Diódákból készült Peltier elem. Peltier elem: jellemzők, működési elv és alkalmazás

A Peltier elemet már régóta ismeri a világ. A 18. században a francia óragyártó, Jean-Charles Peltier teljesen véletlenül új hatást fedezett fel két fém határán: a bizmut és az antimon határán. Ez az érintkezők közé helyezett vízcsepp éles hőmérsékletváltozásából állt, amely áram hatására jéggé változott. Ez a tulajdonság újdonság lett az órásmester számára, mert addig a pillanatig a világon egyetlen tudós sem mutatott be ilyen információkat anyagaiban.

A hatás ugyan érdekes volt, de akkoriban nem talált gyakorlati alkalmazásra, ami a kis mennyiségű, intenzív hűtést igénylő elektronikai berendezésnek köszönhető. 2 évszázad után A tudós felfedezésére azért emlékeztek, mert sürgősen szükség volt egy olyan eszköz gyártására, amely képes biztosítani a fűtő mikroprocesszor kristály kiváló minőségű hűtését.

Az ezen a területen végzett számos tanulmány és számos gyakorlati kísérlet eredményeként a tudósok azt találták, hogy egy termoelektromos pár elegendő mennyiségű hideget képes generálni szinte bármely mikroprocesszor normál működéséhez. Kis méretüknek köszönhetően pedig megtanulták integrálni őket mikroáramköri házakba, így biztosítva a saját belső hideggenerátort.

Jean-Charles Pelte felfedezése óriási lendületet adott az egész iparág számára a mobil hűtőegységek gyártásához. Ma egy termoelektromos elem tulajdonsága a következő technikákban használják:

• hordozható hűtőszekrények;
• autó klímaberendezések;
• hordozható hűtők;
• kamerák, teleszkópok és még sok más.

Aktívan használják mikroprocesszorok és egyéb elektronikus alkatrészek hűtésére. A közvetlen hűtőhatás mellett sokan a Peltier elemet kezdték használni generátorként. Példa arra, hogy mi lehet 3 elemes zseblámpa.

Kevesen tudják, hogy a katonák a parancsnoksággal való rádiókommunikáció érdekében egy speciális edényt tettek a tűzre, és teát főztek, zabkását és egyéb háztartási cikkeket készítettek, és egyidejűleg hordozható rádióállomáson keresztül továbbították a szükséges információkat..

Hogyan készítsünk Peltier elemet saját kezűleg?

Sok embert érdekel a kérdés, hogy mi az a Peltier elem saját kezűleg, hogyan lehet otthon elkészíteni? Ehhez különféle anyagok és anyagok rendkívül pontos adagolása szükséges. Otthon nem lehet ilyen eszközt készíteni, mert ehhez technológia és a szükséges fémmegmunkálási módszerek szükségesek. Ugyanabban a laboratóriumban különösen tiszta anyagokra van szükség, amit otthon lehetetlen elérni. Ezért a Peltier termoelektromos modul elkészítésének kérdésére egyértelműen meg lehet válaszolni. Semmiképpen. De egy hatékony hűtőrendszer felépítéséhez a meglévő ismeretek is elegendőek.

Peltier elem készítése diódákból

Van vélemény arról, hogy mit lehet tenni dióda termoelektromos modul. Az a tény, hogy minden pár eltérő félvezető két anyag p és n vezetőképességgel. A dióda pedig már csak ilyen. A hevítés során bekövetkező vezetőképesség-változások észleléséhez bizonyos elemeket ki kell választani. De egyetlen dióda sem segít alacsony hőmérsékletet elérni az eszköz felületén. Nagy áram alkalmazása esetén csak fűtés érhető el.

A rádióamatőrök kis teljesítményű diódákat használnak üvegvitrinben hőmérséklet-érzékelőként. Amikor ellentétes irányba csatlakoznak és felmelegednek, a csomópont nyitni kezd, és az ellenkező irányba vezeti az áramot. De nem fog áramot termelni.

Hogyan működik a Pelte elem?

A Peltier termoelektromos modul leegyszerűsített formában különböző fémekből készült lemezpár, amely lehet bizmut, antimon, tellúr vagy szelén. Közöttük van egy pár n- és p-típusú félvezető, amelyek különböző vezetőképességgel rendelkeznek. Mindegyiket különböző fémek alkotják termoelektromos párok sorba kapcsolva egyetlen áramkörbe. Az eredmény egyfajta mátrix nagyszámú egyedi hőelemből, amelyek két kerámialap között helyezkednek el.

A hőelemekből kialakított termoelektromos modul egyetlen kis méretű házban készül. Sorosan vagy párhuzamosan kapcsolva fokozható a hűtőhatás, vagy elektromos energia állítható elő. Hűvösebb üzemmódban a mátrix pozitív kivezetése az első párhoz n-típusú vezetővel, a negatív érintkező pedig a p-típusú vezetőkkel van összekötve. Külső burkolatként speciális alumínium-oxid és nitrid alapú kerámiákat használnak. Ez biztosítja a legjobb hőátadási teljesítményt mindkét oldalon magas és alacsony hőmérsékleten egyaránt.

Hőelemek száma a modulban semmi sem korlátozza, és akár több száz is lehet. Minél több van, annál jobban érezhető a hűtőhatás. A Peltier elem hatékonyságának növelése érdekében a hideg oldalára a legnagyobb hőátadó felülettel rendelkező radiátort erősítik. A lemezek közötti hőmérsékletkülönbségnek legalább kéttíz foknak kell lennie.

Amikor feszültséget kapcsolunk a lemezekre, az egyik oldal felforrósodik, a másik pedig hideg lesz. Amikor a tápfeszültség polaritása megváltozik, a lemezek hőmérséklete helyenként változik.

Tekintettel a bonyolultságra és a gyárthatóságra, nem lehet saját kezűleg termoelektromos elemet készíteni. De még mindig vannak kézművesek, akik felajánlják fejlesztéseiket. A hatás megfigyelhető, de lehetetlen a hatékonyság növelése speciális kutatólaboratórium nélkül. Akár egy videót is találhat ebben a témában, lépésről lépésre útmutatóval.

A Peltier elem jellemzői

A tulajdonságokhoz bimetál párokon alapuló elem tartalmaznia kell:

Képlet megjelenítése

A Peltier-effektus magában foglalja az áram áramlását két különböző vezetőképességű fém érintkezésén keresztül. Ennek eredményeként hő vagy hideg szabadul fel, ami az áram áramlási irányától függ.

Formulaszerű kifejezéssel a Peltier-effektus ábrázolható:

Q p=P12 j, ahol P12 a Peltier-együttható. A mutató a használt fém típusától és termoelektromos tulajdonságaitól függ.

Az előnyök mellett a készüléknek van néhány hátránya is, amelyek közé tartozik:

Alacsony hatékonyság. A jelentős hőmérséklet-különbség elérése érdekében kellően nagy áramot kell biztosítani a lemezekhez.

A hőenergia hatékony eltávolításához radiátort kell biztosítani.

A Peltier elem generátor üzemmódja

Jacques-Charles Peltier felfedezése szó szerint felforgatta a világot, hiszen a készülék univerzális hő- és hideggenerátorként használható. Ezeken a funkciókon kívül még egy fontos hatást figyeltek meg - a generátor üzemmódot. Ha a készülék meleg oldalát fűtik, a hideg oldalt pedig lehűtik, akkor a kapcsokon potenciálkülönbség lép fel, és az áramkör zárásakor áram folyik.

Peltier elemre épülő generátor Meg tudod csinálni magad, és nem igényel különleges készségeket. De meg kell értenie, hogy a kínai fejlesztők által használt anyag nem rendelkezik ideális tulajdonságokkal, amelyek lehetővé teszik számukra a maximális energia elérését. Az eladásra kínált termoelektromos modulok elegendőek:

• mobil eszközök töltése;
• tápegység LED világításhoz;
• autonóm rádióvevő gyártása és egyéb célokra.

Sok videót talál ebben a témában, minden szakasz részletes leírásával. Ezért, ha termoelektromos modult szeretne készíteni energia előállítására, akkor ez teljesen lehetséges.

Első lépésként a szükséges számú Peltier elemet kell megrendelni, figyelembe véve azok jellemzőit. Egy 10 W-os készülék ugyanazon az e-Bay-en 15 dollárba kerül. És ez elég lesz az okostelefonok töltéséhez. Ezután biztosítani kell a hatékony hőelvonást. Ebből a célból természetes keringtetésű folyadékhűtő rendszert tervezhet. És melegítse fel a forró oldalt bármilyen hőforrással, beleértve a nyílt tüzet is. Ennek eredményeként bármely rádióamatőr tud saját maga készíteni egy kiváló termoelektromos generátort, amit magával vihet kirándulásra, horgászatra vagy vidékre.

Egy szabványos cella 5 V és 1 W teljesítményt ad, ami kis világításhoz elegendő. Például egy zseblámpa elkészítéséhez, amelyet a keze melege melegít. 12 V-ig terjedő kimeneti feszültségű kész elemek is eladók.

Hordozható termoelektromos tűzhely generátor üzemmóddal

Manapság számos módot találhat arra, hogy saját kezűleg készítsen egy meglehetősen hatékony, Peltier-elemen alapuló termoelektromos generátort. Egyikükként - hordozható tűzhely tűzhellyel egy régi számítógép tápegységéből. Maga a Peltier termoelektromos elem a ház egyik oldalához hőpasztán keresztül, lenyűgöző méretű radiátorral van rögzítve. Ez a telepítés lehetővé teszi, hogy bármilyen kényelmes helyen hőt kapjon, ételt főzzön és telefonját töltse.

Sok új villanyszerelőt érdekel egy nagyon népszerű kérdés - hogyan lehet az áramot ingyenessé és ugyanakkor autonómává tenni. Nagyon gyakran például, amikor kimegyünk a természetbe, katasztrofálisan hiányzik a konnektor a telefon feltöltéséhez vagy a lámpa felgyújtásához. Ebben az esetben egy Peltier elem alapján összeállított házi termoelektromos modul segít. Egy ilyen eszközzel akár 5 V feszültségű áramot is generálhat, ami elég az eszköz feltöltéséhez és egy lámpa csatlakoztatásához. Ezután elmondjuk, hogyan készítsünk termoelektromos generátort saját kezűleg, egyszerű mesterkurzust biztosítva képeken és videós példán keresztül!

Röviden a működési elvről

Annak érdekében, hogy a jövőben megértse, miért van szükség bizonyos pótalkatrészekre egy házi készítésű termoelektromos generátor összeszerelésekor, először beszéljünk a Peltier elem szerkezetéről és működéséről. Ez a modul sorosan csatlakoztatott hőelemekből áll, amelyek kerámia lemezek között helyezkednek el, amint az az alábbi képen látható.

Amikor elektromos áram halad át egy ilyen áramkörön, az úgynevezett Peltier-effektus lép fel - a modul egyik oldala felmelegszik, a másik lehűl. Miért van erre szükségünk? Minden nagyon egyszerű, ha fordított sorrendben jár el: melegítse fel a lemez egyik oldalát, majd hűtse le a másikat, ennek megfelelően alacsony feszültségű és áramerősségű áramot állíthat elő. Reméljük, hogy ebben a szakaszban minden világos, ezért továbblépünk a mesterkurzusokra, amelyek egyértelműen megmutatják, mit és hogyan készítsünk termoelektromos generátort saját kezűleg.

