Пельтиер элементі дегеніміз не, оның құрылымы, жұмыс істеу принципі және практикалық қолданылуы. Пельтиер эффектісі Термоэлектрлік Пельтиер эффектісі

1834 жылы Дж.Пельтиер ашқан, ол екі түрлі өткізгіштің түйіскен жерінен ток өткенде түйіспенің температурасы өзгеретінін ашқан. 1838 жылы Е.Х.Ленц мұны жеткілікті түрде көрсетті үлкен күшТоктың бағытын өзгерту арқылы тоқты мұздатуға немесе түйіспеге қолданылатын су тамшысын қайнатуға болады.

Пельтиер эффектінің мәні мынада: электр тогы екі металдың немесе жартылай өткізгіштің жанасу аймағында олардың жанасуынан өткенде, әдеттегі Джоуль жылуынан басқа, Пельтиер деп аталатын қосымша жылу мөлшері бөлінеді немесе жұтылады. жылу Q б. Джоуль жылуынан айырмашылығы, ол токтың квадратына пропорционалды, шамасы Q бтоктың бірінші қуатына пропорционал.

Q p = P. I. т.

т- ағымдағы өту уақыты,

I- ток күші.

П- Пельтиер коэффициенті, контакт түзетін материалдардың сипатына байланысты пропорционалдық коэффициенті. Теориялық түсініктер өткізгіш электрондардың микроскопиялық сипаттамалары арқылы Пельтье коэффициентін өрнектеуге мүмкіндік береді.

Пельтиер коэффициенті P = T Dа, Қайда Т - абсолютті температура, А Δ α - өткізгіштердің термоэлектрлік коэффициенттерінің айырмашылығы. Токтың бағыты Пелтье жылуының бөлінуін немесе жұтылуын анықтайды.

Әсер ету себебі, металдар немесе жартылай өткізгіштер арасындағы жанасу жағдайында шекарада ішкі контактілі потенциалдар айырмасы пайда болады. Бұл контактінің екі жағындағы тасымалдаушылардың потенциалдық энергиясының әртүрлі болуына әкеледі, өйткені ток тасымалдаушылардың орташа энергиясы олардың энергетикалық спектріне, концентрациясына және олардың таралу механизмдеріне байланысты және әртүрлі өткізгіштерде әртүрлі болады. Ток беруге қатысатын электрондардың орташа энергиясы әртүрлі өткізгіштерде әр түрлі болғандықтан, торлы иондармен соқтығысу процесінде тасымалдаушылар артық энергиядан бас тартады. кинетикалық энергиягриль және жылу бөлінеді. Егер контакт арқылы өткенде тасымалдаушылардың потенциалдық энергиясы төмендесе, онда олардың кинетикалық энергиясы артады және тор иондарымен соқтығысқан электрондар энергиясы орташа мәнге дейін артады, ал Пельтиер жылуы жұтылады. Осылайша, электрондар контакт арқылы өткенде, электрондар не артық энергияны атомдарға береді, не солардың есебінен толықтырады.

Электрондардың жартылай өткізгіштен металға ауысуы кезінде жартылай өткізгіштің өткізгіш электрондарының энергиясы металдың Ферми деңгейінен (Ферми энергиясын қараңыз) айтарлықтай жоғары болады да, электрондар өздерінің артық энергиясын береді. Пельтиер эффектісі әсіресе жартылай өткізгіштерде күшті, ол салқындату және жылыту жартылай өткізгішті құрылғыларды жасау үшін, соның ішінде тоңазытқыш қондырғыларында микротоңазытқыштарды жасау үшін қолданылады.

19 ғасырдың басы. Физика мен электротехниканың алтын ғасыры. 1834 жылы француз сағат шебері және табиғат зерттеушісі Жан-Шарль Пелтье висмут пен сурьма электродтарының арасына бір тамшы су қойып, оны контур арқылы өткізген. электр тоғы. Ол тамшының кенет қатып қалғанын көрді.

Электр тогының өткізгіштерге жылулық әсері белгілі болды, бірақ кері әсерсиқырға ұқсас болды. Пельтиердің сезімін түсінуге болады: физиканың екі түрлі саласы - термодинамика мен электр тоғысындағы бұл құбылыс бүгінгі күні де ғажайып сезімді тудырады.

Ол кезде салқындату мәселесі бүгінгідей өткір болған жоқ. Сондықтан, Пелтье эффектісі екі ғасырдан кейін ғана жұмыс істеуі үшін миниатюралық салқындату жүйелерін қажет ететін электронды құрылғылар пайда болған кезде айналды. Қадір Пельтиер салқындату элементтерішағын өлшемдер, қозғалатын бөліктердің болмауы, үлкен температуралық айырмашылықтарды алу үшін каскадты қосу мүмкіндігі.

Сонымен қатар, Peltier эффектісі қайтымды: модуль арқылы өтетін токтың полярлығы өзгерген кезде, салқындату жылытуға ауыстырылады, сондықтан температураны дәл ұстауға арналған жүйелер - термостаттар - оған оңай енгізілуі мүмкін. Peltier элементтерінің (модульдерінің) кемшілігі олардың төмен тиімділігі болып табылады, бұл айтарлықтай температура айырмашылығын алу үшін үлкен ток мәндерін беруді талап етеді. Салқындатылған жазықтыққа қарама-қарсы пластинадан жылуды жою да қиын.

Бірақ бірінші нәрсе. Алдымен, байқалатын құбылысқа жауапты физикалық процестерді қарастыруға тырысайық. Математикалық есептеулердің тұңғиығына түспей, біз осы қызықты физикалық құбылыстың табиғатын түсінуге тырысамыз.

Әңгіме температуралық құбылыстар туралы болғандықтан, физиктер математикалық сипаттауға ыңғайлы болу үшін материалдың атомдық торының тербелістерін бөлшектерден тұратын белгілі бір газбен – фонондармен ауыстырады.

Фонон газының температурасы температураға байланысты қоршаған ортажәне металдың қасиеттері. Сонда кез келген металл термодинамикалық тепе-теңдікте тұрған электрон және фонон газдарының қоспасы болып табылады.Сыртқы өріс жоқ кезде екі түрлі металдар жанасқанда, «ыстық» электрон газы «суық» өрістің аймағына еніп, түзеді. белгілі контакт потенциалының айырмашылығы.

Өтуге потенциалдар айырмасын қолданғанда, яғни. Екі металдың шекарасынан ток өткенде электрондар бір металдың фонондарынан энергия алып, екіншісінің фонон газына береді. Полярлық өзгерген кезде қыздыру және салқындату дегенді білдіретін энергияның берілуі белгіні өзгертеді.

Жартылай өткізгіштерде электрондар мен «саңылаулар» энергияның берілуіне жауап береді, бірақ жылу беру механизмі және температура айырмашылығының көрінісі өзгеріссіз қалады. Температура айырмашылығы жоғары энергиялы электрондар таусылғанша артады. Температуралық тепе-теңдік пайда болады. Бұл сипаттаманың заманауи суреті Пельтиер эффектісі.

Осыдан-ақ бұл анық Пельтиер элементінің тиімділігіматериалдардың жұбын таңдауға, ток күші мен ыстық аймақтан жылуды шығару жылдамдығына байланысты. Қазіргі заманғы материалдар (әдетте жартылай өткізгіштер) үшін тиімділік 5-8% құрайды.

Ал енді Пельтиер эффектінің практикалық қолданылуы туралы.Оны ұлғайту үшін жеке термопарлар (екі түрлі материалдың түйіспелері) ондаған және жүздеген элементтерден тұратын топтарға жиналады. Мұндай модульдердің негізгі мақсаты шағын объектілерді немесе микросұлбаларды салқындату болып табылады.

Термоэлектрлік салқындату модулі

Peltier эффектінің модульдері инфрақызыл қабылдағыштары бар түнгі көру құрылғыларында кеңінен қолданылады. Бүгінгі күні сандық камераларда да қолданылатын зарядталатын құрылғы чиптері (CCD) суреттерді тіркеу үшін терең салқындату қажет. инфрақызыл аймақ. Peltier модульдері телескоптардағы инфрақызыл детекторларды, сәулелену жиілігін тұрақтандыру үшін лазерлердің белсенді элементтерін және дәл уақыт жүйелерінде салқындатады. Бірақ бұлардың барлығы әскери және арнайы мақсаттағы қолданбалар.

Жақында Peltier модульдері тұрмыстық бұйымдарда қолдануды тапты. Негізінен автокөлік техникасында: кондиционерлер, портативті тоңазытқыштар, су салқындатқыштар.

Пельтиер эффектісін практикалық қолданудың мысалы

Модульдердің ең қызықты және перспективалы қолданбасы компьютерлік технология болып табылады. Жоғары өнімді микропроцессорлар, процессорлар және бейне карта микросхемалары көп саныжылу. Оларды салқындату үшін айтарлықтай акустикалық шуды тудыратын жоғары жылдамдықты желдеткіштер қолданылады. Біріктірілген салқындату жүйелерінің бөлігі ретінде Peltier модульдерін пайдалану айтарлықтай жылу алу арқылы шуды жояды.

Шағын USB -Peltier модульдерін пайдаланатын тоңазытқыш

Ақырында, логикалық сұрақ: Peltier модульдері компрессиялық тұрмыстық тоңазытқыштардағы әдеттегі салқындату жүйелерін ауыстыра ма? Бүгінде бұл тиімділік (төмен тиімділік) және баға бойынша тиімсіз. Қуатты модульдердің құны әлі де айтарлықтай жоғары.

Бірақ технология мен материалтану бір орында тұрмайды. Жоғары тиімділік пен жоғары Пельтиер коэффициенті бар жаңа, арзанырақ материалдардың пайда болу мүмкіндігін жоққа шығару мүмкін емес. Қазірдің өзінде ғылыми-зерттеу зертханаларынан тиімді салқындату жүйелерімен жағдайды түбегейлі өзгерте алатын нанокөміртекті материалдардың таңғажайып қасиеттері туралы есептер бар.

Класраттардың жоғары термоэлектрлік тиімділігі туралы есептер бар - гидраттарға құрылымы жағынан ұқсас қатты ерітінділер. Бұл материалдар ғылыми-зерттеу зертханаларынан шыққан кезде, қызмет ету мерзімі шектеусіз толық үнсіз тоңазытқыштар әдеттегі үй модельдерімізді ауыстырады.

P.S.Ең қызықты мүмкіндіктердің бірі термоэлектрлік технологияпайдалана алмайды электр энергиясыжылу мен суықты алу үшін, сонымен қатар оның арқасында біз де аламыз бірақ кері процесті бастаңыз және, мысалы, жылудан электр энергиясын алыңыз.

Сіз қалай алатыныңызға мысалтермоэлектрлік модуль арқылы жылудан электр энергиясын алу () мынаған қарабейне:

Бұл туралы не ойлайсыз? Пікірлеріңізді күтемін!

Андрей Повный

АТ-11 тобының студенті орындайды

Мухарлямов Ильдар

Пельтиер эффектісі

Кіріс: электр тогы.

Шығару: жылу мөлшері, температура.

Мәні

Бір-біріне ұқсамайтын өткізгіштерден тұратын тізбекте тұрақты электр тогы өткенде, токтың бағытына байланысты өткізгіштердің жанасу нүктелерінде (түйіскенде) жылу жұтылады немесе бөлінеді. Қабатта бөлінген немесе жұтылған Пелтье жылуы түйісу арқылы өтетін жалпы зарядқа немесе ток пен уақыттың көбейтіндісіне пропорционал. Пельтиер коэффициенті жанасатын өткізгіштердің түріне және олардың температурасына байланысты.

Рнемесе n) (суретті қараңыз). Пельтиер эффектісінің түсіндірмесі жартылай өткізгіштер массивіндегі атомдардың термиялық тербелістерімен pn түйісуінің контакт потенциалында баяулатылған немесе жеделдетілген өткізгіш электрондардың өзара әрекеттесуінде жатыр. Нәтижесінде электрондардың қозғалыс бағытына байланысты және сәйкесінше ток, қыздыру () немесе салқындау жүреді. (Т бірге ) жартылай өткізгіштің түйіспеге тікелей іргелес жатқан бөлімі (R-n немесе n-p түйіні).

Математикалық сипаттама

Қайда - Пелтье жылуы, Дж

P – Пельтье коэффициенті;

q– контакт арқылы өткен заряд, С;

I- Өткізгіштегі ток күші, А;

т– уақыт, с.

Ток бағыты өзгерген кезде Пельтиер жылуы таңбасын өзгертеді. Параметрлерді өзгерту шектеулері:

1 В дейін – жартылай өткізгіш;

I– бірнеше амперге дейін;

Q– 0-ден 50 Дж-ға дейін (1 секундта)

Пелтье коэффициентін Томсон коэффициенті арқылы көрсетуге болады:

q T,

Қайда
Томсон;

Қолдану

Peltier модулі электр тогы ол арқылы өткенде, ол жылу сорғысы ретінде әрекет ететіндігімен ерекшеленеді, яғни. сорғылар жылуды бір жағынан екіншісіне жібереді, соның арқасында ол әртүрлі салқындату жүйелерінде белсенді қолданылады, сусын тоңазытқыштарынан қуатты жартылай өткізгішті лазерлер мен әртүрлі чиптерге арналған салқындату жүйелеріне дейін, әсіресе жылуды алу процесін жылдамдату қажет болған жағдайда. қыздыру элементі. Пельтиер эффектісін жартылай өткізгіштерде практикалық қолданудың негізгі бағыттары: термоэлектрлік салқындату құрылғыларын жасау үшін суықты алу, қыздыру мақсатында қыздыру, термостаттау, тұрақты температура жағдайында кристалдану процесін басқару.

Фотокөбейткіш түтіктердің (PMTs) сигнал-шу қатынасын арттыру үшін PMT вакуумдық қабықшасының ішінде орналасқан термоэлектрлік элементтері бар фотокатодтарды салқындату әдісі ұсынылады (АҚШ Пат. 3757151).

Конденсатты ағызу тоңазытқышпен біріктірілген газ сынамасын алу құрылғысы. Қосулы ішіндеПельтиер элементтерінің суық түйіспелері қуыс конусқа және одан өлшенетін газ тармақтарын сынамалауға арналған құбырға бекітілген. Тоңазытқыштың айырмашылығы - термоэлементтердің аккумуляторы Peltier элементтері тұтынатын токтың генераторы ретінде қамтамасыз етіледі, оның ыстық түйіспелері түтіндік газ арнасында орналасқан, ал суық тораптар сыртқы кеңістікте (1297U02 Германия қолданбасы).

Құрылғы кескіні

TEM пайдаланудың оң және теріс жақтары

Көбінесе Peltier модульдерінің артықшылықтарына мыналар жатады:

салыстырмалы түрде шағын өлшемдер;

жүйені салқындату үшін де, жылыту үшін де жұмыс істеу мүмкіндігі;

қозғалатын бөлшектердің немесе тозуға ұшырайтын механикалық бөлшектердің болмауы.

Сонымен қатар, ТЭМ-де олардың кеңінен практикалық қолданылуына айтарлықтай кедергі келтіретін бірқатар кемшіліктер бар. Олардың арасында мыналар бар:

модульдің төмен тиімділігі;

олардың жұмыс істеуі үшін ток көзінің қажеттілігі;

айтарлықтай температура айырмашылығына қол жеткізу үшін үлкен қуат тұтыну және нәтижесінде айтарлықтай жылу өндіру;

шектеулі өлшемдер

Бақылау сұрақтары:

Пельтиер эффектінің мәні неде?

(Бір-біріне ұқсамайтын өткізгіштерден тұратын тізбекте тұрақты электр тогы өткенде, токтың бағытына байланысты өткізгіштердің жанасу нүктелерінде (түйісулерінде) жылу жұтылады немесе бөлінеді.)

Пельтиер коэффициенті неге тәуелді?

(Пелтиер коэффициенті байланыс өткізгіштердің түріне және олардың температурасына байланысты.)

Пельтиер эффектісінде қандай өткізгіштер қолданылады?

Пельтиер эффектісі әртүрлі өткізгіштігі бар жартылай өткізгіштердің контактілерінде айқын көрінеді ( Рнемесе n)

Пелтье коэффициенті Томсон коэффициентімен қалай байланысты?

q T,

Қайда
Томсон;

T – температуралық коэффициент, К.

Әсердің негізгі қолданылуы?

(Әртүрлі салқындату жүйелерінде қолданылады)

Тапсырмалар:

10 А ток 3 секундта өтіп, 50 Дж жылу бөлетінін біле отырып, Пельтье коэффициентін табыңыз.

Заряд 70 С, абсолютті температура 300 К болса, Томсон коэффициенті неге тең болады. Пельтиер коэффициенті 1,7 В.

Пельтиер коэффициенті 73 мВ, ал жылу модулі арқылы өткен заряд 40 С болса, бір-біріне ұқсамайтын өткізгіштердің жанасу нүктелерінде қанша жылу бөлінеді.

Шешуі: Qp=P*q=2,92 (Дж).

Кернеу 120 В, кедергі 10 Ом болатынын біле отырып, өткізгіште ток өтуге кететін уақытты табыңыз. Бұл жағдайда 1 Дж жылу бөлінеді, ал Пельтье коэффициенті 60 мВ болады.

Тоңазытқыш жабдықтарының біздің өмірімізге берік орныққаны соншалық, онсыз қалай басқарылатынымызды елестету қиын. Бірақ салқындатқыштың классикалық конструкциялары мобильді пайдалануға жарамайды, мысалы, саяхаттағы салқындатқыш сөмке ретінде.

Осы мақсатта жұмыс принципі Пельтиер эффектісіне негізделген қондырғылар қолданылады. Осы құбылысқа қысқаша тоқталайық.

Бұл не?

Бұл термин 1834 жылы француз табиғат зерттеушісі Жан-Шарль Пелтье ашқан термоэлектрлік құбылысқа қатысты. Әсердің мәні электр тогы өтетін әртүрлі өткізгіштер жанасатын аймақта жылуды шығару немесе сіңіру болып табылады.

Сәйкес классикалық теорияБұл құбылыстың мынадай түсіндірмесі бар: электр тогы металдар арасында электрондарды тасымалдайды, бұл әртүрлі материалдардан жасалған өткізгіштердегі контакт потенциалының айырмашылығына байланысты олардың қозғалысын жеделдетуі немесе баяулатуы мүмкін. Сәйкесінше кинетикалық энергияның жоғарылауымен ол жылу энергиясына айналады.

Екінші өткізгіште физиканың негізгі заңына сәйкес энергияны толтыруды талап ететін кері процесс байқалады. Бұл екінші өткізгіш жасалған металдың салқындатылуын тудыратын термиялық дірілге байланысты пайда болады.

Заманауи технологиялар максималды термоэлектрлік әсері бар жартылай өткізгіш элементтер-модульдерді шығаруға мүмкіндік береді. Олардың дизайны туралы қысқаша айтудың мағынасы бар.

Дизайн және жұмыс принципі

Заманауи модульдер екі оқшаулағыш пластинадан (әдетте керамикалық) тұратын құрылым болып табылады, олардың арасында тізбектей жалғанған термопарлар орналасқан. Мұндай элементтің оңайлатылған диаграммасын төмендегі суретте табуға болады.

Белгілері:

A – қуат көзіне қосуға арналған контактілер;
B – элементтің ыстық беті;
C – суық жағы;
D – мыс өткізгіштер;
E – р-өткізу негізіндегі жартылай өткізгіш;
F – n-типті жартылай өткізгіш.

Дизайн модульдің әрбір жағы p-n немесе байланыста болатындай етіп жасалған n-p ауысулары(полярлыққа байланысты). Контактілер p-nқыздыру, n-p – суыту (3-суретті қараңыз). Тиісінше, температура айырмашылығы (DT) элементтің бүйірлерінде пайда болады. Бақылаушы үшін бұл әсер модульдің екі жақтары арасында жылу энергиясын беру сияқты көрінеді. Қуат полярлығын өзгерту ыстық және суық беттердің өзгеруіне әкелетіні назар аударарлық.

Күріш. 3. А – термоэлементтің ыстық жағы, В – суық жағы

Техникалық сипаттама

Термоэлектрлік модульдердің сипаттамалары келесі параметрлермен сипатталады:

салқындату сыйымдылығы (Q max), бұл сипаттама максималды рұқсат етілген ток және ваттпен өлшенген модуль жақтары арасындағы температура айырмашылығы негізінде анықталады;
элементтің жақтары арасындағы максималды температура айырмашылығы (DT max), параметр идеалды жағдайлар үшін берілген, өлшем бірлігі градус;
максималды температура айырмашылығын қамтамасыз ету үшін қажет рұқсат етілген ток – I макс;
максималды кернеу U max қажетті ток I max шыңы айырмашылығына жету үшін DT max;
модульдің ішкі кедергісі – Оммен көрсетілген кедергі;
тиімділік коэффициенті - COP (ағылшын тілінен алынған аббревиатура - өнімділік коэффициенті), бұл негізінен салқындату мен қуат тұтынудың қатынасын көрсететін құрылғының тиімділігі. Қымбат емес элементтер үшін бұл параметр 0,3-0,35 диапазонында, қымбатырақ модельдер үшін ол 0,5-ке жақындайды.

Белгілеу

4-суреттегі мысалды пайдалана отырып, типтік модуль белгілерінің шифры қалай ашылатынын қарастырайық.

Сурет 4. Peltier модулі TEC1-12706 деп белгіленген

Таңбалау үш мағыналы топқа бөлінеді:

Элементті белгілеу. Алғашқы екі әріп әрқашан өзгермейді (TE), бұл термоэлемент екенін көрсетеді. Келесісі өлшемді көрсетеді, «C» (стандартты) және «S» (кіші) әріптері болуы мүмкін. Соңғы сан элементте қанша қабат (каскад) бар екенін көрсетеді.
Фотосуретте көрсетілген модульдегі терможұптардың саны - 127.
Номиналды ток Амперде, біз үшін ол 6 А.

TEC1 сериясының басқа үлгілерінің таңбалары дәл осылай оқылады, мысалы: 12703, 12705, 12710 және т.б.

Қолдану

Тиімділігі өте төмен болғанымен, термоэлектрлік элементтер өлшеу, есептеу және тұрмыстық техникада кеңінен қолданылады. Модульдер келесі құрылғылардың маңызды жұмыс элементі болып табылады:

жылжымалы тоңазытқыш қондырғылары;
электр энергиясын өндіруге арналған шағын генераторлар;
дербес компьютерлердегі салқындату жүйелері;
суды салқындату және жылыту үшін салқындатқыштар;
ылғалдандырғыштар және т.б.

Термоэлектрлік модульдерді қолданудың егжей-тегжейлі мысалдарын келтірейік.

Peltier элементтерін пайдаланатын тоңазытқыш

Термоэлектрлік тоңазытқыш қондырғылары компрессорлық және абсорбциялық аналогтарға қарағанда өнімділік жағынан айтарлықтай төмен. Бірақ олардың айтарлықтай артықшылықтары бар, бұл оларды белгілі бір жағдайларда пайдалану орынды етеді. Бұл артықшылықтарға мыналар жатады:

дизайнның қарапайымдылығы;
дірілге төзімділік;
қозғалатын элементтердің болмауы (радиаторды үрлейтін желдеткіштен басқа);
төмен шу деңгейі;
шағын өлшемдер;
кез келген лауазымда жұмыс істей білу;
ұзақ қызмет ету мерзімі;
төмен энергия тұтыну.

Бұл сипаттамалар мобильді қондырғылар үшін өте қолайлы.

Пельтье элементі электр генераторы ретінде

Термоэлектрлік модульдер, егер олардың бір жағы мәжбүрлі қыздыруға ұшыраса, электр генераторы ретінде жұмыс істей алады. Бүйірлер арасындағы температура айырмашылығы неғұрлым көп болса, көзден пайда болатын ток соғұрлым жоғары болады. Өкінішке орай, жылу генераторының максималды температурасы шектеулі, ол модульде қолданылатын дәнекерлеудің балқу температурасынан жоғары болуы мүмкін емес. Бұл шартты бұзу элементтің істен шығуына әкеледі.

Жылу генераторларын жаппай өндіру үшін отқа төзімді дәнекерленген арнайы модульдер қолданылады, оларды 300 ° C температураға дейін қыздыруға болады. Қарапайым элементтерде, мысалы, TEC1 12715, шектеу 150 градус.

Мұндай құрылғылардың тиімділігі төмен болғандықтан, олар электр энергиясының тиімдірек көзін пайдалану мүмкін болмаған жағдайда ғана қолданылады. Дегенмен, 5-10 Вт жылу генераторлары туристер, геологтар және шалғай аудандардың тұрғындары арасында сұранысқа ие. Жоғары температуралы отынмен жұмыс істейтін үлкен және қуатты стационарлық қондырғылар газ тарату қондырғыларын, метеостанция жабдықтарын және т.б.

Процессорды салқындату үшін

Салыстырмалы түрде жақында бұл модульдер дербес компьютерлердің процессорлық салқындату жүйесінде қолданыла бастады. Термоэлементтердің төмен тиімділігін ескере отырып, мұндай құрылымдардың пайдасы өте күмәнді. Мысалы, қуаты 100-170 Вт болатын жылу көзін салқындату үшін (процессордың заманауи үлгілерінің көпшілігіне сәйкес) сізге қуатты қуат көзін орнату қажет 400-680 Вт жұмсау қажет.

Екінші қателік - жүктелмеген процессор аз жылу энергиясын шығарады және модуль оны шық нүктесінен төмен салқындата алады. Нәтижесінде конденсация қалыптаса бастайды, бұл электрониканы зақымдауға кепілдік береді.

Мұндай жүйені өз бетімен құруға шешім қабылдағандар белгілі бір процессор үлгісі үшін модульдің қуатын таңдау үшін бірқатар есептеулерді жүргізуі керек.

Жоғарыда айтылғандарға сүйенсек, бұл модульдерді процессорды салқындату жүйесі ретінде пайдалану үнемді емес, сонымен қатар олар сәтсіздікке әкелуі мүмкін. компьютерлік жабдықЖұмыс істемейді.

Гибридті құрылғыларда жағдай мүлдем басқаша, онда жылу модульдері сумен немесе ауамен салқындатумен бірге қолданылады.

Гибридті салқындату жүйелері олардың тиімділігін дәлелдеді, бірақ жоғары құны олардың жанкүйерлерінің шеңберін шектейді.

Peltier элементтеріне негізделген кондиционер

Теориялық тұрғыдан, мұндай құрылғы классикалық климаттық бақылау жүйелеріне қарағанда құрылымдық жағынан әлдеқайда қарапайым болады, бірақ бәрі төмен өнімділікке байланысты. Тоңазытқыштың шағын көлемін салқындату бір басқа, бөлмені немесе көліктің ішін салқындату басқа нәрсе. Термоэлектрлік модульдерді пайдаланатын кондиционерлер салқындатқышпен жұмыс істейтін жабдыққа қарағанда көбірек электр энергиясын (3-4 есе) тұтынады.

Оны автомобильдің климаттық бақылау жүйесі ретінде пайдалануға келетін болсақ, стандартты генератордың қуаты мұндай құрылғыны басқару үшін жеткіліксіз болады. Оны тиімдірек жабдықпен ауыстыру отынның айтарлықтай шығынына әкеледі, бұл үнемді емес.

Тақырыптық форумдарда осы тақырып бойынша талқылаулар мезгіл-мезгіл туындайды және үйде жасалған әртүрлі дизайндар қарастырылады, бірақ толыққанды жұмыс прототипі әлі жасалмаған (хомяк үшін кондиционерді есептемегенде). Тиімділігі анағұрлым қолайлы модульдер кеңінен қолжетімді болған кезде жағдайдың өзгеруі әбден мүмкін.

Салқындату үшін

Термоэлектрлік элемент көбінесе суды салқындатқыштар үшін салқындатқыш ретінде пайдаланылады. Дизайн мыналарды қамтиды: салқындату модулі, термостатпен басқарылатын контроллер және жылытқыш. Бұл іске асыру компрессор тізбегіне қарағанда әлдеқайда қарапайым және арзанырақ, сонымен қатар ол сенімдірек және оңай жұмыс істейді. Бірақ кейбір кемшіліктер де бар:

су 10-12°С-тан төмен салқындамайды;
салқындату компрессорлық аналогына қарағанда ұзағырақ уақытты алады, сондықтан мұндай салқындатқыш қызметкерлер саны көп кеңсеге жарамайды;
құрылғы сыртқы температураға сезімтал, жылы бөлмеде су ең төменгі температураға дейін суымайды;
Шаңды бөлмелерде орнату ұсынылмайды, себебі желдеткіш бітеліп, салқындату модулі істен шығуы мүмкін.

Peltier элементін пайдаланатын үстел үсті суды салқындатқыш

Peltier элементтеріне негізделген ауа кептіргіш

Кондиционерден айырмашылығы, термоэлектрлік элементтерді пайдалана отырып, ылғалдандырғышты жүзеге асыру әбден мүмкін. Дизайн өте қарапайым және арзан. Салқындату модулі радиатордың температурасын шық нүктесінен төмен түсіреді, нәтижесінде құрылғы арқылы өтетін ауадағы ылғал оған түседі. Тұндырылған су арнайы резервуарға құйылады.

Төмен тиімділікке қарамастан, бұл жағдайда құрылғының тиімділігі айтарлықтай қанағаттанарлық.

Қалай қосылуға болады?

Модульді қосуда қиындықтар болмайды, шығыс сымдарына тұрақты кернеу қолданылуы керек, оның мәні элементтің деректер парағында көрсетілген. Қызыл сымды оңға, қара сымды теріске қосу керек. Назар аударыңыз! Полярлықты өзгерту салқындатылған және қыздырылған беттердің орындарын өзгертеді.

Peltier элементінің функционалдығын қалай тексеруге болады?

Ең қарапайым және сенімді әдіс - тактильді әдіс. Модульді тиісті кернеу көзіне қосып, оның әртүрлі жақтарын тигізу керек. Жұмыс элементі үшін олардың біреуі жылырақ, екіншісі суық болады.

Қолыңызда қолайлы көз болмаса, мультиметр мен оттық қажет болады. Тексеру процесі өте қарапайым:

зондтарды модуль терминалдарына қосыңыз;
жанып тұрған оттықты бір жаққа апарыңыз;
Біз құрылғының көрсеткіштерін байқаймыз.

Жұмыс модулінде тараптардың бірі қызған кезде электр тогы пайда болады, ол құрылғы дисплейінде көрсетіледі.

Peltier элементін өз қолыңызбен қалай жасауға болады?

Үйде үй модулін жасау мүмкін емес, әсіресе олардың салыстырмалы түрде төмен құнын (шамамен 4-10 доллар) ескере отырып, мұны істеудің қажеті жоқ. Бірақ сіз жаяу жүру кезінде пайдалы болатын құрылғыны жинай аласыз, мысалы, термоэлектрлік генератор.

Кернеуді тұрақтандыру үшін L6920 IC чипіне қарапайым түрлендіргішті жинау қажет.

Мұндай түрлендіргіштің кірісі 0,8-5,5 В диапазонында кернеумен қамтамасыз етіледі, ал шығысында ол тұрақты 5 В шығарады, бұл көптеген мобильді құрылғыларды зарядтау үшін жеткілікті. Егер әдеттегі Peltier элементі пайдаланылса, қыздырылған жағының жұмыс температурасының диапазонын 150 ° C дейін шектеу қажет. Бақылау қиындықтарын болдырмау үшін жылу көзі ретінде қайнаған су құйылған кастрюльді қолданған дұрыс. Бұл жағдайда элементтің 100 ° C-тан жоғары қызбауына кепілдік беріледі.

Бұл не?

Классикалық теорияға сәйкес құбылыстың мынадай түсіндірмесі бар: электр тогы металдар арасында электрондарды тасымалдайды, олар әртүрлі материалдардан жасалған өткізгіштердегі контакт потенциалының айырмашылығына байланысты олардың қозғалысын жылдамдатады немесе бәсеңдетеді. Сәйкесінше кинетикалық энергияның жоғарылауымен ол жылу энергиясына айналады.

Дизайн және жұмыс принципі

Белгілері:

A – қуат көзіне қосуға арналған контактілер;
B – элементтің ыстық беті;
C – суық жағы;
D – мыс өткізгіштер;
E – р-өткізу негізіндегі жартылай өткізгіш;
F – n-типті жартылай өткізгіш.

Дизайн модульдің әрбір жағы p-n немесе n-p өткелдерімен (полярлыққа байланысты) байланыста болатындай етіп жасалған. p-n контактілері қызады, n-p контактілері салқындатылады (3-суретті қараңыз). Тиісінше, температура айырмашылығы (DT) элементтің бүйірлерінде пайда болады. Бақылаушы үшін бұл әсер модульдің екі жақтары арасында жылу энергиясын беру сияқты көрінеді. Қуат полярлығын өзгерту ыстық және суық беттердің өзгеруіне әкелетіні назар аударарлық.

Күріш. 3. А – термоэлементтің ыстық жағы, В – суық жағы

Техникалық сипаттама

Термоэлектрлік модульдердің сипаттамалары келесі параметрлермен сипатталады:

салқындату сыйымдылығы (Q max), бұл сипаттама максималды рұқсат етілген ток және ваттпен өлшенген модуль жақтары арасындағы температура айырмашылығы негізінде анықталады;
элементтің жақтары арасындағы максималды температура айырмашылығы (DT max), параметр идеалды жағдайлар үшін берілген, өлшем бірлігі градус;
максималды температура айырмашылығын қамтамасыз ету үшін қажет рұқсат етілген ток – I макс;
максималды кернеу U max қажетті ток I max шыңы айырмашылығына жету үшін DT max;
модульдің ішкі кедергісі – Оммен көрсетілген кедергі;
тиімділік коэффициенті - COP (ағылшын тілінен алынған аббревиатура - өнімділік коэффициенті), бұл негізінен салқындату мен қуат тұтынудың қатынасын көрсететін құрылғының тиімділігі. Қымбат емес элементтер үшін бұл параметр 0,3-0,35 диапазонында, қымбатырақ модельдер үшін ол 0,5-ке жақындайды.

Белгілеу

4-суреттегі мысалды пайдалана отырып, типтік модуль белгілерінің шифры қалай ашылатынын қарастырайық.

Сурет 4. Peltier модулі TEC1-12706 деп белгіленген

Таңбалау үш мағыналы топқа бөлінеді:

Элементті белгілеу. Алғашқы екі әріп әрқашан өзгермейді (TE), бұл термоэлемент екенін көрсетеді. Келесісі өлшемді көрсетеді, «C» (стандартты) және «S» (кіші) әріптері болуы мүмкін. Соңғы сан элементте қанша қабат (каскад) бар екенін көрсетеді.
Фотосуретте көрсетілген модульдегі терможұптардың саны - 127.
Номиналды ток Амперде, біз үшін ол 6 А.

TEC1 сериясының басқа үлгілерінің таңбалары дәл осылай оқылады, мысалы: 12703, 12705, 12710 және т.б.

Қолдану

жылжымалы тоңазытқыш қондырғылары;
электр энергиясын өндіруге арналған шағын генераторлар;
дербес компьютерлердегі салқындату жүйелері;
суды салқындату және жылыту үшін салқындатқыштар;
ылғалдандырғыштар және т.б.

Термоэлектрлік модульдерді қолданудың егжей-тегжейлі мысалдарын келтірейік.

Peltier элементтерін пайдаланатын тоңазытқыш

дизайнның қарапайымдылығы;
дірілге төзімділік;
қозғалатын элементтердің болмауы (радиаторды үрлейтін желдеткіштен басқа);
төмен шу деңгейі;
шағын өлшемдер;
кез келген лауазымда жұмыс істей білу;
ұзақ қызмет ету мерзімі;
төмен энергия тұтыну.

Бұл сипаттамалар мобильді қондырғылар үшін өте қолайлы.

Пельтье элементі электр генераторы ретінде

Процессорды салқындату үшін

Жоғарыда айтылғандарға сүйенсек, бұл модульдерді процессорды салқындату жүйесі ретінде пайдалану үнемді емес, сонымен қатар олар компьютерлік жабдықтың істен шығуына әкелуі мүмкін.

Peltier элементтеріне негізделген кондиционер

Салқындату үшін

су 10-12°С-тан төмен салқындамайды;
салқындату компрессорлық аналогына қарағанда ұзағырақ уақытты алады, сондықтан мұндай салқындатқыш қызметкерлер саны көп кеңсеге жарамайды;
құрылғы сыртқы температураға сезімтал, жылы бөлмеде су ең төменгі температураға дейін суымайды;
Шаңды бөлмелерде орнату ұсынылмайды, себебі желдеткіш бітеліп, салқындату модулі істен шығуы мүмкін.

Peltier элементін пайдаланатын үстел үсті суды салқындатқыш

Peltier элементтеріне негізделген ауа кептіргіш

Төмен тиімділікке қарамастан, бұл жағдайда құрылғының тиімділігі айтарлықтай қанағаттанарлық.

Қалай қосылуға болады?

Peltier элементінің функционалдығын қалай тексеруге болады?

Қолыңызда қолайлы көз болмаса, мультиметр мен оттық қажет болады. Тексеру процесі өте қарапайым:

зондтарды модуль терминалдарына қосыңыз;
жанып тұрған оттықты бір жаққа апарыңыз;
Біз құрылғының көрсеткіштерін байқаймыз.

Жұмыс модулінде тараптардың бірі қызған кезде электр тогы пайда болады, ол құрылғы дисплейінде көрсетіледі.

Peltier элементін өз қолыңызбен қалай жасауға болады?

Кернеуді тұрақтандыру үшін L6920 IC чипіне қарапайым түрлендіргішті жинау қажет.