Echipamentele frigorifice și sistemele de răcire cu aer sunt elemente esențiale ale vieții de zi cu zi. Cu toate acestea, modelele volumetrice standard pe bază de agent frigorific nu sunt potrivite pentru aplicații mobile, cum ar fi pungile frigorifice. În astfel de cazuri, se folosesc dispozitive bazate pe funcționarea efectului Peltier, despre care vom discuta în detaliu în acest material.
Elementul Peltier sau răcitorul termoelectric se bazează pe un termocuplu de două elemente cu conductivitate de tip p și n, care sunt conectate printr-o placă de cupru de conectare. Detaliile în cele mai multe cazuri sunt făcute din bismut, teluriu, antimoniu și seleniu. Astfel de dispozitive sunt folosite în sistemele de răcire casnice, au și capacitatea de a genera energie.
Conţinut
Ce este
Fenomenul și termenul Peltier sugerează o descoperire făcută în 1834 de omul de știință francez Jean-Charles Peltier.Esența descoperirii este că căldura este eliberată sau absorbită în mod constant în zona în care există un contact între doi conductori dirijați diferit prin care circulă un curent electric.
Teoria clasică explică acest fenomen în felul acesta: cu ajutorul unui curent electric, electronii sunt transferați între metale, accelerând sau încetinind, în funcție de diferența de potențial de contact pe conductorii metalici cu diferite niveluri de conductivitate. Elementele Peltier contribuie astfel la conversia energiei cinetice în căldură.
Pe cel de-al doilea conductor are loc efectul opus, unde este necesară completarea energiei pe baza legii fundamentale a fizicii. Această situație apare din cauza procesului de oscilație termică, în urma căruia metalul celui de-al doilea conductor este răcit.
Cu ajutorul tehnologiilor moderne, este posibilă fabricarea unui modul Peltier cu efect termoelectric maxim.
Dispozitiv și principiu de funcționare
Modulele moderne Peltier sunt un design în care există două plăci izolatoare, iar termocuplurile sunt conectate între ele într-o secvență strictă. Schema standard a acestui element pentru o mai bună înțelegere a funcționării acestuia este prezentată în figură.
Denumirile elementelor structurale:
- A - contacte, cu ajutorul cărora se realizează conexiunea la sursa de alimentare;
- B - suprafata fierbinte;
- C - partea rece;
- D - conductoare de cupru;
- E este un semiconductor p-joncțiune;
- F este un semiconductor de tip n.
Elementul este realizat astfel încât ambele suprafețe să fie în contact cu joncțiuni p-n sau n-p, pe baza polarității. Contactele p-n se încălzesc, iar temperatura n-p scade.Ca urmare, la capetele elementului apare o diferență de temperatură DT. Acest efect înseamnă că energia termică care se mișcă între elementele modulului reglează regimul de temperatură în funcție de polaritate. De asemenea, trebuie remarcat faptul că, în cazul unei modificări a polarității, suprafețele calde și reci se modifică.
Specificații
Parametrii tehnici ai elementului Peltier iau următoarele valori:
- capacitatea de răcire (Qmax) - calculată pe baza limitei de curent și a diferenței de temperatură dintre capetele modulului. Unitate de măsură - Watt;
- diferenta limitatoare de temperatura (DTmax) - masurata in grade, aceasta caracteristica este data pentru conditii optime;
- Imax este curentul electric maxim necesar pentru a asigura o diferență de temperatură mai mare;
- tensiune limită Umax, care este necesară pentru ca curentul electric Imax să realizeze diferența maximă de temperatură DTmax;
- Rezistenta - rezistenta interna a dispozitivului, masurata in Ohmi;
- COP este coeficientul de eficiență sau eficiență al modulului Peltier, care reflectă raportul dintre răcire și consumul de energie. În funcție de caracteristicile dispozitivului, pentru dispozitivele ieftine, indicatorul este în intervalul 0,3-0,35, pentru modelele mai scumpe variază până la 0,5.
Avantajele elementului Peltier mobil sunt dimensiunile mici, reversibilitatea procesului, precum și posibilitatea de a-l folosi ca generator electric portabil sau frigider.
Dezavantajele modulului sunt costul ridicat, randamentul scazut in limita de 3%, costurile mari ale energiei si nevoia de a mentine constant diferenta de temperatura.
Aplicație
Chiar și ținând cont de coeficientul scăzut de eficiență, plăcile din modulul Peltier sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de măsurare, de calcul, precum și în aparatele de uz casnic portabile. Iată o listă de dispozitive în care modelele sunt parte integrantă:
- dispozitive portabile de refrigerare;
- mici generatori de energie electrică;
- complexe de răcire în PC-uri și laptop-uri;
- Racitoare pentru incalzirea si racirea apei potabile;
- uscătoarele de aer.
Cum să te conectezi
Puteți conecta singur modulul Peltier, nu necesită mult timp și efort. Contactele de ieșire trebuie să fie alimentate cu o tensiune constantă, care este indicată în instrucțiunile de utilizare ale dispozitivului. Firul roșu este conectat la pozitiv, iar firul negru este conectat la negativ. Rețineți că atunci când polaritatea este inversată, suprafețele încălzite și răcite vor schimba locurile.
Înainte de conectare, se recomandă verificarea funcționalității elementului. Una dintre modalitățile simple și fiabile de a verifica dispozitivul este metoda tactilă: pentru aceasta trebuie să conectați dispozitivul la o sursă de curent electric și să atingeți diferite contacte. Într-un dispozitiv care funcționează normal, unele contacte vor fi calde, în timp ce altele vor fi reci.
Puteți verifica și cu un multimetru și o brichetă. Pentru a face acest lucru, trebuie să conectați sondele la contactele dispozitivului, să aduceți bricheta într-o parte și să observați citirile multimetrului. Dacă elementul Peltier funcționează în modul standard, în timpul procesului de încălzire, un curent electric va fi generat pe o parte, iar datele de tensiune vor fi afișate pe ecranul multimetrului.
Cum să faci un element peltier de do-it-yourself
Elementul Peltier este imposibil de fabricat acasă din cauza costului scăzut și a necesității de cunoștințe speciale pentru a crea un element funcțional. Cu toate acestea, puteți asambla un generator termoelectric mobil eficient cu propriile mâini, care vă va veni la îndemână în țară sau într-o excursie în camping.
Pentru a stabiliza tensiunea electrică, va trebui să asamblați singur un convertor standard pe cipul L6920 IC. La intrarea dispozitivului trebuie aplicată o tensiune de 0,8-5,5 V, iar la ieșire va produce 5 V, această valoare este suficientă pentru a încărca bateria dispozitivelor mobile în modul standard. Dacă se folosește un dispozitiv Peltier electronic standard, atunci va fi necesar să se limiteze limita de temperatură a suprafeței încălzite la 150 de grade. Pentru ușurința controlului temperaturii, este indicat să folosiți un ibric cu apă clocotită, atunci modelul nu se va încălzi peste 100 de grade.
Plăcile Peltier sunt utilizate pe scară largă pentru a răci aparatele electrocasnice moderne, în aparatele de aer condiționat, eficiența dispozitivului a fost dovedită, în special, pentru a stabiliza regimul termic și a răci un procesor puternic. Pe baza elementului Peltier, frigiderele mobile eficiente sunt adesea realizate acasă pentru căsuțele de vară sau mașini, care alimentează caloriferul. Datorită reversibilității procesului, elementele auto-fabricate sunt utilizate ca centrale electrice mici mobile în zonele fără sursă de energie electrică.
Articole similare:
