Peltier elemanı çalışma prensibi. Peltier elemanları. Çalışma ve uygulama. Ters etki

Biraz teori.

tek eleman termoelektrik modül(TEM) p- ve n-tipi iletkenliğe sahip iki farklı elemandan oluşan bir termokupldur. Elemanlar, bakırdan yapılmış bir bağlantı plakası vasıtasıyla birbirine bağlanır. Bizmut, tellür, antimon ve selenyum bazlı yarı iletkenler geleneksel olarak element malzemeleri olarak kullanılır.

Termoelektrik modül (Peltier elemanı) genellikle seri olarak elektriksel olarak bağlı bir termokupl setidir. Standart bir termoelektrik modülde, termokupllar, alüminyum oksit veya nitrür bazlı iki düz seramik plaka arasına yerleştirilir. Termokuplların sayısı, birimlerden yüzlerce çifte kadar geniş bir aralıkta değişebilir, bu da onda birinden yüzlerce watt'a kadar hemen hemen her soğutma gücünde TEM'ler oluşturmayı mümkün kılar.

Termoelektrik modülden geçerken sabit elektrik akımı yanları arasında sıcaklık farkı vardır -tek taraf(soğuk) soğutulur ve diğer (sıcak) ısıtılır. TEM'in sıcak tarafından, örneğin bir radyatör kullanılarak verimli ısı tahliyesi sağlanırsa, soğuk tarafta, ortam sıcaklığından onlarca derece daha düşük bir sıcaklık elde etmek mümkündür. Soğutma derecesi, akımın büyüklüğü ile orantılı olacaktır. Akımın polaritesi tersine çevrildiğinde, sıcak ve soğuk taraflar tersine çevrilir.

Pratik.

Pelte elemanları soğutma sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak pek çok insan diğer özelliklerini bilmiyor - enerji üretmek. Bu laboratuvar çalışması, yeteneklerinin incelenmesine ayrılmıştır.

İki alüminyum çubuk arasına monte edilen 50*50 mm eleman. Yüzeyleri önceden leplenir ve KPT pastası ile yağlanır. Çubuklardan birinde, su soğutması için içinden bir bakır borunun geçtiği açık delikler açılır. İşte olanlar:

Suyu soğutucuya bir tarafa bağlarız Peltier elemanı ve diğerini brülöre koyun. Elemanın çıkışına 10W 6 voltluk bir ampul bağlarız. Sonuç - jeneratörümüz çalışıyor!

Tecrübe, Peltier elemanının elektriği iyi ürettiğini kanıtlıyor. Ampul yeterince parlak yanıyor, voltaj yaklaşık 4,5 volt.

160 dereceye kadar ısıtma optimal değildi, 120 derecede sonuç sadece %10 daha kötüydü.

Çıkıştaki soğutma suyu sıcaklığı on derece, girişte ise bir derece daha azdır. Bu sonuçlara bakılırsa soğutma için su o kadar da gerekli değil...

yardım ile Peltier elemanları keşif gezisinde, kamp gezisinde, av köşkünde, kısacası ihtiyaç duyulabilecek her yerde elektrik alabilirsiniz. Doğal olarak, yakacak odun veya parlak güneş ve tabii ki yaratıcılık varlığında.

Termoelektrik modülün kullanımı.

Böyle bir termoelektrik jeneratör, Sovyet devlet çiftliklerini ve kollektif çiftlikleri hatırlayanlar tarafından iyi hatırlanır. Savaş sırasında Almanların, partizanların kuşatılmış ormandan nasıl uzun süre yayın yapabildiklerini anlayamadıklarını söylüyorlar.

Evet, dedikleri gibi - bilim adamlarımıza para ödenseydi, iphone'u 85'te icat ederlerdi! :-)

termoelektrik buzdolabı

Termoelektrik buzdolabı (seçenek 2)

Termoelektrik buzdolabı (seçenek 3)

Konserve içecekler için araba soğutucusu

İçme suyu soğutucusu

KAMAZ kabini için termoelektrik klima

Böyle bir "kepçeye" su dökülür, ateşe verilir ve lütfen cep telefonunuzu şarj edin. Bütün sır dipte, Peltier orada "gömülü"

Bu tasarıma daha yakından bakalım.

Şu anda ev aletlerinde termoelektrik jeneratör modüllerinin kullanımına artan bir ilgi var. Her şeyden önce, bu, düşük güçlü elektrik tüketicilerine - radyolar, cep telefonları ve uydu telefonları, taşınabilir bilgisayarlar, otomasyon cihazları vb. - sağlama olasılığı ile ilgilidir. Mevcut ısı kaynaklarından. Dönen, sürtünen veya başka aşınan parçaları olmayan bir termoelektrik jeneratör, herhangi bir ısı kaynağından doğrudan elektrik almanızı sağlar: içten yanmalı motorlardan çıkan egzoz gazları, jeotermal kaynaklardan gelen sıcak su, termik santrallerden gelen "atık" ısı, vesaire. Birkaç watt'tan birkaç kilovata kadar çeşitli güçlerde endüstriyel termoelektrik jeneratörlerin (TEG) oluşturulmasında kazanılan deneyimin rehberliğinde IPF KRYOTHERM, 8 W nominal güçle yerli TEG'in seri üretimine başladı. Yapısal olarak jeneratör, alt kısmında IPF Kryotherm tarafından üretilen jeneratör modüllerinin monte edildiği yaklaşık 1 litre iç hacme sahip alüminyum pota şeklinde yapılmıştır.

Jeneratörün çalışması için gerekli olan sıcaklık farkı pota örneğin bir ateş alevi ile ısıtıldığında elde edilir. Pota içerisinde ısınan su, yemek pişirmek veya başka amaçlar için kullanılabilir. Bu jeneratör öncelikle kişisel iletişim ve navigasyon, aydınlatma vb. için pilleri şarj etmek üzere uzak, ulaşılması zor yerlerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Uzun süre merkezi enerji kaynaklarından uzak durmak zorunda kalan avcılar, turistler, denizciler, kurtarma ve özel hizmetler çalışanlarının vazgeçilmezidir.

Jeneratörün avantajı, düşük ağırlığı ve hacmi, üretilen yüksek özgül gücü, işlevselliği ve yüksek güvenilirliğidir. Jeneratörün tasarımı, doğru kullanımda aşırı ısınma olasılığını ortadan kaldırır. Gibi ek seçenek Jeneratör, 3V - 6V - 9V - 12V aralığında kademeli voltaj regülatörü ve şarj cihazları için adaptörler ile sunulmaktadır.

EV TERMOELEKTRİK JENERATÖRÜ 1TG-8

Veri Sayfası

Sıvısız ağırlık, kg, en fazla 0,55

Kaba ölçüler, mm

kulpsuz 250x130x110? 123, h=100

Birçoğu "sihirli" Peltier elementlerini duymuştur - akım içlerinden geçtiğinde, bir taraf soğur ve diğer taraf ısınır. Bu da çalışır ters taraf Bir tarafı ısıtıp diğer tarafı soğutursanız elektrik üretilir. Peltier etkisi 1834'ten beri biliniyor, ancak bugüne kadar buna dayalı yenilikçi ürünler bizi memnun etmekten vazgeçmiyor (sadece güneş panelleri gibi elektrik üretirken bir maksimum güç noktası olduğunu hatırlamanız gerekiyor ve eğer ondan uzakta çalışırsınız - verimlilik üretimi büyük ölçüde azalır).

İÇİNDE Son zamanlardaÇinliler hızlandırdı ve nispeten ucuz modülleriyle interneti doldurdu, bu yüzden onlarla deney yapmak artık çok fazla para gerektirmiyor. Çin sözü maksimum fark 60-67 derecede sıcak ve soğuk taraf arasındaki sıcaklık. Hmmm... Ya 5 element alıp seri bağlarsak 20C-67*5 = -315 derece elde ederiz! Ama içimden bir ses bunun o kadar kolay olmadığını söylüyor...

Kısa teori

Unutulmamalıdır ki Peltier elemanı bir direnç değildir, direnci lineer değildir, bu yüzden 12V uygularsak - 6 amper alamayabiliriz (6 amperlik bir eleman için) - akım sıcaklığa bağlı olarak değişebilir (ancak çok fazla değil). Ayrıca, 5V'ta (yani nominalden daha az), akım 2,5A değil, daha az olacaktır.

Ayrıca, transfer edilen ısı miktarı büyük ölçüde yüzeyler arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır. 60-67C'lik bir farkla, ısı transferi 0'a ve sıfır farkla - 12 * 6 = 72 watt'lık bir eleman için 51 watt'a eğilimlidir. Açıkçası, bu zaten bir serideki elemanları bağlamayı o kadar kolay hale getirmiyor - sonraki her birinin bir öncekinden daha küçük olması gerekiyor, aksi takdirde en soğuk eleman, elemandan daha fazla ısı (72W) vermeye çalışacaktır. Bir sonraki aşamadan istenilen sıcaklık farkında (1 -51W) kendi içinden geçebilmektedir.

Peltier elemanları, erime noktası 138C olan düşük erime noktalı lehimle birleştirilir - bu nedenle, eleman yanlışlıkla soğumadan bırakılırsa ve aşırı ısınırsa, elemanı bir çöp sahasına atmak için 127 * 2 kontaklardan birini lehimlemek yeterli olacaktır. Elementler çok kırılgandır - hem seramikler hem de soğutma elemanlarının kendileri - Sıkıca kurumuş termal macun nedeniyle yanlışlıkla 2 elementi "boyunca" yırttım:

deniyorum

Fikir, her şeyi soğuk havaya çıkarmaktır, ancak bir sorun vardır - bir ısı borulu soğutucu, yalnızca soğutucunun "sıcak" ve "soğuk" taraflarının sıcaklığı gaz-sıvının zıt taraflarında bulunuyorsa iyi soğutur. Tüp doldurucunun faz geçişi. Bizim durumumuzda bu, soğutucunun temel olarak +20C'nin altındaki herhangi bir şeyi soğutamayacağı anlamına gelir (çünkü aşağıda yalnızca ince ısı boruları duvarları çalışır). Temellere geri dönmemiz gerekecek - tamamen bakır bir soğutma sistemine. Ve soğutucunun sınırlı performansının ölçümleri etkilememesi için, bir kilogramlık bir bakır levha - bir ısı akümülatörü ekleyelim.

Sonuç şok edici - hem bir hem de iki aşamalı aynı -19. Ortam sıcaklığı - -10. Onlar. sıfır yükle, sefil bir 9 derecelik farkı zar zor sıkıştırdık.

Ağır topları yaymak

Tatlı için sonuçlar ve video

Peki, kalan kuru buzla aşağıdakileri yapabilirsiniz:

PS. Ve kuru buzu izopropil alkolle karıştırırsanız, sıvı nitrojen"yoksullar" için - çiçekleri dondurmak ve kırmak vb. kadar eğlencelidir. Bunun nedeni, alkolün ciltle temas ettiğinde kaynamamasıdır - donma almak çok daha kolaydır.

Soğutma ekipmanı hayatımıza o kadar sağlam bir şekilde yerleşti ki, onsuz yapmanın nasıl mümkün olduğunu hayal etmek bile zor. Ancak klasik soğutucu akışkan tasarımları aşağıdakiler için uygun değildir: mobil kullanım, örneğin yürüyüş soğutucusu çantası olarak.

Bu amaçla çalışma prensibi Peltier etkisine dayanan kurulumlar kullanılır. Kısaca bu fenomenden bahsedelim.

Ne olduğunu?

Bu terim, 1834'te Fransız doğa bilimci Jean-Charles Pelletier tarafından keşfedilen bir termoelektrik olayı ifade eder. Etkinin özü, içinden bir elektrik akımının geçtiği farklı iletkenlerin temas ettiği bölgede ısının salınması veya emilmesidir.

Klasik teoriye uygun olarak, olgunun şu açıklaması vardır: bir elektrik akımı, farklı malzemelerden yapılmış iletkenlerdeki temas potansiyel farkına bağlı olarak hareketlerini hızlandırabilen veya yavaşlatabilen metaller arasında elektronları aktarır. Buna göre kinetik enerjideki artışla ısıya dönüşür.

İkinci iletkende, fiziğin temel yasasına göre enerjinin yenilenmesini gerektiren ters işlem gözlenir. Bunun nedeni, ikinci iletkenin yapıldığı metalin soğumasına neden olan termal dalgalanmadır.

Modern teknolojiler, maksimum termoelektrik etkiye sahip yarı iletken elemanlar-modüller üretmeyi mümkün kılar. Tasarımlarından kısaca bahsetmek mantıklı.

Cihaz ve çalışma prensibi

Modern modüller, aralarında seri olarak bağlanmış termokupllar bulunan iki yalıtkan plakadan (genellikle seramik) oluşan bir yapıdır. Böyle bir elemanın basitleştirilmiş bir diyagramı aşağıdaki şekilde bulunabilir.

Tanımlar:

• A - bir güç kaynağına bağlanmak için kontaklar;
• B, elemanın sıcak yüzeyidir;
• C - soğuk taraf;
• D - bakır iletkenler;
• E, p-kavşağı tabanlı bir yarı iletkendir;
• F, n tipi bir yarı iletkendir.

Tasarım, modülün her bir tarafı p-n veya n-p geçişler(polariteye bağlı olarak). p-n kontakları ısıtılır, n-p soğutulur (bkz. Şekil 3). Buna göre elemanın kenarlarında bir sıcaklık farkı (DT) oluşur. Bir gözlemci için bu etki, modülün yan tarafları arasında bir termal enerji transferi gibi görünecektir. Beslemenin polaritesindeki bir değişikliğin, sıcak ve soğuk yüzeylerde değişikliğe neden olması dikkat çekicidir.

Özellikler

Termoelektrik modüllerin özellikleri aşağıdaki parametrelerle açıklanmaktadır:

• soğutma kapasitesi (Q maks), bu özellik, izin verilen maksimum akım ve modülün yan tarafları arasındaki Watt cinsinden ölçülen sıcaklık farkı temel alınarak belirlenir;
• elemanın kenarları arasındaki maksimum sıcaklık farkı (DT max), parametre ideal koşullar için verilmiştir, ölçü birimi derecedir;
• maksimum sıcaklık farkını sağlamak için gereken izin verilen akım gücü - I max;
• Imax akımının DTmax tepe farkına ulaşması için gereken maksimum voltaj Umax;
• modülün iç direnci - Direnç, Ohm olarak gösterilir;
• verimlilik katsayısı - COP (İngilizce'den kısaltma - performans katsayısı), aslında bu, soğutmanın güç tüketimine oranını gösteren cihazın verimliliğidir. Ucuz elemanlar için bu parametre 0,3-0,35 aralığındadır, daha pahalı modeller için 0,5'e yaklaşır.

İşaretleme

Modüllerin tipik işaretlemesinin Şekil 4'teki örnek kullanılarak nasıl deşifre edildiğini düşünün.

İşaretleme üç anlamlı gruba ayrılır:

1. Eleman tanımı. İlk iki harf her zaman değişmez (TE), bunun bir termoelement olduğunu gösterir. Sonraki boyutu gösterir, "C" (standart) ve "S" (küçük) harfleri olabilir. Son hane, elemanda kaç katman (kademe) olduğunu gösterir.
2. Fotoğrafta gösterilen modüldeki termokupl sayısı 127'dir.
3. Amper cinsinden anma akımının değeri - 6 A'ya sahibiz.

TEC1 serisinin diğer modellerinin işaretleri de aynı şekilde okunur, örneğin: 12703, 12705, 12710, vb.

Başvuru

Oldukça düşük verime rağmen, termoelektrik elemanlar yaygın olarak ölçme, hesaplama ve Ev aletleri. Modüller, aşağıdaki cihazların önemli bir işletim elemanıdır:

• mobil soğutma üniteleri;
• elektrik üretmek için küçük jeneratörler;
• kişisel bilgisayarlarda soğutma sistemleri;
• suyu soğutmak ve ısıtmak için soğutucular;
• nem alma cihazları vb.

Termoelektrik modüllerin kullanımına detaylı örnekler verelim.

Peltier elemanları üzerinde buzdolabı

Termoelektrik soğutma üniteleri performans açısından kompresör ve absorpsiyon muadillerine göre önemli ölçüde daha düşük. Ancak, kullanımlarını belirli koşullar altında uygun hale getiren önemli avantajları vardır. Bu avantajlar şunları içerir:

• tasarımın sadeliği;
• Titreşim direnci;
• hareketli elemanların eksikliği (radyatöre üfleyen fan hariç);
• düşük gürültü seviyesi;
• küçük boyutlar;
• herhangi bir pozisyonda çalışabilme yeteneği;
• uzun hizmet ömrü;
• küçük enerji tüketimi.

Bu özellikler mobil kurulumlar için idealdir.

Bir elektrik jeneratörü olarak Peltier elemanı

Termoelektrik modüller, bir tarafları cebri ısıtmaya maruz kalırsa, elektrik jeneratörü olarak çalışabilirler. Nasıl daha fazla fark taraflar arasındaki sıcaklıklar, kaynak tarafından üretilen akım ne kadar yüksek olursa. Ne yazık ki, termojeneratör için maksimum sıcaklık sınırlıdır, modülde kullanılan lehimin erime noktasından daha yüksek olamaz. Bu koşulun ihlali, elemanın arızalanmasına yol açacaktır.

Termojeneratörlerin seri üretimi için 300°C'ye kadar ısıtılabilen refrakter lehimli özel modüller kullanılmaktadır. Sıradan elemanlarda, örneğin TEC1 12715, sınır 150 derecedir.

Bu tür cihazların verimleri düşük olduğu için sadece daha verimli bir elektrik enerjisi kaynağı kullanmanın mümkün olmadığı durumlarda kullanılırlar. Bununla birlikte, turistler, jeologlar ve uzak bölgelerde yaşayanlar arasında 5-10 W'lık termik jeneratörler talep görmektedir. Yüksek sıcaklıktaki yakıtla çalışan büyük ve güçlü sabit tesisler, gaz dağıtım birimlerine, meteoroloji istasyonu ekipmanlarına vb. güç sağlamak için kullanılır.

CPU soğutması için

Nispeten yakın zamanda, bu modüller sistemlerde kullanılmaya başlandı. CPU soğutma kişisel bilgisayarlar. Termoelementlerin düşük verimliliği göz önüne alındığında, bu tür yapıların faydaları oldukça şüphelidir. Örneğin, 100-170W gücünde bir ısı kaynağını soğutmak için (çoğu modern CPU modeline karşılık gelir), kurulum gerektiren 400-680W harcamanız gerekir. güçlü blok beslenme.

Saniye su altı kayası- yüksüz bir işlemci daha az termal enerji üretir ve modül işlemciyi çiğlenme noktasının altına soğutabilir. Sonuç olarak, elektroniği devre dışı bırakacağı garanti edilen yoğuşma oluşmaya başlayacaktır.

Kendi başına böyle bir sistem oluşturmaya karar verenlerin, belirli bir işlemci modeli için modülün gücünü seçmek için bir dizi hesaplama yapması gerekecektir.

Yukarıdakilere dayanarak, bu modülleri CPU soğutma sistemi olarak kullanmak karlı değildir, ayrıca bilgisayar ekipmanlarının arızalanmasına neden olabilir.

Termal modüllerin su veya hava soğutması ile birlikte kullanıldığı hibrit cihazlarda durum oldukça farklıdır.

Hibrit soğutma sistemlerinin etkili olduğu kanıtlanmıştır, ancak yüksek maliyeti hayran çevrelerini sınırlandırmaktadır.

Peltier elemanları üzerinde klima

Teorik olarak, böyle bir cihaz yapısal olarak klasik iklim kontrol sistemlerinden çok daha basit olacaktır, ancak her şey bağlıdır zayıf performans. Küçük hacimli bir buzdolabını soğutmak bir şeydir, başka bir şey de bir oda veya arabanın içidir. Termoelektrik modüllere dayalı klimalar, bir soğutucu akışkanla çalışan ekipmanlardan daha fazla elektrik tüketecektir (3-4 kat).

Otomotiv klima kontrol sistemi olarak kullanılmasına gelince, standart bir jeneratörün gücü böyle bir cihazı çalıştırmak için yeterli olmayacaktır. Daha üretken ekipmanla değiştirmek, uygun maliyetli olmayan önemli miktarda yakıt tüketimine yol açacaktır.

Tematik forumlarda, bu konuyla ilgili periyodik olarak tartışmalar ortaya çıkar ve çeşitli ev yapımı tasarımlar dikkate alınır, ancak tam teşekküllü bir çalışma prototipi henüz oluşturulmamıştır (bir hamster için klimayı saymaz). Daha kabul edilebilir verimliliğe sahip modüller yaygın olarak kullanılabilir hale geldiğinde durumun değişmesi oldukça olasıdır.

Soğutma suyu için

Termoelektrik eleman genellikle su soğutucuları için soğutucu olarak kullanılır. Tasarım şunları içerir: bir soğutma modülü, bir termostat tarafından kontrol edilen bir kontrolör ve bir ısıtıcı. Böyle bir uygulama, kompresör devresinden çok daha basit ve ucuzdur, ayrıca daha güvenilir ve çalıştırması daha kolaydır. Ancak bazı dezavantajlar da var:

• su 10-12°C'nin altına soğutulmaz;
• soğutma, kompresör muadilinden daha uzun sürer, bu nedenle, böyle bir soğutucu, ofis için uygun değildir. büyük miktar işçiler;
• cihaz dış sıcaklığa duyarlıdır, sıcak bir odada su minimum sıcaklığa kadar soğumaz;
• fan tıkanabileceği ve soğutma modülü arızalanabileceği için tozlu odalara kurulum önerilmez.

Peltier elemanları üzerinde hava kurutucu

Klimadan farklı olarak, nem alma cihazının uygulanması termoelektrik elemanlar oldukça mümkün. Tasarım oldukça basit ve ucuzdur. Soğutma modülü, soğutucunun sıcaklığını çiğlenme noktasının altına düşürerek, cihazdan geçen havadaki nemin cihaz üzerinde birikmesine neden olur. Çöken su, özel bir depolama tankına boşaltılır.

Düşük verimliliğe rağmen, bu durum cihazın verimi oldukça tatmin edici.

Nasıl bağlanır?

Modülü bağlarken herhangi bir sorun yaşanmayacak; sabit basınç, değeri öğenin veri sayfasında belirtilir. Kırmızı kablo pozitife, siyah kablo negatife bağlanmalıdır. Dikkat! Polaritenin tersine çevrilmesi, soğutulmuş ve ısıtılmış yüzeyleri değiştirir.

Peltier elemanının performansı nasıl kontrol edilir?

En basit ve güvenilir yol- dokunsal. Modülü uygun bir voltaj kaynağına bağlamalı ve ona dokunmalısınız. farklı taraflar. İşlenebilir bir eleman için bunlardan biri daha sıcak, diğeri daha soğuk olacaktır.

Elinizde uygun bir kaynak yoksa, bir multimetreye ve bir çakmağa ihtiyacınız olacaktır. Doğrulama işlemi oldukça basittir:

1. probları modülün terminallerine bağlayın;
2. yanlardan birine yanan bir çakmak getirin;
3. enstrümanın okumalarını gözlemleyin.

Çalışma modülünde, yanlardan biri ısıtıldığında gösterge panelinde görüntülenecek bir elektrik akımı üretilir.

Kendi ellerinizle bir Peltier elemanı nasıl yapılır?

Yapmak ev yapımı modül evde neredeyse imkansız, özellikle de nispeten düşük maliyetleri (yaklaşık 4-10 $) göz önüne alındığında hiçbir anlamı olmadığı için. Ancak yürüyüşte faydalı olacak bir cihazı, örneğin bir termoelektrik jeneratörü monte edebilirsiniz.

Voltajı dengelemek için, L6920 IC yongasına basit bir dönüştürücü monte etmeniz gerekir.

Böyle bir dönüştürücünün girişine 0,8-5,5 V aralığında bir voltaj uygulanır, çıkışta çoğu mobil cihazı şarj etmek için oldukça yeterli olan sabit bir 5 V üretecektir. Geleneksel bir Peltier elemanı kullanılıyorsa, ısıtılan tarafın çalışma sıcaklığı aralığı 150 °C ile sınırlandırılmalıdır. İzlemeyi rahatsız etmemek için, ısı kaynağı olarak bir tencere kaynar su kullanmak daha iyidir. Bu durumda elemanın 100 °C'nin üzerine ısınmaması garanti edilir.

Peltier elemanı termokupl yani sıcaklığı değiştiren ve aynı adı taşıyan Peltier prensibine göre çalışan yani elektriğin verildiği andan itibaren oluşan sıcaklık farkını gösteren bir cihazdır. İngilizce kaynaklarda termoelektrik soğutucu olarak geçmektedir. Bu etkinin tersi Seebeck etkisi olarak adlandırılır.

Cihazın çalışma prensibi

Peltier elemanı, iletken bölgedeki elektronların enerji seviyesinde farklılık gösteren bir iletken malzemenin diğeriyle etkileşimi nedeniyle işlev görür. Böyle bir iletişim kanalından geçmek, elektrona büyük bir enerji rezervi sağlar ve bu da onun daha yüksek enerji seviyesine sahip iletken bir bölgeye hareket etmesine izin verir. Bu enerjinin soğurulması iletkenlerin birleşme noktasında sıcaklığın düşmesine neden olur. Ters akım akışı meydana geldiğinde, standart bir termal etki şeklinde ifade edilen kontak ısınır.

Radyatör sisteminin çalışması sırasında bir tarafa bir soğutucu bağlanması şartıyla, ikinci taraf güçlü soğutma sağlar (ortam sıcaklığı seviyesinin onlarca dereceye kadar altına kadar). Akımın büyüklüğü ile soğuma derecesi arasında doğrudan bir ilişki vardır. Polarite tersine çevrildiğinde, ısıtma ve soğutma taraflarının konumları da tersine çevrilir.

Peltier elemanı metalden yapılmış parçalarla etkileşime girdiğinde, etkisi birçok kez azalır ve devrenin termal iletkenliği ile ilişkili çeşitli fenomenlerin etkisi altında sıcaklık kontrastı çok az fark edilir hale gelir. Bu yüzden pratik kullanım aynı anda iki yarı iletkenin kullanılmasını içerir.

Termokupllar yüz içinde herhangi bir miktarda birleştirilebilir, bu da herhangi bir soğutma kapasitesine sahip bir Peltier elemanı oluşturmayı mümkün kılar.

termoelektrik modül

Peltier etkisi, p- ve n-yarı iletkenler kullanıldığında özellikle net bir şekilde gözlemlenebilir. Elektrik akımının yönüne göre p-n-bağlantılarından geçerken enerjinin soğurulması veya salınması gerçekleşir.

TEM'de (termoelektrik modül) kullanılan bu tasarımdır. Yapısı p- ve n-iletkenlerin bir kombinasyonu olan bir termoelektrik modülün tek bir elemanıdır. Birkaç benzer eleman seri olarak bağlanırsa, ısı emilimi n-p-kontağında ve salınımı p-n-kontağında gerçekleşir. Sonuç olarak, daha önce açıklanan sıcaklık farkının olduğu durum ortaya çıkar. Genel kabul görmüş ilkeye göre, tellerin bağlı olduğu taraf sıcaktır ve şemada daima altta yer alır.

Şekil 1: Peltier termoelektrik modülü

TEM'de termokupllar, seramik malzemelerden yapılmış bir çift plaka arasına sabitlenir. Dalların her biri, sırayla alüminyum oksit gibi ısı ileten bir malzemeye bağlanan bakır iletken pedlere (lastikler) lehimlenmiştir.

Modülün çalışma voltajının seviyesi, bileşen sayısına göre belirlenmelidir. En yaygın seçenek, en yüksek voltaj seviyesi 16 volt olan 127 çiftli modüler tasarımlar. Ancak işleri için bu değerin %75'i genellikle yeterlidir. Üstelik bu rakam, çalışma koşullarının gerekliliklerini de karşıladığı ve oldukça ekonomik olduğu için en uygun olanıdır. Voltajdaki bir artışla güç neredeyse artmayacak, ancak güç tüketimi önemli ölçüde artacaktır.

Uygulamada uygulama

Bugüne kadar, Pelte öğesinin kullanımı özellikle aşağıdaki türdeki cihazlarda geçerlidir:

• buzdolapları;
• Klimalar;
• Otomotiv soğutucuları;
• Su soğutucular;
• Kişisel bilgisayarlar için video kartları.

Genel olarak Peltier elemanının çeşitli soğutma ve iklimlendirme sistemlerinin ayrılmaz bir parçası haline geldiğini söyleyebiliriz. Bu cihazı kullanmak, ekipmanın aşırı ısınması sorununu çözmek için mükemmel bir yaklaşımdır. Şu anda Peltier elemanı, çalışması tamamen sessiz olduğundan ve bu tür amaçlar için ideal olduğundan, bir akustik ve ses sistemini soğutmak için de kullanılabilir.

Peltier elementinin yüksek talep gören birkaç özelliği vardır:

• Oldukça güçlü bir ısı transferi sağlarlar;
• Neredeyse her cihazda kullanılmalarına izin veren çok mütevazı bir boyuta sahipler;
• Aynı sıcaklık rejimini uzun süre koruyabilir (radyatörler sayesinde);
• Bir dizi ayrılmaz taşınmaz bileşenden tamamlandıklarından, makul dayanıklılıkta farklılık gösterirler.

Elemanın en basit bileşeni, kontakların bağlı olduğu bir çift bakır iletkene benziyor, yalıtkan bir elemanla donatılmış bağlantı telleri (üretimi için paslanmaz çelik veya seramik kullanılıyor).

Bir Peltier öğesini kendiniz nasıl yapabilirsiniz?

Bu cihazın tasarımının sadeliği, onu kendiniz yapmaya elverişlidir. Ayrıca, pratik uygulamasının kapsamı pratik olarak sınırsızdır: buzdolapları, klimalar ve diğer ekipmanlar.

Önce bir çift metal plaka hazırlamalısınız ve ayrıca kontaklı kablolara da ihtiyacınız olacak. Her şeyden önce, cihazın tabanına yakın kurulacak iletkenleri stoklayın. Bu amaçlar için PP iletkenler en uygunudur.

Ardından, çıkışa üst plakaya ısı sağlayacak olan yarı iletkenlerin takılması gerektiğini unutmayın. Elemanı monte etmek için bir havya gereklidir. Son aşamada, birkaç kablo bağlamanız gerekecek. Biri tabanın yakınında bulunur ve en dıştaki iletkenin yanına güvenli bir şekilde sabitlenir. Plaka ile temas olmaması önemlidir.

İkinci iletkenin bağlantı yeri üst kısma yakındır ve aynı şekilde en dıştaki iletkene sabitlenir.

Elemanın çalışabilirliğini kontrol etmek için bir test cihazı kullanmanız gerekecektir. Cihaz kablolara bağlanır ve voltaj ölçülür. Standart voltaj sapma göstergesi yaklaşık 23 volta ulaşır.

Pelte elemanının gücü doğrudan boyutlarına bağlıdır, kendiniz monte ederken veya kurarken bu dikkate alınmalıdır. Yeterince güçlü olmayan bir elemanın kurulması, ekipmanın bozulmasını engellemez, yalnızca geciktirir. Aynı zamanda aşırı güç, özellikle elektronik cihazlar için tehlikeli olan havadaki nem yoğunlaşmaya ve cihazların yüzeylerine yerleşmeye başlayabildiğinde sıcaklık seviyesinin kritik bir seviyeye düşmesine neden olur.

Ek olarak, modülün diğer tarafı oldukça fazla ısı kaynağıdır, bu nedenle güvenli çalışmasını sağlamak için oldukça büyük bir fan gerekir.

Peltier elemanına dayalı bir jeneratör nasıl yapılır?

Peltier unsuruna dayalı jeneratörler, uygarlıktan oldukça uzun bir süre uzak kaldıkları için basit ve uygun fiyatlı bir enerji kaynağına ihtiyaç duyan insanlar için özellikle ilgi çekicidir. Ayrıca kişisel bilgisayar parçalarının aşırı ısınması için yaygın olarak kullanılırlar.

Şekil 2: Peltier elemanına dayalı jeneratör.

Peltier elemanları yeterli ilginç prensip hareket ederler, ancak ek olarak ilginç bir özellikleri vardır: onlara bir sıcaklık farkı uygulanırsa elektrik üretirler. Bu cihaza dayalı jeneratörün varyantlarından biri aşağıdaki tasarımı varsayar:

Buhar, 1 cm kalınlığında bir plakadan (malzeme: alüminyum) yapılmış ısı eşanjörü boşluğuna yönlendirilen iki borudan (biri giriş için, diğeri çıkış için) hareket eder.

Isı eşanjörünün her açıklığının bir kanalla bağlantısı vardır. Isı eşanjörünün boyutları, Peltier elemanlarının boyutlarını tam olarak kopyalar. Isı eşanjörünün iki tarafına iki eleman dört vidayla (her bir tarafta 2 adet) sabitlenmiştir. Sonuç olarak, ısı eşanjörünün delikleri ve kanalları sayesinde, komple sistem buharın geçtiği iletişim bölümleri. İleriye doğru hareket eden buhar, odaya bir borudan girer ve diğerinden çıkarak bir sonraki odaya geçer. Buhar tarafından iletilen ısı, buhar ısı eşanjörünün malzemesiyle olduğu kadar yüzeyleriyle de doğrudan temas halinde olduğunda Peltier elemanlarına iletilir.

Elemanları ısı eşanjörü gövdesine sıkıca bastırmak ve termal enerjinin "soğuk" tarafa çıkarılmasını organize etmek için 0,5 cm kalınlığında alüminyum plakalar kullanılır. Son aşamada, tüm yapı silikon dolgu macunları ile kapatılır.

Bundan sonra, borulardan buhar geçirilir ve yapı soğuk suya daldırılır. Tüm sistem çalışmaya başlar. "Sıcak" ve "soğuk" taraflar arasındaki sıcaklık farkı minimuma indirilene kadar elektrik akımı üretilecektir.

Daha basit bir yöntem de var.

Şarj telefon kablosuna bağlanan Peltier elemanı, alüminyum radyatöre ("soğuk" tarafla temas edecek olan) bir sızdırmazlık maddesi yardımıyla sabitlenir. Cihazın üzerine herhangi bir sıcak nesne, örneğin bir fincan sıcak çay konur. Birkaç saniye sonra telefon şarj edilebilir. Çay soğuyana kadar şarj işlemi devam edecektir.

Yorum yazın, makaleye eklemeler yapın, belki bir şeyi kaçırdım. Bir göz atın , benimkinde yararlı başka bir şey bulursanız sevinirim.

Peltier yarı iletken buzdolapları

Modern yüksek performanslı işletim elektronik parçalar Bilgisayarların temelini oluşturan , özellikle zorunlu hız aşırtma modlarında çalıştırılırken önemli miktarda ısı yayılımına eşlik eder. Etkili çalışma Bu tür bileşenlerin çoğu, çalışmaları için gerekli sıcaklık koşullarını sağlayan yeterli soğutma araçları gerektirir. Kural olarak, optimum sıcaklık koşullarını korumanın bu tür araçları, geleneksel soğutuculara ve fanlara dayalı soğutuculardır.

Bu tür araçların güvenilirliği ve performansı, tasarımlarının, kullanımlarının iyileştirilmesi nedeniyle sürekli olarak artmaktadır. en son teknolojiler ve bileşimlerinde çeşitli sensörlerin ve kontrollerin kullanılması. Bu, bu tür araçları bilgisayar sistemlerine entegre etmeyi mümkün kılar, bilgisayar elemanlarının çalışması için güvenilirliği artıran ve sorunsuz çalışmasını uzatan optimum sıcaklık koşullarını sağlarken en yüksek verimliliği elde etmek için operasyonlarının teşhisini ve kontrolünü sağlar.

Geleneksel soğutucuların parametreleri sürekli olarak gelişmektedir, ancak son zamanlarda Peltier yarı iletken buzdolapları gibi elektronik elemanları soğutmak için bu tür özel araçlar bilgisayar pazarında ortaya çıktı ve kısa sürede popüler hale geldi (soğutucu kelimesi sıklıkla kullanılmasına rağmen, bu durumda doğru terim Peltier elemanları tam olarak buzdolabıdır).

1834 gibi erken bir tarihte keşfedilen Peltier etkisine dayanan özel yarı iletken termoelektrik modüller içeren Peltier buzdolapları, son derece umut verici soğutma cihazlarıdır. Bu tür araçlar, bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında uzun yıllardır başarıyla kullanılmaktadır.

Altmışlı ve yetmişli yıllarda yerli sanayi, çalışması Peltier etkisine dayanan ev tipi küçük boyutlu buzdolapları üretmek için tekrar tekrar girişimlerde bulundu. Ancak mevcut teknolojilerin kusurlu olması, düşük verimlilik ve yüksek fiyatlar, bu tür cihazların o dönemde araştırma laboratuvarlarından ve test tezgahlarından çıkmasına izin vermiyordu.

Ancak Peltier etkisi ve termoelektrik modüller, bilim adamlarının çoğuyla tek başına kalmadı. Teknolojileri geliştirme sürecinde, birçok olumsuz olgu önemli ölçüde azaltılmıştır. Bu çabaların bir sonucu olarak, yüksek verimli ve güvenilir yarı iletken modüller yaratılmıştır.

Çalışması Peltier etkisine dayanan bu modüller son yıllarda bilgisayarların çeşitli elektronik bileşenlerini soğutmak için aktif olarak kullanılmaktadır. Özellikle modern soğutmak için kullanılmaya başlandı. güçlü işlemciler, çalışmasına yüksek düzeyde ısı salınımı eşlik eder.

Eşsiz termal ve operasyonel özellikleri nedeniyle, termoelektrik modüllere (Peltier modülleri) dayalı cihazlar, herhangi bir özel teknik zorluk ve finansal maliyet olmaksızın bilgisayar öğelerinin gerekli soğutma seviyesini elde etmenizi sağlar. Elektronik bileşenlerin soğutucuları olarak, çalışmaları için gerekli sıcaklık koşullarını korumanın bu yolları son derece umut vericidir. Kompakt, kullanışlı, güvenilir ve çok yüksek iş verimliliğine sahipler.

Yarı iletken buzdolapları, elemanları zorlanmış modlarda kurulan ve çalıştırılan bilgisayar sistemlerinde yoğun soğutma sağlama aracı olarak özellikle ilgi çekicidir. Bu tür modların kullanımı - hız aşırtma (hız aşırtma), genellikle kullanılan elektronik bileşenlerin ve dolayısıyla kural olarak tüm bilgisayar sisteminin performansında önemli bir artış sağlar. Ancak, iş bilgisayar Bileşenleri bu tür modlarda, önemli ölçüde ısı yayılımı ile karakterize edilir ve genellikle yeteneklerinin sınırındadır. bilgisayar mimarileri, mevcut ve kullanılan mikroelektronik teknolojilerin yanı sıra. Çalışmalarına yüksek ısı dağılımının eşlik ettiği bu tür bilgisayar bileşenleri, yalnızca yüksek performanslı işlemciler değil, aynı zamanda modern yüksek performanslı video bağdaştırıcılarının ve bazı durumlarda bellek modülü yongalarının öğeleridir. Bu tür güçlü öğeler, normal modlarda ve hatta hız aşırtma modlarında bile doğru çalışmaları için yoğun soğutma gerektirir.

Peltier modülleri

Peltier buzdolapları, çalışması Peltier etkisine dayanan geleneksel, sözde termoelektrik buzdolabı kullanır. Bu etki, adını, keşfini bir buçuk asırdan fazla bir süre önce, 1834'te yapan Fransız saatçi Peltier'den (1785-1845) almıştır.

Peltier, keşfettiği fenomenin özünü tam olarak anlamadı. Bu fenomenin gerçek anlamı, birkaç yıl sonra 1838'de Lenz (1804-1865) tarafından belirlendi.

Lenz, iki bizmut ve antimon çubuğunun birleştiği yerdeki girintiye bir damla su koydu. Bir yönde bir elektrik akımı geçtiğinde, bir su damlası donar. Akım ters yönde geçtiğinde, ortaya çıkan buz eridi. Böylece, iki elektrik akımı iletkeninin temasından geçerken, Joule ısısına ek olarak, ikincisinin yönüne bağlı olarak, Peltier ısısı adı verilen ek ısının salındığı veya emildiği bulundu. Bu fenomene Peltier fenomeni (Peltier etkisi) denir. Böylece, Seebeck fenomeninin tersidir.

içinde ise kapalı devre Birkaç metal veya yarı iletkenden oluşan, metallerin veya yarı iletkenlerin temas noktalarındaki sıcaklıklar farklıdır, o zaman devrede bir elektrik akımı belirir. Bu termoelektrik akım fenomeni, 1821'de Alman fizikçi Seebeck (1770-1831) tarafından keşfedildi.

Akımın karesiyle (Q=R·I·I·t) orantılı olan Joule-Lenz ısısından farklı olarak, Peltier ısısı akımın birinci gücüyle orantılıdır ve ikincisinin yönü değiştiğinde işaret değiştirir. . Peltier ısısı, deneysel çalışmaların gösterdiği gibi, aşağıdaki formülle ifade edilebilir:

Qp = Pq

burada q, geçen elektrik miktarıdır (q=I t), P, değeri temas eden malzemelerin doğasına ve sıcaklıklarına bağlı olan sözde Peltier katsayısıdır.

Peltier ısısı Qp, salınırsa pozitif, emilirse negatif kabul edilir.

Pirinç. 1. Peltier ısısını, Cu - bakır, Bi - bizmutu ölçmek için deneyin şeması.

Peltier ısı ölçümü deneyinin sunulan şemasında, kalorimetrelere indirilen R (Cu + Bi) tellerinin aynı direnciyle, her kalorimetrede aynı Joule ısısı, yani Q = R I I I t salınacaktır. Peltier ısısı ise bir kalorimetrede pozitif, diğerinde negatif olacaktır. Bu şemaya göre Peltier ısısını ölçmek ve farklı iletken çiftleri için Peltier katsayılarının değerlerini hesaplamak mümkündür.

Peltier katsayısının büyük ölçüde sıcaklığa bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. Çeşitli metal çiftleri için Peltier katsayısının bazı değerleri tabloda verilmiştir.

Malzemelerin önemli bir teknik özelliği olan Peltier katsayısı genellikle ölçülmez, Thomson katsayısı aracılığıyla hesaplanır:

P = bir T

burada P Peltier katsayısıdır, a Thomson katsayısıdır, T mutlak sıcaklıktır.

Peltier etkisinin keşfi, fiziğin müteakip gelişimi ve daha sonra çeşitli teknoloji alanları üzerinde büyük bir etkiye sahipti.

Dolayısıyla, açık etkinin özü şu şekildedir: bir elektrik akımı, yönüne bağlı olarak farklı malzemelerden yapılmış iki iletkenin temasından geçtiğinde, Joule ısısına ek olarak, Peltier adı verilen ek ısı açığa çıkar veya emilir. sıcaklık. Bu etkinin tezahür derecesi büyük ölçüde seçilen iletkenlerin malzemelerine ve kullanılan elektrik modlarına bağlıdır.

Klasik teori, Peltier fenomenini, akımla bir metalden diğerine taşınan elektronların, metaller arasındaki iç temas potansiyel farkı tarafından hızlandırılması veya yavaşlatılması gerçeğiyle açıklar. İlk durumda elektronların kinetik enerjisi artar ve ardından ısı şeklinde salınır. İkinci durumda, elektronların kinetik enerjisi azalır ve bu enerji kaybı, ikinci iletkenin atomlarının termal titreşimleri nedeniyle yenilenir. Sonuç soğutmadır. Daha eksiksiz bir teori, bir elektronun bir metalden diğerine transferi sırasında potansiyel enerjideki değişimi değil, toplam enerjideki değişimi hesaba katar.

Peltier etkisi en çok p- ve n-tipi yarı iletkenlerde gözlenir. Yarı iletken kontağından geçen elektrik akımının yönüne bağlı olarak farklı tip- elektronlar (n) ve boşluklar (p) tarafından temsil edilen yüklerin etkileşimi nedeniyle p-n- ve n-p-geçişleri ve rekombinasyon enerjileri ya emilir ya da salınır. Bu etkileşimlerin ve üretilen enerji süreçlerinin bir sonucu olarak, ısı ya emilir ya da salınır. Termoelektrik buzdolaplarında p- ve n-tipi iletkenliğe sahip yarı iletkenlerin kullanımı, Şek. 2.

Pirinç. 2. Termoelektrik buzdolaplarında p- ve n-tipi yarı iletkenlerin kullanımı.

Çok sayıda p ve n tipi yarı iletken çiftini birleştirmek, nispeten yüksek güce sahip soğutma elemanları - Peltier modülleri oluşturmanıza olanak tanır. Bir yarı iletken termoelektrik Peltier modülünün yapısı, Şek. 3.

Pirinç. 3. Peltier modülünün yapısı

Peltier modülü, p-n- ve n-p-bağlantıları oluşturan seri bağlanmış p- ve n-tipi yarı iletkenlerden oluşan bir termoelektrik buzdolabıdır. Bu geçişlerin her biri, iki radyatörden biri ile termal temasa sahiptir. Belirli bir kutuptaki elektrik akımının geçişi sonucunda Peltier modülünün radyatörleri arasında bir sıcaklık farkı oluşur: bir radyatör buzdolabı gibi çalışır, diğer radyatör ısınır ve ısıyı uzaklaştırmaya yarar. Şek. Şekil 4, tipik bir Peltier modülünün görünümünü göstermektedir.

Pirinç. 4. Peltier modülünün görünümü

Tipik bir modül, onlarca derecelik önemli bir sıcaklık farkı sağlar. Isıtma radyatörünün uygun cebri soğutması ile ikinci radyatör olan buzdolabı, negatif sıcaklıklara ulaşılmasını mümkün kılar. Sıcaklık farkını artırmak için Peltier termoelektrik modüllerin kaskad bağlantısı, yeterince soğutulmaları koşuluyla mümkündür. Bu, önemli bir sıcaklık farkı elde etmek ve korunan elemanların etkili bir şekilde soğutulmasını sağlamak için nispeten basit araçlara izin verir. Şek. Şekil 5, tipik Peltier modüllerinin kaskad bağlantısının bir örneğini göstermektedir.

Pirinç. 5. Peltier modüllerinin kademeli bağlantısına bir örnek

Peltier modüllerini temel alan soğutma cihazlarına genellikle aktif Peltier soğutucular veya kısaca Peltier soğutucular denir.

Peltier modüllerinin aktif soğutucularda kullanılması, onları geleneksel soğutucu ve fanlara dayalı standart soğutucu türlerinden önemli ölçüde daha verimli hale getirir. Ancak Peltier modüllü soğutucuları tasarlama ve kullanma sürecinde modüllerin tasarımından, çalışma prensiplerinden, modern bilgisayar donanımının mimarisinden ve işlevsellik sistem ve uygulama yazılımı.

Büyük önem kural olarak boyutuna bağlı olan Peltier modülünün gücünü oynar. Düşük güç modülü, aşırı ısınma nedeniyle korunan elektronik elemanın, örneğin bir işlemcinin arızalanmasına yol açabilecek gerekli soğutma seviyesini sağlamaz. Bununla birlikte, çok büyük modüllerin kullanılması, soğutma radyatörünün sıcaklığının, elektronik devreler için tehlikeli olan havadan nem yoğuşması seviyesine düşmesine neden olabilir. Bunun nedeni, yoğuşma sonucu sürekli olarak üretilen suyun, bilgisayarın elektronik devrelerinde kısa devrelere yol açabilmesidir. Burada, modern iletkenlerde iletken iletkenler arasındaki mesafenin baskılı devre kartı genellikle bir milimetrenin kesri kadardır. Bununla birlikte, her şeye rağmen, yüksek performanslı soğutucuların bir parçası olan güçlü Peltier modülleri ve buna karşılık gelen sistemlerdir. ek soğutma ve havalandırma, ortak araştırmadaki KryoTech ve AMD'nin dağılmasına izin verdi AMD işlemciler, geleneksel teknoloji tarafından 1 GHz'i aşan bir frekansa, yani çalışma frekanslarını normal çalışma moduna kıyasla neredeyse 2 kat artırmak için yaratılmıştır. Ve vurgulanmalıdır ki verilen seviye zorunlu modlarda işlemcilerin gerekli kararlılığı ve güvenilirliği sağlanırken performans elde edildi. Eh, bu kadar aşırı hız aşırtmanın sonucu, 80x86 mimarisinin işlemcileri ve komut seti arasında bir performans rekoruydu. Ve KryoTech, soğutma ünitelerini piyasaya sunarak iyi para kazandı. Uygun elektronik aksamla donatılmış olarak, yüksek performanslı sunucular ve iş istasyonları için platformlar olarak rağbet gördüklerini kanıtladılar. Ve AMD, işlemcilerinin mimarisini daha da geliştirmek için ürünlerinin yüksek seviyesinin ve zengin deneysel materyalinin onayını aldı. Bu arada işlemcilerle de benzer çalışmalar yapılmıştı. Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, bu da performansta önemli bir artışla sonuçlandı.

Çalışmaları sırasında Peltier modüllerinin göreceli olarak yayıldığı belirtilmelidir. çok sayıda sıcaklık. Bu nedenle, soğutucunun bir parçası olarak yalnızca güçlü bir fan kullanmamalı, aynı zamanda diğer bilgisayar bileşenlerinin aşırı ısınmasını önlemek için bilgisayar kasasının içindeki sıcaklığı azaltacak önlemler almalısınız. Bunun için kullanılması tavsiye edilir. ek fanlar bilgisayar kasasının tasarımında, kasanın dışındaki ortamla daha iyi ısı alışverişi sağlamak için.

Şek. Şekil 6, bir Peltier yarı iletken modülü içeren aktif bir soğutucunun görünümünü göstermektedir.

Pirinç. 6. Soğutucunun Peltier modülü ile görünümü

Peltier modüllerine dayalı soğutma sistemlerinin yalnızca elektronik sistemler bilgisayarlar gibi. Bu tür modüller, çeşitli yüksek hassasiyetli cihazları soğutmak için kullanılır. Peltier modülleri bilim için büyük önem taşımaktadır. Her şeyden önce, bu fizik, kimya ve biyolojide yürütülen deneysel araştırmalarla ilgilidir.

Peltier modülleri ve buzdolapları ile bunların uygulamalarının özellikleri ve sonuçları hakkında bilgiler, örneğin aşağıdaki adreslerde bulunan İnternet sitelerinde bulunabilir:

Operasyon özellikleri

Elektronik bileşenlerin soğutulmasında kullanılan Peltier modülleri, nispeten yüksek güvenilirlikle karakterize edilir ve geleneksel teknoloji kullanılarak oluşturulan buzdolaplarının aksine hareketli parçaları yoktur. Ve yukarıda belirtildiği gibi, çalışmalarının verimliliğini artırmak için, korunan elektronik elemanların kasalarının sıcaklığını önemli dağıtma güçleriyle bile negatif değerlere getirmeyi mümkün kılan kademeli kullanıma izin verirler.

Bununla birlikte, bariz avantajlarına ek olarak, Peltier modülleri, soğutma sıvılarının bir parçası olarak kullanılırken dikkate alınması gereken bir takım özel özelliklere ve karakteristiklere de sahiptir. Bazıları zaten not edildi, ancak Peltier modüllerinin doğru şekilde uygulanması için daha ayrıntılı bir şekilde ele alınmaları gerekiyor. İLE en önemli özellikler aşağıdaki çalışma özelliklerini içerir:

• Çalışmaları sırasında büyük miktarda ısı yayan Peltier modülleri, soğutma modüllerinden fazla ısıyı etkili bir şekilde çıkarabilen soğutucuda uygun soğutucuların ve fanların bulunmasını gerektirir. Termoelektrik modüllerin nispeten düşük bir performans katsayısı (COP) ile karakterize edildiğine ve bir ısı pompasının işlevlerini yerine getirerek kendilerinin güçlü ısı kaynakları olduklarına dikkat edilmelidir. Bu modüllerin bilgisayar elektronik bileşenleri için soğutma araçlarının bir parçası olarak kullanılması, sistem birimi içindeki sıcaklıkta önemli bir artışa neden olur ve bu genellikle bilgisayar kasası içindeki sıcaklığı azaltmak için ek önlemler ve araçlar gerektirir. Aksi takdirde, kasanın içindeki artan sıcaklık, yalnızca korunan öğeler ve bunların soğutma sistemleri için değil, aynı zamanda bilgisayar bileşenlerinin geri kalanı için de çalışma zorlukları yaratır. Peltier modüllerinin güç kaynağı için nispeten güçlü bir ek yük olduğu da vurgulanmalıdır. Peltier modüllerinin akım tüketim değeri dikkate alındığında, bilgisayar güç kaynağının gücü en az 250 W olmalıdır. Tüm bunlar, ATX anakartlarını ve yeterli güce sahip güç kaynaklarına sahip kasaları seçmenin uygunluğuna yol açar. Bu yapının kullanılması, bilgisayar bileşenlerinin optimum termal ve elektrik modlarını düzenlemesini kolaylaştırır. Kendi güç kaynağına sahip Peltier buzdolapları olduğu unutulmamalıdır.
• Peltier modülü arızalanması durumunda soğutulan elemanı soğutucu radyatörden yalıtır. Bu, korunan elemanın termal rejiminin çok hızlı bir şekilde ihlaline ve müteakip aşırı ısınmadan dolayı erken arızalanmasına yol açar.
• Peltier buzdolaplarının aşırı güçle çalışması sırasında oluşan düşük sıcaklıklar, havadaki nemin yoğuşmasına katkıda bulunur. Yoğuşma elemanlar arasında kısa devrelere neden olabileceğinden, bu elektronik bileşenler için tehlike oluşturur. Bu tehlikeyi ortadan kaldırmak için, optimum güce sahip Peltier buzdolaplarının kullanılması tavsiye edilir. Yoğuşmanın oluşup oluşmaması birkaç parametreye bağlıdır. En önemlileri: ortam sıcaklığı (bu durumda kasanın içindeki havanın sıcaklığı), soğutulan nesnenin sıcaklığı ve havanın nemi. Kasanın içindeki hava ne kadar sıcaksa ve nem ne kadar yüksekse, nem yoğuşması ve ardından bilgisayarın elektronik bileşenlerinde arızalanma olasılığı o kadar yüksektir. Aşağıda, nem yoğuşma sıcaklığının, nem ve ortam sıcaklığına bağlı olarak soğutulmuş bir nesne üzerindeki bağımlılığını gösteren bir tablo bulunmaktadır. Bu tabloyu kullanarak, nem yoğuşması tehlikesi olup olmadığını kolayca belirleyebilirsiniz. Örneğin, dış sıcaklık 25°C ve nem %65 ise, yüzey sıcaklığı 18°C'nin altına düştüğünde soğutulan nesne üzerinde nem yoğuşması meydana gelir.

çiğ noktası

Bu özelliklere ek olarak, güçlü bilgisayarların yüksek performanslı merkezi işlemcilerini soğutmak için kullanılan soğutucuların bir parçası olarak Peltier termoelektrik modüllerinin kullanımıyla ilgili bir dizi özel durumu da hesaba katmak gerekir.

Mimari modern işlemciler ve bazı sistem programları, işlemcilerin yüküne bağlı olarak değişen güç tüketimi sağlar. Bu, enerji tüketimini optimize etmenizi sağlar. Bu arada, donanım ve yazılımda yerleşik bazı işlevlerle desteklenen enerji tasarrufu standartları da bunu sağlıyor. modern bilgisayarlar. Normal koşullar altında, işlemcinin optimizasyonu ve güç tüketimi, hem işlemcinin termal rejimi hem de genel termal denge üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Bununla birlikte, güç tüketiminde periyodik bir değişiklik olan modların, Peltier modülleri kullanan soğutma işlemcileri ile iyi bir şekilde birleştirilemeyeceği belirtilmelidir. Bunun nedeni, mevcut Peltier buzdolaplarının genellikle sürekli çalışma için tasarlanmış olmasıdır. Bu bağlamda, kontrolleri olmayan en basit Peltier buzdolaplarının, örneğin CpuIdle gibi soğutma programlarıyla birlikte kullanılması önerilmez. işletim sistemleri Windows NT/2000 veya Linux.

İşlemci düşük güç moduna ve buna bağlı olarak ısı dağılımına geçerse, kasanın ve işlemci çipinin sıcaklığında önemli bir düşüş mümkündür. İşlemci çekirdeğinin aşırı soğutulması bazı durumlarda performansının geçici olarak durmasına ve sonuç olarak bilgisayarın kalıcı olarak donmasına neden olabilir. Hatırlanmalıdır ki, Intel belgelerine göre, serinin doğru şekilde çalıştığı minimum sıcaklık Pentium işlemciler II ve Pentium III genellikle +5 °C'dir, ancak pratikte görüldüğü gibi daha düşük sıcaklıklarda iyi çalışırlar.

Soğutucu fanlarını kontrol edenler gibi bir dizi yerleşik işlevin çalışmasının bir sonucu olarak da bazı sorunlar ortaya çıkabilir. Özellikle bazı bilgisayar sistemlerindeki işlemci güç yönetimi modları, yerleşik donanım aracılığıyla soğutma fanlarının hızının değiştirilmesini sağlar. anakart. Normal koşullar altında bu, bilgisayar işlemcisinin termal davranışını büyük ölçüde geliştirir. Bununla birlikte, en basit Peltier buzdolaplarının kullanılması durumunda, dönüş hızındaki bir düşüş, termal rejimde bir bozulmaya yol açabilir ve bu, işlemciye ek olarak çalışan Peltier modülü tarafından aşırı ısınması nedeniyle ölümcül bir sonuçla sonuçlanabilir. bir ısı pompasının işlevlerini yerine getirmek, güçlü bir ek ısı kaynağıdır.

Unutulmamalıdır ki, bilgisayar merkezi işlem birimlerinde olduğu gibi, Peltier buzdolapları, modern yüksek performanslı video bağdaştırıcılarında kullanılan geleneksel soğutma video yonga setlerine iyi bir alternatif olabilir. Bu tür video yonga setlerinin çalışmasına önemli bir ısı dağılımı eşlik eder ve genellikle çalışma modlarında ani değişikliklere tabi değildir.

Havadaki nemin yoğunlaşmasına ve olası hipotermiye ve hatta bazı durumlarda bilgisayar işlemcileri gibi korumalı elemanların aşırı ısınmasına neden olan değişken güç modlarıyla ilgili sorunları ortadan kaldırmak için kullanmayı bırakmalısınız. bu tür rejimler ve bir dizi yerleşik işlev. Ancak alternatif olarak Peltier buzdolapları için akıllı kontroller sağlayan soğutma sistemlerini kullanabilirsiniz. Bu tür araçlar, yalnızca fanların çalışmasını kontrol etmekle kalmaz, aynı zamanda aktif soğutucularda kullanılan termoelektrik modüllerin çalışma modlarını da değiştirebilir.

Minyatür Peltier modüllerinin en kritik yapılarını soğutmak için doğrudan işlemci yongalarına gömülmesiyle ilgili deney raporları var. Bu karar katkıda bulunur daha iyi soğutma termal direnci azaltarak ve işlemcilerin çalışma frekansını ve performansını önemli ölçüde artırabilir.

Elektronik elemanlar için optimum sıcaklık koşullarının sağlanmasına yönelik sistemlerin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar birçok araştırma laboratuvarı tarafından yürütülmektedir. Ve Peltier termoelektrik modüllerinin kullanımını içeren soğutma sistemleri son derece umut verici kabul ediliyor.

Peltier buzdolabı örnekleri

Nispeten yakın zamanda, bilgisayar pazarında yerli üretim Peltier modülleri ortaya çıktı. Bunlar basit, güvenilir ve nispeten ucuz (7-15 $) cihazlardır. Genel olarak, bir soğutma fanı dahil değildir. Bununla birlikte, bu tür modüller, yalnızca gelecek vaat eden soğutma araçlarını tanımakla kalmaz, aynı zamanda bunları bilgisayar bileşeni koruma sistemlerinde amaçlanan amaçları için kullanır. İşte örneklerden birinin özeti.

Modül boyutu (Şek. 7) - 40 × 40 mm, maksimum akım - 6 A, maksimum voltaj— 15 V, güç tüketimi — 85 W'a kadar, sıcaklık farkı — 60 °C'den fazla. Modül, güçlü bir fan ile sağlandığında, işlemciyi 40 watt'a kadar güç dağıtarak koruyabilir.

Pirinç. 7. PAP2X3B buzdolabının görünümü

Piyasada yerli Peltier modüllerinin hem daha az hem de daha güçlü çeşitleri bulunmaktadır.

Yabancı cihazların aralığı çok daha geniştir. Aşağıda, tasarımında Peltier termoelektrik modüllerin kullanıldığı buzdolaplarına örnekler verilmiştir.

Computernerd'den Peltier aktif buzdolapları

PAX56B buzdolabı, 200 MHz'e kadar frekanslarda çalışan Intel, Cyrix ve AMD Pentium ve Pentium-MMX işlemcileri soğutmak için tasarlanmıştır. 30x30mm termoelektrik modül, soğutucunun CPU sıcaklığını 25W güç kaybı ve 25°C ortam sıcaklığı ile 63°C'nin altında tutmasını sağlar. Çoğu işlemcinin daha az güç harcaması nedeniyle bu soğutucu, işlemci sıcaklığını soğutucu ve fan bazlı birçok alternatif soğutucudan çok daha düşük tutmanıza olanak tanır. PAX56B buzdolabında bulunan Peltier modülü, 1,5 A (maksimum) akım sağlayabilen 5 V'luk bir kaynakla çalışır. Bu buzdolabının fanı 12 V voltaj ve 0,1 A (maksimum) akım gerektirir. PAX56B buzdolabı fanı parametreleri: bilyeli, 47,5 mm, 65.000 saat, 26 dB. Bu buzdolabının toplam boyutu 25×25×28,7 mm'dir. PAX56B buzdolabının tahmini fiyatı 35 dolar. Belirtilen fiyat, şirketin 2000 yılı ortası fiyat listesine göre verilmiştir.

PA6EXB buzdolabı, 40 W'a kadar güç dağıtan daha güçlü Pentium-MMX işlemcileri soğutmak için tasarlanmıştır. Bu buzdolabı, Soket 5 veya Soket 7 ile bağlanan tüm Intel, Cyrix ve AMD işlemciler için uygundur. PA6EXB buzdolabında bulunan Peltier termoelektrik modülü 40 × 40 mm boyutundadır ve maksimum 8 A (tipik olarak 3 A) akım tüketir. standart bir bilgisayar güç konektörü üzerinden bağlantı ile 5 B'lik bir voltajda. PA6EXB buzdolabının toplam boyutu 60×60×52,5 mm'dir. Bu buzdolabının montajı yapılırken radyatör ile ortam arasında iyi bir ısı alışverişi için buzdolabının çevresinde üstte en az 10 mm, yanlarda 2,5 mm boşluk bırakılması gerekmektedir. PA6EXB soğutucu, 40W güç kaybı ve 45°C ortam sıcaklığı ile 62,7°C CPU sıcaklığına ulaşır. Nem yoğuşmasını önlemek için bu buzdolabının bir parçası olan termoelektrik modülün çalışma prensibini dikkate alarak ve kısa devre için işlemciyi uyku moduna sokan programları kullanmaktan kaçınmalısınız. uzun zaman. Böyle bir buzdolabının tahmini fiyatı 65 dolar. Belirtilen fiyat, şirketin 2000 yılı ortası fiyat listesine göre verilmiştir.

Buzdolabı DT-P54A (Computernerd tarafından PA5B olarak da bilinir) Pentium işlemciler için tasarlanmıştır. Ancak piyasada bu buzdolaplarını sunan bazı şirketler, Cyrix/IBM 6x86 ve AMD K6 kullanıcılarına da tavsiye ediyor. Buzdolabına dahil olan radyatör oldukça küçüktür. Boyutları 29×29 mm'dir. Buzdolabında, gerekirse aşırı ısınmayı size bildirecek yerleşik bir sıcaklık sensörü vardır. Aynı zamanda Peltier öğesini de kontrol eder. Kit, harici bir kontrol cihazı içerir. Peltier elemanının voltajını ve çalışmasını, fanın çalışmasını ve işlemcinin sıcaklığını izleme işlevlerini yerine getirir. Peltier elemanı veya fan arızalanırsa, fan istenen hızın (4500 RPM) %70'inden daha azında çalışıyorsa veya işlemci sıcaklığı 63°C'nin (145°F) üzerine çıkarsa cihaz bir alarm üretecektir. . İşlemci sıcaklığı 38°C'nin (100°F) üzerine çıkarsa Peltier öğesi otomatik olarak etkinleştirilir, aksi takdirde devre dışı bırakılır. İkinci işlev, nem yoğuşması ile ilgili sorunları ortadan kaldırır. Ne yazık ki, elemanın kendisi soğutucuya o kadar güçlü bir şekilde yapıştırılmıştır ki, yapısını bozmadan ayrılamaz. Bu, daha güçlü başka bir radyatöre monte edilmesini imkansız hale getirir. Fana gelince, tasarımı yüksek düzeyde güvenilirlikle karakterize edilir ve yüksek parametrelere sahiptir: besleme voltajı - 12 V, dönüş hızı - 4500 RPM, hava besleme hızı - 6,0 CFM, güç tüketimi - 1 W, gürültü özellikleri - 30 dB. Bu buzdolabı, hız aşırtma için oldukça verimli ve kullanışlıdır. Bununla birlikte, bazı işlemci hız aşırtma durumlarında, yalnızca büyük bir soğutucu ve iyi bir soğutucu kullanmalısınız. Bu buzdolabının fiyatı 39 ila 49 dolar arasında değişiyor. Belirtilen fiyat, birkaç firmanın 2000 yılı ortası fiyat listesine göre verilmiştir.

AC-P2 buzdolabı, Pentium II tipi işlemciler için tasarlanmıştır. Kit, 60 mm'lik bir soğutucu, bir soğutucu ve 40 mm'lik bir Peltier elemanı içerir. Pentium II 400 MHz ve üzeri işlemciler için pek uygun değildir, çünkü SRAM bellek yongaları pratik olarak soğutulmaz. 2000 ortası için tahmini fiyat 59 dolar.

Buzdolabı PAP2X3B (Şekil 8), AOC AC-P2'ye benzer. Üzerine iki adet 60 mm soğutucu eklenir. SRAM soğutma sorunları çözülmemiştir. Buzdolabının, örneğin CpuIdle gibi soğutma programlarıyla birlikte çalıştırılmasının yanı sıra çalıştırılmasının önerilmediğine dikkat edilmelidir. Windows sistemleri NT veya Linux, çünkü işlemci üzerinde nem yoğuşması muhtemeldir. 2000 ortası için tahmini fiyat 79 dolar.

Pirinç. 8. PAP2X3B buzdolabının görünümü

STEP-UP-53X2 buzdolabı, radyatöre büyük miktarda hava pompalayan iki fan ile donatılmıştır. 2000 ortası için tahmini fiyat 79$ (Pentium II), 69$ (Celeron).

Computernerd'in Bcool serisi buzdolapları (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) Pentium II ve Celeron işlemciler için tasarlanmıştır ve aşağıda gösterilen benzer özelliklere sahiptir masa.

BCool serisi buzdolapları

BCool buzdolabı grubunun da benzer özelliklere sahip ancak Peltier elemanlarından yoksun cihazları içerdiğini belirtmek gerekir. Bu tür buzdolapları doğal olarak daha ucuzdur, ancak aynı zamanda bilgisayar bileşenlerini soğutma aracı olarak daha az etkilidir.

Makale hazırlanırken "PC: tuning, optimizasyon and overclocking" kitabının materyallerinden yararlanılmıştır. 2. baskı, gözden geçirilmiş. ve ayrıca, - St. Petersburg: BHV - Petersburg. 2000. - 336 s.