Peltier termoelektrik soğutucu.

Çalışma prensibi ağdan ödünç alınmıştır: Peltier elemanlarının çalışması, iletim bandında farklı elektron enerjisi seviyelerine sahip iki iletken malzemenin temasına dayanır. Akım bu tür malzemelerin temasından geçtiğinde, elektronun başka bir yarı iletkenin daha yüksek bir enerji iletim bandına geçmesi için enerji kazanması gerekir. Bu enerji emildiğinde, yarı iletkenlerin temas noktası soğutulur. Akım ters yönde aktığında, olağan termal etkiye ek olarak yarı iletkenlerin temas noktası ısıtılır.

Metaller temas ettiğinde, Peltier etkisi o kadar küçüktür ki, omik ısıtma ve termal iletim fenomeninin arka planında görünmez. Bu nedenle pratik uygulamalarda iki yarı iletkenin teması kullanılır.

Peltier öğesinin görünümü. Bir akım geçtiğinde, ısı bir taraftan diğerine aktarılır.Peltier elemanı bir veya daha fazla küçük yarı iletken paralelyüz çiftinden oluşur - bir çiftte bir n-tipi ve bir p-tipi (genellikle bizmut tellürit, Bi2Te3 ve silikon) Germanide), metal jumperlar kullanılarak çiftler halinde bağlanır. Metal atlama telleri aynı anda termal kontak görevi görür ve iletken olmayan bir film veya seramik plaka ile yalıtılır. Paralelyüz çiftleri, oluşturacakları şekilde bağlanır seri bağlantı birçok yarı iletken çifti ile farklı tip iletkenlik, böylece üstte bir bileşik dizisi (n->p) ve altta zıt (p->n) vardır. Elektrik akımı tüm paralelyüzlerden sırayla akar. Akımın yönüne bağlı olarak en iyi kişiler soğutulur ve alt olanlar ısıtılır - veya tam tersi. Böylece elektrik akımı, ısıyı Peltier elemanının bir tarafından diğer tarafına aktarır ve sıcaklık farkı oluşturur.

Peltier elemanının ısıtma tarafı, örneğin bir radyatör ve fan ile soğutulursa, soğuk tarafın sıcaklığı daha da düşer. Tek kademeli hücrelerde, hücre tipine ve akımın büyüklüğüne bağlı olarak sıcaklık farkı yaklaşık 70 K/'ye kadar çıkabilmektedir.

Tanım
Peltier elemanı, voltaj uygulandığında plakalar üzerinde bir sıcaklık farkı yaratabilen, yani ısıyı veya soğuğu pompalayabilen bir termoelektrik dönüştürücüdür. Sunulan Peltier elemanı, suyu soğutmak veya ısıtmak için bilgisayar kartlarını soğutmak (verimli ısı gidermeye tabi) için kullanılır. Peltier elemanları, portatif ve otomobil buzdolaplarında da kullanılmaktadır.

12 volt ile çalışan Peltier elemanı.

Isıtma için polariteyi tersine çevirmeniz yeterlidir.
Peltier plaka ölçüleri: 40 x 40 x 4 mm.
Çalışma sıcaklığı aralığı: -30 ile +70?..
Çalışma voltajı: 9-15 Volt.
Akım tüketimi: 0,5-6 A.
Maksimum güç tüketimi: 60W.
Komik küçük şey, 12v + bağlarız - soğur, kutupları değiştiririz, ısınır. Birçok oto buzdolabında kullanılır, en azından bende bir tane var. Yaz aylarında çikolatanın erimemesi için torpido gözüne kompakt bir şema ekleyebilirsiniz! Kullanım ve etkili kullanım için, bir soğutma radyatörü kullanmanız gerekir - test olarak, bir radyatör kullandım. bilgisayar işlemcisi, bir soğutucu ile mümkündür. Nasıl daha iyi soğutma Peltier etkisi ne kadar güçlü ve etkiliyse. 12v'de bir araba aküsüne bağlandığında, akım tüketimi 5 amperdi. Tek kelimeyle, öğe oburdur. Henüz tüm devreyi monte etmediğim için, ancak enstrümantal sıcaklık ölçümleri olmadan yalnızca deneme testleri yaptım. Böylece 10 dakikalık soğutma modunda hafif bir don belirdi. Isıtma modunda metal kaptaki su kaynatılır. Bu soğutucunun verimliliği elbette düşük, ancak cihazın fiyatı ve deneme fırsatı, satın almayı haklı kılıyor. Gerisi fotoğrafta

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 ürünlerden hala memnunuz (sadece elektrik üretirken, örneğin Solar paneller- bir nokta var maksimum güç ve ondan uzakta çalışırsanız, üretim verimliliği 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

Buradaki fikir, her şeyi buzlu havaya çıkarmaktır, ancak bir sorun vardır - bir ısı borulu soğutucu, yalnızca soğutucunun "sıcak" ve "soğuk" taraflarının sıcaklığı eşitse iyi soğutur. farklı taraflar faz geçişli gaz-sıvı tüp dolgusu. 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.

Peltier elementi dünya tarafından uzun süredir bilinmektedir. 18. yüzyılda, Fransız saatçi Jean-Charles Pelletier tamamen tesadüfen iki metalin sınırında yeni bir etki keşfetti: bizmut ve antimon. Akım uygulandığında buza dönüşen kontaklar arasına yerleştirilen bir su damlasının sıcaklığındaki keskin bir değişiklikten oluşuyordu. Bu özellik saat ustası için yeniydi çünkü o ana kadar dünyadaki hiçbir bilim adamı materyallerinde bu tür bilgileri sunmamıştı.

Etkisi ilginç olsa da, yoğun soğutma gerektirecek az miktarda elektronik ekipman nedeniyle o dönemde pratik uygulama bulamadı. 2 asır sonra Bilim adamının keşfi, bir ısıtma mikroişlemcisinin kristalinin yüksek kalitede soğutulmasını sağlayabilecek bir cihazın yapılmasına acil ihtiyaç olduğu için hatırlandı.

Bu alanda yapılan çok sayıda çalışma ve çok sayıda pratik deney sonucunda, bilim adamları bir termoelektrik çiftin yeterince soğuk üretebileceğini bulmuşlardır. normal operasyon hemen hemen her mikroişlemci. Ve küçük boyutları nedeniyle, onları mikro devre kasalarına dönüştürmeyi öğrendiler, böylece kendi dahili soğuk jeneratörlerini sağladılar.

Jean-Charles Pelte'nin keşfi, tüm cep telefonu endüstrisi için büyük bir destek oldu. soğutma üniteleri. Bugün, bir termoelektrik elemanın özelliği aşağıdaki teknikte kullanılır:

• taşınabilir buzdolapları;
• araba klimaları;
• taşınabilir soğutucular;
• kameralar, teleskoplar ve daha fazlası.

Mikroişlemcileri ve diğer elektronik ekipman öğelerini soğutmak için aktif olarak kullanılırlar. Soğutmanın doğrudan etkisinin yanı sıra birçok kişi Peltier elemanını jeneratör olarak kullanmaya başladı. Ne olabileceğine bir örnek 3 elemanlı el feneri.

Askerlerin komuta ile iletişim kurmak için özel bir tencereyi ateşe verdiklerini ve çay, pişmiş yulaf lapası ve diğer ev eşyalarını demlediklerini ve o sırada ilettiklerini çok az kişi biliyor. gerekli bilgi taşınabilir radyo aracılığıyla.

Kendi ellerinizle bir Peltier elemanı nasıl yapılır?

Birçoğu şu soruyla ilgileniyor, kendi ellerinizle bir Peltier unsuru nedir, evde nasıl yapılır? Bu, çeşitli madde ve malzemelerin yüksek hassasiyetle ölçülü olarak eklenmesini gerektirecektir. evde yap benzer cihaz imkansız, çünkü teknolojiye ve gerekli metal işleme yöntemlerine sahip olmak gerekiyor. Ayrıca aynı laboratuvarlarda evde elde edilmesi imkansız olan yüksek saflıkta malzemeler gerektirir. Yani soru nasıl yapılacağıdır termoelektrik modül Peltier, kesin olarak cevap verebilirsin. Mümkün değil. Ancak etkili bir soğutma sistemi oluşturmak için mevcut beceriler oldukça yeterlidir.

Diyotlardan Peltier elemanı yapmak

Neler yapılabileceği konusunda bir görüş var. diyotlar üzerinde termoelektrik modül. Gerçek şu ki, her bir farklı yarı iletken çifti, p ve n iletkenliğe sahip iki malzemedir. Ve diyot tam da budur. Isıtma sırasında iletkenlikteki değişimi ortaya çıkarmak için seçim yapmak gerekir. belirli unsurlar. Ancak cihazın yüzeyinde düşük bir sıcaklık elde etmek için hiçbir diyot yardımcı olmaz. başvururken yüksek akım sadece ısıtılabilir.

Radyo amatörleri cam bir kasada sıcaklık sensörü olarak düşük güçlü diyotlar kullanırlar. Ters yönde bağlanıp ısıtıldıklarında geçiş açılmaya ve ters yönde akım geçmeye başlar. Ancak aynı zamanda elektrik üretmeyecektir.

Pelte öğesi nasıl düzenlenir?

Basitleştirilmiş bir formdaki termoelektrik Peltier modülü, bizmut, antimon, tellür veya selenyum olabilen farklı metallerden yapılmış bir çift plakadır. Aralarında farklı iletkenlik n ve p tipi olan bir çift yarı iletken vardır. Hepsi farklı metallerden oluşuyor termoelektrik çiftler tek bir devrede seri olarak bağlanır. Sonuç olarak, bir tür matris oluşur Büyük bir sayı iki seramik plaka arasına yerleştirilmiş ayrı termokupllar.

Termokupllardan oluşan termoelektrik modül, küçük boyutlu tek bir muhafaza içinde yapılır. Ardışık veya paralel bağlantı soğutma veya üretim etkisinde bir artış elde etmek mümkündür elektrik enerjisi. Soğutucu modunda, matrisin pozitif çıkışı n tipi bir iletken ile ilk çifte, negatif kontak ise p tipi iletkenlere bağlanır. Dış plakalar olarak alüminyum oksit ve nitrür bazlı özel seramikler kullanılmaktadır. Bu, hem yüksek hem de düşük sıcaklıklarda her iki tarafta en iyi ısı transfer performansını sağlar.

Modül başına termokupl sayısı hiçbir şeyle sınırlı değildir ve birkaç yüze kadar çıkabilir. Ne kadar çok olursa, soğutma etkisi o kadar iyi hissedilir. Peltier elemanının verimini artırmak için soğuk tarafına en büyük ısı transfer alanına sahip bir radyatör takılmıştır. Plakalar arasındaki sıcaklık farkı en az iki on derece olmalıdır.

Plakalara voltaj uygulandığında bir taraf ısınırken diğer taraf soğur. Besleme voltajının polaritesi tersine çevrildiğinde, plakaların sıcaklığı yer değiştirir.

Karmaşıklık ve üretilebilirlik göz önüne alındığında, kendiniz yapın termoelektrik eleman mümkün görünmüyor. Ama yine de gelişmelerini sunan ustalar var. Etki gözlenir, ancak verimi artırmak için özel bir araştırma laboratuvarı olmadan elde etmek imkansızdır. Hatta bu konuyla ilgili adım adım kılavuz içeren bir video da bulabilirsiniz.

Peltier öğesinin özellikleri

Özelliklere bimetalik çiftlere dayalı elemanşunları içermelidir:

formül eşleme

Peltier etkisi, farklı iletkenliğe sahip iki metalin teması yoluyla akım akışından oluşur. Sonuç olarak, akımın akış yönüne bağlı olarak ısı veya soğuk açığa çıkar.

Bir formül ifadesinde Peltier etkisi şu şekilde gösterilebilir:

Q p=P12 j , burada P12, Peltier katsayısıdır. Gösterge, kullanılan metalin türüne, termoelektrik özelliklerine bağlıdır.

Avantajlara ek olarak, cihazda aşağıdakileri içeren bazı dezavantajlar vardır:

Düşük verimlilik. Önemli bir sıcaklık farkı elde etmek için plakalara yeterince büyük bir akım sağlamak gerekir.

Isı enerjisinin verimli bir şekilde uzaklaştırılması için bir radyatör sağlanması gereklidir.

Peltier öğesinin jeneratör modu

Jacques-Charles Peltier'in keşfi, cihaz evrensel bir ısı ve soğuk üreteci olarak kullanılabileceğinden, kelimenin tam anlamıyla dünyayı alt üst etti. Bu işlevlere ek olarak, bir başka önemli etki de not edildi - jeneratör modu. Cihazın sıcak tarafı ısıtılıp soğuk tarafı soğutulursa uçlarında potansiyel farkı oluşur ve devre kapandığında akım akmaya başlar.

Peltier elemanına dayalı jeneratör kendiniz yapabilirsiniz ve özel beceri gerektirmez. Ancak Çinli geliştiriciler tarafından kullanılan materyalin öyle olmadığı anlaşılmalıdır. ideal özellikler maksimum enerji elde etmek için. Satışta bulunan mevcut termoelektrik modüller aşağıdakiler için yeterli olacaktır:

• mobil cihazları şarj etme;
• LED aydınlatma için güç kaynağı;
• otonom bir radyo alıcısının üretimi ve diğer amaçlar.

Bu konuyla ilgili tonlarca video var. Detaylı Açıklama tüm aşamalar. Bu nedenle, enerji üretmek için bir termoelektrik modül yapmak istiyorsanız, bu oldukça gerçekçidir.

İlk adım, özelliklerini dikkate alarak gerekli sayıda Peltier elemanını sipariş etmektir. Aynı e-Bay'de 10 W güce sahip bir cihazın maliyeti 15 dolardır. Bu da akıllı telefonları şarj etmek için yeterli olacaktır. Ayrıca, verimli ısı dağılımı sağlamak için gereklidir. Bu amaçla bir sistem tasarlanabilir. sıvı soğutma Doğal dolaşım ile. Ve sıcak tarafı açık ateş dahil herhangi bir ısı kaynağıyla ısıtın. Sonuç olarak herhangi bir radyo amatör yürüyüşe, balık tutmaya veya yazlığa giderken yanınıza alabileceğiniz muhteşem bir termoelektrik jeneratörü yapabilir.

Bir standart hücre elemanı, küçük aydınlatma için yeterli olan 5 V ve 1 W güç üretir. Örneğin, ellerin ısısıyla ısıtılan bir el fenerinin üretimi için. 12 V'a kadar çıkış voltajına sahip hazır elemanlar da satışta.

Jeneratör modlu portatif termoelektrik soba

Bugün, kendi ellerinizle Peltier elemanına dayalı oldukça verimli bir termoelektrik jeneratör yapmanın birçok yolunu bulabilirsiniz. Onlardan biri olarak - ateş kutusu ile taşınabilir soba eskiden bilgisayar bloğu beslenme. Termoelektrik Peltier elemanının kendisi, kasanın yanlarından birine etkileyici boyutta bir radyatörle termal macunla tutturulmuştur. Böyle bir kurulum, uygun herhangi bir yerde ısınmanıza, yemek pişirmenize ve telefonunuzu şarj etmenize olanak tanır.