Chladicí zařízení a systémy chlazení vzduchem jsou základními prvky každodenního života. Standardní objemové konstrukce na bázi chladiva však nejsou vhodné pro mobilní aplikace, jako jsou chladicí tašky. V takových případech se používají zařízení založená na fungování Peltierova jevu, o kterých budeme podrobně hovořit v tomto materiálu.
Peltierův článek neboli termoelektrický chladič je založen na termočlánku dvou prvků s vodivostí typu p a n, které jsou spojeny spojovací měděnou deskou. Detaily jsou ve většině případů vyrobeny z vizmutu, teluru, antimonu a selenu. Taková zařízení se používají v domácích chladicích systémech, mají také schopnost generovat energii.
Obsah
co to je
Fenomén a termín Peltier naznačují objev, který v roce 1834 učinil francouzský vědec Jean-Charles Peltier.Podstatou objevu je, že teplo se neustále uvolňuje nebo pohlcuje v oblasti, kde dochází ke kontaktu dvou různě nasměrovaných vodičů, kterými protéká elektrický proud.
Klasická teorie vysvětluje tento jev takto: pomocí elektrického proudu se mezi kovy přenášejí elektrony, které se urychlují nebo zpomalují v závislosti na rozdílu kontaktních potenciálů na kovových vodičích s různou úrovní vodivosti. Peltierovy články tak přispívají k přeměně kinetické energie na teplo.
Na druhém vodiči dochází k opačnému efektu, kde je doplňování energie nutné na základě základního fyzikálního zákona. Tato situace nastává v důsledku procesu tepelné oscilace, v důsledku čehož se kov druhého vodiče ochlazuje.
Pomocí moderních technologií je možné vyrobit Peltierův modul s maximálním termoelektrickým účinkem.
Zařízení a princip činnosti
Moderní Peltierovy moduly mají konstrukci, ve které jsou dvě izolační desky a mezi nimi jsou v přísném pořadí zapojeny termočlánky. Standardní schéma tohoto prvku pro lepší pochopení jeho fungování je znázorněno na obrázku.
Označení konstrukčních prvků:
- A - kontakty, pomocí kterých se provádí připojení ke zdroji energie;
- B - horký povrch;
- C - studená strana;
- D - měděné vodiče;
- E je polovodič s přechodem p;
- F je polovodič typu n.
Prvek je vyroben tak, že oba povrchy jsou v kontaktu s p-n nebo n-p přechody na základě polarity. Kontakty p-n se zahřívají a teplota n-p klesá.V důsledku toho se na koncích prvku objeví teplotní rozdíl DT. Tento efekt znamená, že tepelná energie, která se pohybuje mezi prvky modulu, reguluje teplotní režim v závislosti na polaritě. Je třeba také poznamenat, že v případě změny polarity se mění horké a studené povrchy.
Specifikace
Technické parametry Peltierova prvku nabývají následujících hodnot:
- chladicí výkon (Qmax) - vypočítá se na základě aktuálního limitu a teplotního rozdílu mezi konci modulu. Měrná jednotka - Watt;
- mezní teplotní rozdíl (DTmax) - měřeno ve stupních, tato charakteristika je uvedena pro optimální podmínky;
- Imax je maximální elektrický proud potřebný k zajištění většího teplotního rozdílu;
- mezní napětí Umax, které je potřebné pro elektrický proud Imax k dosažení maximálního teplotního rozdílu DTmax;
- Odpor - vnitřní odpor zařízení, měřený v Ohmech;
- COP je koeficient účinnosti nebo účinnosti Peltierova modulu, který odráží poměr chlazení a spotřeby energie. V závislosti na vlastnostech zařízení je u levných zařízení indikátor v rozmezí 0,3-0,35, u dražších modelů se pohybuje až do 0,5.
Výhodou mobilního Peltierova prvku jsou malé rozměry, reverzibilita procesu a také možnost využití jako přenosné elektrocentrály nebo chladničky.
Nevýhodou modulu je vysoká cena, nízká účinnost do 3 %, vysoké náklady na energii a nutnost neustále udržovat teplotní rozdíl.
aplikace
I s ohledem na nízký koeficient účinnosti jsou desky v modulu Peltier široce používány v měřicích, výpočetních zařízeních a také v přenosných domácích spotřebičích. Zde je seznam zařízení, jejichž nedílnou součástí jsou modely:
- Přenosná chladicí zařízení;
- malé generátory elektřiny;
- chladicí komplexy v PC a laptopech;
- Chladiče pro ohřev a chlazení pitné vody;
- vysoušeče vzduchu.
Jak se připojit
Modul Peltier můžete připojit sami, nevyžaduje to mnoho času a úsilí. Výstupní kontakty musí být napájeny konstantním napětím, které je uvedeno v návodu k obsluze zařízení. Červený vodič je připojen ke kladnému a černý vodič je připojen k zápornému pólu. Všimněte si, že když je polarita obrácená, vyhřívané a chlazené povrchy si vymění místa.
Před připojením se doporučuje zkontrolovat provozuschopnost prvku. Jedním z jednoduchých a spolehlivých způsobů kontroly zařízení je hmatová metoda: k tomu musíte připojit zařízení ke zdroji elektrického proudu a dotknout se různých kontaktů. V normálně fungujícím zařízení budou některé kontakty teplé, zatímco jiné studené.
Můžete také zkontrolovat pomocí multimetru a zapalovače. Chcete-li to provést, musíte připojit sondy ke kontaktům zařízení, přivést zapalovač na jednu stranu a sledovat hodnoty multimetru. Pokud Peltierův článek pracuje ve standardním režimu, během procesu ohřevu bude na jedné straně generován elektrický proud a údaje o napětí se zobrazí na obrazovce multimetru.
Jak vyrobit peltierův prvek udělej si sám
Výroba Peltierova prvku doma je nepraktická kvůli nízkým nákladům a nutnosti speciálních znalostí k vytvoření funkčního prvku. Můžete si však vlastníma rukama sestavit účinný mobilní termoelektrický generátor, který se vám bude hodit v zemi nebo na výletě.
Pro stabilizaci elektrického napětí si budete muset sami sestavit standardní převodník na IC čip L6920. Na vstup zařízení musí být přivedeno napětí 0,8-5,5 V a na výstupu bude vyrábět 5 V, tato hodnota stačí k nabití baterie mobilních zařízení ve standardním režimu. V případě použití standardního elektronického Peltierova zařízení pak bude nutné omezit teplotní limit vyhřívaného povrchu na 150 stupňů. Pro snadnou regulaci teploty je vhodné použít konvici s vařící vodou, model se pak nezahřeje nad 100 stupňů.
Peltierovy desky jsou široce používány pro chlazení moderních domácích spotřebičů, v klimatizacích, účinnost zařízení byla prokázána zejména pro stabilizaci tepelného režimu a chlazení výkonného procesoru. Na bázi Peltierova prvku se často doma vyrábějí efektivní mobilní chladničky na chaty nebo auta, napájející radiátor. Díky reverzibilitě procesu se prvky vlastní výroby používají jako mobilní malé elektrárny v oblastech bez zdroje elektrické energie.
Podobné články:
