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다이오드로 만들어진 펠티에 소자. 펠티에 소자: 특성, 작동 원리 및 응용

펠티에 원소는 오랫동안 세상에 알려져 왔습니다. 18세기에 프랑스의 시계 제작자인 장 샤를 펠티에(Jean-Charles Peltier)는 우연히 두 금속, 즉 비스무트와 안티몬의 경계에서 새로운 효과를 발견했습니다. 이는 접점 사이에 놓인 물방울의 온도가 급격하게 변화하여 전류가 가해질 때 얼음으로 변하는 것으로 구성됩니다. 이 속성은 시계 제작자에게 새로운 것이 되었습니다. 왜냐하면 그 순간까지 세계의 어떤 과학자도 그의 자료에 그러한 정보를 제시한 적이 없었기 때문입니다.

그 효과는 흥미로웠지만 당시에는 집중적인 냉각이 필요한 전자 장비의 수가 적었기 때문에 실제 적용을 찾지 못했습니다. 2세기 후가열 마이크로프로세서 크리스탈의 고품질 냉각을 제공할 수 있는 장치를 제조해야 하는 긴급한 필요성이 있었기 때문에 과학자의 발견이 기억되었습니다.

이 분야에 대한 수많은 연구와 수많은 실제 실험의 결과로 과학자들은 열전쌍이 거의 모든 마이크로프로세서의 정상적인 작동에 충분한 양의 냉기를 생성할 수 있다는 것을 발견했습니다. 그리고 작은 크기 덕분에 마이크로 회로 하우징에 통합하여 자체 내부 냉각 생성기를 제공하는 방법을 배웠습니다.

Jean-Charles Pelte의 발견은 전체 산업계에서 이동식 냉동 장치 생산에 큰 원동력이 되었습니다. 오늘날 열전소자의 성질 다음 기술에 사용됩니다.

  • 휴대용 냉장고;
  • 자동차 에어컨;
  • 휴대용 쿨러;
  • 카메라, 망원경 등.

이는 마이크로프로세서 및 기타 전자 부품 냉각에 적극적으로 사용됩니다. 직접적인 냉각 효과 외에도 많은 사람들이 펠티에 소자를 발전기로 사용하기 시작했습니다. 될 수 있는 예 3가지 요소로 구성된 손전등.

군인들이 명령에 따라 무선 통신을 수행하기 위해 특수 냄비를 불에 태우고 차를 끓이고 죽 및 기타 가정 용품을 준비하는 동시에 휴대용 라디오 방송국을 통해 필요한 정보를 전송했다는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다..

자신의 손으로 펠티에 요소를 만드는 방법은 무엇입니까?

많은 사람들이 자신의 손으로 Peltier 요소가 무엇인지, 집에서 만드는 방법에 대한 질문에 관심이 있습니다. 이를 위해서는 다양한 물질과 재료를 매우 정확하게 첨가해야 합니다. 기술과 필요한 금속 가공 방법이 필요하기 때문에 집에서 이러한 장치를 만드는 것은 불가능합니다. 또한 동일한 실험실에서 특히 순수한 재료가 필요하므로 집에서는 불가능합니다. 따라서 펠티에 열전 모듈을 만드는 방법에 대한 질문에 명확하게 답할 수 있습니다. 안 돼요. 그러나 효과적인 냉각 시스템을 구축하려면 기존 기술만으로도 충분합니다.

다이오드로 펠티에 소자 만들기

무엇을 할 수 있는지에 대한 의견이 있습니다 다이오드 열전 모듈. 사실 서로 다른 반도체 쌍은 각각 p 전도성과 n 전도성을 갖는 두 가지 재료입니다. 다이오드가 바로 그것입니다. 가열 시 전도도의 변화를 감지하려면 특정 요소를 선택해야 합니다. 그러나 어떤 다이오드도 장치 표면의 낮은 온도를 얻는 데 도움이 되지 않습니다. 큰 전류를 가하면 가열만 가능합니다.

라디오 아마추어는 유리 케이스에 들어 있는 저전력 다이오드를 온도 센서로 사용합니다. 반대 방향으로 연결되고 예열되면 접합이 열리고 반대 방향으로 전류가 흐르기 시작합니다. 하지만 전기를 생산하지는 않습니다.

Pelte 요소는 어떻게 작동합니까?

단순화된 형태의 펠티에 열전 모듈은 비스무스, 안티몬, 텔루르 또는 셀레늄 등 다양한 금속으로 만들어진 한 쌍의 판입니다. 그 사이에는 전도성이 다른 한 쌍의 n형 반도체와 p형 반도체가 있습니다. 모두 다른 금속으로 형성됨 열전쌍단일 회로에 직렬로 연결됩니다. 그 결과 두 개의 세라믹 판 사이에 위치한 수많은 개별 열전대의 일종의 매트릭스가 탄생했습니다.

열전대로 구성된 열전 모듈은 단일 소형 하우징에서 제조됩니다. 직렬이나 병렬로 연결하면 냉각효과를 높이거나 전기에너지를 생성할 수 있다. 냉각기 모드에서는 매트릭스의 양극 단자가 n형 도체를 사용하여 첫 번째 쌍에 연결되고 음극 접점은 p형 도체에 연결됩니다. 산화알루미늄과 질화물을 기반으로 한 특수 세라믹이 외부 라이닝으로 사용됩니다. 이는 고온과 저온 모두에서 양면에 최고의 열 전달 성능을 보장합니다.

모듈의 열전대 수아무것도 제한되지 않으며 최대 수백 개까지 가능합니다. 많을수록 쿨링 효과가 더 잘 느껴집니다. 펠티에 소자의 효율을 높이기 위해 열 전달 면적이 가장 큰 라디에이터를 차가운 면에 부착합니다. 판 사이의 온도 차이는 최소 20도 이상이어야 합니다.

판에 전압을 가하면 한쪽은 뜨거워지고 다른 쪽은 차가워집니다. 공급 전압의 극성이 변하면 플레이트의 온도도 변합니다.

복잡성과 제조 가능성을 고려할 때 열전소자를 직접 손으로 만드는 것은 불가능합니다. 그러나 여전히 자신의 개발을 제공하는 장인이 있습니다. 효과는 관찰되지만 특별한 연구실 없이는 효율성 향상이 불가능합니다. 단계별 안내가 포함된 이 주제에 대한 비디오를 찾을 수도 있습니다.

펠티에 소자의 특징

기능에 바이메탈 쌍을 기반으로 한 요소다음을 포함해야 합니다:

수식 표시

펠티에 효과는 전도성이 다른 두 금속의 접촉을 통한 전류 흐름과 관련됩니다. 결과적으로 전류 흐름 방향에 따라 열 또는 냉기가 방출됩니다.

공식 표현에서 펠티에 효과는 다음과 같이 묘사될 수 있습니다.

Q p=P12 j, 여기서 P12는 펠티에 계수입니다.. 표시기는 사용된 금속 유형과 열전 특성에 따라 다릅니다.

장점 외에도 이 장치에는 다음과 같은 몇 가지 단점도 있습니다.

효율성이 낮습니다. 상당한 온도차를 얻으려면 플레이트에 충분히 큰 전류를 공급해야 합니다.

열에너지를 효과적으로 제거하기 위해서는 라디에이터를 마련하는 것이 필요하다.

펠티에 소자의 생성기 모드

Jacques-Charles Peltier의 발견은 말 그대로 세상을 뒤집어 놓았습니다. 왜냐하면 이 장치가 보편적인 열과 냉기 발생기로 사용될 수 있기 때문입니다. 이러한 기능 외에도 발전기 모드라는 또 다른 중요한 효과가 주목되었습니다. 소자의 따뜻한 쪽이 가열되고 차가운 쪽이 냉각되면 단자에 전위차가 발생하고 회로가 닫히면 전류가 흐르기 시작합니다.

펠티에 요소 기반 생성기스스로 할 수 있으며 특별한 기술이 필요하지 않습니다. 그러나 중국 개발자가 사용하는 재료에는 최대 에너지를 얻을 수 있는 이상적인 특성이 없다는 점을 이해해야 합니다. 판매 중인 열전 모듈은 다음 용도로 충분합니다.

  • 모바일 기기 충전;
  • LED 조명용 전원 공급 장치;
  • 자율 무선 수신기 제조 및 기타 목적.

모든 단계에 대한 자세한 설명과 함께 이 주제에 대한 많은 비디오를 찾을 수 있습니다. 따라서 에너지를 생성하기 위해 열전 모듈을 만들고 싶다면 이것이 가능합니다.

첫 번째 단계는 특성을 고려하여 필요한 수의 펠티에 소자를 주문하는 것입니다. 동일한 e-Bay에서 10W 전력을 갖는 장치의 가격은 15달러입니다. 그리고 이것은 스마트폰을 충전하기에 충분할 것입니다. 다음으로 효과적인 열 제거가 필요하다. 이러한 목적을 위해 자연 순환이 가능한 액체 냉각 시스템을 설계할 수 있습니다. 그리고 모닥불을 포함한 모든 열원으로 뜨거운 부분을 가열하십시오. 결과적으로 어떤 라디오 아마추어라도하이킹, 낚시 또는 시골 여행에 가져갈 수 있는 우수한 열전 발전기를 직접 만들 수 있습니다.

하나의 표준 셀은 5V 및 1W의 전력을 생산하며 이는 소형 ​​조명에 충분합니다. 예를 들어, 손의 열로 손전등을 가열하는 경우입니다. 최대 12V의 출력 전압을 갖춘 기성품 요소도 판매 가능합니다.

발전기 모드를 갖춘 휴대용 열전 스토브

오늘날에는 펠티에 소자를 기반으로 하는 매우 효율적인 열전 발전기를 직접 손으로 만드는 많은 방법을 찾을 수 있습니다. 그 중 하나로서 - 화실이 있는 휴대용 스토브오래된 컴퓨터 전원 공급 장치에서. 펠티에 열전 소자 자체는 인상적인 크기의 라디에이터와 함께 열 페이스트를 통해 케이스 측면 중 하나에 부착됩니다. 이 설치를 통해 편리한 장소에서 열을 얻고, 음식을 요리하고, 휴대폰을 충전할 수 있습니다.

많은 새로운 전기 기술자들은 전기를 무료로 만드는 동시에 자율적으로 만드는 방법이라는 매우 인기 있는 질문에 관심이 있습니다. 예를 들어, 자연으로 나갈 때 전화기를 충전하거나 램프를 켤 수 있는 콘센트가 매우 부족한 경우가 많습니다. 이 경우 펠티에 소자를 기반으로 조립된 자체 제작 열전 모듈이 도움이 될 것입니다. 이러한 장치를 사용하면 최대 5V의 전압으로 전류를 생성할 수 있는데, 이는 장치를 충전하고 램프를 연결하기에 충분합니다. 다음으로, 사진과 비디오 예제를 통해 간단한 마스터 클래스를 제공하면서 자신의 손으로 열전 발전기를 만드는 방법을 알려 드리겠습니다!

작동 원리에 대해 간략히 설명

나중에 집에서 만든 열전 발전기를 조립할 때 특정 예비 부품이 필요한 이유를 이해할 수 있도록 먼저 펠티에 소자의 구조와 작동 방식에 대해 이야기하겠습니다. 이 모듈은 아래 그림과 같이 세라믹 판 사이에 직렬로 연결된 열전대로 구성됩니다.

전류가 이러한 회로를 통과하면 소위 펠티에 효과가 발생합니다. 모듈의 한쪽은 가열되고 다른 쪽은 냉각됩니다. 왜 이것이 필요합니까? 역순으로 작동하면 모든 것이 매우 간단합니다. 플레이트의 한쪽을 가열하고 다른 쪽을 냉각하면 그에 따라 저전압 및 전류의 전기를 생성할 수 있습니다. 이 단계에서 모든 것이 명확해지기를 바라며, 자신의 손으로 열전 발전기를 만드는 방법과 방법을 명확하게 보여주는 마스터 클래스로 넘어갑니다.

어셈블리 마스터 클래스

그래서 우리는 퍼니스와 펠티에 요소를 기반으로 한 수제 발전기를 조립하는 방법에 대한 매우 상세하고 동시에 간단한 지침을 인터넷에서 찾았습니다. 시작하려면 다음 자료를 준비해야 합니다.

  • 최대 전류 10A, 전압 15V, 크기 40 * 40 * 3.4mm 매개변수를 가진 펠티에 요소 자체. 표시 – TEC 1-12710.
  • 컴퓨터의 오래된 전원 공급 장치(케이스만 필요함)
  • 다음과 같은 기술적 특성을 지닌 전압 안정기: 입력 전압 1-5V, 출력 전압 – 5V. 열전 발전기 조립에 대한 이 지침은 USB 출력 모듈을 사용하여 최신 휴대폰이나 태블릿을 충전하는 과정을 단순화합니다.
  • 라디에이터. 사진과 같이 쿨러를 사용하여 프로세서에서 즉시 꺼낼 수 있습니다.
  • 열 페이스트.

모든 자료를 준비한 후 직접 장치 만들기를 진행할 수 있습니다. 따라서 발전기를 직접 만드는 방법을 더 명확하게 하기 위해 사진과 자세한 설명이 포함된 단계별 마스터 클래스를 제공합니다.


열전 발전기는 다음과 같이 작동합니다. 화로 안에 나무를 넣고 불을 붙인 후 접시의 한쪽 면이 가열될 때까지 몇 분 정도 기다립니다. 휴대폰을 충전하려면 서로 다른 면의 온도 차이가 약 100oC여야 합니다. 냉각 부분(라디에이터)이 뜨거워지면 가능한 모든 방법을 사용하여 냉각해야 합니다. 그 위에 살짝 물을 붓고 컵을 올려 놓습니다. 그 위에 얼음 등

다음은 집에서 만든 장작 발전기가 어떻게 작동하는지 명확하게 보여주는 비디오입니다.

불에서 전기를 생산하다

펠티에 소자를 사용한 수제 열전 발전기의 두 번째 버전에 표시된 것처럼 차가운 면에 컴퓨터 팬을 설치할 수도 있습니다.

이 경우 냉각기는 발전기 세트 전력의 작은 부분을 사용하지만 결과 시스템은 더 효율적입니다. 전화 충전 외에도 펠티에 모듈은 LED용 전원으로 사용할 수 있으며 이는 발전기 사용 시에도 마찬가지로 유용한 옵션입니다. 그건 그렇고, 수제 열전 발전기의 두 번째 버전은 모양과 디자인이 약간 비슷합니다. 냉각 시스템 외에 유일한 업그레이드는 소위 버너의 높이를 조정하는 기능입니다. 이를 위해 요소 작성자는 CD-ROM의 "본문"을 사용합니다(사진 중 하나는 직접 디자인을 만드는 방법을 명확하게 보여줍니다).


이 방법을 사용하여 손으로 열전 발전기를 만드는 경우 출력에서 ​​최대 8V의 전압을 가질 수 있으므로 휴대폰을 충전하려면 출력에서 ​​5V만 남기는 변환기를 연결하는 것을 잊지 마십시오.

글쎄, 가정용 가정용 전원의 마지막 버전은 요소-두 개의 알루미늄 "벽돌", 구리 파이프 (수냉식) 및 버너로 표현될 수 있습니다. 그 결과 집에서 무료로 전기를 생산할 수 있는 효과적인 발전기가 탄생했습니다!

간단한 장치를 사용하여 공기나 액체 가열로 인한 열 손실을 이용할 수 있습니다. 이 기사에서는 스토브, 보일러 및 모닥불의 폐에너지를 사용하여 강도가 낮은 직류로 변환하는 방법에 대해 설명합니다.

모든 화학 공정은 다양한 유형의 에너지 방출과 함께 발생합니다. 연소와 같은 강력한 소스는 항상 사용되었습니다. 열과 빛의 주요 원천이라고 할 수 있습니다. 지구상의 거의 모든 물질은 연소되어 다양한 양의 열과 빛을 방출합니다. 화력 발전소에 설치된 것과 유사한 작동 중인 증기 터빈이 있으면 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것은 어렵지 않습니다. 이것은 시골집의 보일러실에서 자리를 찾기 힘든 부피가 크고 복잡한 장치입니다. 스토브 난방이나 물 가열로 인해 발생하는 열의 이점을 활용하도록 노력하겠습니다.

펠티에 효과는 서로 다른 두 종류의 도체(p형과 n형)의 열전대에 직류 전류가 흐를 때 상호 작용할 때 발생하는 온도 차이 현상입니다. 제벡 효과는 열전대 중 하나가 가열될 때 전류가 생성되는 펠티에 효과의 결과입니다. 우리는 공정의 열역학을 자세히 설명하지 않을 것입니다. 이 이해하기 어려운 정보는 참고 문헌에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 우리는 실제 사용을 위한 결과와 옵션에 관심이 있습니다.

열전 모듈 설계

열전 모듈(TEM)은 구리판으로 서로 연결된 많은 열전쌍으로 구성됩니다. 열전대 필드는 두 개의 세라믹 판 사이에 접착됩니다. 이러한 모듈은 공장 환경에서만 조립이 가능합니다. 하지만 집에서 필요에 따라 여러 개의 TEM을 조립할 수도 있습니다. Peltier-Seebeck 부품은 기술 장비를 판매하는 전문 매장(및 웹사이트)에서 무료로 판매됩니다.

5V TEM 조립

필요한 것:

  • 펠티에 모듈 TEC1-12705(40x40) - 2개;
  • 부스트 DC 전압 변환기 EK-1674;
  • 3mm 두께의 두랄루민 시트;
  • 바닥이 완벽하게 평평한 물통(국자);
  • 뜨거운 접착제;
  • 납땜 인두

우리는 두랄루민 시트에서 서로 옆에 놓인 두 모듈보다 약간 큰 두 개의 동일한 판을 잘라 냈습니다. 우리는 뜨거운 접착제로 양쪽 모듈의 플레이트를 강화합니다. 결과 "샌드위치"를 국자 바닥에 고정합니다 (뜨거운 접착제로). 이 디자인은 이미 불이 붙을 수 있지만 출력에서 ​​쓸모없는 1.5V를 얻게 되며 성능을 향상하려면 회로에 납땜할 부스트 컨버터가 필요합니다. 전압은 5V로 증가하며 이는 이미 휴대폰을 충전하기에 충분합니다.

주목! 변환기의 크기는 1.5x1.5cm이며 전문 기술이 없으면 납땜을 전문가에게 맡기십시오.

우리 디자인의 온도 차이는 한쪽(로 또는 불꽃)을 가열하고 다른 쪽(국자 안의 물)을 냉각하여 얻습니다. 물론, 차이가 클수록 모듈의 효율이 높아집니다. 따라서 마이크로발전기 모드로 작동하려면 국자의 수온이 상대적으로 낮아야 합니다(주기적으로 교체하는 것이 좋습니다). 탐나는 5V를 생성하려면 불타는 양초가 있는 유리 위에 구조를 놓는 것으로 충분합니다.

더 많은 모듈을 비례적으로 결합함으로써 보다 효율적인 에너지 생성 시스템을 얻을 수 있습니다. 따라서 구조를 증가시킴으로써 열교환기를 비례적으로 증가시킵니다. 이 경우 냉각할 표면을 물이 담긴 용기로 완전히 덮어야 합니다(가장 간단하고 저렴한 옵션).

모든 것이 너무 간단하여 더 많은 모듈을 하나의 시스템으로 조립하고 화재에서 220V를 생성하려는 욕구를 즉시 느낄 수 있습니다. 그런 다음 오일 히터 또는 에어컨을 연결하십시오. 이러한 간단한 시스템에는 단점이 있으며 주요 시스템은 효율성이 낮다는 것입니다. 일반적으로 이 수치는 5%를 초과하지 않습니다. 그 결과 0.5~0.8A의 상대적으로 낮은 전류와 최대 4W의 매우 낮은 전력이 발생합니다.

펌프나 백열등의 경우 이는 무시할 수 있지만 다음과 같은 경우에는 충분합니다.

  • 배터리를 오토바이 배터리까지 충전(요구 사항에 비례하는 변형)
  • 발광 다이오드(LED) 램프의 작동;
  • 라디오 수신기

겨울에는 외부 열원에 배치된 시스템이 최대한 효율적으로 작동합니다.

5V 열전 마이크로발전기 조립에 필요한 재료비:

*- 이 요소 모델은 가격상의 이유로 선택되었습니다. 공급업체의 TEM 범위는 상당히 넓어서 보다 생산적인(최대 8V) 모델을 선택할 수 있습니다(훨씬 더 비쌉니다).

이 디자인의 공장 제작 제품이 이제 막 판매되기 시작했습니다. 연속 생산은 소규모 배치로 이루어지며 범위가 작습니다. 이러한 "버킷"의 비용은 2,500 루블부터 시작됩니다.

공장 열 발생기는 Peltier-Seebeck 효과를 기반으로 하는 장치로, 가열된 표면에 직접 부착할 수 있습니다. 공장 실행(따라서 신뢰성), 액체 열 교환기(대신 공기 냉각용 핀이 있음)가 없고 가격이 더 높다는 점에서 위에서 설명한 설계와 구별됩니다.

표준 "이동형" 열발생기는 다음과 같은 특성을 갖습니다.

표에서 볼 수 있듯이 공장 신뢰성과 유용성은 저렴하지 않습니다. 하지만 양동이가 달린 집에서 만든 버전에 비해 기능적으로 우수하다고 말할 수는 없습니다. 인상적인 13.5V는 휴대폰 충전 속도를 높여 주지만 이를 위해서는 하이킹 중에 2kg의 무게를 휴대해야 하며 이는 장치 크기를 고려할 때 감당할 수 없는 사치입니다. 그리고 물론 가격도 생각하게 만듭니다. 이 정도 분량이면 '열국자'가 아닌 '온열 팬'을 조립할 수 있고, 노트북도 쉽게 충전할 수 있다. 그리고 또 하나의 뉘앙스 - 모닥불을 사용하는 경우 장치를 금속판에 고정해야합니다.

전반적으로 이것은 돈과 트렁크의 여유 공간에 문제가 없는 사람들에게 훌륭하고 편리한 추가 기능입니다.

에너지로

오늘날 에너지로는 일상 생활에서 TEM을 사용하는 것에 대한 신격화입니다. 이것은 기본적으로 열전 모듈이 통합된 모든 유형의 고체 연료를 위한 "난로" 화실인 공장 제품입니다. 사냥 별장, 여름 별장, 외딴 겨울 숙소 및 일반적으로 문명에서 벗어난 모든 유형의 생활에 이상적인 옵션입니다. 주변 방열판 없이 자율적으로 사용하도록 설계되었으며 난로와 굴뚝만 있습니다. 음식 준비가 포함됩니다. 가장 강력한 Peltier-Seebeck 요소가 이 퍼니스에 설치됩니다.

에너지로의 특성:

스토브는 휴대용이지만 확실히 가전 제품 중 "초중량"입니다. 그러나 에너지로의 작업 범위는 상당히 넓습니다. 자동차 배터리를 충전하고 LED 램프로 방 전체를 비출 수도 있습니다. 원정대 호송대와 사냥 전 지형 차량, 기술실 및 다차에 이를 위한 장소가 있습니다. 즉, 이 경우 우리는 항상 열원을 가지고 있으므로 우리가 해야 할 일은 연료를 찾는 것뿐입니다.

틈새 시장에서는 에너지 용광로가 필수 불가결하지만 제조업체가 선언한 서비스 수명은 10년으로 약간 놀랍습니다. 열발생기에서처럼 하우징까지의 모든 부품을 예방적(또는 긴급) 교체할 가능성이 있다는 점에 유의해야 합니다.

열전 모듈은 매우 흥미로운 대상입니다. 설명된 적용 방법 외에도 물과 에어컨에도 사용됩니다. 동시에 동일한 요소에 직류가 공급되어 "반대 방향"으로 작동하여 공기를 냉각시킵니다. 이 기술은 자동차 에어컨 및 냉각기, 자동차 산업 및 마이크로프로세서 생산에 성공적으로 사용됩니다. 다음 기사에서는 이러한 장치에 대해 설명하겠습니다.

비탈리 돌비노프, rmnt.ru

1834년 프랑스 물리학자 장 샤를 펠티에(Jean Charles Peltier)는 전기가 도체에 미치는 영향을 연구하던 중 매우 흥미로운 효과를 발견했습니다. 서로 가까이 위치한 두 개의 서로 다른 도체를 통해 전류를 전달하면 이러한 도체 중 하나가 매우 가열되기 시작하고 반대로 두 번째 도체는 매우 냉각되기 시작합니다. 발생하고 흡수되는 열의 양은 전류의 강도와 방향에 따라 직접적으로 달라집니다. 전류의 방향을 바꾸면 차가운 쪽과 뜨거운 쪽의 위치가 바뀌게 됩니다. 얼마 후, 이 현상은 펠티에 효과(Peltier Effect)라고 불렸으며 당시에는 수요가 부족하여 편리하게도 잊혀졌습니다.

그리고 백여년이 지나서야, 반도체 시대의 도래와 함께, 작고 저렴하며 효율적인 냉각기가 절실히 필요합니다. 따라서 20세기 60년대에 펠티에 소자라고 불리는 최초의 반도체 열전 모듈이 등장했습니다.

모든 열전 모듈의 기본은 서로 다른 전도체가 서로 다른 전자 에너지 수준을 갖는다는 사실입니다. 즉, 하나의 도체는 고에너지 영역으로 표현되고, 두 번째 도체는 저에너지 영역으로 표현될 수 있습니다. 두 전도성 물질이 접촉하면 전류가 흐르면서 낮은 에너지 영역의 전자가 높은 에너지 영역으로 이동해야 합니다.

전자가 필요한 양의 에너지를 획득하지 않으면 이런 일이 발생하지 않습니다. 이 에너지가 전자에 의해 흡수되는 순간 두 도체 사이의 접촉점은 냉각됩니다. 전류의 흐름 방향을 바꾸면 반대로 접점이 가열되는 효과가 발생합니다.

모든 도체를 사용할 수 있습니다., 그러나 이 효과는 반도체를 사용할 때만 물리적으로 눈에 띄고 중요해집니다. 예를 들어, 금속이 접촉하면 펠티에 효과가 너무 작아서 저항 가열의 배경에서는 거의 눈에 띄지 않습니다.

열전 모듈(TEM)은 크기와 적용 장소에 관계없이 다양한 수의 소위 열전쌍으로 구성됩니다. 열전대는 모든 TEM을 구성하는 기본 구성 요소입니다. 이는 전도성 유형이 다른 두 개의 반도체로 구성됩니다. 알려진 바와 같이 전도도에는 p형과 n형의 두 가지 유형이 있습니다. 따라서 반도체에는 두 가지 유형이 있습니다. 이 두 개의 서로 다른 요소는 구리 브리지를 사용하여 열전대로 연결됩니다. 비스무트, 텔루르, 셀레늄, 안티몬과 같은 금속염이 반도체로 사용됩니다.

TEM은 서로 직렬로 연결된 유사한 열전대 세트입니다. 모든 열전대는 두 개의 세라믹 판 사이에 위치합니다. 펠티에 플레이트. 플레이트는 질화알루미늄 또는 산화알루미늄으로 만들어집니다. 한 요소의 열전대 수는 다양할 수 있습니다. 매우 넓은 범위 내에서, 몇 조각에서 수백 또는 수천까지.

즉, 펠티에 소자는 수백분의 1 와트에서 수백 또는 수천 와트까지 절대적으로 모든 전력을 가질 수 있습니다. 직류는 모든 열전대를 순차적으로 통과하여 결과적으로 상부 세라믹 플레이트가 냉각되고 반대로 하부 세라믹 플레이트가 가열됩니다. 전류의 방향을 바꾸면 판의 위치가 바뀌고 위쪽 판은 가열되기 시작하고 아래쪽 판은 냉각되기 시작합니다.

이 장치의 냉각 효율을 높이기 위해 적극적으로 사용되는 요소의 작동에는 한 가지 특징이 있습니다. 알려진 바와 같이 펠티에 소자에 전류가 흐르면 가열되는 표면과 냉각되는 표면 사이에 온도 차이가 발생합니다. 따라서 활발하게 가열되는 표면이 강제 냉각되는 경우. 예를 들어 특수 냉각기를 사용하면 표면, 즉 냉각되는 표면이 더욱 강력하게 냉각됩니다. 이 경우 주변 공기와의 온도차는 수십도에 이를 수 있습니다.

장점과 단점

다른 기술 장치와 마찬가지로 열전 모듈도 장점과 단점이 있습니다.

TEM의 효율성을 높이는 문제는 지금까지 풀 수 없는 기술적 퍼즐에 달려 있습니다. 실제로 자유 전자는 실제로 나타나는 이중 특성을 가지며 동시에 전류와 열 에너지의 전달자이기도 합니다. 결과적으로, 매우 효율적인 펠티에 소자는 상호 배타적인 두 가지 특성을 동시에 갖는 재료로 제작되어야 합니다. 이 물질은 전기를 잘 전도하고 열을 잘 전도하지 않아야 합니다. 지금까지 그러한 물질은 자연에 존재하지 않지만 과학자들은 이 방향으로 적극적으로 연구하고 있습니다.

모든 열전 모듈은 적절한 기술적 특성을 가지고 있습니다.

TEM의 응용

예외 없이 모든 펠티에 소자에 내재된 심각한 단점, 즉 효율성이 매우 낮음에도 불구하고 이러한 장치는 과학과 기술 및 일상 생활 모두에서 상당히 광범위하게 응용되고 있습니다.

열전 모듈은 다음과 같은 장치의 중요한 설계 요소입니다.

가정 장인의 손에 있는 펠티에 소자

우리는 즉시 예약해야 합니다. 열전 소자를 직접 만드는 것은 최소한 누구에게나 무의미하고 불필요한 작업입니다. 제조업체가 7학년 학생이 아니므로 물리학 수업에서 얻은 지식을 통합하지 않는 한.

구매하기가 훨씬 쉬워졌습니다 새로운 열전소자해당 매장에서 다행스럽게도 가격이 저렴하고 특정 모델에 대한 선택의 여지가 부족하지 않습니다. 그리고 파손되거나 마모될 것이 없다는 사실 외에도 오래된 컴퓨터나 자동차 에어컨에서 제거된 열전소자는 기술적 특성이 새 것과 다르지 않습니다.

가장 널리 사용되는 열전소자 모델은 TEC1-12706입니다. 이 장치의 크기는 40 x 40mm입니다. 이는 직렬로 연결된 127개의 열전쌍으로 구성됩니다. 12V의 회로 전압으로 5A의 전류를 위해 설계되었습니다. 이러한 요소의 비용은 평균 200 ~ 300 루블입니다. 그러나 오래된 컴퓨터나 기타 불필요한 장치에서 제거하면 일반적으로 수백 개를 찾을 수 있습니다.

이러한 요소를 사용하면 가정에 매우 흥미롭고 유용한 장치를 두 개 이상 만들 수 있습니다.

자신의 손으로 냉장고를 만드는 법

특히 자동차용 휴대용 냉장고의 생산은 전적으로 펠티에 효과를 기반으로 합니다. 집에서 이러한 장치를 만들려면 다음이 필요합니다.

  • 열전대 브랜드 TEC1-12706. 가장 가까운 상점 (전문)에서 200 루블이 소요됩니다.
  • 라디에이터 및 팬. 해당 목적을 달성한 오래된 컴퓨터에서 제거됩니다.
  • 컨테이너. 플라스틱, 금속 또는 목재로 만들어진 불필요한 용기. 이러한 용기의 외부와 내부는 폴리스티렌 폼 또는 발포 폴리스티렌으로 만든 열 절약 판으로 덮여 있습니다.

열전모듈은 용기 뚜껑에 내장돼 있다. 이 경우 냉기의 흐름이 위에서 아래로 발생하여 용기가 균일하게 냉각됩니다. 컨테이너 내부에서 열 페이스트와 장착 볼트를 사용하여 라디에이터가 뚜껑에 부착됩니다.

미래의 냉동 장치의 성능을 높이기 위해 열전소자 수를 2개 또는 3개 이상으로 늘릴 수 있습니다. 이 경우 모듈은 극성을 관찰하면서 서로 접착됩니다. 즉, 밑에 있는 요소의 뜨거운 쪽이 위에 있는 요소의 차가운 쪽과 접촉합니다.

또 다른 라디에이터는 컴퓨터 쿨러와 함께 덮개 외부에 부착됩니다. 라디에이터가 장착된 장소에서는 차가운 내부 면과 뜨거운 외부 면 사이에 단열이 양호해야 합니다. 세라믹 플레이트와 그 사이에 위치한 열전소자가 깨지지 않도록 고정 볼트로 상부 및 하부 라디에이터를 매우 조심스럽게 조일 필요가 있습니다.

전기는 전원 공급 장치를 사용하여 연결됩니다. 오래된 컴퓨터에서 가져올 수 있습니다.

휴대용 열전 발전기

이러한 미니 발전소는 숲에서 모든 전자 장치의 배터리가 고갈될 때 관광객이나 사냥꾼에게 큰 도움이 될 수 있습니다. 이런 상황에서는 마른 나무 조각과 콘 몇 개를 가져다가 작은 불을 피우고 방전된 배터리를 충전하는 동시에 먹을 것을 요리하는 것이 매우 낭만적입니다. 이것이 바로 열전소자 기반의 휴대용 열발생기를 사용하여 수행할 수 있는 작업입니다.

이 기적의 장치를 만들려면 모든 종류의 연료로 작동하는 휴대용 캠프 스토브가 필요합니다. 극단적인 경우에는 작은 양초나 건조 알코올 정제라도 괜찮습니다.

난로에 불을 피우고 열전 페이스트를 사용해 외부에서 열전 모듈을 부착합니다. 전선을 통해 전압 변환기에 연결됩니다.

수신되는 전류의 양은 열전소자의 차가운 쪽과 뜨거운 쪽 사이의 온도 차이에 직접적으로 의존합니다. 효과적인 작동을 위해서는 차가운 표면과 뜨거운 표면의 차이가 최소 100도 이상 필요합니다.

이 경우 최대 온도는 모듈 자체를 구성하는 솔더의 녹는 온도에 따라 제한된다는 점을 이해해야 합니다. 따라서 이러한 장치에는 특수 내화 납땜을 사용하여 만들어진 특수 열 모듈이 사용됩니다. 기존 모듈에서는 땜납의 녹는 온도가 150도입니다. 내화 모듈에서는 땜납이 300도에서 녹기 시작합니다.

펠티에 소자는 일반적으로 온도 차이로 작동할 수 있는 변환기라고 합니다. 이는 접점을 통해 도체를 통해 전류를 흐르게 함으로써 발생합니다. 이를 위해 요소에 특수 플레이트가 제공됩니다. 열은 한쪽에서 다른 쪽으로 전달됩니다.

오늘날 이 기술은 주로 상당한 열 전달 능력으로 인해 수요가 높습니다. 또한, 장치는 컴팩트함을 자랑할 수 있습니다. 많은 모델에 설치된 라디에이터는 약합니다. 이는 열 흐름이 매우 빠르게 냉각되기 때문입니다. 결과적으로 원하는 온도가 지속적으로 유지됩니다.

이 요소에는 움직이는 부분이 없습니다. 장치는 절대적으로 조용하게 작동하며 이는 확실한 이점입니다. 또한 매우 오랫동안 사용할 수 있으며 고장이 거의 발생하지 않는다고 말해야합니다. 가장 간단한 유형은 접점과 연결 와이어가 있는 구리 도체로 구성됩니다. 또한 냉각측에는 절연체가 있습니다. 일반적으로 세라믹이나

펠티에 소자가 필요한 이유는 무엇입니까?

펠티에 소자는 냉장고를 만드는 데 가장 자주 사용됩니다. 일반적으로 우리는 예를 들어 도로 위의 운전자가 사용할 수 있는 소형 모델에 대해 이야기하고 있습니다. 그러나 이것이 장치 적용 범위의 끝은 아닙니다. 최근에는 음향 및 음향 장비에 펠티에 소자가 활발히 설치되고 있습니다. 거기에서 그들은 냉각기의 기능을 수행할 수 있습니다.

그 결과, 장치 증폭기는 소음 없이 냉각됩니다. 휴대용 압축기의 경우 Peltier 소자는 필수 불가결합니다. 과학 산업에 관해 이야기하면 과학자들은 이러한 장치를 사용하여 레이저를 냉각시킵니다. 이 경우 LED 연구파의 상당한 안정화를 달성할 수 있습니다.

펠티에 모델의 단점

이렇게 간단하고 효과적인 장치에는 단점이 없는 것처럼 보이지만 몇 가지 단점이 있습니다. 우선 전문가들은 모듈의 침투력이 낮다는 점을 즉각 지적했습니다. 이는 400V 전압의 네트워크에서 작동하는 장치를 냉각하려는 경우 특정 문제가 있음을 의미합니다. 이 경우 특수 유전체 페이스트가 부분적으로 이 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다. 그러나 전류 항복은 여전히 ​​높으며 펠티에 소자의 권선은 이를 견디지 ​​못할 수 있습니다.

또한 이러한 모델은 정밀 전자 장치에 사용하는 것이 권장되지 않습니다. 소자의 디자인에는 금속판이 포함되어 있으므로 트랜지스터의 감도가 저하될 수 있습니다. 펠티에 소자의 마지막 단점은 효율이 낮다는 것입니다. 이러한 장치는 상당한 온도 차이를 달성할 수 없습니다.

레귤레이터용 모듈

자신의 손으로 조정기용 펠티에 요소를 만드는 것은 매우 간단합니다. 이렇게 하려면 두 개의 금속판을 미리 준비하고 접점이 있는 배선을 준비해야 합니다. 우선, 설치를 위해 베이스에 배치할 도체를 준비합니다. 일반적으로 "PP" 표시가 있는 제품을 구매합니다.

또한, 정상적인 온도 제어를 위해서는 출력부에 반도체가 제공되어야 합니다. 열을 상판으로 빠르게 전달하려면 필요합니다. 모든 요소를 ​​설치하려면 납땜 인두를 사용해야 합니다. 자신의 손으로 펠티에 소자를 완성하려면 마지막으로 두 개의 전선을 연결하십시오. 첫 번째는 하단 베이스에 장착되고 가장 바깥쪽 도체에 고정됩니다. 플레이트와의 접촉을 피해야 합니다.

다음으로 두 번째 와이어를 상단 부분에 연결합니다. 가장 바깥쪽 요소에도 고정이 수행됩니다. 장치의 기능을 확인하기 위해 테스터가 사용됩니다. 이렇게 하려면 두 개의 전선을 장치에 연결해야 합니다. 결과적으로 전압 편차는 약 23V가 되어야 합니다. 이 상황에서는 레귤레이터의 전력에 따라 많은 것이 달라집니다.

서미스터가 있는 냉장고

서미스터가 있는 냉장고용 펠티에 소자를 직접 손으로 만드는 방법은 무엇입니까? 이 질문에 답하려면 해당 플레이트가 세라믹에서만 선택된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이 경우 약 20개의 도체가 사용됩니다. 이는 온도차가 더 커지도록 필요합니다. 최대 70%까지 늘릴 수 있습니다. 이 경우 계산하는 것이 중요합니다.

이것은 장비의 힘에 따라 이루어질 수 있습니다. 이 경우 액체 프레온을 사용하는 냉장고가 이상적입니다. 펠티에 소자 자체는 모터 옆에 있는 증발기 근처에 설치됩니다. 설치하려면 표준 도구 세트와 개스킷이 필요합니다. 시동 릴레이로부터 모델을 보호하기 위해 필요합니다. 따라서 장치 하단의 냉각이 훨씬 빠르게 발생합니다.

자신의 손으로 온도 차이(펠티에 효과)를 얻으려면 최소한 16개의 도체가 필요할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 압축기에 연결될 전선을 안정적으로 절연하는 것입니다. 모든 일을 올바르게 수행하려면 먼저 냉장고 건조기를 분리해야 합니다. 이 후에야 모든 연락처를 연결할 수 있습니다. 설치가 완료되면 테스터를 사용하여 전압 제한을 확인해야 합니다. 요소가 오작동하면 온도 조절 장치가 가장 먼저 영향을 받습니다. 어떤 경우에는 발생합니다.

냉장고 15V용 모델

작은 모듈을 사용하여 직접 손으로 펠티에 냉장고를 만들 수 있으며, 모듈은 주로 라디에이터 근처에 부착됩니다. 안전하게 고정하기 위해 전문가는 모서리를 사용합니다. 요소가 필터에 기대어서는 안 되며 이 점을 고려해야 합니다.

자신의 손으로 펠티에 열전 모듈을 완성하기 위해 바닥 플레이트는 주로 스테인리스 스틸로 선택됩니다. 도체는 일반적으로 "PR20"이라는 표시와 함께 사용됩니다. 최대 3A의 부하를 견딜 수 있습니다. 최대 온도 편차는 10도에 도달할 수 있습니다. 이 경우 효율은 75%가 될 수 있다.

24V 냉장고의 펠티에 소자

펠티에 소자를 사용하면 밀봉이 좋은 도체만으로 손으로 냉장고를 만들 수 있습니다. 동시에 냉각을 위해 3열로 쌓아야 합니다. 시스템의 작동 전류는 4A로 유지되어야 합니다. 일반 테스터를 사용하여 확인할 수 있습니다.

소자에 세라믹판을 사용하는 경우 최대 온도 편차는 15도에서 달성할 수 있습니다. 커패시터에 대한 전선은 개스킷을 배치한 후에만 설치됩니다. 다양한 방법으로 장치 벽에 부착할 수 있습니다. 이 상황에서 가장 중요한 것은 30도 이상의 온도에 민감한 접착제를 사용하지 않는 것입니다.

자동차 쿨러용 펠티에 소자

자신의 손으로 고품질 자동 냉장고를 만들기 위해 두께가 1.1mm 이하인 판으로 펠티에 모듈 (모듈)을 선택합니다. 비모듈식 와이어를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 작동에는 구리 도체가 필요합니다. 용량은 최소 4A 이상이어야 합니다.

따라서 최대 온도 편차는 10도에 도달하며 이는 정상적인 것으로 간주됩니다. 도체는 "PR20" 표시와 함께 가장 자주 사용됩니다. 그들은 최근에 더욱 안정적인 모습을 보여주었습니다. 또한 다양한 접점에도 적합합니다. 납땜 인두는 장치를 커패시터에 연결하는 데 사용됩니다. 릴레이 블록 가스켓에서만 고품질 설치가 가능합니다. 이 경우 차이는 최소화됩니다.

식수 냉각기용 요소를 만드는 방법은 무엇입니까?

쿨러용 DIY 펠티에 모듈(요소)은 매우 간단합니다. 세라믹 판만 선택하는 것이 중요합니다. 장치에는 최소 12개의 도체가 사용되므로 저항이 높게 유지됩니다. 요소 연결은 일반적으로 납땜을 사용하여 수행됩니다. 장치에 연결하려면 두 개의 전선이 있어야 합니다. 요소는 쿨러 바닥에 부착되어야 합니다. 이 경우 장치 덮개에 닿을 수 있습니다. 단락 사례를 제거하려면 그리드나 하우징의 모든 배선을 고정하는 것이 중요합니다.

에어컨

펠티에 모듈(요소)은 클래스 "PR12" 도체만을 사용하여 에어컨용으로 직접 손으로 제작되었습니다. 그들은 주로 낮은 온도에 잘 대처하기 때문에 이 작업을 위해 선택됩니다. 이 모델은 최대 23V의 전압을 생성할 수 있습니다. 저항 표시기는 3Ω 수준입니다. 온도차는 최대 10도에 달하며 효율은 65%다. 도체는 시트 사이에 한 행에만 놓을 수 있습니다.

발전기 제조

펠티에 모듈(요소)을 사용하여 직접 발전기를 만들 수 있습니다. 장치 성능이 총 10% 향상됩니다. 이는 모터의 냉각 성능이 향상되어 달성됩니다. 이 장치는 최대 30A의 부하를 견딜 수 있습니다. 도체 수가 많기 때문에 저항은 4Ω이 될 수 있습니다. 시스템의 온도 편차는 약 13도입니다. 모듈은 로터에 직접 부착됩니다. 이렇게 하려면 먼저 중앙 샤프트를 분리해야 합니다. 많은 경우 고정자는 간섭하지 않습니다. 인덕터에서 회 전자 권선이 가열되는 것을 방지하기 위해 세라믹 판이 사용됩니다.

컴퓨터의 비디오 카드 냉각

비디오 카드를 식히려면 최소한 14개의 도체를 준비해야 합니다. 구리 모델을 선택하는 것이 가장 좋습니다. 열전도 계수가 상당히 높습니다. 장치를 보드에 연결하려면 비모듈형 와이어가 사용됩니다. 모델은 비디오 카드 쿨러 근처에 장착됩니다. 이를 확보하기 위해 일반적으로 작은 것이 사용됩니다.

문제를 해결하려면 일반 견과류를 사용할 수 있습니다. 작동 중 과도한 소음이 발생하는 것은 장치가 제대로 작동하지 않음을 나타냅니다. 이 경우 배선의 무결성을 확인해야 합니다. 도체도 검사해야합니다.

에어컨용 펠티에 소자

에어컨 용 고품질 펠티에 요소를 손으로 만들기 위해 이중 플레이트가 사용됩니다. 최소 두께는 1mm 이상이어야 합니다. 이 경우 15도 정도의 온도 편차를 기대할 수 있습니다. 모듈 장착 후 에어컨 성능은 평균 20% 향상된다. 이 상황의 대부분은 주변 온도에 따라 달라집니다. 주전원 전압의 안정성도 고려해야 합니다. 약간의 간섭이 있어도 장치는 약 4A의 부하를 견딜 수 있습니다.

도체를 납땜할 때 도체를 서로 너무 가까이 배치해서는 안 됩니다. 자신의 손으로 펠티에 모듈을 올바르게 완성하려면 입력 및 출력 접점을 두 플레이트 중 하나에만 설치해야 합니다. 이 경우 장치는 더욱 컴팩트해집니다. 이 상황에서 심각한 실수는 모듈을 장치에 직접 연결하는 것입니다. 이로 인해 요소가 불가피하게 손상될 수 있습니다.

커패시터에 모듈 설치

직접 설치하려면 커패시터의 전력을 평가하는 것이 중요합니다. 20V를 초과하지 않는 경우 "PR30" 또는 "PR26"이라고 표시된 도체를 사용하여 요소를 장착해야 합니다. 펠티에 모듈(소자)을 커패시터에 직접 고정하려면 작은 금속 모서리를 사용하십시오.

양쪽에 4개씩 설치하는 것이 가장 좋습니다. 성능 측면에서 커패시터는 궁극적으로 10%를 추가할 수 있습니다. 열 손실에 대해 이야기하면 미미할 것입니다. 장치의 효율은 평균 80%입니다. 모듈은 고전압 커패시터용으로 설계되지 않았습니다. 이 경우 많은 수의 도체가 도움이 되지 않습니다.

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