Jäähdytyslaitteet ja ilmajäähdytysjärjestelmät ovat olennaisia osia jokapäiväisessä elämässä. Vakiokylmäainepohjaiset tilavuusmallit eivät kuitenkaan sovellu liikkuviin sovelluksiin, kuten kylmälaukkuihin. Tällaisissa tapauksissa käytetään Peltier-ilmiön toimintaan perustuvia laitteita, joita käsittelemme yksityiskohtaisesti tässä materiaalissa.
Peltier-elementti eli lämpösähköinen jäähdytin perustuu kahden p- ja n-johtavuuden omaavan elementin termopariin, jotka on yhdistetty toisiinsa yhdistävällä kuparilevyllä. Yksityiskohdat on useimmissa tapauksissa valmistettu vismutista, telluurista, antimonista ja seleenistä. Tällaisia laitteita käytetään kotitalouksien jäähdytysjärjestelmissä, niillä on myös kyky tuottaa energiaa.
Sisältö
Mikä se on
Ilmiö ja termi Peltier viittaavat ranskalaisen tiedemiehen Jean-Charles Peltierin vuonna 1834 tekemään löydöön.Löydön ydin on, että lämpöä vapautuu tai imeytyy jatkuvasti alueella, jossa on kosketus kahden erisuuntaisen johtimen välillä, joiden läpi virtaa sähkövirta.
Klassinen teoria selittää tämän ilmiön näin: sähkövirran avulla elektronit siirtyvät metallien välillä kiihtyen tai hidastuen riippuen eri johtavuustasoisten metallijohtimien kosketuspotentiaalierosta. Peltier-elementit myötävaikuttavat siten kineettisen energian muuntamiseen lämmöksi.
Toisessa johtimessa tapahtuu päinvastainen vaikutus, jossa energian täydentäminen on välttämätöntä fysiikan peruslain perusteella. Tämä tilanne johtuu lämpövärähtelyprosessista, jonka seurauksena toisen johtimen metalli jäähtyy.
Nykyaikaisten teknologioiden avulla on mahdollista valmistaa Peltier-moduuli, jolla on maksimaalinen lämpösähkövaikutus.
Laite ja toimintaperiaate
Nykyaikaiset Peltier-moduulit ovat rakenteita, joissa on kaksi eristelevyä ja termoparit on kytketty niiden väliin tiukasti järjestyksessä. Tämän elementin vakiokaavio sen toiminnan ymmärtämiseksi paremmin on esitetty kuvassa.
Rakenneosien nimitykset:
- A - koskettimet, joiden avulla yhteys virtalähteeseen suoritetaan;
- B - kuuma pinta;
- C - kylmä puoli;
- D - kuparijohtimet;
- E on p-liitospuolijohde;
- F on n-tyypin puolijohde.
Elementti on valmistettu siten, että molemmat pinnat ovat kosketuksissa p-n- tai n-p-liitoksiin napaisuuden perusteella. Koskettimet p-n lämpenevät ja n-p lämpötila laskee.Tämän seurauksena elementin päihin ilmestyy lämpötilaero DT. Tämä vaikutus tarkoittaa, että moduulin elementtien välillä liikkuva lämpöenergia säätelee lämpötilajärjestelmää napaisuudesta riippuen. On myös huomattava, että jos polariteetti muuttuu, kuumat ja kylmät pinnat muuttuvat.
Tekniset tiedot
Peltier-elementin tekniset parametrit ovat seuraavat:
- jäähdytysteho (Qmax) - lasketaan virtarajan ja moduulin päiden välisen lämpötilaeron perusteella. Mittayksikkö - watti;
- rajoittava lämpötilaero (DTmax) - mitattuna asteina, tämä ominaisuus on annettu optimaalisille olosuhteille;
- Imax on suurin sähkövirta, joka tarvitaan suuremman lämpötilaeron aikaansaamiseksi;
- rajajännite Umax, joka tarvitaan sähkövirran Imax saavuttamiseksi maksimilämpötilaeron DTmax saavuttamiseksi;
- Resistanssi - laitteen sisäinen vastus, mitattuna ohmeina;
- COP on Peltier-moduulin hyötysuhde, joka heijastaa jäähdytyksen ja virrankulutuksen suhdetta. Laitteen ominaisuuksista riippuen halpojen laitteiden indikaattori on välillä 0,3-0,35, kalliimmissa malleissa se vaihtelee jopa 0,5.
Siirrettävän Peltier-elementin etuja ovat pienet mitat, prosessin käännettävyys sekä mahdollisuus käyttää sitä kannettavana sähkögeneraattorina tai jääkaappina.
Moduulin haittoja ovat korkeat kustannukset, alhainen hyötysuhde 3:n sisällä, korkeat energiakustannukset ja tarve ylläpitää jatkuvasti lämpötilaeroa.
Sovellus
Vaikka otetaan huomioon alhainen hyötysuhde, Peltier-moduulin levyjä käytetään laajasti mittaus-, laskentalaitteissa sekä kannettavissa kodinkoneissa. Tässä on luettelo laitteista, joissa mallit ovat olennainen osa:
- kannettavat jäähdytyslaitteet;
- pienet sähköntuottajat;
- jäähdytyskompleksit tietokoneissa ja kannettavissa tietokoneissa;
- jäähdyttimet juomaveden lämmitykseen ja jäähdyttämiseen;
- ilmankuivaimet.
Kuinka muodostaa yhteys
Voit liittää Peltier-moduulin itse, se ei vaadi paljon aikaa ja vaivaa. Lähtökoskettimiin on syötettävä vakiojännite, joka on ilmoitettu laitteen käyttöohjeessa. Punainen johto on kytketty positiiviseen ja musta johto negatiiviseen. Huomaa, että kun napaisuus vaihdetaan, lämmitetyt ja jäähdytetyt pinnat vaihtavat paikkaa.
Ennen liittämistä on suositeltavaa tarkistaa elementin toiminta. Yksi yksinkertaisista ja luotettavista tavoista tarkistaa laite on kosketusmenetelmä: tätä varten sinun on kytkettävä laite sähkövirtalähteeseen ja kosketettava eri koskettimia. Normaalisti toimivassa laitteessa jotkut koskettimet ovat lämpimiä, kun taas toiset ovat viileitä.
Voit myös tarkistaa yleismittarilla ja sytyttimellä. Tätä varten sinun on kytkettävä anturit laitteen koskettimiin, vietävä sytytin sivuun ja tarkkailtava yleismittarin lukemia. Jos Peltier-elementti toimii vakiotilassa, lämmitysprosessin aikana syntyy sähkövirtaa toiselle puolelle ja jännitetiedot näkyvät yleismittarin näytöllä.
Kuinka tehdä tee-se-itse-peltier-elementti
Peltier-elementtiä on epäkäytännöllinen valmistaa kotona, koska se on alhainen ja vaatii erikoisosaamista toimivan elementin luomiseksi. Voit kuitenkin koota omin käsin tehokkaan liikkuvan lämpösähkögeneraattorin, joka on hyödyllinen maalla tai retkellä.
Sähköjännitteen vakauttamiseksi sinun on koottava itse standardimuunnin L6920 IC-sirulle. Laitteen tuloon on syötettävä 0,8-5,5 V jännite, ja ulostulossa se tuottaa 5 V, tämä arvo riittää lataamaan mobiililaitteiden akun vakiotilassa. Jos käytetään tavallista elektronista Peltier-laitetta, lämmitettävän pinnan lämpötilaraja on rajoitettava 150 asteeseen. Lämpötilan hallinnan helpottamiseksi on suositeltavaa käyttää vedenkeitintä kiehuvalla vedellä, jolloin malli ei kuumene yli 100 astetta.
Peltier-levyjä käytetään laajalti nykyaikaisten kodinkoneiden jäähdyttämiseen, ilmastointilaitteissa, laitteen tehokkuus on todistettu erityisesti lämpötilan stabiloimiseksi ja tehokkaan prosessorin jäähdyttämiseksi. Peltier-elementin pohjalta tehdään usein kotikäyttöön kesämökkeihin tai autoihin tehokkaita liikkuvia jääkaappeja, jotka saavat virtaa jäähdyttimestä. Prosessin palautuvuuden vuoksi itse valmistettuja elementtejä käytetään liikkuvina pienvoimalaitoksina alueilla, joilla ei ole sähkönlähdettä.
Samanlaisia artikkeleita:
