Peltier elementi nədir, onun quruluşu, işləmə prinsipi və praktik tətbiqi. Peltier effekti Termoelektrik Peltier effekti

1834-cü ildə iki müxtəlif keçiricinin qovşağından cərəyan keçdikdə qovşağın temperaturunun dəyişdiyini kəşf edən J.Peltier tərəfindən kəşf edilmişdir. 1838-ci ildə E. H. Lenz bunu kifayət qədər göstərdi böyük güc Cərəyan ya dondurula bilər, ya da cərəyanın istiqamətini dəyişdirərək qovşağına tətbiq olunan bir damla su qaynana bilər.

Peltier effektinin mahiyyəti ondan ibarətdir ki, elektrik cərəyanı iki metalın və ya yarımkeçiricinin təmas sahəsindən keçdikdə, adi Joule istiliyinə əlavə olaraq, Peltier adlanan əlavə bir istilik miqdarı ayrılır və ya udulur. istilik Q p. Joule istiliyindən fərqli olaraq, cərəyanın kvadratına mütənasibdir, böyüklük Q p cərəyanın birinci gücünə mütənasibdir.

Q p = P. I. t.

t- cari keçid vaxtı,

I- cari güc.

P- Peltier əmsalı, kontaktı meydana gətirən materialların xarakterindən asılı olan mütənasiblik əmsalı. Nəzəri anlayışlar keçirici elektronların mikroskopik xüsusiyyətləri vasitəsilə Peltier əmsalını ifadə etməyə imkan verir.

Peltier əmsalı P = T D a, Harada T - mütləq temperatur, A Δ α - keçiricilərin termoelektrik əmsallarındakı fərq. Cərəyanın istiqaməti Peltier istiliyinin buraxıldığını və ya udulduğunu müəyyən edir.

Effektin səbəbi odur ki, metallar və ya yarımkeçiricilər arasında təmas zamanı sərhəddə daxili kontakt potensial fərqi yaranır. Bu ona gətirib çıxarır ki, kontaktın hər iki tərəfindəki daşıyıcıların potensial enerjisi fərqli olur, çünki cərəyan daşıyıcılarının orta enerjisi onların enerji spektrindən, konsentrasiyasından və yayılma mexanizmlərindən asılıdır və müxtəlif keçiricilərdə fərqlidir. Cari köçürmədə iştirak edən elektronların orta enerjisi müxtəlif keçiricilərdə fərqli olduğundan, şəbəkə ionları ilə toqquşma prosesində daşıyıcılar artıqlığı verirlər. kinetik enerji qril və istilik buraxılır. Əgər kontaktdan keçərkən daşıyıcıların potensial enerjisi azalırsa, onda onların kinetik enerjisi artır və qəfəs ionları ilə toqquşan elektronlar enerjisini orta qiymətə artırır, Peltier istiliyi isə udulur. Beləliklə, elektronlar kontaktdan keçdikdə, elektronlar ya artıq enerjini atomlara ötürür, ya da onların hesabına onu doldurur.

Elektronların yarımkeçiricidən metala keçidi zamanı yarımkeçiricinin keçirici elektronlarının enerjisi metalın Fermi səviyyəsindən (bax: Fermi enerjisi) xeyli yüksək olur və elektronlar artıq enerjisindən imtina edirlər. Peltier effekti xüsusilə soyuducu və qızdırıcı yarımkeçirici cihazların yaradılması, o cümlədən soyuducu qurğularda mikrosoyuducuların yaradılması üçün istifadə olunan yarımkeçiricilərdə güclüdür.

19-cu əsrin əvvəlləri. Fizika və Elektrik Mühəndisliyinin Qızıl Dövrü. 1834-cü ildə fransız saatsazı və təbiətşünası Jan-Şarl Peltier vismut və sürmə elektrodları arasına bir damla su qoydu və sonra onu dövrədən keçirdi. elektrik. Təəccüblə damlanın birdən donduğunu gördü.

Elektrik cərəyanının keçiricilərə istilik təsiri məlum idi, lakin əks təsir sehrə oxşayırdı. Peltierin hisslərini başa düşmək olar: fizikanın iki fərqli sahəsinin - termodinamika və elektrikin qovşağında olan bu fenomen bu gün də möcüzə hissi doğurur.

O zaman soyutma problemi indiki kimi kəskin deyildi. Buna görə də, Peltier effekti yalnız təxminən iki əsr sonra, işləməsi üçün miniatür soyutma sistemlərini tələb edən elektron qurğular meydana çıxanda çevrildi. Ləyaqət Peltier soyutma elementləri kiçik ölçülərdir, hərəkət edən hissələrin olmaması, böyük temperatur fərqləri əldə etmək üçün kaskad əlaqəsinin mümkünlüyü.

Bundan əlavə, Peltier effekti geri çevrilir: moduldan keçən cərəyanın polaritesi dəyişdirildikdə, soyutma istiliklə əvəz olunur, buna görə də dəqiq temperaturun saxlanması üçün sistemlər - termostatlar - asanlıqla həyata keçirilə bilər. Peltier elementlərinin (modullarının) dezavantajı onların aşağı səmərəliliyidir ki, bu da nəzərə çarpan bir temperatur fərqi əldə etmək üçün böyük cərəyan dəyərlərinin verilməsini tələb edir. Soyudulmuş təyyarənin qarşısındakı boşqabdan istiliyi çıxarmaq da çətindir.

Ancaq ilk şeylər. Əvvəlcə müşahidə olunan fenomen üçün məsul olan fiziki prosesləri nəzərdən keçirməyə çalışaq. Riyazi hesablamaların uçurumuna düşmədən, sadəcə olaraq, bu maraqlı fiziki hadisənin mahiyyətini anlamağa çalışacağıq.

Söhbət temperatur hadisələrindən getdiyi üçün fiziklər riyazi təsvirin rahatlığı üçün materialın atom qəfəsinin titrəyişlərini hissəciklərdən - fononlardan ibarət müəyyən qazla əvəz edirlər.

Fonon qazının temperaturu temperaturdan asılıdır mühit və metalın xassələri. Onda istənilən metal termodinamik tarazlıqda olan elektron və fonon qazlarının qarışığıdır.Xarici sahə olmadıqda iki müxtəlif metal təmasda olduqda “daha isti” elektron qazı “daha soyuq” olanın zonasına daxil olur, məlum kontakt potensial fərqi.

Keçid üçün potensial fərq tətbiq edərkən, yəni. Cərəyan iki metalın sərhədindən keçdikdə, elektronlar bir metalın fononlarından enerji alır və onu digərinin fonon qazına ötürür. Polarite dəyişdikdə, istilik və soyutma mənasını verən enerjinin ötürülməsi işarəni dəyişir.

Yarımkeçiricilərdə elektronlar və "deşiklər" enerji ötürülməsindən məsuldur, lakin istilik ötürmə mexanizmi və temperatur fərqinin görünüşü eyni qalır. Yüksək enerjili elektronlar tükənənə qədər temperatur fərqi artır. Temperatur tarazlığı yaranır. Bu təsvirin müasir şəklidir Peltier effekti.

Ondan aydın olur ki Peltier elementinin səmərəliliyi bir cüt materialın seçilməsindən, cari gücdən və isti zonadan istilik çıxarılması sürətindən asılıdır. Müasir materiallar (adətən yarımkeçiricilər) üçün səmərəlilik 5-8% təşkil edir.

İndi isə Peltier effektinin praktik tətbiqi haqqında. Onu artırmaq üçün fərdi termocütlər (iki müxtəlif materialın qovşağı) onlarla və yüzlərlə elementdən ibarət qruplara yığılır. Belə modulların əsas məqsədi kiçik obyektlərin və ya mikrosxemlərin soyudulmasıdır.

Termoelektrik soyutma modulu

Peltier effektli modulları bir sıra infraqırmızı qəbulediciləri olan gecə görmə cihazlarında geniş istifadə olunur. Bu gün rəqəmsal kameralarda da istifadə edilən şarj ilə əlaqəli cihaz çipləri (CCD) şəkilləri qeyd etmək üçün dərin soyutma tələb edir. infraqırmızı bölgə. Peltier modulları teleskoplarda infraqırmızı detektorları, radiasiya tezliyini sabitləşdirmək üçün lazerlərin aktiv elementlərini və dəqiq vaxt sistemlərində soyuyur. Ancaq bunların hamısı hərbi və xüsusi təyinatlı tətbiqlərdir.

Bu yaxınlarda Peltier modulları məişət məhsullarında tətbiq tapdı. Əsasən avtomobil texnologiyasında: kondisionerlər, portativ soyuducular, su soyuducuları.

Peltier effektinin praktik istifadəsinə nümunə

Modulların ən maraqlı və perspektivli tətbiqi kompüter texnologiyasıdır. Yüksək performanslı mikroprosessorlar, prosessorlar və video kart çipləri vurğulanır çoxlu sayda istilik. Onları soyutmaq üçün əhəmiyyətli akustik səs-küy yaradan yüksək sürətli fanatlar istifadə olunur. Peltier modullarının birləşmiş soyutma sistemlərinin bir hissəsi kimi istifadəsi əhəmiyyətli dərəcədə istilik çıxarılması ilə səs-küyü aradan qaldırır.

Kompakt USB -Peltier modullarından istifadə edən soyuducu

Və nəhayət, məntiqi bir sual: Peltier modulları sıxılma məişət soyuducularında adi soyutma sistemlərini əvəz edəcəkmi? Bu gün bu, səmərəlilik (aşağı səmərəlilik) və qiymət baxımından sərfəli deyil. Güclü modulların qiyməti hələ də kifayət qədər yüksəkdir.

Lakin texnologiya və materialşünaslıq hələ də dayanmır. Daha yüksək effektivliyə və yüksək Peltier əmsalı olan yeni, daha ucuz materialların ortaya çıxma ehtimalını istisna etmək mümkün deyil. Artıq bu gün tədqiqat laboratoriyalarından effektiv soyutma sistemləri ilə vəziyyəti kökündən dəyişə bilən nanokarbon materiallarının heyrətamiz xüsusiyyətləri haqqında hesabatlar var.

Quruluşuna görə hidratlara oxşar bərk məhlullar - klastratların yüksək termoelektrik səmərəliliyi barədə məlumatlar var. Bu materiallar tədqiqat laboratoriyalarını tərk etdikdə, adi ev modellərimizi qeyri-məhdud xidmət müddəti olan tamamilə səssiz soyuducular əvəz edəcək.

P.S.Ən maraqlı xüsusiyyətlərdən biri termoelektrik texnologiya ondan ibarətdir ki, yalnız istifadə edə bilməz elektrik enerjisi isti və soyuq əldə etmək, həm də onun sayəsində əldə edə bilərik lakin tərs prosesə başlayın və məsələn, istilikdən elektrik enerjisi əldə edin.

Necə edə biləcəyinizə dair bir nümunə termoelektrik moduldan istifadə edərək istilikdən elektrik əldə edin () buna bax video:

Bu barədə nə düşünürsünüz? Şərhlərinizi gözləyirəm!

Andrey Povnı

AT-11 qrupunun tələbəsi tərəfindən ifa olunur

Muxarlyamov İldar

Peltier effekti

Giriş: elektrik cərəyanı.

Çıxış: istilik miqdarı, temperatur.

mahiyyət

Bir-birinə bənzəməyən keçiricilərdən ibarət dövrədə birbaşa elektrik cərəyanı axdıqda, cərəyanın istiqamətindən asılı olaraq keçiricilərin təmas nöqtələrində (qovşaqlarında) istilik udulur və ya buraxılır. Qatda buraxılan və ya udulan Peltier istiliyi qovşaqdan keçən ümumi yükə və ya cərəyan və zamanın məhsuluna mütənasibdir. Peltier əmsalı təmasda olan keçiricilərin növündən və onların temperaturundan asılıdır.

R və ya n) (şəkilə bax). Peltier effektinin izahı pn qovşağının təmas potensialında ləngimiş və ya sürətlənmiş keçirici elektronların yarımkeçirici massivdəki atomların istilik vibrasiyası ilə qarşılıqlı təsirindədir. Nəticədə, elektronların hərəkət istiqamətindən asılı olaraq və buna uyğun olaraq, cərəyan, istilik () və ya soyutma baş verir. (T ilə ) qovşağına dərhal bitişik olan yarımkeçiricinin bölməsi (R-n və ya n-p qovşağı).

Riyazi təsvir

Harada - Peltier istisi, J

P – Peltier əmsalı;

q– kontaktdan keçən yük, C;

I- keçiricidəki cərəyan, A;

t– vaxt, s.

Peltier istiliyi cərəyanın istiqaməti dəyişdikdə işarəni dəyişir. Parametr dəyişikliyi limitləri:

1 V-a qədər - yarımkeçirici;

I- bir neçə amperə qədər;

Q– 0 ilə 50 J arasında (1 saniyədə)

Peltier əmsalı Tomson əmsalı ilə ifadə edilə bilər:

q T,

Harada
Tomson;

Ərizə

Peltier modulu elektrik cərəyanı onun içindən keçdikdə istilik nasosu kimi çıxış etməsi ilə diqqət çəkir, yəni. nasoslar istilik bir tərəfdən digər tərəfə ötürülür, buna görə müxtəlif soyutma sistemlərində, içki soyuducularından tutmuş güclü yarımkeçirici lazerlər və müxtəlif çiplər üçün soyutma sistemlərinə qədər, xüsusən də istilik çıxarma prosesini sürətləndirmək lazım olduqda aktiv şəkildə istifadə olunur. qızdırıcı element. Yarımkeçiricilərdə Peltier effektinin praktiki istifadəsinin əsas istiqamətləri: termoelektrik soyutma cihazlarının yaradılması üçün soyuğun alınması, isitmə məqsədləri üçün qızdırma, termostatlaşdırma, sabit temperatur şəraitində kristallaşma prosesinə nəzarət.

Fotoçoğaltıcı boruların (PMT) siqnalın səs-küyə nisbətini artırmaq üçün PMT-nin vakuum qabığının daxilində yerləşən termoelektrik elementləri olan fotokatodların soyudulması üsulu təklif olunur (ABŞ Patenti 3757151).

Kondensat drenajının soyuducu ilə ayrılmaz olduğu qaz nümunəsi cihazı. Aktiv içəri Peltier elementlərinin soyuq qovşaqları içi boş konus və ondan ölçü qazı şaxələrinin nümunə götürülməsi üçün boru kəmərinə bərkidilir. Soyuducu onunla fərqlənir ki, termoelementlər batareyası Peltier elementləri tərəfindən istehlak olunan cərəyanın generatoru kimi təmin edilir, onların isti qovşaqları baca qazı kanalında, soyuq qovşaqları isə xarici məkanda yerləşir (Tətbiq 1297U02 Almaniya).

Cihaz şəkli

TEM-dən istifadənin müsbət və mənfi tərəfləri

Çox vaxt Peltier modullarının üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir:

nisbətən kiçik ölçülər;

sistemin həm soyudulması, həm də istiləşməsi üçün işləmək imkanı;

hərəkət edən hissələr və ya mexaniki komponentlər aşınmaya məruz qalmamalıdır.

Eyni zamanda, TEM-lərin geniş praktik istifadəsinə əhəmiyyətli dərəcədə mane olan bir sıra çatışmazlıqlar var. Onların arasında aşağıdakılar var:

aşağı modul səmərəliliyi;

onların fəaliyyəti üçün cari mənbəyə ehtiyac;

nəzərə çarpan bir temperatur fərqinə nail olmaq üçün böyük enerji istehlakı və nəticədə əhəmiyyətli istilik istehsalı;

məhdud ölçülər

Nəzarət sualları:

Peltier effektinin mahiyyəti nədir?

(Bir-birinə bənzəməyən keçiricilərdən ibarət dövrədə birbaşa elektrik cərəyanı axdıqda, cərəyanın istiqamətindən asılı olaraq keçiricilərin təmas nöqtələrində (qovşaqlarında) istilik udulur və ya buraxılır.)

Peltier əmsalı nədən asılıdır?

(Peltier əmsalı təmasda olan keçiricilərin növündən və onların temperaturundan asılıdır.)

Peltier effektində hansı keçiricilərdən istifadə olunur?

Peltier effekti ən çox müxtəlif keçiriciliyə malik yarımkeçiricilərin təmaslarında özünü göstərir ( R və ya n)

Peltier əmsalı Tomson əmsalı ilə necə bağlıdır?

q T,

Harada
Tomson;

T - temperatur əmsalı, K.

Effektin əsas tətbiqi?

(Müxtəlif soyutma sistemlərində istifadə olunur)

Tapşırıqlar:

10 A cərəyanın 3 saniyədə keçdiyini və 50 J istilik buraxdığını bilərək Peltier əmsalını tapın.

Yük 70 C və mütləq temperatur 300 K olarsa, Tomson əmsalı nəyə bərabər olacaq. Peltier əmsalı 1,7 V-dir.

Peltier əmsalı 73 mV, istilik modulundan keçən yük isə 40 C-dirsə, fərqli keçiricilərin təmas nöqtələrində nə qədər istilik ayrılacaq.

Həlli: Qp=P*q=2.92 (J).

Gərginliyin 120 V, müqavimətin 10 Ohm olduğunu bilə-bilə keçiricidə cərəyanın keçməsi üçün lazım olan vaxtı tapın. Bu halda 1 J istilik ayrılır və Peltier əmsalı 60 mV-dir.

Soyuducu avadanlıq həyatımızda o qədər möhkəm yerləşmişdir ki, onsuz necə idarə edə biləcəyimizi təsəvvür etmək belə çətindir. Lakin klassik soyuducu dizaynları mobil istifadə üçün uyğun deyil, məsələn, səyahət soyuducu çantası kimi.

Bu məqsədlə iş prinsipinin Peltier effektinə əsaslandığı qurğular istifadə olunur. Bu fenomen haqqında qısaca danışaq.

Bu nədir?

Bu termin 1834-cü ildə fransız təbiətşünası Jan-Şarl Peltier tərəfindən kəşf edilmiş termoelektrik hadisəyə aiddir. Effektin mahiyyəti, elektrik cərəyanının keçdiyi fərqli keçiricilərin təmasda olduğu ərazidə istiliyin sərbəst buraxılması və ya udulmasıdır.

Uyğun olaraq klassik nəzəriyyə Bu fenomen üçün aşağıdakı izahat var: elektrik cərəyanı müxtəlif materiallardan hazırlanmış keçiricilərdəki təmas potensialı fərqindən asılı olaraq onların hərəkətini sürətləndirə və ya yavaşlata bilən elektronları metallar arasında ötürür. Müvafiq olaraq, kinetik enerjinin artması ilə istilik enerjisinə çevrilir.

İkinci dirijorda fizikanın əsas qanununa uyğun olaraq enerjinin doldurulmasını tələb edən tərs proses müşahidə olunur. Bu, ikinci keçiricinin hazırlandığı metalın soyumasına səbəb olan termal vibrasiya səbəbindən baş verir.

Müasir texnologiyalar maksimum termoelektrik effektli yarımkeçirici element-modullar istehsal etməyə imkan verir. Onların dizaynı haqqında qısaca danışmaq məntiqlidir.

Dizayn və iş prinsipi

Müasir modullar iki izolyasiya plitəsindən (adətən keramika) ibarət bir quruluşdur, onların arasında ardıcıl olaraq bağlanmış termocütlər yerləşir. Belə bir elementin sadələşdirilmiş diaqramını aşağıdakı şəkildə tapa bilərsiniz.

Təyinatlar:

A – enerji mənbəyinə qoşulmaq üçün kontaktlar;
B – elementin isti səthi;
C - soyuq tərəf;
D – mis keçiricilər;
E – p-qovşağına əsaslanan yarımkeçirici;
F – n tipli yarımkeçirici.

Dizayn elə hazırlanmışdır ki, modulun hər tərəfi ya p-n, ya da təmasdadır n-p keçidləri(qütbdən asılı olaraq). Əlaqə p-n qızdırmaq, n-p – soyumaq (bax şək. 3). Müvafiq olaraq, elementin tərəflərində temperatur fərqi (DT) meydana gəlir. Bir müşahidəçi üçün bu təsir modulun tərəfləri arasında istilik enerjisinin ötürülməsi kimi görünəcəkdir. Maraqlıdır ki, güc polaritesinin dəyişdirilməsi isti və soyuq səthlərin dəyişməsinə səbəb olur.

düyü. 3. A – termoelementin isti tərəfi, B – soyuq tərəfi

Spesifikasiyalar

Termoelektrik modulların xüsusiyyətləri aşağıdakı parametrlərlə təsvir olunur:

soyutma qabiliyyəti (Q max), bu xüsusiyyət maksimum icazə verilən cərəyana və modulun tərəfləri arasındakı temperatur fərqinə əsasən müəyyən edilir, Vatt ilə ölçülür;
elementin tərəfləri arasında maksimum temperatur fərqi (DT max), parametr ideal şərait üçün verilir, ölçü vahidi dərəcədir;
maksimum temperatur fərqini təmin etmək üçün tələb olunan icazə verilən cərəyan – I max;
cərəyanın I max pik fərqə çatması üçün tələb olunan maksimum gərginlik U max DT max ;
modulun daxili müqaviməti - Ohm ilə göstərilən Müqavimət;
səmərəlilik əmsalı - COP (ingilis dilindən qısaldılmış - performans əmsalı), mahiyyətcə bu, soyutmanın enerji istehlakına nisbətini göstərən cihazın səmərəliliyidir. Ucuz elementlər üçün bu parametr 0,3-0,35 aralığındadır, daha bahalı modellər üçün 0,5-ə yaxınlaşır.

İşarələmə

Şəkil 4 nümunəsindən istifadə edərək tipik modul işarələrinin necə deşifrə edildiyinə baxaq.

Şəkil 4. TEC1-12706 ilə işarələnmiş Peltier modulu

İşarələmə üç mənalı qrupa bölünür:

Element təyinatı. İlk iki hərf həmişə dəyişməzdir (TE), bunun bir termoelement olduğunu göstərir. Növbəti ölçü ölçüsünü göstərir, "C" (standart) və "S" (kiçik) hərfləri ola bilər. Son rəqəm elementdə neçə təbəqənin (kaskadların) olduğunu göstərir.
Şəkildə göstərilən moduldakı termocütlərin sayı 127-dir.
Nominal cərəyan Amperdədir, bizim üçün 6 A-dır.

TEC1 seriyasının digər modellərinin işarələri eyni şəkildə oxunur, məsələn: 12703, 12705, 12710 və s.

Ərizə

Kifayət qədər aşağı səmərəliliyə baxmayaraq, termoelektrik elementlər ölçmə, hesablama və məişət cihazlarında geniş istifadə olunur. Modullar aşağıdakı cihazların mühüm əməliyyat elementidir:

mobil soyuducu qurğular;
elektrik enerjisi istehsal etmək üçün kiçik generatorlar;
fərdi kompüterlərdə soyutma sistemləri;
suyun soyudulması və qızdırılması üçün soyuducular;
nəmləndiricilər və s.

Termoelektrik modulların istifadəsinə dair ətraflı nümunələr verək.

Peltier elementlərindən istifadə edən soyuducu

Termoelektrik soyuducu qurğular performans baxımından kompressor və udma analoqlarından əhəmiyyətli dərəcədə aşağıdır. Lakin onların əhəmiyyətli üstünlükləri var ki, bu da onların müəyyən şərtlərdə istifadəsini məqsədəuyğun edir. Bu üstünlüklərə aşağıdakılar daxildir:

dizaynın sadəliyi;
vibrasiya müqaviməti;
hərəkət edən elementlərin olmaması (radiatoru üfürən fan istisna olmaqla);
aşağı səs-küy səviyyəsi;
kiçik ölçülər;
istənilən vəzifədə işləmək bacarığı;
uzun xidmət müddəti;
aşağı enerji istehlakı.

Bu xüsusiyyətlər mobil qurğular üçün idealdır.

Elektrik generatoru kimi Peltier elementi

Termoelektrik modullar, tərəflərindən biri məcburi istiləşməyə məruz qaldıqda elektrik generatoru kimi işləyə bilər. Tərəflər arasındakı temperatur fərqi nə qədər çox olarsa, mənbənin yaratdığı cərəyan da bir o qədər yüksək olar. Təəssüf ki, istilik generatoru üçün maksimum temperatur məhduddur, modulda istifadə olunan lehimin ərimə nöqtəsindən yüksək ola bilməz. Bu şərtin pozulması elementin uğursuzluğuna səbəb olacaqdır.

İstilik generatorlarının kütləvi istehsalı üçün odadavamlı lehimli xüsusi modullar istifadə olunur, onlar 300 ° C temperaturda qızdırıla bilər. Adi elementlərdə, məsələn, TEC1 12715, həddi 150 dərəcədir.

Belə cihazların səmərəliliyi aşağı olduğundan, onlar yalnız daha səmərəli elektrik enerjisi mənbəyindən istifadə etmək mümkün olmayan hallarda istifadə olunur. Bununla belə, 5-10 Vt istilik generatorları turistlər, geoloqlar və ucqar ərazilərin sakinləri arasında tələb olunur. Yüksək temperaturlu yanacaqla işləyən böyük və güclü stasionar qurğular qazpaylayıcı qurğuların, meteoroloji stansiyaların avadanlıqlarının və s.

Prosessoru soyutmaq üçün

Nisbətən yaxınlarda bu modullar fərdi kompüterlərin CPU soyutma sistemlərində istifadə olunmağa başladı. Termoelementlərin aşağı səmərəliliyini nəzərə alsaq, bu cür strukturların faydaları olduqca şübhəlidir. Məsələn, 100-170 Vt gücündə bir istilik mənbəyini soyutmaq üçün (əksər müasir CPU modellərinə uyğundur) güclü enerji təchizatı quraşdırmağı tələb edən 400-680 Vt sərf etməlisiniz.

İkinci tələ ondan ibarətdir ki, boşaldılmış prosessor daha az istilik enerjisi buraxacaq və modul onu şeh nöqtəsindən aşağı soyuda bilər. Nəticədə, kondensasiya meydana gəlməyə başlayacaq, bu da elektronikaya zərər verəcəkdir.

Belə bir sistemi müstəqil şəkildə yaratmağa qərar verənlər, müəyyən bir prosessor modeli üçün modulun gücünü seçmək üçün bir sıra hesablamalar aparmalı olacaqlar.

Yuxarıda göstərilənlərə əsasən, bu modulları CPU soyutma sistemi kimi istifadə etmək sərfəli deyil, əlavə olaraq, uğursuzluğa səbəb ola bilər. kompüter avadanlığı xidmətdən kənar.

Termal modulların su və ya havanın soyudulması ilə birlikdə istifadə edildiyi hibrid cihazlarda vəziyyət tamamilə fərqlidir.

Hibrid soyutma sistemləri öz effektivliyini sübut etdi, lakin yüksək qiymət onların pərəstişkarlarının dairəsini məhdudlaşdırır.

Peltier elementləri əsasında kondisioner

Teorik olaraq, belə bir cihaz klassik iqlim nəzarət sistemlərindən struktur olaraq daha sadə olacaq, lakin bütün bunlar aşağı performansa bağlıdır. Soyuducunun kiçik bir həcmini soyutmaq bir şeydir, otağı və ya avtomobilin içini soyutmaq başqa bir şeydir. Termoelektrik modullardan istifadə edən kondisionerlər soyuducu ilə işləyən avadanlıqdan daha çox (3-4 dəfə) elektrik enerjisi istehlak edəcəklər.

Avtomobilin iqlim nəzarəti sistemi kimi istifadəsinə gəlincə, standart generatorun gücü belə bir cihazı idarə etmək üçün kifayət etməyəcəkdir. Onun daha səmərəli avadanlıqla əvəz edilməsi əhəmiyyətli yanacaq sərfiyyatına gətirib çıxaracaq ki, bu da qənaətcil deyil.

Tematik forumlarda bu mövzuda müzakirələr vaxtaşırı yaranır və evdə hazırlanan müxtəlif dizaynlar nəzərdən keçirilir, lakin tam hüquqlu bir iş prototipi hələ yaradılmamışdır (bir hamster üçün kondisioner nəzərə alınmır). Daha məqbul effektivliyə malik modullar geniş şəkildə əlçatan olduqda vəziyyətin dəyişməsi tamamilə mümkündür.

Soyuducu su üçün

Termoelektrik element tez-tez su soyuducuları üçün soyuducu kimi istifadə olunur. Dizayna daxildir: soyutma modulu, termostatla idarə olunan nəzarətçi və qızdırıcı. Bu tətbiq bir kompressor dövrəsindən daha sadə və daha ucuzdur, əlavə olaraq, daha etibarlı və işləmək daha asandır. Ancaq bəzi çatışmazlıqlar da var:

su 10-12 ° C-dən aşağı soyumur;
soyutma kompressor həmkarından daha uzun çəkir, buna görə də belə bir soyuducu çox sayda işçisi olan bir ofis üçün uyğun deyil;
cihaz xarici temperatura həssasdır, isti bir otaqda su minimum temperatura qədər soyumayacaq;
Tozlu otaqlarda quraşdırma tövsiyə edilmir, çünki fan tıxana bilər və soyutma modulu sıradan çıxa bilər.

Peltier elementindən istifadə edərək masa üstü su soyuducu

Peltier elementlərinə əsaslanan hava qurutma maşını

Kondisionerdən fərqli olaraq, termoelektrik elementlərdən istifadə edərək nəmləndiricinin həyata keçirilməsi olduqca mümkündür. Dizayn olduqca sadə və ucuzdur. Soyutma modulu radiatorun temperaturunu şeh nöqtəsindən aşağı salır, nəticədə cihazdan keçən havada olan nəm onun üzərinə çökür. Çəkilmiş su xüsusi anbara axıdılır.

Aşağı səmərəliliyə baxmayaraq, bu halda cihazın səmərəliliyi kifayət qədər qənaətbəxşdir.

Necə qoşulmaq olar?

Modulu birləşdirərkən heç bir problem olmayacaq, çıxış naqillərinə sabit bir gərginlik tətbiq edilməlidir, onun dəyəri elementin məlumat cədvəlində göstərilmişdir. Qırmızı tel müsbətə, qara tel mənfiyə bağlanmalıdır. Diqqət! Polaritenin tərsinə çevrilməsi soyudulmuş və qızdırılan səthlərin mövqelərini dəyişdirir.

Peltier elementinin funksionallığını necə yoxlamaq olar?

Ən sadə və etibarlı üsul toxunma üsuludur. Modulu müvafiq gərginlik mənbəyinə qoşmaq və onun müxtəlif tərəflərinə toxunmaq lazımdır. İşləyən element üçün onlardan biri daha isti, digəri daha soyuq olacaq.

Əlinizdə uyğun bir mənbə yoxdursa, multimetr və alışqan lazımdır. Doğrulama prosesi olduqca sadədir:

probları modul terminallarına birləşdirin;
yanan alışqanı yanlardan birinə gətirin;
Cihazın oxunuşlarını müşahidə edirik.

İşçi modulda, tərəflərdən biri qızdırıldıqda, cihazın ekranında görünəcək bir elektrik cərəyanı yaranır.

Peltier elementini öz əlinizlə necə etmək olar?

Evdə evdə hazırlanmış modul hazırlamaq demək olar ki, qeyri-mümkündür, xüsusən də onların nisbətən aşağı qiymətini (təxminən 4-10 dollar) nəzərə alsaq, bunu etməyin mənası yoxdur. Ancaq gəzintidə faydalı olacaq bir cihaz toplaya bilərsiniz, məsələn, bir termoelektrik generator.

Gərginliyi sabitləşdirmək üçün L6920 IC çipində sadə bir çevirici yığmaq lazımdır.

Belə bir çeviricinin girişi 0,8-5,5 V diapazonunda bir gərginliklə təmin edilir və çıxışda sabit 5 V istehsal edəcək, bu da əksər mobil cihazları doldurmaq üçün kifayətdir. Adi bir Peltier elementi istifadə edilərsə, qızdırılan tərəfin iş temperaturu diapazonunu 150 ° C-ə qədər məhdudlaşdırmaq lazımdır. İzləmə əngəlindən qaçmaq üçün istilik mənbəyi kimi bir qazan qaynar su istifadə etmək daha yaxşıdır. Bu halda, elementin 100 ° C-dən yuxarı qızdırılmamasına zəmanət verilir.

Bu məqsədlə iş prinsipinin Peltier effektinə əsaslandığı qurğular istifadə olunur. Bu fenomen haqqında qısaca danışaq.

Bu nədir?

Klassik nəzəriyyəyə uyğun olaraq, fenomenin aşağıdakı izahı var: elektrik cərəyanı müxtəlif materiallardan hazırlanmış keçiricilərdə kontakt potensialı fərqindən asılı olaraq onların hərəkətini sürətləndirə və ya ləngidə bilən elektronları metallar arasında ötürür. Müvafiq olaraq, kinetik enerjinin artması ilə istilik enerjisinə çevrilir.

Müasir texnologiyalar maksimum termoelektrik effektli yarımkeçirici element-modullar istehsal etməyə imkan verir. Onların dizaynı haqqında qısaca danışmaq məntiqlidir.

Dizayn və iş prinsipi

Təyinatlar:

A – enerji mənbəyinə qoşulmaq üçün kontaktlar;
B – elementin isti səthi;
C - soyuq tərəf;
D – mis keçiricilər;
E – p-qovşağına əsaslanan yarımkeçirici;
F – n tipli yarımkeçirici.

Dizayn elə qurulmuşdur ki, modulun hər tərəfi ya p-n, ya da n-p keçidləri ilə təmasda olsun (qütbdən asılı olaraq). p-n kontaktları qızdırılır, n-p kontaktları soyudulur (bax. Şəkil 3). Müvafiq olaraq, elementin tərəflərində temperatur fərqi (DT) meydana gəlir. Bir müşahidəçi üçün bu təsir modulun tərəfləri arasında istilik enerjisinin ötürülməsi kimi görünəcəkdir. Maraqlıdır ki, güc polaritesinin dəyişdirilməsi isti və soyuq səthlərin dəyişməsinə səbəb olur.

düyü. 3. A – termoelementin isti tərəfi, B – soyuq tərəfi

Spesifikasiyalar

Termoelektrik modulların xüsusiyyətləri aşağıdakı parametrlərlə təsvir olunur:

soyutma qabiliyyəti (Q max), bu xüsusiyyət maksimum icazə verilən cərəyana və modulun tərəfləri arasındakı temperatur fərqinə əsasən müəyyən edilir, Vatt ilə ölçülür;
elementin tərəfləri arasında maksimum temperatur fərqi (DT max), parametr ideal şərait üçün verilir, ölçü vahidi dərəcədir;
maksimum temperatur fərqini təmin etmək üçün tələb olunan icazə verilən cərəyan – I max;
cərəyanın I max pik fərqə çatması üçün tələb olunan maksimum gərginlik U max DT max ;
modulun daxili müqaviməti - Ohm ilə göstərilən Müqavimət;
səmərəlilik əmsalı - COP (ingilis dilindən qısaldılmış - performans əmsalı), mahiyyətcə bu, soyutmanın enerji istehlakına nisbətini göstərən cihazın səmərəliliyidir. Ucuz elementlər üçün bu parametr 0,3-0,35 aralığındadır, daha bahalı modellər üçün 0,5-ə yaxınlaşır.

İşarələmə

Şəkil 4 nümunəsindən istifadə edərək tipik modul işarələrinin necə deşifrə edildiyinə baxaq.

Şəkil 4. TEC1-12706 ilə işarələnmiş Peltier modulu

İşarələmə üç mənalı qrupa bölünür:

Element təyinatı. İlk iki hərf həmişə dəyişməzdir (TE), bunun bir termoelement olduğunu göstərir. Növbəti ölçü ölçüsünü göstərir, "C" (standart) və "S" (kiçik) hərfləri ola bilər. Son rəqəm elementdə neçə təbəqənin (kaskadların) olduğunu göstərir.
Şəkildə göstərilən moduldakı termocütlərin sayı 127-dir.
Nominal cərəyan Amperdədir, bizim üçün 6 A-dır.

TEC1 seriyasının digər modellərinin işarələri eyni şəkildə oxunur, məsələn: 12703, 12705, 12710 və s.

Ərizə

mobil soyuducu qurğular;
elektrik enerjisi istehsal etmək üçün kiçik generatorlar;
fərdi kompüterlərdə soyutma sistemləri;
suyun soyudulması və qızdırılması üçün soyuducular;
nəmləndiricilər və s.

Termoelektrik modulların istifadəsinə dair ətraflı nümunələr verək.

Peltier elementlərindən istifadə edən soyuducu

dizaynın sadəliyi;
vibrasiya müqaviməti;
hərəkət edən elementlərin olmaması (radiatoru üfürən fan istisna olmaqla);
aşağı səs-küy səviyyəsi;
kiçik ölçülər;
istənilən vəzifədə işləmək bacarığı;
uzun xidmət müddəti;
aşağı enerji istehlakı.

Bu xüsusiyyətlər mobil qurğular üçün idealdır.

Elektrik generatoru kimi Peltier elementi

Prosessoru soyutmaq üçün

Belə bir sistemi müstəqil şəkildə yaratmağa qərar verənlər, müəyyən bir prosessor modeli üçün modulun gücünü seçmək üçün bir sıra hesablamalar aparmalı olacaqlar.

Yuxarıda göstərilənlərə əsasən, bu modulları CPU soyutma sistemi kimi istifadə etmək iqtisadi cəhətdən səmərəli deyil, əlavə olaraq, onlar kompüter avadanlığının sıradan çıxmasına səbəb ola bilər.

Termal modulların su və ya havanın soyudulması ilə birlikdə istifadə edildiyi hibrid cihazlarda vəziyyət tamamilə fərqlidir.

Hibrid soyutma sistemləri öz effektivliyini sübut etdi, lakin yüksək qiymət onların pərəstişkarlarının dairəsini məhdudlaşdırır.

Peltier elementləri əsasında kondisioner

Soyuducu su üçün

su 10-12 ° C-dən aşağı soyumur;
soyutma kompressor həmkarından daha uzun çəkir, buna görə də belə bir soyuducu çox sayda işçisi olan bir ofis üçün uyğun deyil;
cihaz xarici temperatura həssasdır, isti bir otaqda su minimum temperatura qədər soyumayacaq;
Tozlu otaqlarda quraşdırma tövsiyə edilmir, çünki fan tıxana bilər və soyutma modulu sıradan çıxa bilər.

Peltier elementindən istifadə edərək masa üstü su soyuducu

Peltier elementlərinə əsaslanan hava qurutma maşını

Aşağı səmərəliliyə baxmayaraq, bu halda cihazın səmərəliliyi kifayət qədər qənaətbəxşdir.

Necə qoşulmaq olar?

Peltier elementinin funksionallığını necə yoxlamaq olar?

Əlinizdə uyğun bir mənbə yoxdursa, multimetr və alışqan lazımdır. Doğrulama prosesi olduqca sadədir:

probları modul terminallarına birləşdirin;
yanan alışqanı yanlardan birinə gətirin;
Cihazın oxunuşlarını müşahidə edirik.

İşçi modulda, tərəflərdən biri qızdırıldıqda, cihazın ekranında görünəcək bir elektrik cərəyanı yaranır.

Peltier elementini öz əlinizlə necə etmək olar?

Gərginliyi sabitləşdirmək üçün L6920 IC çipində sadə bir çevirici yığmaq lazımdır.