Összeszerelési mesterkurzus

Tehát az interneten nagyon részletes és ugyanakkor egyszerű utasításokat találtunk a kemence és a Peltier elem alapú házi készítésű áramfejlesztő összeszereléséhez. A kezdéshez elő kell készítenie a következő anyagokat:

• Maga a Peltier elem a következő paraméterekkel: maximális áramerősség 10 A, feszültség 15 volt, méretek 40 * 40 * 3,4 mm. Jelölés – TEC 1-12710.
• Régi tápegység számítógépről (csak a tok kell belőle).
• Feszültségstabilizátor a következő műszaki jellemzőkkel: bemeneti feszültség 1-5 volt, kimeneti feszültség - 5 volt. Ez a termoelektromos generátor összeszerelésére vonatkozó utasítás egy USB-kimenettel rendelkező modult használ, amely leegyszerűsíti a modern telefon vagy táblagép újratöltésének folyamatát.
• Radiátor. A képen látható módon hűtővel azonnal kiveheti a processzorból.
• Hőpaszta.

Az összes anyag előkészítése után folytathatja az eszköz elkészítését. Tehát, hogy világosabbá tegyük, hogyan készítsünk saját generátort, lépésről lépésre nyújtunk mesterkurzust képekkel és részletes magyarázattal:

A termoelektromos generátor a következőképpen működik: fát teszünk a kemencébe, meggyújtjuk, és várunk néhány percet, amíg a lemez egyik oldala felmelegszik. A telefon feltöltéséhez a különböző oldalak hőmérséklete közötti különbségnek körülbelül 100 o C-nak kell lennie. Ha a hűtőrész (radiátor) felforrósodik, minden lehetséges módszerrel le kell hűteni - óvatosan öntsön rá vizet, tegyen egy bögrét jég van rajta stb.

És itt van egy videó, amely egyértelműen bemutatja, hogyan működik egy házi fatüzelésű elektromos generátor:

Tűzből elektromos áram előállítása

A hideg oldalra is telepíthet számítógépes ventilátort, amint azt a Peltier elemmel ellátott házi termoelektromos generátor második változata mutatja:

Ebben az esetben a hűtő a generátorkészlet teljesítményének egy kis részét fogja felhasználni, de a kapott rendszer hatékonyabb lesz. A Peltier modul a telefontöltés mellett LED-ek áramforrásaként is használható, ami generátor használatánál is ugyanilyen hasznos lehetőség. Mellesleg, a házi készítésű termoelektromos generátor második változata megjelenésében és kialakításában kissé hasonló. Az egyetlen frissítés a hűtőrendszer mellett az úgynevezett égő magasságának szabályozása. Ehhez az elem szerzője egy CD-ROM „testét” használja (az egyik képen jól látható, hogyan készítheti el saját maga).

Ha saját kezűleg készít termoelektromos generátort ezzel a módszerrel, akkor akár 8 V feszültség is lehet a kimeneten, ezért a telefon töltéséhez ne felejtsen el olyan átalakítót csatlakoztatni, amely csak 5 V-ot hagy a kimeneten.

Nos, az otthoni házi áramforrás utolsó verziója a következő diagrammal ábrázolható: egy elem - két alumínium „tégla”, egy rézcső (vízhűtés) és egy égő. Az eredmény egy hatékony generátor, amely lehetővé teszi, hogy ingyenes áramot állítson elő otthon!

Egyszerű eszközökkel felhasználhatja a levegő vagy a folyadékok fűtéséből származó hőveszteséget. Ebben a cikkben elmondjuk, hogyan lehet felhasználni a kályhák, kazánok és nyílt tüzek hulladékenergiáját, átalakítva azt alacsony erősségű egyenárammá.

Bármilyen kémiai folyamat különböző típusú energia felszabadulásával megy végbe. Olyan erős forrást, mint az égés, mindig is használtak. Hő és fény elsődleges forrásának nevezhető. A Földön szinte minden anyag ég, és különböző mennyiségben bocsát ki hőt és fényt. A hőenergiát elektromos energiává alakítani nem nehéz, ha kéznél van egy működő gőzturbina, hasonló a hőerőművekben telepítettekhez. Ez egy terjedelmes és összetett eszköz, amely valószínűleg nem talál helyet egy vidéki ház kazánházában. Igyekszünk kihasználni a kályhafűtés vagy vízmelegítés által termelt hőt.

A Peltier-effektus a hőmérséklet-különbség jelensége, amikor két különböző típusú vezető (p-típusú és n-típusú) hőelemei kölcsönhatásba lépnek, amikor egyenáram halad át rajtuk. A Seebeck-effektus a Peltier-effektus következménye, amikor az egyik hőelem felmelegedésekor elektromos áram keletkezik. Nem írjuk le részletesen a folyamat termodinamikáját - ez a nehezen érthető információ könnyen megtalálható a referencia irodalomban. Érdekel bennünket az eredmény és a gyakorlati felhasználás lehetőségei.

Termoelektromos modul kialakítás

A termoelektromos modul (TEM) sok hőelemből áll, amelyek rézlemezzel vannak összekötve egymással. A hőelem mező két kerámialap közé van ragasztva. Ilyen modul összeszerelése csak gyári környezetben lehetséges. De otthon is összeállíthat több TEM-et saját igényei szerint. A Peltier-Seebeck elemek ingyenesen megvásárolhatók a technológiai berendezéseket árusító szaküzletekben (és weboldalakon).

5 V-os TEM összeszerelése

Amire szüksége lesz:

• Peltier modul TEC1-12705 (40x40) - 2 db.;
• boost DC feszültség átalakító EK-1674;
• 3 mm vastag duralumínium lemez;
• tökéletesen lapos fenekű víztartály (kanál);
• forró ragasztó;
• forrasztópáka

Duralumínium lapból kivágtunk két egyforma lapot, valamivel nagyobbat, mint két egymás mellett fekvő modul. A modulokon lévő lemezeket mindkét oldalon forró ragasztóval megerősítjük. Az így kapott „szendvicset” rögzítjük (forró ragasztóval) a merőkanál aljára. Ezt a kialakítást már fel lehet rakni, de a kimeneten egy haszontalan 1,5 V-ot kapunk, a teljesítmény javításához szükségünk van egy boost konverterre, amit beforrasztunk az áramkörbe. 5 V-ra növeli a feszültséget, és ez már elegendő egy mobiltelefon töltéséhez.

Figyelem! Az átalakító méretei 1,5x1,5 cm Ha nincs szakmai felkészültsége, bízza szakemberre a forrasztást.

A mi kialakításunkban a hőmérséklet-különbséget úgy kapjuk, hogy az egyik oldalt felmelegítjük (a kemencéből vagy lángból), a másikat hűtjük (víz az üstben). Természetesen minél nagyobb a különbség, annál hatékonyabb a modul. Ezért a mikrogenerátor üzemmódban való működéshez viszonylag alacsony vízhőmérsékletre lesz szüksége az üstben (jobb időnként cserélni). A hőn áhított 5 V generálásához elegendő a szerkezetet egy égő gyertyával ellátott pohárra helyezni.

Több modul arányos kombinálásával hatékonyabb energiatermelő rendszert kapunk. Ennek megfelelően a szerkezet növelésével arányosan növeljük a hőcserélőt. Ebben az esetben a hűtendő felületet teljesen le kell fedni egy edény vízzel (a legegyszerűbb és legolcsóbb lehetőség).

Minden olyan egyszerű, hogy azonnal érzi a vágyat, hogy több modult egyetlen rendszerbe gyűjtsön, és 220 V-ot állítson elő a tűzből. Ezután csatlakoztassa az olajfűtőt vagy a légkondicionálót. Egy ilyen egyszerű rendszernek vannak hátrányai, és a fő az alacsony hatékonyság. Ez a szám általában nem haladja meg az 5%-ot. Ez viszonylag alacsony, 0,5-0,8 A áramerősséget és nagyon alacsony teljesítményt eredményez - akár 4 W-ig.

Szivattyú vagy izzólámpa esetében ez elhanyagolható, de elégséges a következőkhöz:

• akkumulátorok töltése motorkerékpár akkumulátorokig (a követelményekkel arányos változatokban);
• fénykibocsátó dióda (LED) lámpák működése;
• rádióvevő

Télen a kint elhelyezett hőforrásra helyezett rendszer a lehető leghatékonyabban működik.

5V-os termoelektromos mikrogenerátor összeszerelésének anyagköltségei:

*- ezt az elemes modellt az ár miatt választottuk. A beszállító cégek TEM-einek választéka meglehetősen széles, ami lehetővé teszi a termelékenyebb (akár 8 V-os) modellek kiválasztását (jelentősen drágábbak).

Az ilyen kialakítású gyári termékek csak most kezdenek megjelenni az értékesítésben. A sorozatgyártás kis tételekben történik, a választék kicsi. Egy ilyen „vödör” költsége 2500 rubeltől kezdődik.

A gyári hőgenerátor a Peltier-Seebeck effektuson alapuló eszköz, amely közvetlenül fűtött felületre rögzíthető. A fent leírt kialakítástól a gyári kivitelezés (és ezáltal a megbízhatóság), a folyékony hőcserélő hiánya (helyett a léghűtés bordái) és a magasabb ár különbözteti meg.

Egy szabványos „utazó” hőgenerátor a következő jellemzőkkel rendelkezik:

Amint a táblázatból látható, a gyári megbízhatóság és a hasznosság nem olcsó. Azt viszont nem lehet mondani, hogy funkcionálisan felülmúlná a házi készítésű vödrös változatot. A lenyűgöző 13,5 V-os feszültség felgyorsítja a mobiltelefon töltését, de ehhez 2 kg súlyt kell magunkkal vinni egy túrára, ez pedig megfizethetetlen luxus (a készülék méretét tekintve). És persze az ár is elgondolkodtat. Ezzel a mennyiséggel nem „termikus merőkanalat”, hanem „hőserpenyőt” állíthatsz össze, és könnyedén feltöltheted a laptopodat. És még egy árnyalat - a készüléket továbbra is fémlemezre kell rögzíteni, ha nyílt tüzet használnak.

Összességében ez egy szép és kényelmes kiegészítő azok számára, akiknek nincs problémájuk a pénzzel és a csomagtartóban lévő szabad hellyel.

Energia kemence

Ma az energiakemence a TEM-ek mindennapi életben való használatának apoteózisa. Ez egy gyári termék, lényegében egy „potbelly tűzhely” tűztér bármilyen típusú szilárd tüzelőanyaghoz, integrált termoelektromos modullal. Ideális választás vadászházakhoz, nyaralókhoz, távoli téli szállásokhoz és általában minden civilizációtól távoli élethez. Autonóm használatra tervezték (periférikus hűtőbordák nélkül), csak egy kandalló és egy kémény van benne. Tartalmazza az ételkészítést. Erre a kemencére a legerősebb Peltier-Seebeck elemek vannak felszerelve.

Az energiakemencék jellemzői:

Bár a tűzhely hordozható, minden bizonnyal „szupernehéz” a háztartási gépek között. Az energiakemencék feladatköre azonban meglehetősen széles - akár autók akkumulátorait is töltheti, és LED-lámpákkal egész helyiségeket megvilágíthat. Van helye expedíciós konvojban és vadászterepjáróban, műszaki helyiségben és vidéken. Vagyis ilyenkor mindig nálunk van a hőforrás, csak tüzelőanyagot kell keresnünk.

Részében az energiakemence nélkülözhetetlen, bár a gyártó által bejelentett élettartam kissé riasztó - 10 év. Meg kell jegyezni, hogy a hőgenerátorokhoz hasonlóan lehetőség van az összes alkatrész megelőző (vagy vészhelyzeti) cseréjére egészen a házig.

A termoelektromos modulok rendkívül érdekes tárgyak. A leírt alkalmazási módokon kívül víz- és légkondicionálásra is használják. Ugyanakkor ugyanahhoz az elemhez egyenáramot táplálnak, és „ellentétes irányba” működik - hűti a levegőt. Ezt a technológiát sikeresen alkalmazzák az autók légkondicionálóiban és vízhűtőiben, az autóiparban és a mikroprocesszorok gyártásában. Ezeket az eszközöket a következő cikkben ismertetjük.

Vitalij Dolbinov, rmnt.ru

1834-ben Jean Charles Peltier francia fizikus az elektromosság vezetőkre gyakorolt ​​hatásának tanulmányozása közben egy nagyon érdekes hatást fedezett fel. Ha áramot vezet át két, egymáshoz közel elhelyezkedő különböző vezetőn, akkor az egyik vezető nagyon felmelegszik, a második pedig éppen ellenkezőleg, nagyon lehűl. A keletkező és elnyelt hő mennyisége közvetlenül függ az elektromos áram erősségétől és irányától. Ha megváltoztatja az áram irányát, a hideg és a meleg oldal helyet cserél. Kicsit később ezt a jelenséget Peltier-effektusnak nevezték, és az akkori gyakorlati kereslet hiánya miatt kényelmesen feledésbe merült.

És csak több mint száz év után, a félvezető korszak felemelkedésével, sürgősen szükség van kompakt, olcsó és hatékony hűtőkre. Így a 20. század 60-as éveiben megjelentek az első félvezető termoelektromos modulok, amelyeket Peltier-elemeknek neveztek.

Minden termoelektromos modul alapja az a tény, hogy a különböző vezetőknek eltérő az elektronenergia szintje. Más szavakkal, az egyik vezető nagy energiájú tartományként, a második vezető alacsony energiájú tartományként ábrázolható. Amikor két vezető anyag érintkezik, miközben elektromos áram folyik rajtuk, egy kis energiájú tartományból származó elektronnak egy nagy energiájú tartományba kell mozognia.

Ez nem fog megtörténni, ha az elektron nem szerzi meg a szükséges mennyiségű energiát. Abban a pillanatban, amikor ezt az energiát elnyeli az elektron, a két vezető érintkezési pontja lehűl. Ha megváltoztatja az áram áramlási irányát, ellenkezőleg, az érintkezési pont melegítésének hatása lép fel.

Bármilyen vezeték használható, de ez a hatás csak félvezetők használatakor válik fizikailag észrevehetővé és jelentőssé. Például fémek érintkezésekor a Peltier-effektus annyira jelentéktelen, hogy az ohmos melegítés hátterében gyakorlatilag észrevehetetlen.

Egy termoelektromos modul (TEM) méretétől és alkalmazási helyétől függetlenül különböző számú úgynevezett hőelemből áll. A hőelem az az építőelem, amelyből bármely TEM épül. Két különböző vezetőképességű félvezetőből áll. Mint ismeretes, kétféle p és n típusú vezetőképesség létezik. Ennek megfelelően kétféle félvezető létezik. Ez a két különböző elem egy hőelemben van összekötve rézhíd segítségével. Félvezetőként fémsókat, például bizmutot, tellúrt, szelént vagy antimont használnak.

A TEM egymáshoz sorba kapcsolt hasonló hőelemek halmaza. Minden hőelem két kerámialap között helyezkedik el. Peltier lemez. A lemezek alumínium-nitridből vagy alumínium-oxidból készülnek. Az egy elemben lévő hőelemek száma változhat nagyon tág határok között, néhány darabtól több száz vagy ezer darabig.

Más szóval, a Peltier-elemek teljes mértékben bármilyen teljesítményűek lehetnek, századrésztől több száz vagy ezer wattig. Az egyenáram egymás után áthalad az összes hőelemen, és ennek eredményeként a felső kerámialemez lehűl, az alsó pedig éppen ellenkezőleg, felmelegszik. Ha megváltoztatja az áram irányát, a lemezek helyet cserélnek, a felső elkezd felmelegedni, az alsó pedig elkezd lehűlni.

Az elem működésében van egy olyan funkció, amelyet aktívan használnak az eszköz hűtési hatékonyságának növelésére. Mint ismeretes, amikor egy Peltier-elemen áramot vezetnek át, hőmérséklet-különbség keletkezik a felmelegedő és a lehűlő felület között. Tehát, ha az aktívan felmelegedő felületet kényszerhűtésnek vetik alá. Például egy speciális hűtő használatával ez a felület, azaz a hűtött felület még erősebb hűtéséhez vezet. Ebben az esetben a hőmérséklet-különbség a környező levegőhöz képest több tíz fokot is elérhet.

Előnyök és hátrányok

Mint minden műszaki eszköz, a termoelektromos modul vannak előnyei és hátrányai:

A TEM-ek hatékonyságának növelésének problémája egy eddig megoldhatatlan technikai rejtvényen nyugszik. A szabad elektronoknak tulajdonképpen kettős természetük van, ami a gyakorlatban is megnyilvánul, és egyszerre mind az elektromos áram, mind a hőenergia hordozói. Következésképpen egy rendkívül hatékony Peltier elemet olyan anyagból kell készíteni, amely egyidejűleg két egymást kizáró tulajdonsággal rendelkezik. Ennek az anyagnak jól kell vezetnie az elektromosságot és rosszul kell vezetnie a hőt. Eddig ilyen anyag nem létezik a természetben, de a tudósok aktívan dolgoznak ebben az irányban.

Minden termoelektromos modul rendelkezik a megfelelő műszaki jellemzőkkel:

TEM-ek alkalmazása

Annak ellenére, hogy kivétel nélkül az összes Peltier-elemben rejlő komoly hátrány, nevezetesen a nagyon alacsony hatásfok, ezek az eszközök meglehetősen széles körű alkalmazásra találtak mind a tudományban és a technikában, mind a mindennapi életben.

A termoelektromos modulok olyan eszközök fontos tervezési elemei, mint:

Peltier elem egy házi iparos kezében

Azonnal tegyünk egy fenntartást: saját kezűleg egy termoelektromos elem készítése enyhén szólva értelmetlen és senki számára felesleges feladat. Kivéve, ha a gyártó hetedik osztályos tanuló, és így megszilárdítja a fizikaórákon megszerzett tudást.

Sokkal könnyebb vásárolni új termoelektromos elem az érintett üzletben. Szerencsére olcsók, és nincs hiány egy adott modellhez. És amellett, hogy nincs bennük semmi törni való vagy elhasználódás, a régi számítógépből vagy autóklímából eltávolított hőelem műszaki jellemzőiben nem fog különbözni az újtól.

A legnépszerűbb hőelemes modell a TEC1-12706. Ennek az eszköznek a mérete 40 x 40 milliméter. 127, egymással sorba kapcsolt hőelemből áll. 5 A áramerősségre tervezték, 12 V áramköri feszültséggel. Egy ilyen elem átlagos ára 200-300 rubel. De százért megtalálod, vagy általában ennyiért, ha eltávolítod egy régi számítógépről vagy más felesleges eszközről.

Egy ilyen elem segítségével legalább két nagyon érdekes és hasznos eszközt készíthet a háztartásában.

Hogyan készítsünk hűtőszekrényt saját kezűleg

A hordozható hűtőszekrények gyártása, különösen az autók számára, teljes mértékben a Peltier-effektuson alapul. Egy ilyen eszköz otthoni elkészítéséhez szüksége lesz:

• TEC1-12706 márkájú hőelem. Költségek 200 rubel a legközelebbi boltban (szakosodott).
• Radiátor és ventilátor. Eltávolítják őket egy régi számítógépről, amely betöltötte a célját.
• Tartály. Minden felesleges műanyag, fém vagy fa tartály. Az ilyen tartály külsejét és belsejét polisztirolhabból vagy expandált polisztirolból készült hőtakarékos lemezekkel borítják.

A termoelektromos modul a tartály fedelébe van beépítve. Ebben az esetben a hideg áramlása fentről lefelé történik, ami a tartály egyenletes hűtéséhez vezet. A tartály belsejéből egy radiátort rögzítenek a fedeléhez hőpaszta és rögzítőcsavarok segítségével.

Egy jövőbeli hűtőberendezés teljesítményének növelése érdekében a termoelemek számát kettőre, háromra vagy többre növelheti. Ebben az esetben a modulokat egymáshoz ragasztják, figyelve a polaritást. Más szavakkal, az alatta lévő elem meleg oldala érintkezik a fedőelem hideg oldalával.

Egy másik radiátor a fedél külsejére van rögzítve egy számítógépes hűtővel együtt. A radiátorok felszerelési helyén jó hőszigetelésnek kell lennie a hideg - belső és meleg - külső oldal között. Nagyon óvatosan kell meghúzni a felső és az alsó radiátort rögzítőcsavarokkal, hogy a közöttük lévő kerámialemezek és hőelemek ne repedjenek meg.

Az elektromos áram bekötése egy tápegység segítségével történik, amely régi számítógépről is átvehető.

Hordozható termoelektromos generátor

Egy ilyen mini-erőmű nagy segítséget jelenthet egy turistának vagy vadásznak, amikor az erdőben minden elektronikai kütyü akkumulátora lemerül. Ebben a helyzetben nagyon romantikus, ha veszünk néhány száraz faforgácsot és tobozt, kis tüzet gyújtunk, és ezzel töltjük a lemerült akkumulátorokat, és közben főzünk valami ennivalót. Pontosan ezt teszi lehetővé egy termoelemre épített hordozható termogenerátor.

Ennek a csodaeszköznek az elkészítéséhez szükség van egy hordozható tábori tűzhelyre, amely bármilyen típusú tüzelőanyaggal működik. Szélsőséges esetekben még egy kis gyertya vagy egy tabletta száraz alkohol is megteszi.

A kályhában tüzet gyújtanak, amelyhez kívülről termopasztával egy termoelektromos modult rögzítenek. Vezetéken keresztül feszültségátalakítóhoz csatlakozik.

A kapott áram nagysága közvetlenül függ a hőelem hideg és meleg oldala közötti hőmérséklet-különbségtől. A hatékony működéshez legalább 100 fokos különbség szükséges a hideg és a meleg felületek között.

Ebben az esetben meg kell érteni, hogy a maximális hőmérsékletet a forraszanyag olvadási hőmérséklete korlátozza, amellyel maga a modul készül. Ezért az ilyen eszközökhöz speciális hőmodulokat használnak, amelyeket speciális tűzálló forrasztóanyag felhasználásával készítenek. A hagyományos modulokban a forrasztás olvadási hőmérséklete 150 fok. A tűzálló modulokban a forrasztás 300 fokos hőmérsékleten olvadni kezd.

A Peltier-elemet általában olyan átalakítónak nevezik, amely hőmérséklet-különbségből képes működni. Ez úgy történik, hogy elektromos áram áramlik a vezetőkön keresztül az érintkezőkön keresztül. Erre a célra az elemekben speciális lemezek vannak felszerelve. A hő egyik oldalról a másikra áramlik.

Ma elsősorban jelentős hőátadó képessége miatt van kereslet erre a technológiára. Ezenkívül az eszközök kompaktsággal büszkélkedhetnek. Sok modellre szerelt radiátorok gyengék. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a hőáram meglehetősen gyorsan lehűl. Ennek eredményeként a kívánt hőmérséklet folyamatosan megmarad.

Ennek az elemnek nincsenek mozgó alkatrészei. A készülékek teljesen hangtalanul működnek, és ez határozott előny. Azt is el kell mondani, hogy nagyon hosszú ideig használhatók, és rendkívül ritkán fordulnak elő meghibásodások. A legegyszerűbb típus érintkezőkkel és csatlakozó vezetékekkel ellátott rézvezetőkből áll. Ezenkívül van egy szigetelő a hűtő oldalon. Általában kerámiából, ill

Miért van szükség Peltier elemekre?

A Peltier elemeket leggyakrabban hűtőszekrények készítésére használják. Általában kompakt modellekről beszélünk, amelyeket például az autósok használhatnak az úton. Ezzel azonban nem ér véget az eszközök alkalmazási köre. A közelmúltban a Peltier elemeket aktívan telepítették a hang- és akusztikai berendezésekbe. Ott képesek ellátni a hűtő funkcióit.

Ennek eredményeként az eszköz erősítője zaj nélkül lehűl. A hordozható kompresszorokhoz a Peltier elemek nélkülözhetetlenek. Ha a tudományos iparról beszélünk, a tudósok ezeket az eszközöket használják a lézer hűtésére. Ebben az esetben lehetséges a LED-ek tanulmányi hullámának jelentős stabilizálása.

A Peltier modellek hátrányai

Úgy tűnik, hogy egy ilyen egyszerű és hatékony eszköznek nincsenek hátrányai, de vannak ilyenek. Mindenekelőtt a szakértők azonnal észrevették a modul alacsony penetrációs képességét. Ez azt sugallja, hogy az embernek bizonyos problémákkal kell szembenéznie, ha egy 400 V-os hálózatról működő eszközt le akar hűteni. Ebben az esetben egy speciális dielektromos paszta részben segít megoldani ezt a problémát. Az áramleállás azonban továbbra is nagy lesz, és a Peltier elem tekercselése nem biztos, hogy bírja.

Ezenkívül ezek a modellek nem ajánlottak precíziós elektronikában való használatra. Mivel az elem kialakítása fémlemezeket tartalmaz, a tranzisztorok érzékenysége károsodhat. A Peltier elem utolsó hátránya az alacsony hatásfok. Ezek az eszközök nem képesek jelentős hőmérséklet-különbség elérésére.

Szabályozó modul

A Peltier elem készítése a szabályozóhoz saját kezűleg meglehetősen egyszerű. Ehhez előzetesen elő kell készítenie két fémlemezt, valamint az érintkezőkkel ellátott vezetékeket. Mindenekelőtt a vezetékeket előkészítik a telepítéshez, amelyek az alapon helyezkednek el. Általában "PP" jelöléssel vásárolják őket.

Ezenkívül a normál hőmérséklet-szabályozáshoz félvezetőket kell biztosítani a kimeneten. Szükségesek a hő gyors átadásához a felső lemezre. Az összes elem felszereléséhez forrasztópákát kell használnia. A Peltier elem saját kezű befejezéséhez csatlakoztasson két vezetéket. Az első az alsó alapra van felszerelve, és a legkülső vezetéknél van rögzítve. Kerülni kell a lemezzel való érintkezést.

Ezután rögzítse a második vezetéket a felső részhez. A rögzítést a legkülső elemhez is elvégezzük. Az eszköz működőképességének ellenőrzésére tesztert használnak. Ehhez két vezetéket kell csatlakoztatni a készülékhez. Ennek eredményeként a feszültségeltérésnek körülbelül 23 V-nak kell lennie. Ebben a helyzetben sok múlik a szabályozó teljesítményén.

Hűtőszekrények termisztorral

Hogyan készítsünk Peltier elemet saját kezűleg egy termisztoros hűtőszekrényhez? Erre a kérdésre válaszolva fontos megjegyezni, hogy a lemezeket kizárólag kerámiából választják ki. Ebben az esetben körülbelül 20 vezetéket használnak. Ez azért szükséges, hogy a hőmérsékletkülönbség nagyobb legyen. Akár 70%-ra növelheti. Ebben az esetben fontos a számítás

Ezt a berendezés teljesítménye alapján lehet megtenni. A folyékony freont használó hűtőszekrény ideális ebben az esetben. Maga a Peltier elem az elpárologtató közelében van felszerelve, amely a motor mellett található. A telepítéshez szabványos szerszámkészletre, valamint tömítésekre lesz szüksége. Ezek azért szükségesek, hogy megvédjék a modellt az indító relétől. Így a készülék alsó részének hűtése sokkal gyorsabban megy végbe.

A saját kezű hőmérsékletkülönbség (Peltier-effektus) eléréséhez legalább 16 vezetékre lehet szüksége. A legfontosabb dolog a kompresszorhoz csatlakoztatott vezetékek megbízható szigetelése. Annak érdekében, hogy mindent helyesen tegyen, először le kell választania a hűtőszekrény szárítóját. Csak ezt követően lehetséges az összes érintkező csatlakoztatása. A telepítés befejeztével ellenőrizni kell a feszültséghatárt egy teszter segítségével. Ha az elem meghibásodik, a termosztát szenved először. Egyes esetekben előfordul

Modell 15 V-os hűtőszekrényhez

Kis modulokból saját kezűleg készíthet Peltier hűtőszekrényt.A modulok főleg a radiátorok közelében vannak rögzítve. A biztonságos rögzítés érdekében a szakértők sarkokat használnak. Az elemnek nem szabad a szűrőnek dőlnie, és ezt figyelembe kell venni.

A Peltier termoelektromos modul saját kezű elkészítéséhez az alsó lemezt elsősorban rozsdamentes acélból választják. A vezetőket általában "PR20" jelöléssel használják. Maximum 3 A terhelést bírnak. A maximális hőmérsékleti eltérés elérheti a 10 fokot. Ebben az esetben a hatásfok 75% lehet.

Peltier elemek 24 V-os hűtőszekrényekben

Peltier elem segítségével saját kezűleg csak jó tömítésű vezetékekből készíthet hűtőszekrényt. Ugyanakkor a hűtéshez három sorban kell őket egymásra rakni. A rendszerben az üzemi áramot 4 A-en kell tartani. Ezt hagyományos teszterrel ellenőrizheti.

Ha kerámia lemezeket használ az elemhez, a maximális hőmérsékleti eltérés 15 fokban érhető el. A kondenzátor vezetékeit csak a tömítés behelyezése után szerelik fel. Különféle módon rögzítheti a készülék falára. Ebben a helyzetben a legfontosabb az, hogy ne használjon ragasztót, amely érzékeny a 30 fok feletti hőmérsékletre.

Peltier elem autóhűtőhöz

Ahhoz, hogy saját kezűleg készítsen kiváló minőségű automatikus hűtőszekrényt, egy Peltier-modult (modult) kell kiválasztani egy lemezzel, amelynek vastagsága nem haladja meg az 1,1 mm-t. A legjobb, ha nem moduláris vezetékeket használ. A működéshez rézvezetőkre is szükség lesz. Teljesítményük legalább 4A legyen.

Így a maximális hőmérsékleti eltérés eléri a 10 fokot, ez normálisnak tekinthető. A vezetőket leggyakrabban "PR20" jelöléssel használják. Mostanában stabilabbnak mutatkoztak. Különféle kapcsolattartásra is alkalmasak. A készülék kondenzátorhoz való csatlakoztatásához forrasztópáka szolgál. Kiváló minőségű beépítés csak a reléblokk tömítésén lehetséges. A különbségek ebben az esetben minimálisak lesznek.

Hogyan készítsünk elemet ivóvízhűtőhöz?

A DIY Peltier modul (elem) hűtőhöz meglehetősen egyszerű. Fontos, hogy csak kerámia lemezeket válasszunk hozzá. A készülékben legalább 12 vezetéket használnak, így az ellenállás magas marad. Az elemek csatlakoztatása általában forrasztással történik. A készülékhez való csatlakozáshoz két vezetéknek kell lennie. Az elemet a hűtő aljára kell rögzíteni. Ebben az esetben érintkezhet a készülék fedelével. A rövidzárlatok elkerülése érdekében fontos, hogy minden vezetéket rögzítsen a rácson vagy a házon.

Légkondícionálók

A Peltier modult (elemet) saját kezűleg készítik klímaberendezéshez, csak „PR12” osztályú vezetékekkel. Főleg azért választják őket erre a feladatra, mert jól bírják az alacsony hőmérsékletet. A modell legfeljebb 23 V feszültség előállítására képes. Az ellenállásjelző 3 ohm szinten lesz. A hőmérséklet-különbség maximum 10 fokot ér el, a hatásfoka pedig 65%. A vezetékek csak egy sorban helyezhetők el a lapok között.

Generátorok gyártása

Generátort készíthet Peltier modul (elem) segítségével saját kezével. Az eszköz teljesítménye összesen 10%-kal nő. Ez a motor nagyobb hűtésének köszönhető. A készülék maximum 30 A terhelést tud elviselni. A nagy számú vezeték miatt az ellenállás 4 ohm is lehet. A hőmérséklet-eltérés a rendszerben körülbelül 13 fok. A modul közvetlenül a rotorhoz van rögzítve. Ehhez először le kell választani a központi tengelyt. Sok esetben az állórész nem zavarja. Kerámia lemezeket használnak, hogy megakadályozzák a forgórész tekercsének felmelegedését az induktorból.

Videokártya hűtése számítógépen

A videokártya hűtéséhez legalább 14 vezetéket kell előkészíteni. A legjobb a réz modellek kiválasztása. Hővezetési együtthatójuk meglehetősen magas. Az eszköz kártyához való csatlakoztatásához nem moduláris típusú vezetékeket használnak. A modell a videokártya hűtő közelében van felszerelve. Biztosítására általában kicsiket használnak.

Kijavításukhoz hagyományos diót használhat. A túlzott zaj megjelenése működés közben azt jelzi, hogy a készülék nem működik megfelelően. Ebben az esetben ellenőrizni kell a vezetékek integritását. A vezetőket is meg kell vizsgálni.

Peltier elem klímaberendezéshez

Ahhoz, hogy a saját kezűleg jó minőségű Peltier elemet készítsen egy légkondicionálóhoz, dupla lemezeket használnak. Minimális vastagságuk legalább 1 mm legyen. Ebben az esetben 15 fokos hőmérsékleti eltérésben lehet reménykedni. A modulok felszerelése után a klímaberendezések teljesítménye átlagosan 20%-kal nő. Ebben a helyzetben sok múlik a környezeti hőmérsékleten. Figyelembe kell venni a hálózati feszültség stabilitását is. Kisebb interferenciával a készülék körülbelül 4 A terhelést is elbír.

A vezetékek forrasztásánál nem szabad túl közel helyezni őket egymáshoz. A Peltier-modulok saját kezű megfelelő befejezéséhez a bemeneti és kimeneti érintkezőket csak a két lemez egyikére kell felszerelni. Ebben az esetben a készülék kompaktabb lesz. Ebben a helyzetben súlyos hiba lenne, ha a modult közvetlenül csatlakoztatnák az egységhez. Ez az elem elkerülhetetlen károsodásához vezet.

A modul felszerelése kondenzátorra

A saját kezű telepítéshez fontos, hogy értékelje a kondenzátor teljesítményét. Ha ez nem haladja meg a 20 V-ot, akkor az elemet „PR30” vagy „PR26” jelzésű vezetékekkel kell felszerelni. Annak érdekében, hogy a Peltier modult (elemet) saját kezűleg rögzítse a kondenzátoron, használjon kis fém sarkokat.

A legjobb, ha mindkét oldalra négy-négyet telepítünk. A teljesítmény szempontjából a kondenzátor végül plusz 10%-ot adhat hozzá. Ha hőveszteségről beszélünk, akkor azok jelentéktelenek. A készülék hatékonysága átlagosan 80%. A modulokat nem nagyfeszültségű kondenzátorokhoz tervezték. Ebben az esetben még nagy számú vezető sem segít.