проводници с различни нива на проводимост. По този начин елементите на Пелтие допринасят за превръщането на кинетичната енергия в топлина.
На втория проводник се получава обратният ефект, при който е необходимо попълване на енергия въз основа на основния закон на физиката. Тази ситуация възниква поради процеса на топлинно трептене, в резултат на което металът на втория проводник се охлажда.
С помощта на съвременни технологии е възможно да се произведе модул Пелтие с максимален термоелектричен ефект.
Устройство и принцип на действие
Модерните модули на Пелтие са дизайн, в който има две изолационни плочи, а термодвойки са свързани между тях в строга последователност. Стандартната схема на този елемент за по-добро разбиране на неговото функциониране е показана на фигурата.
Обозначения на конструктивните елементи:
- A - контакти, с помощта на които се осъществява свързването към източника на захранване;
- B - гореща повърхност;
- C - студена страна;
- D - медни проводници;
- E е полупроводник с p-преход;
- F е полупроводник от n-тип.
Елементът е направен така, че и двете повърхности да са в контакт с p-n или n-p връзки, въз основа на полярността. Контактите p-n се нагряват и температурата на n-p намалява.В резултат на това в краищата на елемента се появява температурна разлика DT. Този ефект означава, че топлинната енергия, която се движи между елементите на модула, регулира температурния режим в зависимост от полярността. Трябва също да се отбележи, че в случай на промяна в полярността, горещата и студената повърхност се променят.
Спецификации
Техническите параметри на елемента Пелтие приемат следните стойности:
- охлаждащ капацитет (Qmax) - изчислява се въз основа на ограничението на тока и температурната разлика между краищата на модула. Мерна единица - Ват;
- гранична температурна разлика (DTmax) - измерена в градуси, тази характеристика е дадена за оптимални условия;
- Imax е максималният електрически ток, необходим за осигуряване на по-голяма температурна разлика;
- гранично напрежение Umax, което е необходимо за електрическия ток Imax за постигане на максимална температурна разлика DTmax;
- Съпротивление - вътрешно съпротивление на уреда, измерено в ома;
- COP е коефициентът на ефективност или ефективност на модула Peltier, който отразява съотношението на охлаждане и консумация на енергия. В зависимост от характеристиките на устройството, за евтини устройства индикаторът е в диапазона от 0,3-0,35, за по-скъпи модели варира до 0,5.
Предимствата на мобилния елемент на Пелтие са малките размери, обратимостта на процеса, както и възможността да се използва като преносим електрогенератор или хладилник.
Недостатъците на модула са високата цена, ниската ефективност в рамките на 3%, високите енергийни разходи и необходимостта от постоянно поддържане на температурната разлика.
Приложение
Дори като се има предвид ниският коефициент на ефективност, плочите в модула Пелтие се използват широко в измервателни, изчислителни устройства, както и в преносими домакински уреди. Ето списък на устройствата, в които моделите са неразделна част:
- Преносими хладилни устройства;
- малки генератори на електричество;
- охладителни комплекси в компютри и лаптопи;
- охладители за отопление и охлаждане на питейна вода;
- сушилни за въздух.
Как да се свържете
Можете сами да свържете модула Peltier, това не изисква много време и усилия. Изходните контакти трябва да се захранват с постоянно напрежение, което е посочено в инструкциите за експлоатация на устройството. Червеният проводник е свързан към положителен, а черният проводник е свързан към отрицателен. Имайте предвид, че когато полярността е обърната, нагретите и охладените повърхности ще си сменят местата.
Преди свързване се препоръчва да проверите работоспособността на елемента. Един от простите и надеждни начини за проверка на устройството е тактилният метод: за това трябва да свържете устройството към източник на електрически ток и да докоснете различни контакти. В нормално функциониращо устройство някои контакти ще бъдат топли, докато други ще са хладни.
Можете също да проверите с мултицет и запалка. За да направите това, трябва да свържете сондите към контактите на устройството, да поставите запалката на една страна и да наблюдавате показанията на мултиметъра. Ако елементът на Пелтие работи в стандартен режим, по време на процеса на нагряване от едната страна ще се генерира електрически ток и данните за напрежението ще се показват на екрана на мултиметъра.
Как да си направим сам елемент на Пелтие
Елементът на Пелтие е непрактичен за производство у дома поради ниската цена и необходимостта от специални познания за създаване на работещ елемент. Въпреки това, можете да сглобите ефективен мобилен термоелектричен генератор със собствените си ръце, който ще ви бъде полезен в страната или на къмпинг.
За да стабилизирате електрическото напрежение, ще трябва сами да сглобите стандартен преобразувател на IC чипа L6920. На входа на устройството трябва да се приложи напрежение от 0,8-5,5 V, а на изхода ще произведе 5 V, тази стойност е достатъчна за зареждане на батерията на мобилни устройства в стандартен режим. Ако се използва стандартно електронно устройство на Пелтие, тогава ще е необходимо да се ограничи температурната граница на нагрятата повърхност до 150 градуса. За по-лесен контрол на температурата е препоръчително да използвате чайник с вряща вода, тогава моделът няма да се нагрява над 100 градуса.
Плочите на Пелтие се използват широко за охлаждане на съвременни домакински уреди, в климатици, ефективността на устройството е доказана, по-специално за стабилизиране на топлинния режим и охлаждане на мощен процесор. На базата на елемента Peltier често се правят ефективни мобилни хладилници у дома за летни вили или автомобили, захранващи радиатора. Поради обратимостта на процеса, самостоятелно изработените елементи се използват като мобилни малки електроцентрали в райони без източник на електричество.
Подобни статии:
