• Termoelektrický peltier. Peltierův článek, princip činnosti

    Peltierův termoelektrický chladič.

    Princip činnosti byl vypůjčen z netu: Činnost Peltierových prvků je založena na kontaktu dvou vodivých materiálů s různou úrovní energie elektronů ve vodivém pásmu. Když proud protéká kontaktem takových materiálů, musí elektron získat energii, aby se mohl přesunout do vyššího energetického vodivostního pásma jiného polovodiče. Když se tato energie absorbuje, kontaktní bod polovodičů se ochladí. Když proud teče opačným směrem, místo kontaktu polovodičů se kromě obvyklého tepelného efektu zahřívá.

    Při kontaktu kovů je Peltierův jev tak malý, že je neviditelný na pozadí jevů ohmického ohřevu a tepelného vedení. Proto se v praktických aplikacích využívá kontaktu dvou polovodičů.

    Vzhled Peltierova prvku. Při průchodu proudu dochází k přenosu tepla z jedné strany na druhou Peltierův článek se skládá z jednoho nebo více párů malých polovodičových rovnoběžnostěnů - jednoho typu n a jednoho typu p v páru (obvykle telurid bismutu, Bi2Te3 a křemík germanide), které jsou spojeny v párech pomocí kovových propojek. Kovové propojky slouží současně jako tepelné kontakty a jsou izolovány nevodivou fólií nebo keramickou deskou. Dvojice rovnoběžnostěnů jsou spojeny tak, že vzniká sériové spojení mnoha párů polovodičů s různými typy vodivosti, takže nahoře je jedna sekvence spojů (n->p) a dole jsou opak (p->n). Elektrický proud protéká postupně všemi rovnoběžnostěny. V závislosti na směru proudu se horní kontakty chladí a spodní ohřívají - nebo naopak. Elektrický proud tedy přenáší teplo z jedné strany Peltierova článku na opačnou stranu a vytváří teplotní rozdíl.

    Pokud je topná strana Peltierova článku chlazena, například pomocí radiátoru a ventilátoru, teplota studené strany se ještě sníží. U jednostupňových článků může být v závislosti na typu článku a velikosti proudu teplotní rozdíl až cca 70 K/

    Popis
    Peltierův článek je termoelektrický měnič, který je při přivedení napětí schopen vytvořit na deskách teplotní rozdíl, tedy čerpat teplo nebo chlad. Prezentovaný Peltierův článek se používá pro chlazení počítačových desek (za předpokladu účinného odvodu tepla), pro chlazení nebo ohřev vody. Peltierovy prvky se také používají v přenosných a automobilových lednicích.

    Peltierův článek napájený 12 volty.

    Pro zahřívání stačí přepólovat.
    Rozměry Peltierovy desky: 40 x 40 x 4 mm.
    Rozsah pracovních teplot: od -30 do +70?...
    Provozní napětí: 9-15 Voltů.
    Spotřeba proudu: 0,5-6 A.
    Maximální spotřeba: 60W.
    Vtipná maličkost, připojíme 12v + - chladí, měníme polaritu, zahřívá. Používá se v mnoha autochladničkách, alespoň já mám jednu. Do přihrádky v palubní desce můžete připevnit kompaktní schéma, aby se čokoláda v létě nerozpustila! Pro použití a efektivní využití je potřeba použít chladič - jako test jsem použil chladič z počítačového procesoru, s chladičem je to možné. Čím lepší chlazení, tím silnější a účinnější je Peltierův efekt. Při připojení na autobaterii na 12v byl odběr proudu 5 ampér. Jedním slovem, živel je nenasytný. Protože jsem ještě nesestavil celý obvod, ale provedl jsem pouze zkušební testy, bez přístrojového měření teploty. Takže v režimu chlazení po dobu 10 minut se objevil lehký mráz. V režimu ohřevu se voda v kovovém hrnku vařila. Účinnost tohoto chladiče je samozřejmě nízká, ale cena zařízení a možnost experimentovat činí nákup oprávněným. Zbytek je na fotce

    Téma chlazení PC komponent trápí mnoho uživatelů. Většina z nich je omezena na standardní vzduchové chladiče, někteří nadšenci sbírají CBO. A co dál? Ti, kteří se vážně zajímají o přetaktování, jistě slyšeli o Peltierových modulech (neboli termoelektrických modulech, dále - TEM; anglická verze - TEC, Thermoelectric Cooler) a jejich použití jako chladiče vysoce zahřívaných počítačových prvků.

    Často je však obtížné najít byť jen základní informace o správném používání těchto úžasných zařízení, proto četné chyby těch, kteří se s nimi setkávají poprvé. S Peltierovými moduly mimochodem experimentují i ​​výrobci chladicích systémů, kteří někdy veřejnosti představují velmi zajímavé koncepty. Jak TEM fungují, zda jsou opravdu tak nutné v operačním systému počítače, jak sestavit jednoduché chladiče sami a vyhnout se nejjednodušším chybám, které jsou pro začátečníky zcela typické - o tom všem povíme v tomto materiálu.

    Trochu teorie

    Co přesně jsou Peltierovy moduly? V základní definici se jedná o termoelektrické měniče, jejichž princip je založen na Peltierově jevu objeveném již v roce 1834. Podstatou tohoto procesu je vznik teplotního rozdílu v místě styku materiálů, když jimi protéká elektrický proud.

    Nebudeme se pouštět do podrobností o historii objevu a vědeckém zdůvodnění specifik práce TEM, protože tomuto tématu by mohla být věnována celá disertační práce. Zmíníme se však o obecných pojmech.

    Základní schéma zařízení TEM

    Peltierovy články se skládají ze dvou vodivých materiálů (polovodičů) s různou úrovní energie elektronů ve vodivém pásmu. Fyzika toku proudu takovými látkami je taková, že pro přechod elektronů vyžadují určité doplnění, které se získá v okamžiku, kdy proud prochází pájkou. V tomto případě je možné, aby se částice pohybovaly do vysokoenergetického vodivého pásma z jednoho materiálu do druhého. Místo dotyku polovodičů v okamžiku absorpce energie se ochlazuje. Změna směru proudu nebo pohyb elektronů z energetické zóny do zóny méně nasycené vede k zahřívání kontaktního bodu. Kromě toho je u Peltierových modulů pozorován tepelný efekt, který je charakteristický pro jakoukoli látku, kterou prochází elektrický proud. Obecně se procesy vlastní TEM projevují i ​​na kontaktním místě běžných kovů, ale je téměř nemožné je určit bez sofistikovaných přístrojů. Proto jsou základem modulů polovodiče.

    Peltierův prvek se skládá z jednoho nebo více párů polovodičových rovnoběžnostěnů různých typů (jako u diod nebo tranzistorů typu n a p). Moderní průmysl si pro tyto účely nejčastěji vybírá germanid křemíku a telurid vizmutu. Polovodiče jsou spojeny do párů kovovými propojkami z tavitelných látek. Ty působí jako tepelné kontakty a jsou v přímém kontaktu s keramickou deskou nebo stojanem. Dvojice polovodičů jsou zapojeny do série, různé druhy vedení jsou ve vzájemném kontaktu. Na jedné straně modulu je pouze n->p-přechodů, na druhé - p->n. Proud proudu způsobuje chlazení a zahřívání protilehlých skupin kontaktů. Můžeme tedy mluvit o přenosu tepelné energie proudem z jedné strany Peltierova modulu na druhou a v důsledku toho o vzniku teplotního rozdílu na desce. Správné použití modulů umožňuje vytěžit některé výhody pro průmyslové, včetně počítačových SS. Mimochodem, prvky lze také použít jako elektrické generátory - na základě stejných principů fungování je fyzika procesů probíhajících uvnitř vysvětlena Seebeckovým efektem (relativně řečeno, stejný Peltierův jev s "opačným znaménkem") .

    Výhody a nevýhody používání TEM

    Mezi výhody Peltierových modulů často patří:

    • relativně malé rozměry;
    • schopnost pracovat pro chlazení i vytápění systému;
    • nepřítomnost pohyblivých částí, mechanické součásti podléhající opotřebení.

    TEM mají zároveň řadu nevýhod, které výrazně brání jejich širokému praktickému uplatnění. Mezi nimi jsou následující:

    • nízká účinnost modulů;
    • potřeba zdroje proudu pro jejich provoz;
    • vysoká spotřeba energie pro dosažení znatelného teplotního rozdílu a v důsledku toho významné uvolňování tepla;
    • omezené rozměry a užitečné funkce.

    I přes negativní vlastnosti Peltierových modulů si však našly cestu do řady produktů. TEM jsou výhodné především tam, kde energetická účinnost chladiče není kritická, čím nižší, tím lepší. Prvky se používají k chlazení nabíjecích zařízení v digitálních fotoaparátech, čímž lze dosáhnout znatelného snížení tepelného šumu při dlouhých expozicích. Peltierovy moduly se často používají pro chlazení a řízení teploty diodových laserů za účelem stabilizace vlnové délky jejich záření. Je možné použít několik TEM řazených do série ve formě kaskád (studená strana jednoho ochlazuje horkou stranu druhého), díky čemuž je reálné dosáhnout velmi nízkých teplot u zařízení s nízkým uvolňováním tepla. Peltierovy prvky jsou základem kompaktních chladniček, především automobilových. Používají se jak v miniaturních suvenýrech z oblasti počítačových periferií, tak v produktivních CRM jako hlavní nebo pomocné komponenty. Je to poslední možnost, kterou si probereme podrobněji.

    Peltierovy moduly v PC: praxe

    Při přechodu na praktickou implementaci RM založených na TEM je třeba učinit několik výhrad, které vám umožní správně vybrat parametry finálních struktur. Experimenty začátečníků často končí nezdarem: buď jsou teploty na „studené“ straně modulů během provozu vyšší než na horké straně, nebo systémy vykazují upřímně slabé výsledky i ve srovnání se skladovými chladiči bez Peltierových prvků. Důvody často spočívají ve špatném výpočtu (nebo náhodném budování CO). Faktem je, že jakýkoli TEM má své vlastní nominální charakteristiky, obvykle existují dvě hodnoty (budeme je uvažovat na příkladu modulu TES1-12709 s deklarovaným maximálním výkonem 136 W), například píší, že ΔTmax Qcmax=0(°C) 66 a Qcmax ATmax=0(W) 89,2. Abychom parafrázovali tento výraz: modul je schopen zajistit maximální teplotní rozdíl mezi stranami, rovný 89,2 ºС v nepřítomnosti tepelné zátěže a 0 ºС v přítomnosti takové na „studené“ straně 66 W. Užitečná zátěž modulu tedy leží v rozmezí od 0 do 66 W, v ideálním případě - čím menší - tím lépe a tím větší teplotní rozdíl zajistí TEM. Zároveň má každý modul jinou charakteristiku - maximální spotřebu energie, kterou je také nutné z něj odstranit pomocí chladicího systému. U uvažovaného TEC1-12709 je Umax (V) 15,2 V, I max je 9 A. S uvedenými parametry tedy máme spotřebu 136,8 W, což je, jak vidíte, hodně.

    Chladicí systém musí úspěšně odvádět teplo přímo z modulu (udržovat teplou stranu co nejchladnější) a komponent PC. Přibližnou účinnost takového systému si můžete spočítat sami - s užitečnou složkou 150-200 W (přibližně tolik vydávají moderní přetaktované CPU), abyste získali alespoň nějaké viditelné výsledky, budete muset utratit minimálně 600-800 W elektrické energie a odvádí alespoň kilowatt tepla. To je důvod, proč se produktivní CO založené na Peltierových modulech příliš nepoužívají. Nicméně precedenty poměrně úspěšné implementace hybridních chladičů jsou známy a my se pokusíme vytvořit vlastní – nízkovýkonové a optimální. Aby nedocházelo k omezením v podobě nedostatečného odvodu tepla, umístíme na „horkou“ stranu TEM bloky produktivní vody napojené na okruh SVO. Mimochodem, Peltierovy moduly nelze instalovat přímo na jádro/kryt rozdělující teplo čipů – tenká keramická výstelka není schopna udržet efektivní přenos tepla do všech polovodičových párů, které tvoří TEM. Pro tento účel se nejlépe hodí mezilehlý "nárazník" - měděná deska o tloušťce 5-7 mm, která zcela pokrývá povrch modulu. Mimochodem, optimální režim provozu Peltierových prvků je zajištěn při snížené spotřebě napětí a proudu. Přiblížení těchto parametrů na maximum výrazně zvyšuje tepelný výkon desky, ale ne tak hmatatelně - užitečná složka.

    Grafický čip Radeonu HD 4350 a CPU Core 2 Duo E8500 jsme se rozhodli maximálně ochladit pokusem o přetaktování těchto komponent. Pro odvod tepla z GPU byl použit již zmíněný TEC1-12709 (maximální příkon - 136 W) a podomácku vyrobený měděný vodní blok, TEC1-12726 (395 W) a jeden z nejlepších průmyslových vodních bloků Swiftech Apogee GT byly spárovány s procesorem. Moduly byly připojeny přímo k počítačovému PSU do 12voltového obvodu. Využití kilowattu být tiché! Dark Power PRO BQT P6PRO-1000W dal všechny důvody, proč se nestarat o nedostatek energie pro napájení počítače a prvků chladicího systému. V okruhu CBO pracovaly dva „dvojité“ radiátory pro 120mm ventilátory a čerpadlo Hydor Seltz L30 (s výkonem 1200 l/h na volnoběh).

    Pokud jsou součásti ochlazovány na teploty pod pokojovou teplotou (zejména pod „rosný bod“), je třeba počítat s kondenzací na podchlazených površích. Je jasné, že voda v této podobě je úhlavním nepřítelem uživatele a je třeba zabránit jejímu úniku. To se provádí pečlivou izolací jakýchkoli povrchů (části PCB, blízkosocketový prostor na obou stranách desky, samotný TEM, rozvaděč tepla procesoru a GPU) materiály, které nepropouštějí vzduch. Nejlepší pro tyto účely je standardní tepelně izolační materiál na vodovodní potrubí (na bázi pěnové pryže), speciální tmely, některé druhy pěnové pryže dodávané s PC komponenty, v horším případě teplovodivá pasta a papírové ubrousky. V druhém případě je přípustné používat PC pouze pro krátkodobé benchingové sezení. Tepelná izolace zvýší celkovou účinnost instalace.

    Konečné teploty získané v různých provozních režimech komponent, jejich srovnání s indikátory poskytovanými výhradně systémem vodního chlazení, jsou znázorněny v diagramu. Jak je vidět, Peltierovy moduly umožnily snížit teplotu komponent výrazně pod pokojovou teplotu (v závislosti na zátěži). Za takových podmínek nebylo těžké procesor přetaktovat na frekvenci 4,3 GHz se zvýšením napájecího napětí na 1,35 V a přinutit GPU pracovat na 800 MHz (výchozí hodnota je 600 MHz). Zároveň jsme získali znatelné zahřívání CO zkušební stolice (v případě by se situace zhoršila výrazněji) a prudký nárůst úrovně spotřeby PC (vlastně celé konstrukce spotřebuje více než jeden počítač na základě komponent zkušební stolice). V zimě se takové řešení určitě bude hodit, ale v létě asi většinu uživatelů nepotěší.

    Jste připraveni na takové oběti, abyste dosáhli relativně nízkých teplot na PC komponentách? Rozhodněte se sami, ale pamatujte na základní rady uvedené v této části materiálu – pomohou vám správně aplikovat Peltierovy moduly v praxi. Použití chladicích systémů na bázi TEM je rozumné a oprávněné v případě komponent s nízkou spotřebou (čipové sady základní desky, GPU grafických karet nízké a střední třídy). Nezapomeňte na tepelnou izolaci chlazených prvků - kondenzát je koneckonců hlavním nepřítelem systému při experimentech s TEM.

    závěry

    Shrneme-li výše uvedené, pokud jde o vlastnosti provozu Peltierových modulů a proveditelnost jejich praktické aplikace, opakujeme: TEM mají výše uvedené výhody a nevýhody, které nám neumožňují dát jednoznačnou odpověď na otázku: „Vyplatí se to to ...?" Jejich použití má své opodstatnění pro odstranění drobné tepelné zátěže (jedná se o kompaktní ledničky, teplotně řízené lasery; CO pro nízkopříkonové PC komponenty - čipsety a jednotlivé GPU).

    Na základě Peltierových prvků je možné vytvářet různá domácí chladicí a topná zařízení, existují příklady úspěšné realizace nízkoenergetických generátorů. Než se však pustíte do výroby takových konstrukcí, seznamte se s teoretickou složkou - předběžná příprava vás ušetří chyb a ušetří čas v době praktické realizace projektů.

    Když mluvíme o použití Peltierových modulů v PC, měli bychom být docela opatrní: po přečtení o získání nízkých teplot na chlazených prvcích začátečníci často zapomínají na značnou energii spotřebovanou a uvolněnou takovými CO, neberou v úvahu parametry a „ míra bezpečnosti“ jediného designu. TEM bude zajímat především overclockery, pro které je důležitý jakýkoli vítězný stupeň a každý megahertz. Uvažované prvky jsou mezičlánkem mezi klasickými vodními chladicími systémy a chladiči nebo freony fungujícími na principu fázového přechodu. Použití TEM však není v žádném případě snadné, takže než se pustíte do vážných experimentů, pečlivě zvažte pro a proti.

    Hotové RM založené na TEM

    Peltierovy moduly používají výrobci chladicích systémů PC jako hlavní a pomocné komponenty chladičů. Někdy to má za následek efektní zařízení, někdy vše nejde tak hladce, jak bylo původně zamýšleno. Rozhodli jsme se připomenout hlavní SO používající TEM, o kterých se předpovídalo, že budou hrát roli revolucionářů své doby.

    Jeden z prvních chladičů s Peltierovým prvkem, který dělal poměrně velký rámus na poli chlazení CPU (2003). Nízká bezpečnostní rezerva, značná spotřeba energie v té době, objemná konstrukce a hlučný provoz mu však neumožnily prosadit se na trhu. Kdyby se tento model objevil o rok či dva dříve, možná by vše dopadlo jinak.

    Supercooler pro grafické karty, postavený na stejném principu jako Titan Amanda: jedna polovina chladiče pracuje přímo na odvodu tepla z GPU, druhá ochlazuje horkou stranu TEM. Svého času se ukázal jako jeden z nejlepších při testování CO pro grafické adaptéry. (Psali jsme o tom v Home PC v roce 2007.)

    Nejvýkonnější moderní řešení chlazení CPU využívající Peltierův prvek. Jedná se o produktivní vodní blok, který odvádí teplo z TEM (cca 400 W spotřebované elektrické energie), což zase vytváří optimální teplotní režim pro procesor. Tento systém je schopen provozovat Core i7 na přibližně 4 GHz při teplotách kolem 0 ºС (idle) a 20-30 ºС při maximální zátěži.

    Podobně jako u procesorového řešení se jedná o vysoce výkonný vodní blok pro grafický adaptér doplněný o Peltierův modul. V závislosti na TDP video čipu je schopen udržet svou teplotu na pokojové nebo nižší teplotě.

    Peltierovy prvky tohoto CO chladí část tepelných trubic. Přístup je docela zajímavý a správný, použití modulů vám umožní snížit procesor o několik stupňů. Ekonomická proveditelnost takového kroku je však velkou otázkou, protože V10 za významnou cenu není schopen překonat nejlepší vzduchové superchladiče. S největší pravděpodobností jsou na vině konstrukční vlastnosti a nedostatečný výkon TEM.

    Řada poměrně moderních procesorových superchladičů založených na tepelných trubicích využívajících termoelektrický modul (2007-2008). Část radiátoru odebírala teplo přímo z TEM, zatímco druhá polovina chladila topnou složku. Takový přístup k návrhu umožňuje vyhnout se prudkému přetížení CO v důsledku překročení limitů uvolňování tepla Peltierova modulu. Řada chladičů Amanda prokázala vynikající výsledky s procesory s relativně nízkým TDP.

    XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. projekt

    Majitele vodních chladičů a ty, kteří se chystají pořídit kapalinové systémy, mohou zajímat tzv. chladiče na bázi Peltierových prvků. V závislosti na typu připojení TEM k okruhu umožní mírně snížit teplotu chladicí kapaliny a při vytváření výkonných CO dokonce zajistí teplotu chladicí kapaliny blízkou nule.

    Našim čtenářům známý nadšenec Wehr-Wolf se dlouhodobě zajímá o téma efektivního chlazení PC komponent a jejich další extrémní přetaktování. Vše začalo již v roce 2005 teoretickými náčrty, úvahami a jednou z hlavních součástí systému – masivním „sendvičem“ skládajícím se z velkých vodních bloků. Dlouho opuštěné nápady však bylo možné realizovat až společně s autorem tohoto materiálu, v polovině letošního roku spuštěním nadšeneckého projektu XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. projekt.

    První spuštění chladiče TEM v terénu

    Princip fungování systému je poměrně jednoduchý: Peltierovy moduly (8 TEM s maximální spotřebou 136 W každý) ochlazují velký měděný vodní blok na obou stranách a ty jsou zase chlazeny podobnými vodními bloky. "Studený" a "horký" okruh CBO jsou od sebe zcela odděleny. K napájení takového počtu TEM při prvním spuštění byly použity dva počítačové PSU s celkovým deklarovaným výkonem 1200 W jako chladič „horkého“ okruhu, LSS se dvěma chladiči pro každý dva 120mm ventilátory, čerpané výkonné čerpadlo, fungovalo jako chladič. Ani takové CBO však nestačilo a radiátory bylo nutné propláchnout výkonnými průmyslovými ventilátory. Do „studeného“ okruhu bylo připojeno čerpadlo Hydor L20 II a vodní blok Swiftech Apogee GT, chladič byl velký vodní blok v kontaktu se „studenou“ stranou TEM. V důsledku prvního experimentu bylo možné dosáhnout teploty vody v okruhu řádově 5-7 ºС, zatímco jako zátěž pro systém byl použit procesor Core i7 965 Extreme Edition, přetaktovaný na 4 GHz. .

    Na jednu stranu jsou získané výsledky opravdu působivé – takové teploty dokážou při takovém zatížení zajistit pouze chladiče založené na systémech fázového přechodu, na druhou stranu, stojí hra za svíčku? Obrovská spotřeba energie systému, objemný CO v horké smyčce, vysoké celkové náklady jsou odůvodněny pouze koncepčním stavem XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Projekt, který je v současné době ve vývoji.

    Zdravím vás, čtenáři banggood, astrologové oznámili Peltierův týden, takže se recenze zaměří na jednu zajímavou aplikaci této mašinky. Jste vítáni pod CUT.

    Začněme vzdělávacím programem

    Jak říká Wikipedie: "Peltierův článek je termoelektrický měnič, jehož princip činnosti je založen na Peltierově jevu - vzniku teplotního rozdílu při protékání elektrického proudu." Jsem si jistý, že po této frázi to nebylo jasnější).

    Dobře, zkusíme to jinak. Představte si konkrétní akvárium skládající se ze dvou typů zón. V první zóně akvária ryby plavou rychle, ve druhé pomalu. Představme si také lopatky točící se ve vodě na hranicích zón. Pravidla jsou následující 1) ryba plave do jiné zóny pouze tehdy, když její rychlost odpovídá rychlosti nastavené pro zónu 2) při překročení hranic zóny může ryba interagovat s lopatkami a zvýšit nebo snížit svou rychlost. Nyní si představte několik zón uspořádaných za sebou. (zóny s vyšší rychlostí budeme nazývat Z+ s nízkým Z-) Ryba je v Z+ chce do Z- interaguje s lopatkou na hranici a začne plavat pomaleji, zatímco lopatky (na hranici Z+ / Z-) začněte točit rychleji. Dále se ryba chce přesunout do další zóny Z+, potřebuje zrychlit, interaguje s čepelí na hranici Z-/Z+ a zrychluje, zatímco čepel se začne otáčet pomaleji. Pak se vše opakuje. Je vidět, že některé lopatky zpomalí a jiné zrychlí. Na podobném principu funguje Peltierův prvek. Místo ryb jsou tu elektrony místo rychlosti ryb, energie elektronů v polovodičích. Když proud protéká kontaktem 2 polovodičů, musí elektron získat energii, aby se mohl přesunout do vyšší energetické zóny jiného polovodiče. Když se tato energie absorbuje, kontaktní bod polovodičů se ochladí. Když proud teče opačným směrem, kontaktní bod polovodičů se zahřívá,
    Zároveň platí, že čím větší proud, tím vyšší je efekt přenosu energie, energie se přenáší (a nikoli magicky mizí) ze „studené“ strany na „horkou“, takže Peltierův prvek je schopen ochlazovat předměty na teplota pod pokojovou teplotou (jinými slovy jde o polovodičové tepelné čerpadlo). Pokud je vaším úkolem jednoduše odstranit teplo z tranzistorového procesoru atd. použití Peltierova prvku je nerentabilní. Budete potřebovat Radiátor schopný předat teplo z chlazeného objektu do okolí + teplo vznikající při provozu Peltierova článku. Myslím, že teorie skončila, můžete pokračovat.
    Podívejme se, jak si sponzor recenze myslí, že vypadá 13,90 greenů.

    Modul je jakýmsi 5-ti úrovňovým sendvičem, skládá se z dvojice radiátorů a ventilátorů a samotného Peltierova prvku.
    Větší ventilátor slouží k odvodu tepla. Při použití síly jej lze vyjmout bez vyšroubování šroubů.
    Nejobyčejnější ventilátor (napájení 12V, velikost 90mm) je zakrytý mřížkou, zpočátku je ventilátor nastaven na odvod vzduchu.

    Na opačné straně je malý ventilátor (Napájení 12V velikost 40mm)
    Chlapec je vtažen do svědomí
    Podívejme se na radiátory
    Velký radiátor rozměr 100mm*120mm výška 20mm
    Malý radiátor 40mm*40mm výška 20mm. Radiátory jsou upevněny dvěma šrouby, v malém radiátoru jsou vyříznuty závity. Při demontáži chladiče se našla teplovodivá pasta, což je dobré, ale je vidět, že je tam podtlak.
    Za ideální nelze označit ani kontakt s velkým radiátorem.
    Hlavním závěrem je, že pokud chcete z tohoto modulu vymáčknout maximum, určitě se podívejte pod radiátory. A pokud vymažete tepelnou pastu, můžete vidět, že je zde nainstalován prvek TEC1-12705(velikost 40mm * 40mm * 4mm) i když je deklarován výkonnější TEC1-12706. Manuál pro TEC1-12705

    Vyjmeme malý radiátor a zkusíme nastartovat modul měřením teplot "teplé" a "studené" strany.
    Teplota "studené" strany -16,1 "horká" 37,5 delta 53,6. proudový odběr při 12V byl 4,2A.
    Peltierův prvek vstoupil do režimu po 90 s.

    A teď ta zábavná část.
    Najdeme kovovou a lesklou destičku a uděláme v ní otvor pro termočlánek.
    Vložíme teplovodivou pastu a nainstalujeme termočlánek
    Dále z černého papíru a konvenčních součástek vyrobíme úzce směrovaný fotodetektor a fotodiodu

    Sestavíme hotové zařízení a pamatujeme na pravidlo „úhel dopadu se rovná úhlu odrazu“
    Kdo uhodl, co to je? Jedná se o zařízení (no, přesněji řečeno model pro demonstraci principu činnosti) pro stanovení teploty rosného bodu / relativní vlhkosti vzduchu. Funguje to následovně: IR LED svítí do odrazné desky, po odrazu světlo z IR LED vstupuje do IR fotodiody. Napěťový signál se odebírá z IR fotodiody s obráceným předpětím. Při ochlazení desky na teplotu rosného bodu se na ní začne shromažďovat kondenzát, sníží se intenzita odraženého záření a změní se signál na fotodiodě. Zaznamenáním teploty desky a okolního vzduchu lze zjistit relativní vlhkost. Pro práci jsem použil Brymen BM869 (s vlastním kabelem a softwarem) a Uni-t UT61E
    Níže je výsledek
    Červený graf je teplota desky, modrý graf je signál z fotodiody. Za okamžik kondenzace budeme považovat okamžik, kdy se napětí z fotodiody změnilo o polovinu celkové změny napětí. Na základě nastavených podmínek je naměřená teplota rosného bodu v místnosti +9C Teplota okolního vzduchu je 26,7 (na grafech nebyla zobrazena, protože byla nezměněna).graf) Dále jsem použil online kalkulačku pro přepočet vlhkosti na teplotu rosného bodu
    Výsledek převodu vlhkosti z HTU21 na teplotu rosného bodu se shodoval s přímo naměřenou teplotou rosného bodu. To znamená, že pokud určíte rosný bod pomocí výše popsané metody a poté provedete přepočet, můžete přesně určit vlhkost (No, samozřejmě, pokud vše děláte dospělým způsobem). Tato metoda se nazývá metoda chlazeného zrcátka a vlhkoměry založené na tomto principu se nazývají kondenzační vlhkoměry. Doufám, že se vám recenze líbila a dozvěděli jste se něco nového. Děkuji vám všem za pozornost.

