Peltjē elements izgatavots no diodēm. Peltjē elements: īpašības, darbības princips un pielietojums

Peltjē elements pasaulei ir zināms jau ilgu laiku. 18. gadsimtā franču pulksteņmeistars Žans Šarls Peltjē pavisam nejauši atklāja jaunu efektu divu metālu – bismuta un antimona – robežās. Tas sastāvēja no krasām temperatūras izmaiņām starp kontaktiem novietotam ūdens pilienam, kas, pieliekot strāvu, pārvērtās ledū. Šis īpašums pulksteņmeistaram kļuva par jaunu, jo līdz tam brīdim neviens pasaules zinātnieks savos materiālos nebija uzrādījis šādu informāciju.

Lai arī efekts bija interesants, tobrīd tas neatrada praktisku pielietojumu, kas bija saistīts ar nelielo elektronisko iekārtu daudzumu, kam būtu nepieciešama intensīva dzesēšana. Pēc 2 gadsimtiem Zinātnieka atklājums palika atmiņā, jo bija steidzami jāizgatavo ierīce, kas varētu nodrošināt augstas kvalitātes sildīšanas mikroprocesora kristāla dzesēšanu.

Daudzu pētījumu šajā jomā un milzīgu praktisko eksperimentu rezultātā zinātnieki ir atklājuši, ka termoelektriskais pāris var radīt pietiekamu daudzumu aukstuma gandrīz jebkura mikroprocesora normālai darbībai. Un, pateicoties to mazajam izmēram, viņi ir iemācījušies tos integrēt mikroshēmu korpusos, tādējādi nodrošinot savu iekšējo aukstuma ģeneratoru.

Žana Šarla Peltes atklāšana bija milzīgs stimuls visai nozarei mobilo saldēšanas iekārtu ražošanā. Mūsdienās termoelektriskā elementa īpašība izmanto šādās tehnikās:

• pārnēsājami ledusskapji;
• automašīnu gaisa kondicionieri;
• Pārnēsājami dzesētāji;
• kameras, teleskopi un daudz kas cits.

Tos aktīvi izmanto mikroprocesoru un citu elektronisko komponentu dzesēšanai. Papildus tiešajam dzesēšanas efektam daudzi sāka izmantot Peltier elementu kā ģeneratoru. Piemērs tam, kas varētu būt lukturītis ar 3 elementiem.

Tikai daži cilvēki zina, ka, lai veiktu radiosakarus ar pavēlniecību, karavīri uzlika speciālu katlu uz uguns un uzvārīja tēju, gatavoja putru un citus sadzīves priekšmetus, kā arī vienlaikus pārraidīja nepieciešamo informāciju, izmantojot portatīvo radiostaciju..

Kā ar savām rokām izgatavot Peltier elementu?

Daudzus cilvēkus interesē jautājums, kas ir Peltier elements ar savām rokām, kā to pagatavot mājās? Tam būs nepieciešama ļoti precīza dažādu vielu un materiālu dozēšana. Mājās šādu ierīci nav iespējams izgatavot, jo tai ir nepieciešamas tehnoloģijas un nepieciešamās metāla apstrādes metodes. Tāpat tajās pašās laboratorijās ir nepieciešami īpaši tīri materiāli, ko mājās nav iespējams panākt. Tāpēc uz jautājumu par to, kā izgatavot Peltier termoelektrisko moduli, var atbildēt nepārprotami. Nevar būt. Bet, lai izveidotu efektīvu dzesēšanas sistēmu, pietiek ar esošajām prasmēm.

Peltjē elementa izgatavošana no diodēm

Ir viedoklis par to, ko var darīt diodes termoelektriskais modulis. Fakts ir tāds, ka katrs atšķirīgu pusvadītāju pāris ir divi materiāli ar p un n vadītspēju. Un diode ir tieši tā. Lai noteiktu vadītspējas izmaiņas, kad tiek uzkarsēta, ir jāizvēlas noteikti elementi. Bet nekādas diodes nepalīdzēs iegūt zemu temperatūru uz ierīces virsmas. Pieliekot lielu strāvu, var panākt tikai apkuri.

Radioamatieri izmanto mazjaudas diodes stikla vitrīnā kā temperatūras sensoru. Kad tie ir savienoti pretējā virzienā un uzsilst, krustojums sāk atvērties un izvadīt strāvu pretējā virzienā. Bet tas neradīs elektrību.

Kā darbojas Peltes elements?

Peltjē termoelektriskais modulis vienkāršotā veidā ir plākšņu pāris, kas izgatavots no dažādiem metāliem, kas var būt bismuts, antimons, telūrs vai selēns. Starp tiem atrodas n- un p-veida pusvadītāju pāris ar dažādu vadītspēju. Visu veido dažādi metāli termoelektriskie pāri virknē savienots vienā ķēdē. Rezultāts ir sava veida matrica no liela skaita atsevišķu termopāru, kas atrodas starp divām keramikas plāksnēm.

Termoelektriskais modulis, ko veido termopāri, tiek ražots vienā maza izmēra korpusā. Ja tie ir savienoti virknē vai paralēli, ir iespējams uzlabot dzesēšanas efektu vai ģenerēt elektrisko enerģiju. Dzesētājā režīmā matricas pozitīvais spailis ir savienots ar pirmo pāri ar n-veida vadītāju, negatīvais kontakts ir savienots ar p-veida vadītājiem. Kā ārējās oderes tiek izmantota īpaša keramika, kas izgatavota no alumīnija oksīda un nitrīda. Tas nodrošina vislabāko siltuma pārneses veiktspēju abās pusēs gan augstā, gan zemā temperatūrā.

Termopāru skaits modulī nekas neierobežo un var būt līdz pat vairākiem simtiem. Jo vairāk to ir, jo labāk jūtams dzesēšanas efekts. Lai palielinātu Peltjē elementa efektivitāti, tā aukstajai pusei ir piestiprināts radiators ar lielāko siltuma pārneses laukumu. Temperatūras starpībai starp plāksnēm jābūt vismaz diviem desmitiem grādu.

Kad plāksnēm tiek pielikts spriegums, viena puse kļūst karsta, bet otra auksta. Mainoties barošanas sprieguma polaritātei, plākšņu temperatūra mainās vietām.

Ņemot vērā sarežģītību un izgatavojamību, termoelektrisko elementu nav iespējams izgatavot ar savām rokām. Bet tomēr ir amatnieki, kas piedāvā savus izstrādnes. Efekts tiek novērots, taču nav iespējams panākt efektivitātes pieaugumu bez īpašas pētniecības laboratorijas. Jūs pat varat atrast videoklipu par šo tēmu ar soli pa solim sniegtiem norādījumiem.

Peltjē elementa iezīmes

Uz iezīmēm elements, kura pamatā ir bimetāla pāri jāiekļauj:

Formulas displejs

Peltjē efekts ietver strāvas plūsmu, saskaroties ar diviem metāliem ar atšķirīgu vadītspēju. Tā rezultātā izdalās siltums vai aukstums, kas ir atkarīgs no strāvas plūsmas virziena.

Formulālā izteiksmē Peltjē efektu var attēlot:

Q p=P12 j, kur P12 ir Peltjē koeficients. Indikators ir atkarīgs no izmantotā metāla veida un tā termoelektriskajām īpašībām.

Papildus priekšrocībām ierīcei ir arī daži trūkumi, tostarp:

Zema efektivitāte. Lai iegūtu ievērojamu temperatūras starpību, nepieciešams pievadīt plāksnēm pietiekami lielu strāvu.

Lai efektīvi noņemtu siltumenerģiju, ir nepieciešams nodrošināt radiatoru.

Peltjē elementa ģeneratora režīms

Žaka-Čārlza Peltjē atklājums burtiski apgrieza pasauli kājām gaisā, jo ierīci var izmantot kā universālu siltuma un aukstuma ģeneratoru. Papildus šīm funkcijām tika atzīmēts vēl viens svarīgs efekts - ģeneratora režīms. Ja ierīces siltā puse tiek uzkarsēta un aukstā puse tiek atdzesēta, tad terminālos rodas potenciāla atšķirība, un, kad ķēde ir aizvērta, sāk plūst strāva.

Ģenerators uz Peltjē elementa bāzes To var izdarīt pats, un tam nav vajadzīgas īpašas prasmes. Bet jums vajadzētu saprast, ka ķīniešu izstrādātāju izmantotajam materiālam nav ideālu īpašību, kas ļautu viņiem iegūt maksimālu enerģiju. Pārdošanā pieejamie termoelektriskie moduļi ir pietiekami:

• mobilo ierīču uzlāde;
• barošanas avots LED apgaismojumam;
• autonoma radio uztvērēja ražošana un citiem mērķiem.

Jūs varat atrast daudz video par šo tēmu ar detalizētu visu posmu aprakstu. Tāpēc, ja vēlaties izveidot termoelektrisko moduli enerģijas ģenerēšanai, tas ir pilnīgi iespējams.

Vispirms ir jāpasūta nepieciešamais Peltjē elementu skaits, ņemot vērā to īpašības. Ierīce ar 10 W jaudu tajā pašā e-Bay maksā 15 USD. Un ar to pilnīgi pietiks, lai uzlādētu viedtālruņus. Tālāk ir jānodrošina efektīva siltuma noņemšana. Šiem nolūkiem jūs varat izveidot šķidruma dzesēšanas sistēmu ar dabisko cirkulāciju. Un silda karsto pusi ar jebkuru siltuma avotu, ieskaitot atklātu uguni. Rezultātā jebkurš radioamatieris pats prot izgatavot izcilu termoelektrisko ģeneratoru, ko var ņemt līdzi pārgājienā, makšķerēt vai uz laukiem.

Viena standarta šūna ražo 5 V un 1 W jaudu, kas ir pietiekami mazam apgaismojumam. Piemēram, lai izgatavotu zibspuldzi, ko uzsilda jūsu roku karstums. Pārdošanā ir arī gatavie elementi ar izejas spriegumu līdz 12 V.

Pārnēsājama termoelektriskā plīts ar ģeneratora režīmu

Šodien jūs varat atrast daudz veidu, kā ar savām rokām izgatavot diezgan efektīvu termoelektrisko ģeneratoru, kura pamatā ir Peltjē elements. Kā viens no viņiem - pārnēsājama plīts ar kurtuvi no vecā datora barošanas avota. Pats Peltier termoelektriskais elements ir piestiprināts pie vienas no korpusa malām caur termopastu ar iespaidīga izmēra radiatoru. Šī instalācija ļaus iegūt siltumu jebkurā ērtā vietā, pagatavot ēdienu un uzlādēt telefonu.

Daudzus jaunos elektriķus interesē viens ļoti populārs jautājums - kā padarīt elektrību brīvu un vienlaikus autonomu. Ļoti bieži, piemēram, izejot dabā, katastrofāli pietrūkst kontaktligzdas, kur uzlādēt telefonu vai ieslēgt lampu. Šajā gadījumā jums palīdzēs paštaisīts termoelektriskais modulis, kas samontēts uz Peltjē elementa bāzes. Izmantojot šādu ierīci, jūs varat ģenerēt strāvu ar spriegumu līdz 5 voltiem, kas ir pietiekami, lai uzlādētu ierīci un pievienotu lampu. Tālāk mēs jums pateiksim, kā ar savām rokām izgatavot termoelektrisko ģeneratoru, nodrošinot vienkāršu meistarklasi attēlos un ar video piemēru!

Īsumā par darbības principu

Lai nākotnē jūs saprastu, kāpēc, montējot paštaisītu termoelektrisko ģeneratoru, ir nepieciešamas noteiktas rezerves daļas, vispirms parunāsim par Peltjē elementa uzbūvi un tā darbību. Šis modulis sastāv no sērijveidā savienotiem termopāriem, kas atrodas starp keramikas plāksnēm, kā parādīts attēlā zemāk.

Kad caur šādu ķēdi iet elektriskā strāva, rodas tā sauktais Peltjē efekts - viena moduļa puse uzsilst, bet otra atdziest. Kāpēc mums tas ir vajadzīgs? Viss ir ļoti vienkārši, ja rīkojaties apgrieztā secībā: silda vienu plāksnes pusi un atdzesē otru, attiecīgi jūs varat ģenerēt zemsprieguma un strāvas elektroenerģiju. Mēs ceram, ka šajā posmā viss ir skaidrs, tāpēc mēs pārejam uz meistarklasēm, kas skaidri parādīs, ko un kā ar savām rokām izgatavot termoelektrisko ģeneratoru.

Montāžas meistarklase

Tātad, mēs atradām internetā ļoti detalizētus un tajā pašā laikā vienkāršus norādījumus par paštaisīta elektroenerģijas ģeneratora montāžu, pamatojoties uz krāsni un Peltjē elementu. Lai sāktu, jums ir jāsagatavo šādi materiāli:

• Pats Peltjē elements ar parametriem: maksimālā strāva 10 A, spriegums 15 volti, izmēri 40 * 40 * 3,4 mm. Marķējums – TEC 1-12710.
• Vecs barošanas bloks no datora (no tā nepieciešams tikai korpuss).
• Sprieguma stabilizators ar sekojošiem tehniskajiem parametriem: ieejas spriegums 1-5 volti, izejas spriegums – 5 volti. Šajā termoelektriskā ģeneratora montāžas instrukcijā tiek izmantots modulis ar USB izeju, kas vienkāršos modernā tālruņa vai planšetdatora uzlādes procesu.
• Radiators. Jūs varat to nekavējoties izņemt no procesora ar dzesētāju, kā parādīts fotoattēlā.
• Termiskā pasta.

Kad esat sagatavojis visus materiālus, varat sākt pats izgatavot ierīci. Tātad, lai jums būtu skaidrāk, kā pašam izgatavot ģeneratoru, mēs piedāvājam soli pa solim meistarklasi ar attēliem un detalizētu skaidrojumu:

Termoelektriskais ģenerators darbojas šādi: ieliek malku krāsnī, aizdedzina un pagaida dažas minūtes, līdz uzsilst viena plāksnes puse. Lai uzlādētu tālruni, dažādu pušu temperatūru starpībai jābūt aptuveni 100 o C. Ja dzesēšanas daļa (radiators) uzkarst, to nepieciešams atdzesēt ar visiem iespējamiem paņēmieniem - maigi uzlejiet ūdeni, ielieciet krūzi ledus uz tā utt.

Un šeit ir video, kas skaidri parāda, kā darbojas mājās gatavots malkas elektriskais ģenerators:

Elektrības ražošana no uguns

Varat arī uzstādīt datora ventilatoru aukstajā pusē, kā parādīts mājās gatavota termoelektriskā ģeneratora otrajā versijā ar Peltjē elementu:

Šajā gadījumā dzesētājs izmantos nelielu daļu no ģeneratora komplekta jaudas, bet iegūtā sistēma būs efektīvāka. Papildus telefona uzlādei Peltier moduli var izmantot kā elektrības avotu gaismas diodēm, kas ir tikpat noderīga iespēja ģeneratora izmantošanai. Starp citu, mājās gatavotā termoelektriskā ģeneratora otrā versija pēc izskata un dizaina ir nedaudz līdzīga. Vienīgais jauninājums, bez dzesēšanas sistēmas, ir iespēja regulēt tā sauktā degļa augstumu. Lai to izdarītu, elementa autors izmanto CD-ROM “korpusu” (vienā no fotogrāfijām skaidri parādīts, kā jūs pats varat izveidot dizainu).

Ja ar savām rokām izgatavojat termoelektrisko ģeneratoru, izmantojot šo metodi, izejā var būt līdz 8 voltiem spriegums, tāpēc, lai uzlādētu tālruni, neaizmirstiet pievienot pārveidotāju, kas izejā atstās tikai 5 V.

Nu, pēdējo mājās gatavotā barošanas avota versiju var attēlot ar šādu diagrammu: elements - divi alumīnija “ķieģeļi”, vara caurule (ūdens dzesēšana) un deglis. Rezultāts ir efektīvs ģenerators, kas ļauj radīt bezmaksas elektroenerģiju mājās!

Izmantojot vienkāršas ierīces, varat izmantot siltuma zudumus no gaisa vai šķidrumu sildīšanas. Šajā rakstā mēs jums pateiksim, kā izmantot krāsniņu, katlu un atklātas uguns atkritumenerģiju, pārvēršot to zemas stiprības līdzstrāvā.

Jebkurš ķīmiskais process notiek ar dažāda veida enerģijas izdalīšanos. Tik spēcīgs avots kā degšana ir izmantots vienmēr. To var saukt par primāro siltuma un gaismas avotu. Gandrīz visas vielas uz Zemes deg, izdalot siltumu un gaismu dažādos daudzumos. Siltumenerģijas pārvēršana elektroenerģijā nav grūta, ja pie rokas ir darbojoša tvaika turbīna, kas ir līdzīga termoelektrostacijās uzstādītajām. Šī ir apjomīga un sarežģīta ierīce, kas, visticamāk, neatradīs vietu lauku mājas katlu telpā. Mēs centīsimies gūt labumu no siltuma, ko rada krāsns apkure vai ūdens sildīšana.

Peltjē efekts ir temperatūras starpības parādība, kad divu dažādu vadītāju (p-tipa un n-veida) termopāri mijiedarbojas, kad caur tiem iet līdzstrāva. Zēbeka efekts ir Peltjē efekta sekas, kad, uzkarstot vienu no termopāriem, tiek ģenerēta elektriskā strāva. Sīki neaprakstīsim procesa termodinamiku – šo grūti saprotamo informāciju var viegli atrast uzziņu literatūrā. Mūs interesē rezultāts un tā praktiskās izmantošanas iespējas.

Termoelektrisko moduļu dizains

Termoelektriskais modulis (TEM) sastāv no daudziem termopāriem, kas savienoti viens ar otru ar vara plāksni. Termopāra lauks ir pielīmēts starp divām keramikas plāksnēm. Šādu moduli iespējams salikt tikai rūpnīcas vidē. Bet jūs varat arī salikt vairākus TEM savām vajadzībām mājās. Peltier-Seebeck elementi ir pieejami bezmaksas pārdošanai specializētajos veikalos (un tīmekļa vietnēs), kas pārdod tehnoloģiskās iekārtas.

5 V TEM montāža

Kas jums būs nepieciešams:

• Peltjē modulis TEC1-12705 (40x40) - 2 gab.;
• palielināt līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju EK-1674;
• duralumīnija loksne 3 mm bieza;
• ūdens trauks ar ideāli līdzenu dibenu (kausiņš);
• karstā līme;
• lodāmurs

Mēs izgriezām divas identiskas plāksnes no duralumīnija loksnes, nedaudz lielākas par diviem moduļiem, kas atrodas blakus. Plāksnes uz moduļiem no abām pusēm stiprinām ar karsto līmi. Piestiprinām (ar karsto līmi) iegūto “sviestmaizi” kausa apakšā. Šo dizainu jau var uzlikt ugunij, bet pie izejas dabūsim nederīgu 1,5 V. Lai uzlabotu veiktspēju, nepieciešams pastiprināšanas pārveidotājs, kuru pielodējam ķēdē. Tas palielinās spriegumu līdz 5 V, un tas jau ir pietiekami, lai uzlādētu mobilo tālruni.

Uzmanību! Pārveidotāja izmēri ir 1,5x1,5 cm Ja nav profesionālo iemaņu, uzticiet lodēšanu speciālistam.

Temperatūras starpība mūsu konstrukcijā tiek iegūta, karsējot vienu pusi (no krāsns vai liesmas) un atdzesējot otru (ūdens kausā). Protams, jo lielāka atšķirība, jo efektīvāks ir modulis. Tāpēc, lai darbotos mikroģeneratora režīmā, kausā būs nepieciešama salīdzinoši zema ūdens temperatūra (labāk to periodiski nomainīt). Lai radītu kāroto 5 V, pietiek ar konstrukciju novietot uz glāzes ar degošu sveci.

Proporcionāli apvienojot vairāk moduļu, mēs iegūstam efektīvāku enerģijas ražošanas sistēmu. Attiecīgi, palielinot struktūru, mēs proporcionāli palielinām siltummaini. Šajā gadījumā atdzesējamā virsma ir pilnībā jāpārklāj ar ūdens trauku (vienkāršākais un pieejamākais variants).

Viss ir tik vienkārši, ka uzreiz rodas vēlme salikt vairāk moduļus vienā sistēmā un ģenerēt 220 V no uguns. Un pēc tam pievienojiet eļļas sildītāju vai gaisa kondicionieri. Šādai vienkāršai sistēmai ir savi trūkumi, un galvenais no tiem ir zemā efektivitāte. Parasti šis rādītājs nepārsniedz 5%. Tā rezultātā tiek iegūta salīdzinoši zema strāva 0,5 - 0,8 A un ļoti zema jauda - līdz 4 W.

Sūknim vai kvēlspuldzei tas ir niecīgs, bet pilnīgi pietiekami:

• akumulatoru uzlāde līdz motociklu akumulatoriem (prasībām proporcionālos variantos);
• gaismas diožu (LED) lampu darbība;
• radio uztvērējs

Ziemā sistēma, kas novietota uz siltuma avota, kas atrodas ārpusē, darbosies pēc iespējas efektīvāk.

Materiālu izmaksas 5V termoelektriskā mikroģeneratora montāžai:

*- šis elementu modelis izvēlēts cenu apsvērumu dēļ. Piegādātāju uzņēmumu TEM klāsts ir diezgan plašs, kas ļauj izvēlēties produktīvākus (līdz 8 V) modeļus (tie ir ievērojami dārgāki).

Šāda dizaina rūpnīcā ražotie izstrādājumi tikai sāk parādīties pārdošanā. Sērijveida ražošana tiek veikta nelielās partijās, un diapazons ir neliels. Šāda “spaiņa” izmaksas sākas no 2500 rubļiem.

Rūpnīcas termoģenerators ir ierīce, kuras pamatā ir Peltjē-Zēbeka efekts un kuru var piestiprināt tieši pie apsildāmas virsmas. Tas atšķiras no iepriekš aprakstītā dizaina ar rūpnīcas izpildījumu (un līdz ar to uzticamību), šķidrā siltummaiņa neesamību (tā vietā gaisa dzesēšanas spuras) un augstāku cenu.

Standarta “ceļojošajam” termoģeneratoram ir šādas īpašības:

Kā redzams tabulā, rūpnīcas uzticamība un lietderība nav lēta. Tomēr nevarētu teikt, ka tas funkcionāli būtu pārāks par paštaisīto variantu ar spaini. Iespaidīgais 13,5 V paātrinās mobilā tālruņa uzlādi, taču šim nolūkam pārgājienā līdzi būs jāņem 2 kg smagums, un tā ir nepieejama greznība (ņemot vērā ierīces izmērus). Un, protams, cena liek aizdomāties. Ar šo daudzumu jūs varat salikt nevis “termisko kausu”, bet gan “termisko pannu” un ērti uzlādēt klēpjdatoru. Un vēl viena nianse - ierīce joprojām ir jāpiestiprina pie metāla plāksnes, ja tiek izmantota atklāta uguns.

Kopumā šis ir jauks un ērts papildinājums tiem, kam nav problēmu ar naudu un brīvu vietu bagāžniekā.

Enerģijas krāsns

Mūsdienās enerģijas krāsns ir TEM izmantošanas apoteoze ikdienas dzīvē. Šis ir rūpnīcas izstrādājums, būtībā “potbelly plīts” kurtuve jebkura veida cietajam kurināmajam ar integrētu termoelektrisko moduli. Ideāls variants medību namiņiem, vasarnīcām, attāliem ziemas kvartāliem un vispār jebkura veida dzīvei prom no civilizācijas. Paredzēts autonomai lietošanai (bez perifērajām siltuma izlietnēm), tajā ir tikai pavards un skurstenis. Ietver ēdienu gatavošanu. Uz šīs krāsns ir uzstādīti jaudīgākie Peltier-Seebeck elementi.

Enerģijas krāšņu raksturojums:

Lai arī plīts ir pārnēsājama, tā noteikti ir “supersmagsvars” starp sadzīves tehniku. Taču uzdevumu klāsts enerģijas krāsnij ir diezgan plašs – tā var pat uzlādēt automašīnu akumulatorus un izgaismot veselas telpas ar LED lampām. Tam ir vieta ekspedīcijas kolonnā un medību visurgājējā, tehniskajā telpā un laukos. Citiem vārdiem sakot, šajā gadījumā mums vienmēr ir līdzi siltuma avots, atliek tikai atrast degvielu.

Savā nišā enerģijas krāsns ir neaizstājama, lai gan ražotāja deklarētais kalpošanas laiks ir nedaudz satraucošs - 10 gadi. Jāņem vērā, ka, tāpat kā termoģeneratorā, ir iespējama visu detaļu profilaktiska (vai avārijas) nomaiņa līdz pat korpusam.

Termoelektriskie moduļi ir ārkārtīgi interesanti objekti. Papildus aprakstītajām pielietošanas metodēm tos izmanto arī ūdens un gaisa kondicionēšanai. Tajā pašā laikā tam pašam elementam tiek piegādāta līdzstrāva, un tas darbojas “pretējā virzienā” - atdzesē gaisu. Šo tehnoloģiju veiksmīgi izmanto automobiļu gaisa kondicionieros un ūdens dzesētājos, automobiļu rūpniecībā un mikroprocesoru ražošanā. Mēs aprakstīsim šīs ierīces nākamajā rakstā.

Vitālijs Dolbinovs, rmnt.ru

1834. gadā franču fiziķis Žans Šarls Peltjē, pētot elektrības ietekmi uz vadītājiem, atklāja ļoti interesantu efektu. Ja jūs laižat strāvu caur diviem atšķirīgiem vadītājiem, kas atrodas tuvu viens otram, tad viens no šiem vadītājiem sāk ļoti uzkarst, bet otrs, gluži pretēji, sāk ļoti atdzist. Radītā un absorbētā siltuma daudzums tieši ir atkarīgs no elektriskās strāvas stipruma un virziena. Ja mainīsit straumes virzienu, aukstā un karstā puse mainīsies vietām. Nedaudz vēlāk šī parādība tika nosaukta par Peltjē efektu un tika ērti aizmirsta, jo tajā laikā praktiski nebija pieprasījuma.

Un tikai pēc vairāk nekā simts gadiem, līdz ar pusvadītāju laikmeta uzplaukumu, ir steidzami nepieciešami kompakti, lēti un efektīvi dzesētāji. Tā 20. gadsimta 60. gados parādījās pirmie pusvadītāju termoelektriskie moduļi, kurus sauca par Peltjē elementiem.

Jebkura termoelektriskā moduļa pamatā ir fakts, ka dažādiem vadītājiem ir atšķirīgs elektronu enerģijas līmenis. Citiem vārdiem sakot, vienu vadītāju var attēlot kā augstas enerģijas reģionu, otru vadītāju kā zemas enerģijas reģionu. Kad divi vadoši materiāli nonāk saskarē, kamēr caur tiem tiek laista elektriskā strāva, elektronam no zemas enerģijas reģiona jāpārvietojas uz augstas enerģijas reģionu.

Tas nenotiks, ja elektrons neiegūs vajadzīgo enerģijas daudzumu. Šobrīd šo enerģiju absorbē elektrons, kontaktpunkts starp diviem vadītājiem atdziest. Ja maināt strāvas plūsmas virzienu, gluži pretēji, radīsies kontaktpunkta sildīšanas efekts.

Var izmantot jebkurus vadītājus, taču šis efekts kļūst fiziski pamanāms un nozīmīgs tikai tad, ja tiek izmantoti pusvadītāji. Piemēram, metāliem saskaroties, Peltjē efekts ir tik niecīgs, ka uz omiskās apkures fona to praktiski nevar pamanīt.

Termoelektriskais modulis (TEM) neatkarīgi no tā izmēra un pielietošanas vietas sastāv no dažāda skaita tā saukto termopāru. Termopāris ir pats pamatelements, no kura tiek veidots jebkurš TEM. Tas sastāv no diviem pusvadītājiem ar dažādiem vadītspējas veidiem. Kā zināms, ir divu veidu vadītspēja p un n tips. Attiecīgi ir divu veidu pusvadītāji. Šie divi atšķirīgie elementi ir savienoti termopārā, izmantojot vara tiltu. Kā pusvadītāji tiek izmantoti metālu sāļi, piemēram, bismuts, telūrs, selēns vai antimons.

TEM ir līdzīgu termopāru komplekts, kas savienoti viens ar otru virknē. Visi termopāri atrodas starp divām keramikas plāksnēm. Peltjē plāksne. Plāksnes ir izgatavotas no alumīnija nitrīda vai alumīnija oksīda. Termopāru skaits vienā elementā var atšķirties ļoti plašās robežās, no dažiem gabaliem līdz vairākiem simtiem vai tūkstošiem.

Citiem vārdiem sakot, Peltjē elementiem var būt pilnīgi jebkura jauda, ​​sākot no simtdaļām līdz vairākiem simtiem vai tūkstošiem vatu. Līdzstrāva secīgi iet cauri visiem termopāriem, un rezultātā augšējā keramikas plāksne tiek atdzesēta, bet apakšējā, gluži pretēji, tiek uzkarsēta. Ja mainīsit strāvas virzienu, plāksnes mainīsies vietām, augšējais sāks uzkarst, bet apakšējais - atdzist.

Elementa darbībā ir viena iezīme, kas tiek aktīvi izmantota, lai uzlabotu šīs ierīces dzesēšanas efektivitāti. Kā zināms, kad strāva tiek izlaista caur Peltjē elementu, starp virsmu, kas uzsilst, un virsmu, kas atdziest, rodas temperatūras atšķirība. Tātad, ja virsma, kas aktīvi uzsilst, tiek pakļauta piespiedu dzesēšanai. Piemēram, izmantojot īpašu dzesētāju, tas novedīs pie vēl spēcīgākas virsmas, tas ir, atdzesējamās, dzesēšanas. Šajā gadījumā temperatūras starpība ar apkārtējo gaisu var sasniegt vairākus desmitus grādu.

Priekšrocības un trūkumi

Tāpat kā jebkura tehniska ierīce, termoelektriskais modulis ir savas priekšrocības un trūkumi:

TEM efektivitātes palielināšanas problēma balstās uz tehnisku mīklu, kas līdz šim nav atrisināma. Brīvajiem elektroniem faktiski ir divējāda daba, kas izpaužas praksē un vienlaikus ir gan elektriskās strāvas, gan siltumenerģijas nesēji. Rezultātā ļoti efektīvam Peltjē elementam ir jābūt izgatavotam no materiāla, kuram vienlaikus ir divas savstarpēji izslēdzošas īpašības. Šim materiālam vajadzētu labi vadīt elektrību un slikti vadīt siltumu. Pagaidām šāds materiāls dabā nepastāv, taču zinātnieki aktīvi strādā šajā virzienā.

Visiem termoelektriskajiem moduļiem ir atbilstoši tehniskie parametri:

TEM pielietojums

Neskatoties uz nopietnu trūkumu, kas piemīt visiem Peltjē elementiem bez izņēmuma, proti, ļoti zemo efektivitāti, šīs ierīces ir atradušas diezgan plašu pielietojumu gan zinātnē un tehnoloģijā, gan ikdienas dzīvē.

Termoelektriskie moduļi ir svarīgi dizaina elementi tādām ierīcēm kā:

Peltjē elements mājamatnieka rokās

Mums nekavējoties jāizdara atruna: pašam izgatavot termoelektrisko elementu ir, maigi izsakoties, bezjēdzīgs un nevienam nevajadzīgs uzdevums. Ja vien ražotājs nav septītās klases skolēns un tādējādi nostiprina fizikas stundās iegūtās zināšanas.

Daudz vieglāk iegādāties jauns termoelektriskais elements attiecīgajā veikalā. Par laimi, tie ir lēti un konkrētam modelim izvēles netrūkst. Un papildus tam, ka tajos nav ko saplīst vai nolietot, jebkurš no vecā datora vai automašīnas kondicioniera izņemtais termoelements pēc tehniskajiem parametriem neatšķirsies no jaunā.

Populārākais termoelementu modelis ir TEC1-12706. Šīs ierīces izmēri ir 40x40 milimetri. Tas sastāv no 127 termopāriem, kas savienoti viens ar otru virknē. Paredzēts strāvai 5 A, ar ķēdes spriegumu 12 V. Šāds elements vidēji maksā no 200 līdz 300 rubļiem. Bet par simtu var atrast vai vispār par to, ja noņem no veca datora vai kādas citas nevajadzīgas ierīces.

Izmantojot šādu elementu, jūs varat izgatavot vismaz divas ļoti interesantas un noderīgas ierīces jūsu mājsaimniecībai.

Kā ar savām rokām izgatavot ledusskapi

Pārnēsājamo ledusskapju ražošana, jo īpaši automašīnām, pilnībā balstās uz Peltjē efektu. Lai izgatavotu šādu ierīci mājās, jums būs nepieciešams:

• Termopāra zīmols TEC1-12706. Maksā 200 rubļus tuvākajā veikalā (specializētā).
• Radiators un ventilators. Tie tiek noņemti no vecā datora, kas savu mērķi ir nokalpojis.
• Konteiners. Jebkurš nevajadzīgs konteiners, kas izgatavots no plastmasas, metāla vai koka. Šāda konteinera ārpuse un iekšpuse ir pārklāti ar siltumu taupošām plāksnēm, kas izgatavotas no putupolistirola vai putupolistirola.

Termoelektriskais modulis ir iebūvēts konteinera vākā. Šajā gadījumā aukstuma plūsma notiks no augšas uz leju, kas novedīs pie vienmērīgas tvertnes dzesēšanas. No konteinera iekšpuses pie tā vāka ir piestiprināts radiators, izmantojot termopastu un montāžas skrūves.

Lai palielinātu nākamās saldēšanas ierīces jaudu, varat palielināt termoelementu skaitu līdz diviem vai trim vai vairāk. Šajā gadījumā moduļi tiek pielīmēti viens pie otra, ievērojot polaritāti. Citiem vārdiem sakot, pamatā esošā elementa karstā puse saskaras ar virsējā elementa auksto pusi.

Vēl viens radiators ir pievienots vāka ārpusei kopā ar datora dzesētāju. Radiatoru uzstādīšanas vietā jābūt labai siltumizolācijai starp auksto - iekšējo un karsto - ārējo pusi. Ir ļoti rūpīgi jāpievelk augšējais un apakšējais radiators ar stiprinājuma skrūvēm, lai starp tām esošās keramikas plāksnes un termoelementi neplaisātu.

Elektrība tiek pieslēgta, izmantojot barošanas avotu, kas var paņemt no veca datora.

Pārnēsājams termoelektriskais ģenerators

Šāda minielektrostacija var lieliski palīdzēt tūristam vai medniekam, kad mežā izlādējas visu elektronisko gadžetu baterijas. Šajā situācijā ir ļoti romantiski paņemt dažas sausas skaidas un čiekurus, iekurt nelielu ugunskuru un ar to uzlādēt izlādējušās baterijas, un tajā pašā laikā pagatavot kaut ko ēdamu. Tieši to ļauj izdarīt portatīvais termoģenerators, kas uzbūvēts uz termoelementa.

Lai izveidotu šo brīnumierīci, jums ir nepieciešama pārnēsājama nometnes plīts, kas darbojas ar jebkura veida degvielu. Ārkārtējos gadījumos der pat neliela svece vai tablete ar sausu alkoholu.

Krāsnī tiek iekurts ugunskurs, kuram no ārpuses ar termopastas palīdzību piestiprināts termoelektriskais modulis. Tas caur vadiem ir savienots ar sprieguma pārveidotāju.

Saņemtās strāvas apjoms būs tieši atkarīgs no temperatūras starpības starp termoelementa aukstajām un karstajām pusēm. Efektīvai darbībai starp aukstajām un karstajām virsmām ir nepieciešama vismaz 100 grādu atšķirība.

Šajā gadījumā ir jāsaprot, ka maksimālo temperatūru ierobežo lodmetāla kušanas temperatūra, ar kuru tiek izgatavots pats modulis. Tāpēc šādām ierīcēm tiek izmantoti speciāli siltuma moduļi, kas izgatavoti, izmantojot īpašu ugunsizturīgo lodmetālu. Parastos moduļos lodmetāla kušanas temperatūra ir 150 grādi. Ugunsizturīgos moduļos lodmetāls sāk kust 300 grādu temperatūrā.

Peltjē elementu parasti sauc par pārveidotāju, kas spēj darboties no temperatūras starpības. Tas notiek, plūstot elektrisko strāvu caur vadītājiem caur kontaktiem. Šim nolūkam elementos ir paredzētas īpašas plāksnes. Siltums pāriet no vienas puses uz otru.

Mūsdienās šī tehnoloģija ir pieprasīta galvenokārt tās ievērojamās siltuma pārneses jaudas dēļ. Turklāt ierīces var lepoties ar kompaktumu. Daudzos modeļos uzstādītie radiatori ir vāji. Tas ir saistīts ar faktu, ka siltuma plūsma diezgan ātri atdziest. Tā rezultātā tiek pastāvīgi uzturēta vēlamā temperatūra.

Šim elementam nav kustīgu daļu. Ierīces darbojas absolūti klusi, un tā ir neapšaubāma priekšrocība. Jāsaka arī, ka tos var izmantot ļoti ilgu laiku, un bojājumi rodas ārkārtīgi reti. Vienkāršākais veids sastāv no vara vadītājiem ar kontaktiem un savienojošiem vadiem. Turklāt dzesēšanas pusē ir izolators. Tas parasti ir izgatavots no keramikas vai

Kāpēc ir nepieciešami Peltjē elementi?

Ledusskapju izgatavošanai visbiežāk izmanto Peltjē elementus. Parasti mēs runājam par kompaktiem modeļiem, kurus var izmantot, piemēram, autobraucēji uz ceļa. Tomēr ar to ierīču pielietojuma klāsts nebeidzas. Pēdējā laikā skaņas un akustiskajās iekārtās aktīvi tiek uzstādīti Peltier elementi. Tur viņi spēj veikt dzesētāja funkcijas.

Tā rezultātā ierīces pastiprinātājs tiek atdzesēts bez trokšņa. Pārnēsājamiem kompresoriem Peltjē elementi ir neaizstājami. Ja mēs runājam par zinātnisko nozari, zinātnieki izmanto šīs ierīces, lai atdzesētu lāzeru. Šajā gadījumā ir iespējams panākt ievērojamu gaismas diožu pētījuma viļņa stabilizāciju.

Peltier modeļu trūkumi

Šķiet, ka tik vienkāršai un efektīvai ierīcei nav trūkumu, taču daži ir. Pirmkārt, eksperti nekavējoties atzīmēja moduļa zemo iespiešanās spēju. Tas liek domāt, ka cilvēkam būs zināmas problēmas, ja viņš vēlas atdzesēt ierīci, kas darbojas no tīkla ar spriegumu 400 V. Šajā gadījumā īpaša dielektriskā pasta daļēji palīdzēs atrisināt šo problēmu. Tomēr pašreizējais sadalījums joprojām būs liels, un Peltjē elementa tinums var to neizturēt.

Turklāt šos modeļus nav ieteicams izmantot precīzajā elektronikā. Tā kā elementa dizains satur metāla plāksnes, var tikt traucēta tranzistoru jutība. Pēdējais Peltjē elementa trūkums ir zemā efektivitāte. Šīs ierīces nespēj sasniegt ievērojamu temperatūras starpību.

Modulis regulatoram

Peltjē elementa izgatavošana regulatoram ar savām rokām ir pavisam vienkārša. Lai to izdarītu, iepriekš jāsagatavo divas metāla plāksnes, kā arī elektroinstalācija ar kontaktiem. Pirmkārt, uzstādīšanai tiek sagatavoti vadītāji, kas atradīsies pie pamatnes. Parasti tos iegādājas ar "PP" marķējumu.

Turklāt normālai temperatūras kontrolei izejā jānodrošina pusvadītāji. Tie ir nepieciešami, lai ātri pārnestu siltumu uz augšējo plāksni. Lai uzstādītu visus elementus, jums vajadzētu izmantot lodāmuru. Lai pabeigtu Peltier elementu ar savām rokām, visbeidzot, pievienojiet divus vadus. Pirmais ir uzstādīts apakšējā pamatnē un piestiprināts pie visattālākā vadītāja. Jāizvairās no saskares ar plāksni.

Pēc tam pievienojiet otro vadu augšējā daļā. Fiksācija tiek veikta arī uz attālāko elementu. Lai pārbaudītu ierīces funkcionalitāti, tiek izmantots testeris. Lai to izdarītu, ierīcei ir jāpievieno divi vadi. Rezultātā sprieguma novirzei vajadzētu būt aptuveni 23 V. Šajā situācijā daudz kas ir atkarīgs no regulatora jaudas.

Ledusskapji ar termistoru

Kā ar savām rokām izgatavot Peltjē elementu ledusskapim ar termistoru? Atbildot uz šo jautājumu, ir svarīgi atzīmēt, ka tam paredzētās plāksnes ir izvēlētas tikai no keramikas. Šajā gadījumā tiek izmantoti aptuveni 20 vadītāji. Tas ir nepieciešams, lai temperatūras starpība būtu lielāka. To var palielināt līdz 70%. Šajā gadījumā ir svarīgi aprēķināt

To var izdarīt, pamatojoties uz iekārtas jaudu. Šajā gadījumā ideāls ir ledusskapis, kurā tiek izmantots šķidrais freons. Pats Peltjē elements ir uzstādīts pie iztvaicētāja, kas atrodas blakus motoram. Lai to uzstādītu, jums būs nepieciešams standarta instrumentu komplekts, kā arī blīves. Tie ir nepieciešami, lai aizsargātu modeli no palaišanas releja. Tādējādi ierīces apakšējās daļas dzesēšana notiks daudz ātrāk.

Lai ar savām rokām panāktu temperatūras starpību (Peltjē efektu), var būt nepieciešami vismaz 16 vadītāji. Galvenais ir droši izolēt vadus, kas tiks savienoti ar kompresoru. Lai visu izdarītu pareizi, vispirms ir jāatvieno ledusskapja žāvētājs. Tikai pēc tam ir iespējams savienot visus kontaktus. Kad uzstādīšana ir pabeigta, sprieguma ierobežojums jāpārbauda, ​​izmantojot testeri. Ja elements nedarbojas pareizi, termostats ir pirmais, kas cieš. Dažos gadījumos tas notiek

Modelis ledusskapim 15 V

Peltier ledusskapi var izgatavot ar savām rokām ar maziem moduļiem.Moduļi ir piestiprināti galvenokārt pie radiatoriem. Lai tos droši nostiprinātu, eksperti izmanto stūrus. Elementam nevajadzētu atspiesties pret filtru, un tas ir jāņem vērā.

Lai ar savām rokām pabeigtu Peltier termoelektrisko moduli, apakšējā plāksne galvenokārt tiek izvēlēta no nerūsējošā tērauda. Vadītāji, kā likums, tiek izmantoti ar marķējumu "PR20". Tie var izturēt maksimālo slodzi 3 A. Maksimālā temperatūras novirze var sasniegt 10 grādus. Šajā gadījumā efektivitāte var būt 75%.

Peltjē elementi 24 V ledusskapjos

Izmantojot Peltjē elementu, ledusskapi ar savām rokām var izgatavot tikai no vadītājiem ar labu blīvējumu. Tajā pašā laikā tiem jābūt sakrautiem trīs rindās dzesēšanai. Darba strāva sistēmā jāuztur 4 A. To var pārbaudīt, izmantojot parasto testeri.

Ja elementam izmantojat keramikas plāksnes, maksimālo temperatūras novirzi var sasniegt pie 15 grādiem. Vadi uz kondensatoru tiek uzstādīti tikai pēc blīves ievietošanas. Varat to piestiprināt pie ierīces sienas dažādos veidos. Galvenais šajā situācijā ir neizmantot līmi, kas ir jutīga pret temperatūru virs 30 grādiem.

Peltjē elements auto dzesētājam

Lai ar savām rokām izgatavotu augstas kvalitātes automātisko ledusskapi, tiek izvēlēts Peltier modulis (modulis) ar plāksni, kuras biezums nepārsniedz 1,1 mm. Vislabāk ir izmantot nemodulārus vadus. Darbībai būs nepieciešami arī vara vadītāji. To jaudai jābūt vismaz 4A.

Tādējādi maksimālā temperatūras novirze sasniegs 10 grādus, tas tiek uzskatīts par normālu. Visbiežāk tiek izmantoti vadītāji ar marķējumu "PR20". Viņi pēdējā laikā sevi pierādījuši kā stabilāki. Tie ir piemēroti arī dažādiem kontaktiem. Lai savienotu ierīci ar kondensatoru, tiek izmantots lodāmurs. Kvalitatīva uzstādīšana iespējama tikai uz releja bloka blīves. Atšķirības šajā gadījumā būs minimālas.

Kā uztaisīt elementu dzeramā ūdens dzesētājam?

DIY Peltier modulis (elements) dzesētājam ir diezgan vienkāršs. Ir svarīgi tam izvēlēties tikai keramikas plāksnes. Iekārtā tiek izmantoti vismaz 12 vadi.Tādējādi pretestība tiks uzturēta augsta. Elementu savienojumu parasti veic, izmantojot lodēšanu. Lai izveidotu savienojumu ar ierīci, jābūt diviem vadiem. Elementam jābūt piestiprinātam pie dzesētāja apakšas. Šādā gadījumā tas var saskarties ar ierīces vāku. Lai novērstu īssavienojumu gadījumus, ir svarīgi salabot visus elektroinstalācijas tīklus vai korpusu.

Gaisa kondicionētāji

Peltier modulis (elements) ir izgatavots ar savām rokām gaisa kondicionētājam tikai ar “PR12” klases vadītājiem. Tie ir izvēlēti šim uzdevumam galvenokārt tāpēc, ka tie labi tiek galā ar zemu temperatūru. Maksimālais modelis spēj radīt 23 V spriegumu. Pretestības indikators būs 3 omu līmenī. Temperatūras starpība sasniedz maksimumu 10 grādus, un efektivitāte ir 65%. Vadus var likt tikai vienā rindā starp loksnēm.

Ģeneratoru ražošana

Jūs varat izgatavot ģeneratoru, izmantojot Peltier moduli (elementu) ar savām rokām. Ierīces veiktspēja kopumā palielināsies par 10%. Tas tiek panākts, pateicoties lielākai motora dzesēšanai. Ierīce var izturēt maksimālo slodzi 30 A. Pateicoties lielajam vadītāju skaitam, pretestība var būt 4 omi. Temperatūras novirze sistēmā ir aptuveni 13 grādi. Modulis ir piestiprināts tieši pie rotora. Lai to izdarītu, vispirms ir jāatvieno centrālā vārpsta. Daudzos gadījumos stators netraucē. Lai rotora tinums nesakarstu no induktora, tiek izmantotas keramikas plāksnes.

Videokartes dzesēšana datorā

Lai atdzesētu videokarti, jums jāsagatavo vismaz 14 vadītāji. Vislabāk ir izvēlēties vara modeļus. To siltumvadītspējas koeficients ir diezgan augsts. Lai savienotu ierīci ar dēli, tiek izmantoti nemodulāra tipa vadi. Modelis ir uzstādīts netālu no videokartes dzesētāja. Lai to nostiprinātu, parasti tiek izmantoti mazi.

Lai tos salabotu, varat izmantot parastos riekstus. Pārmērīga trokšņa parādīšanās darbības laikā norāda, ka ierīce nedarbojas pareizi. Šajā gadījumā ir jāpārbauda vadu integritāte. Jums arī jāpārbauda vadītāji.

Peltjē elements gaisa kondicionētājam

Lai ar savām rokām izgatavotu kvalitatīvu Peltier elementu gaisa kondicionētājam, tiek izmantotas dubultās plāksnes. To minimālajam biezumam jābūt vismaz 1 mm. Šajā gadījumā var cerēt uz temperatūras novirzi par 15 grādiem. Pēc moduļu aprīkošanas gaisa kondicionētāju veiktspēja palielinās vidēji par 20%. Daudz kas šajā situācijā ir atkarīgs no apkārtējās vides temperatūras. Jāņem vērā arī tīkla sprieguma stabilitāte. Ar nelieliem traucējumiem ierīce var izturēt aptuveni 4 A slodzi.

Lodējot vadus, tos nedrīkst novietot pārāk tuvu viens otram. Lai pareizi pabeigtu Peltier moduļus ar savām rokām, ieejas un izejas kontakti jāuzstāda tikai uz vienas no divām plāksnēm. Šajā gadījumā ierīce būs kompaktāka. Nopietna kļūda šajā situācijā būtu moduļa pievienošana tieši iekārtai. Tas novedīs pie neizbēgamiem elementa bojājumiem.

Moduļa uzstādīšana uz kondensatora

Lai to uzstādītu pats, ir svarīgi novērtēt kondensatora jaudu. Ja tas nepārsniedz 20 V, tad elements jāmontē ar vadiem ar marķējumu “PR30” vai “PR26”. Lai ar savām rokām piestiprinātu Peltier moduli (elementu) uz kondensatora, izmantojiet mazus metāla stūrus.

Vislabāk ir uzstādīt tos četrus katrā pusē. Runājot par veiktspēju, kondensators galu galā var pievienot plus 10%. Ja runājam par siltuma zudumiem, tie būs nenozīmīgi. Ierīces efektivitāte ir vidēji 80%. Moduļi nav paredzēti augstsprieguma kondensatoriem. Šajā gadījumā pat liels skaits vadītāju nepalīdzēs.