    Produkt byl poskytnut k napsání recenze obchodem. Recenze je zveřejněna v souladu s článkem 18 Pravidel webu.

    Plánuji koupit +13 Přidat k oblíbeným Recenze se líbila +59 +108

    Chladicí zařízení se v našich životech tak pevně usadilo, že je dokonce těžké si představit, jak se bez nich dalo obejít. Klasické designy chladiva ale nejsou vhodné pro mobilní použití, například jako cestovní chladící taška.

    K tomuto účelu se používají instalace, ve kterých je princip činnosti založen na Peltierově jevu. Pojďme si o tomto fenoménu krátce povědět.

    co to je?

    Tento termín označuje termoelektrický jev objevený v roce 1834 francouzským přírodovědcem Jean-Charlesem Pelletierem. Podstatou efektu je uvolňování nebo absorpce tepla v zóně, kde dochází ke kontaktu rozdílných vodičů, kterými prochází elektrický proud.

    V souladu s klasickou teorií existuje následující vysvětlení jevu: elektrický proud přenáší elektrony mezi kovy, které mohou zrychlit nebo zpomalit jejich pohyb v závislosti na rozdílu kontaktních potenciálů ve vodičích z různých materiálů. V souladu s tím se s nárůstem kinetické energie přeměňuje na teplo.

    Na druhém vodiči je pozorován opačný proces vyžadující doplnění energie v souladu se základním fyzikálním zákonem. To je způsobeno tepelným kolísáním, které způsobuje ochlazování kovu, ze kterého je vyroben druhý vodič.

    Moderní technologie umožňují vyrábět polovodičové prvky-moduly s maximálním termoelektrickým účinkem. Má smysl krátce mluvit o jejich designu.

    Zařízení a princip činnosti

    Moderní moduly jsou strukturou sestávající ze dvou izolačních desek (obvykle keramických), mezi nimiž jsou termočlánky zapojené do série. Zjednodušené schéma takového prvku lze nalézt na obrázku níže.


    Označení:

    • A - kontakty pro připojení ke zdroji energie;
    • B je horký povrch prvku;
    • C - studená strana;
    • D - měděné vodiče;
    • E je polovodič na bázi p-přechodu;
    • F je polovodič typu n.

    Konstrukce je provedena tak, že každá strana modulu se dotýká buď p-n nebo n-p přechodů (v závislosti na polaritě). Kontakty p-n se ohřívají, n-p ochlazují (viz obr. 3). V souladu s tím vzniká na stranách prvku teplotní rozdíl (DT). Pro pozorovatele bude tento efekt vypadat jako přenos tepelné energie mezi stranami modulu. Je pozoruhodné, že změna polarity napájení vede ke změně horkých a studených povrchů.


     Rýže. 3. A - horká strana termočlánku, B - studená strana

    Specifikace

    Vlastnosti termoelektrických modulů jsou popsány následujícími parametry:

    • chladicí výkon (Q max), tato charakteristika je určena na základě maximálního povoleného proudu a teplotního rozdílu mezi stranami modulu, měřeno ve Wattech;
    • maximální teplotní rozdíl mezi stranami prvku (DT max), parametr je uveden pro ideální podmínky, jednotkou měření jsou stupně;
    • přípustná proudová síla potřebná k zajištění maximálního teplotního rozdílu - I max;
    • maximální napětí U max potřebné k tomu, aby proud I max dosáhl špičkového rozdílu DT max ;
    • vnitřní odpor modulu - Resistance, se udává v Ohmech;
    • koeficient účinnosti - COP (zkratka z angličtiny - koeficient výkonu), ve skutečnosti se jedná o účinnost zařízení, ukazující poměr chlazení ke spotřebě energie. U levných prvků se tento parametr pohybuje v rozmezí 0,3-0,35, u dražších modelů se blíží 0,5.

    Označení

    Zvažte, jak se dešifruje typické značení modulů pomocí příkladu na obrázku 4.


     Obr. 4. Peltierův modul s označením TES1-12706

    Značení je rozděleno do tří smysluplných skupin:

    1. Označení prvku. První dvě písmena jsou vždy nezměněna (TE), což znamená, že se jedná o termočlánek. Další označuje velikost, mohou být písmena "C" (standardní) a "S" (malá). Poslední číslice udává, kolik vrstev (kaskád) je v prvku.
    2. Počet termočlánků v modulu zobrazený na fotografii je 127.
    3. Hodnota jmenovitého proudu v ampérech, máme - 6 A.

    Stejným způsobem se čtou i označení ostatních modelů řady TEC1, např.: 12703, 12705, 12710 atd.

    aplikace

    Navzdory poměrně nízké účinnosti jsou termoelektrické prvky široce používány v měřicích, výpočetních a domácích spotřebičích. Moduly jsou důležitým provozním prvkem následujících zařízení:

    • Mobilní chladicí jednotky;
    • malé generátory na výrobu elektřiny;
    • chladicí systémy v osobních počítačích;
    • Chladiče pro chlazení a ohřev vody;
    • odvlhčovače atd.

    Uveďme podrobné příklady použití termoelektrických modulů.

    Chladnička na Peltierových prvcích

    Termoelektrické chladicí jednotky mají výrazně horší výkon než kompresorové a absorpční protějšky. Mají však významné výhody, díky čemuž je jejich použití za určitých podmínek účelné. Mezi tyto výhody patří:

    • jednoduchost designu;
    • odolnost proti vibracím;
    • nedostatek pohyblivých prvků (s výjimkou ventilátoru, který fouká chladič);
    • nízká hladina hluku;
    • malé rozměry;
    • schopnost pracovat v jakékoli pozici;
    • dlouhá životnost;
    • malá spotřeba energie.

    Tyto vlastnosti jsou ideální pro mobilní instalace.

    Peltierův článek jako generátor elektřiny

    Termoelektrické moduly mohou fungovat jako generátory elektřiny, pokud je jedna z jejich stran vystavena nucenému ohřevu. Čím větší je teplotní rozdíl mezi stranami, tím vyšší je proud generovaný zdrojem. Bohužel maximální teplota pro termogenerátor je omezená, nemůže být vyšší než bod tání pájky použité v modulu. Porušení této podmínky povede k poruše prvku.

    Pro sériovou výrobu termogenerátorů se používají speciální moduly se žáruvzdornou pájkou, které lze zahřát na teplotu 300°C. V běžných prvcích, například TEC1 12715, je limit 150 stupňů.

    Protože účinnost takových zařízení je nízká, používají se pouze v případech, kdy není možné použít efektivnější zdroj elektrické energie. Přesto jsou mezi turisty, geology a obyvateli odlehlých oblastí žádané tepelné generátory o výkonu 5-10 W. Velká a výkonná stacionární zařízení pracující na vysokoteplotní palivo se používají k napájení plynových distribučních jednotek, zařízení meteorologických stanic atd.


    Pro chlazení CPU

    Relativně nedávno se tyto moduly začaly používat v chladicích systémech CPU osobních počítačů. Vzhledem k nízké účinnosti termoprvků jsou výhody takových konstrukcí spíše pochybné. Například pro chlazení zdroje tepla o výkonu 100-170 W (odpovídající většině moderních modelů CPU) budete muset utratit 400-680 W, což vyžaduje instalaci výkonného napájecího zdroje.

    Druhé úskalí spočívá v tom, že nezatížený procesor bude vydávat méně tepelné energie a modul jej dokáže ochladit pod rosný bod. V důsledku toho se začne tvořit kondenzace, která zaručeně vyřadí elektroniku.

    Ti, kteří se rozhodnou vytvořit takový systém sami, budou muset provést řadu výpočtů, aby vybrali výkon modulu pro konkrétní model procesoru.

    Na základě výše uvedeného není výhodné používat tyto moduly jako systém chlazení CPU, navíc mohou způsobit selhání počítačového vybavení.

    Zcela odlišná je situace u hybridních zařízení, kde se využívají tepelné moduly ve spojení s vodním nebo vzduchovým chlazením.


    Hybridní chladicí systémy se ukázaly jako účinné, ale vysoká cena omezuje okruh jejich obdivovatelů.

    Klimatizace na Peltierových prvcích

    Teoreticky bude takové zařízení konstrukčně mnohem jednodušší než klasické klimatizační systémy, ale to vše souvisí s nízkým výkonem. Jedna věc je chladit malý objem lednice, druhá věc je místnost nebo interiér auta. Klimatizační jednotky založené na termoelektrických modulech spotřebují více elektřiny (3-4krát) než zařízení pracující na chladivu.

    Pokud jde o použití jako automobilový systém klimatizace, výkon standardního generátoru nebude k provozu takového zařízení stačit. Jeho výměna za produktivnější zařízení povede ke značné spotřebě paliva, což není nákladově efektivní.

    Na tematických fórech se pravidelně objevují diskuse na toto téma a zvažují se různé domácí návrhy, ale plnohodnotný funkční prototyp ještě nevznikl (nepočítám-li klimatizaci pro křečka). Je docela možné, že se situace změní, až budou široce dostupné moduly s přijatelnější účinností.

    Pro chladicí vodu

    Termoelektrický článek se často používá jako chladič vodních chladičů. Konstrukce obsahuje: chladicí modul, regulátor ovládaný termostatem a ohřívač. Taková realizace je mnohem jednodušší a levnější než kompresorový okruh, navíc je spolehlivější a snadněji se ovládá. Existují však také určité nevýhody:

    • voda se neochlazuje pod 10-12°C;
    • chlazení trvá déle než kompresorový analog, proto není takový chladič vhodný do kanceláře s velkým počtem zaměstnanců;
    • zařízení je citlivé na vnější teplotu, v teplé místnosti se voda neochladí na minimální teplotu;
    • instalace v prašných místnostech se nedoporučuje, protože se může ucpat ventilátor a chladicí modul selže.
    Stolní vodní chladič s Peltierovým prvkem

    Vysoušeč vzduchu na Peltierových prvcích

    Na rozdíl od klimatizace je implementace vysoušeče vzduchu na termoelektrických prvcích docela možná. Design je poměrně jednoduchý a levný. Chladicí modul snižuje teplotu chladiče pod rosný bod, čímž se na něm usazuje vlhkost obsažená ve vzduchu procházejícím zařízením. Usazená voda je vypouštěna do speciální akumulační nádrže.


    I přes nízkou účinnost je v tomto případě účinnost zařízení vcelku uspokojivá.

    Jak se připojit?

    S připojením modulu nebudou žádné problémy, na výstupní vodiče je nutné přivést konstantní napětí, jeho hodnota je uvedena v datasheetu prvku. Červený vodič musí být připojen ke kladnému pólu, černý vodič k zápornému pólu. Pozornost! Obrácení polarity prohodí chlazené a vyhřívané povrchy.

    Jak zkontrolovat výkon Peltierova prvku?

    Nejjednodušší a nejspolehlivější způsob je hmatový. Modul je nutné připojit k příslušnému zdroji napětí a dotýkat se jeho různých stran. Pro funkční prvek bude jeden z nich teplejší, druhý chladnější.

    Pokud není po ruce vhodný zdroj, budete potřebovat multimetr a zapalovač. Proces ověření je poměrně jednoduchý:

    1. připojte sondy ke svorkám modulu;
    2. přineste zapálený zapalovač na jednu ze stran;
    3. sledujte hodnoty přístroje.

    V pracovním modulu se při zahřívání jedné ze stran generuje elektrický proud, který se zobrazí na přístrojové desce.

    Jak vyrobit Peltierův prvek vlastníma rukama?

    Vyrobit si modul svépomocí doma je téměř nemožné, o to více to nedává smysl vzhledem k jejich relativně nízkým nákladům (cca 4 – 10 $). Můžete si ale sestavit zařízení, které se vám bude hodit na túru, například termoelektrický generátor.


    Pro stabilizaci napětí je potřeba na IC čip L6920 sestavit jednoduchý převodník.


    Na vstup takového převodníku je přivedeno napětí v rozsahu 0,8-5,5 V, na výstupu bude vyrábět stabilních 5 V, což je docela dost na dobití většiny mobilních zařízení. Pokud je použit konvenční Peltierův článek, musí být rozsah provozních teplot vyhřívané strany omezen na 150 °C. Aby se neobtěžovalo sledování, je lepší jako zdroj tepla použít hrnec s vroucí vodou. V tomto případě je zaručeno, že se prvek nezahřeje nad 100 °C.

    Mnozí slyšeli o „magických“ Peltierových prvcích – když jimi prochází proud, jedna strana se ochlazuje a druhá zahřívá. To funguje i v opačném směru – pokud je jedna strana ohřívána a druhá ochlazována, vzniká elektřina. Peltierův jev je znám již od roku 1834, ale dodnes nás inovativní produkty založené na něm nepřestávají těšit (stačí si pamatovat, že při výrobě elektřiny, jako jsou solární panely, existuje bod maximálního výkonu, a pokud pracujete daleko od něj – vytváření efektivity je značně sníženo).

    V poslední době Číňané nabrali na síle a zaplavili internet svými relativně levnými moduly, takže experimentování s nimi už nezabere příliš peněz. Číňané slibují maximální teplotní rozdíl mezi teplou a studenou stranou 60-67 stupňů. Hmmm... Co když vezmeme 5 prvků, zapojíme je do série, pak bychom měli dostat 20C-67*5 = -315 stupňů! Ale něco mi říká, že to není tak jednoduché...

    Stručná teorie

    Klasické "čínské" Peltierovy prvky je 127 prvků zapojených do série a připájených na keramickou "desku s plošnými spoji" z Al2O3. Pokud je tedy provozní napětí 12V, pak má každý prvek pouze 94mV. Existují prvky s různým počtem po sobě jdoucích prvků a podle toho i s jiným napětím (například 5V).

    Je třeba mít na paměti, že Peltierův článek není rezistor, jeho odpor je nelineární, takže pokud použijeme 12V - nemusíme dostat 6 ampérů (u 6ampérového prvku) - proud se může měnit v závislosti na teplotě (ale ne příliš). Také při 5V (tedy méně než nominální) nebude proud 2,5A, ale méně.

    Kromě toho je množství přenášeného tepla vysoce závislé na teplotním rozdílu mezi povrchy. S rozdílem 60-67C má přenos tepla tendenci k 0 a s nulovým rozdílem - 51 wattů pro prvek 12 * 6 = 72 wattů. To již samozřejmě neusnadňuje zapojování prvků do série - je nutné, aby každý další byl rozměrově menší než předchozí, jinak se nejchladnější prvek bude snažit vydat více tepla (72W) než prvek dalšího stupně může sám procházet při požadovaném teplotním rozdílu (1 -51W).

    Peltierovy prvky jsou montovány nízkotavnou pájkou s bodem tavení 138C - pokud by tedy prvek náhodou zůstal bez chlazení a přehříval se, bude stačit připájet jeden z 127*2 kontaktů a prvek vyhodit na skládku. No, prvky jsou velmi křehké - jak keramika, tak samotné chladicí prvky - omylem jsem roztrhl 2 prvky "s sebou" kvůli tepelné pastě, která těsně zaschla:

    Snažím se



    Takže malý prvek je 5V * 2A, velký je 12 * 9A. Chladič heatpipe, pokojová teplota. Výsledek: -19 stupňů. Zvláštní… 20-67-67 = -114, ale dopadlo to mizerně -19…

    Myšlenka je vyndat vše na mrazivý vzduch, ale je tu problém - chladič heatpipe se dobře ochladí pouze tehdy, když teplota „horké“ a „studené“ strany chladiče leží na opačných stranách plynné kapaliny. fázový přechod výplně trubek. V našem případě to znamená, že chladič v podstatě není schopen uchladit nic pod +20C (protože dole fungují jen tenké stěny heatpipe). Budeme se muset vrátit k základům – k celoměděnému chladicímu systému. A aby se omezený výkon chladiče neprojevil na měření, přidejme kilogramovou měděnou desku - akumulátor tepla.


    Výsledek je šokující – stejných -19 s jedním i dvěma stupni. Okolní teplota - -10. Tito. s nulovou zátěží jsme sotva vymáčkli bídných 9 stupňů rozdílu.

    Spuštění těžkého dělostřelectva

    Ukázalo se, že chladírenský sklad #7 nebyl daleko ode mě a rozhodl jsem se zaskočit s kartonovou krabicí. Vrátil se s 5 kilogramy suchého ledu (teplota sublimace -78C). Spustíme tam měděnou konstrukci - připojíme proud - při 12V začne teplota okamžitě stoupat, při 5V klesne o 1 stupeň za vteřinu a pak rychle roste. Všechny naděje se rozplynuly...

    Závěry a video pro dezert

    Účinnost konvenčních čínských Peltierových prvků rychle klesá při teplotách pod nulou. A pokud je stále možné chladit plechovku koly s viditelnou účinností, nelze dosáhnout teplot pod -20. A problém není v konkrétních prvcích - zkoušel jsem prvky různých modelů od 3 různých prodejců - chování stejné. Vypadá to, že kryogenní stupně potřebují prvky z jiných materiálů (a možná každý stupeň potřebuje svůj vlastní materiál prvku).

    Se zbývajícím suchým ledem můžete udělat následující:

    PS. A když smícháte suchý led s isopropylalkoholem – získáte tekutý dusík pro „chudé“ – stejně zábavné je zmrazovat a lámat květiny a tak dále. To jen díky tomu, že se alkohol při kontaktu s kůží nevyvaří – mnohem snáze si přivodíte omrzliny.

    Přečtěte si více: