Peltier elementi nima, uning tuzilishi, ishlash printsipi va amaliy qo'llanilishi. Peltier effekti Termoelektrik Peltier effekti

1834-yilda J.Peltier tomonidan kashf etilgan boʻlib, u ikki xil oʻtkazgichning tutashgan joyidan tok oʻtganda tutashuv harorati oʻzgarishini aniqlagan. 1838 yilda E. H. Lenz buni etarli darajada ko'rsatdi katta kuch Oqim muzlashi mumkin yoki oqim yo'nalishini o'zgartirib, birlashmaga qo'llaniladigan bir tomchi suvni qaynatish mumkin.

Peltier effektining mohiyati shundan iboratki, elektr toki ikkita metall yoki yarimo'tkazgichning kontakt joyidan o'tganda, odatdagi Joul issiqligidan tashqari, Peltier deb ataladigan qo'shimcha issiqlik miqdori chiqariladi yoki so'riladi. issiqlik Q p. Joule issiqligidan farqli o'laroq, oqimning kvadratiga mutanosib, kattaligi Q p oqimning birinchi kuchiga mutanosib.

Q p = P. I. t.

t- joriy o'tish vaqti,

I- joriy quvvat.

P- Peltier koeffitsienti, kontaktni tashkil etuvchi materiallarning tabiatiga bog'liq bo'lgan mutanosiblik koeffitsienti. Nazariy tushunchalar Peltier koeffitsientini o'tkazuvchanlik elektronlarining mikroskopik xususiyatlari orqali ifodalash imkonini beradi.

Peltier koeffitsienti P = T D a, Qayerda T - mutlaq harorat, A Δ α - o'tkazgichlarning termoelektrik koeffitsientlaridagi farq. Oqim yo'nalishi Peltier issiqligining chiqarilishi yoki so'rilishini aniqlaydi.

Ta'sirning sababi shundaki, metallar yoki yarim o'tkazgichlar o'rtasidagi aloqada chegarada ichki kontakt potentsial farqi paydo bo'ladi. Bu kontaktning har ikki tomonidagi tashuvchilarning potentsial energiyasi har xil bo'lishiga olib keladi, chunki oqim tashuvchilarning o'rtacha energiyasi ularning energiya spektriga, kontsentratsiyasiga va tarqalish mexanizmlariga bog'liq va turli o'tkazgichlarda har xil bo'ladi. Tok o'tkazishda ishtirok etuvchi elektronlarning o'rtacha energiyasi turli o'tkazgichlarda farq qilganligi sababli, panjara ionlari bilan to'qnashuv jarayonida tashuvchilar ortiqcha energiyadan voz kechadi. kinetik energiya panjara va issiqlik chiqariladi. Agar kontaktdan o'tayotganda tashuvchilarning potentsial energiyasi pasaysa, ularning kinetik energiyasi ortadi va elektronlar panjara ionlari bilan to'qnashib, ularning energiyasini o'rtacha qiymatga oshiradi, Peltier issiqligi so'riladi. Shunday qilib, elektronlar kontaktdan o'tganda, elektronlar ortiqcha energiyani atomlarga o'tkazadi yoki ularni ularning hisobidan to'ldiradi.

Elektronlarning yarim o'tkazgichdan metallga o'tishida yarim o'tkazgichning o'tkazuvchan elektronlarining energiyasi metallning Fermi darajasidan (qarang Fermi energiyasi) sezilarli darajada yuqori bo'ladi va elektronlar ortiqcha energiyasidan voz kechadi. Peltier effekti, ayniqsa, yarimo'tkazgichlarda kuchli bo'lib, ular sovutish va isitish yarimo'tkazgichli qurilmalarni yaratishda, jumladan, sovutish moslamalarida mikromuzlatkichlarni yaratishda qo'llaniladi.

19-asr boshlari. Fizika va elektrotexnikaning oltin davri. 1834 yilda frantsuz soat ishlab chiqaruvchisi va tabiatshunosi Jan-Charlz Peltier vismut va surma elektrodlari orasiga bir tomchi suv qo'ydi va keyin uni sxemadan o'tkazdi. elektr toki. Hayron bo‘lib, tomchi birdan qotib qolganini ko‘rdi.

Elektr tokining o'tkazgichlarga issiqlik ta'siri ma'lum edi, ammo teskari ta'sir sehrga o'xshardi. Peltierning his-tuyg'ularini tushunish mumkin: fizikaning ikki xil sohasi - termodinamika va elektr - tutashuvdagi bu hodisa bugungi kunda ham mo''jiza tuyg'usini uyg'otadi.

O'sha paytda sovutish muammosi bugungidek keskin emas edi. Shuning uchun, Peltier effekti deyarli ikki asr o'tgach, elektron qurilmalar paydo bo'lganda, miniatyura sovutish tizimlarini talab qiladigan ishga aylandi. Qadr-qimmat Peltier sovutish elementlari kichik o'lchamlar, harakatlanuvchi qismlarning yo'qligi, katta harorat farqlarini olish uchun kaskadli ulanish imkoniyati.

Bundan tashqari, Peltier effekti teskari bo'ladi: modul orqali oqimning polaritesi o'zgartirilganda, sovutish isitish bilan almashtiriladi, shuning uchun haroratni aniq saqlash tizimlari - termostatlar - unga osongina amalga oshirilishi mumkin. Peltier elementlarining (modullarining) kamchiliklari ularning past samaradorligidir, bu sezilarli harorat farqini olish uchun katta oqim qiymatlarini etkazib berishni talab qiladi. Sovutilgan tekislikka qarama-qarshi bo'lgan plastinkadan issiqlikni olib tashlash ham qiyin.

Lekin birinchi narsa. Birinchidan, kuzatilgan hodisa uchun javobgar bo'lgan jismoniy jarayonlarni ko'rib chiqishga harakat qilaylik. Matematik hisob-kitoblar tubiga tushmasdan, biz ushbu qiziqarli jismoniy hodisaning mohiyatini tushunishga harakat qilamiz.

Biz harorat hodisalari haqida gapirayotganimiz sababli, fiziklar matematik tavsiflash qulayligi uchun materialning atom panjarasining tebranishlarini zarrachalar - fononlardan tashkil topgan ma'lum bir gaz bilan almashtiradilar.

Fonon gazining harorati haroratga bog'liq muhit va metallning xossalari. U holda har qanday metall termodinamik muvozanatda bo'lgan elektron va fonon gazlarining aralashmasidir.Tashqi maydon bo'lmaganda ikki xil metallar aloqa qilganda, "issiqroq" elektron gaz "sovuqroq" zonaga kirib, hosil bo'ladi. taniqli kontakt potentsial farqi.

O'tishga potentsial farqni qo'llashda, ya'ni. Ikki metalning chegarasidan oqim o'tganda, elektronlar bir metalning fononlaridan energiya olib, ikkinchisining fonon gaziga o'tkazadilar. Polarite o'zgarganda, isitish va sovutish degan ma'noni anglatuvchi energiyaning uzatilishi belgini o'zgartiradi.

Yarimo'tkazgichlarda elektronlar va "teshiklar" energiya uzatish uchun javobgardir, lekin issiqlik uzatish mexanizmi va harorat farqining ko'rinishi bir xil bo'lib qoladi. Yuqori energiyali elektronlar tugamaguncha harorat farqi ortadi. Harorat muvozanati yuzaga keladi. Bu tavsifning zamonaviy rasmidir Peltier effekti.

Bundan ma'lum bo'ladiki Peltier elementining samaradorligi bir juft materiallarni tanlashga, oqim kuchiga va issiq zonadan issiqlikni olib tashlash tezligiga bog'liq. Zamonaviy materiallar (odatda yarimo'tkazgichlar) uchun samaradorlik 5-8% ni tashkil qiladi.

Va endi Peltier effektining amaliy qo'llanilishi haqida. Uni oshirish uchun alohida termojuftlar (ikki xil materialning birikmalari) o'nlab va yuzlab elementlardan iborat guruhlarga yig'iladi. Bunday modullarning asosiy maqsadi kichik narsalarni yoki mikrosxemalarni sovutishdir.

Termoelektrik sovutish moduli

Peltier effektli modullari infraqizil qabul qiluvchilar qatoriga ega tungi ko'rish qurilmalarida keng qo'llaniladi. Bugungi kunda raqamli kameralarda ham qo'llaniladigan zaryadlovchi qurilma chiplari (CCD) tasvirlarni ro'yxatga olish uchun chuqur sovutishni talab qiladi. infraqizil mintaqa. Peltier modullari teleskoplardagi infraqizil detektorlarni, radiatsiya chastotasini barqarorlashtirish uchun lazerlarning faol elementlarini va aniq vaqt tizimlarida sovutadi. Ammo bularning barchasi harbiy va maxsus maqsadli ilovalar.

Yaqinda Peltier modullari maishiy mahsulotlarda qo'llanilishini topdi. Asosan avtomobilsozlik texnologiyasida: konditsionerlar, portativ muzlatgichlar, suv sovutgichlari.

Peltier effektidan amaliy foydalanishga misol

Modullarning eng qiziqarli va istiqbolli qo'llanilishi kompyuter texnologiyasidir. Yuqori samarali mikroprotsessorlar, protsessorlar va video karta chiplari katta miqdorda issiqlik. Ularni sovutish uchun yuqori tezlikda ishlaydigan fanatlar qo'llaniladi, bu esa sezilarli akustik shovqin yaratadi. Kombinatsiyalangan sovutish tizimlarining bir qismi sifatida Peltier modullaridan foydalanish sezilarli issiqlik chiqarish bilan shovqinni yo'q qiladi.

Yilni USB -Peltier modullaridan foydalangan holda muzlatgich

Va nihoyat, mantiqiy savol: Peltier modullari kompressorli maishiy muzlatgichlarda odatiy sovutish tizimlarini almashtiradimi? Bugungi kunda bu samaradorlik (past samaradorlik) va narx jihatidan foydasiz. Kuchli modullarning narxi hali ham ancha yuqori.

Ammo texnologiya va materialshunoslik bir joyda turmaydi. Yuqori samaradorlik va yuqori Peltier koeffitsientiga ega bo'lgan yangi, arzonroq materiallarning paydo bo'lish ehtimolini istisno qilish mumkin emas. Bugungi kunda tadqiqot laboratoriyalaridan nanokarbonli materiallarning ajoyib xususiyatlari haqida hisobotlar mavjud bo'lib, ular samarali sovutish tizimlari bilan vaziyatni tubdan o'zgartirishi mumkin.

Klasratlarning yuqori termoelektrik samaradorligi haqida xabarlar bor - gidratlarga tuzilishi o'xshash qattiq eritmalar. Ushbu materiallar tadqiqot laboratoriyalarini tark etganda, cheksiz xizmat muddati bo'lgan butunlay jim muzlatgichlar odatiy uy modellarimizni almashtiradi.

P.S. Eng qiziqarli xususiyatlardan biri termoelektrik texnologiya Bu nafaqat foydalanishi mumkin elektr energiyasi issiqlik va sovuqni olish uchun, lekin shu bilan birga, biz ham mumkin lekin teskari jarayonni boshlang va, masalan, issiqlikdan elektr energiyasini oling.

Qanday qilib qila olishingizga misol termoelektrik modul yordamida issiqlikdan elektr energiyasini olish () bunga qarang video:

Bu haqda qanday fikrdasiz? Fikrlaringizni kutaman!

Andrey Povniy

AT-11 guruhi talabasi tomonidan ijro etilgan

Muharlyamov Ildar

Peltier effekti

Kirish: elektr toki.

Chiqish: issiqlik miqdori, harorat.

Mohiyat

Bir-biriga o'xshash bo'lmagan o'tkazgichlardan tashkil topgan zanjirda to'g'ridan-to'g'ri elektr toki o'tganda, oqim yo'nalishiga qarab, issiqlik o'tkazgichlarning aloqa joylarida (bo'g'inlarida) so'riladi yoki chiqariladi. Qatlamda chiqarilgan yoki yutilgan Peltier issiqligi o'tish joyidan o'tadigan umumiy zaryadga yoki oqim va vaqtning mahsulotiga proportsionaldir. Peltier koeffitsienti aloqa o'tkazgichlarining turiga va ularning haroratiga bog'liq.

R yoki n) (rasmga qarang). Peltier effektining tushuntirishi yarimo'tkazgichlar qatoridagi atomlarning termal tebranishlari bilan pn birikmasining kontakt potentsialida sekinlashtirilgan yoki tezlashtirilgan o'tkazuvchan elektronlarning o'zaro ta'sirida yotadi. Natijada, elektronlarning harakat yo'nalishiga qarab va shunga mos ravishda oqim, isitish () yoki sovutish sodir bo'ladi. (T Bilan ) yarimo'tkazgichning birlashmaga darhol ulashgan qismi (R-n yoki n-p birikmasi).

Matematik tavsif

Qayerda - Peltier issiqligi, J

P – Peltier koeffitsienti;

q– kontakt orqali o‘tuvchi zaryad, C;

I- o'tkazgichdagi tok kuchi, A;

t- vaqt, s.

Peltier issiqligi oqim yo'nalishi o'zgarganda belgisini o'zgartiradi. Parametrlarni o'zgartirish chegaralari:

1 V gacha - yarim o'tkazgich;

I- bir necha ampergacha;

Q- 0 dan 50 J gacha (1 soniyada)

Peltier koeffitsienti Tomson koeffitsienti bilan ifodalanishi mumkin:

q T,

Qayerda
Tomson;

Ilova

Peltier moduli elektr toki u orqali o'tganda u termal nasos vazifasini bajarishi bilan ajralib turadi, ya'ni. nasoslar issiqlikni bir tomondan ikkinchisiga uzatadi, buning natijasida u turli xil sovutish tizimlarida faol qo'llaniladi, ichimlik muzlatgichlaridan kuchli yarim o'tkazgichli lazerlar va turli mikrosxemalar uchun sovutish tizimlarigacha, ayniqsa issiqlik chiqarish jarayonini tezlashtirish zarur bo'lganda. isitish elementi. Yarimo'tkazgichlarda Peltier effektidan amaliy foydalanishning asosiy yo'nalishlari: termoelektrik sovutish moslamalarini yaratish uchun sovuqni olish, isitish uchun isitish, termostatlash, doimiy harorat sharoitida kristallanish jarayonini boshqarish.

Fotoko'paytiruvchi quvurlarning (PMT) signal-shovqin nisbatini oshirish uchun PMT ning vakuum qobig'i ichida joylashgan termoelektr elementlari bilan fotokatodlarni sovutish usuli taklif etiladi (AQSh Pat. 3757151).

Kondensat drenaji sovutgich bilan ajralmas bo'lgan gaz namunalarini olish qurilmasi. Yoniq ichida Peltier elementlarining sovuq birikmalari ichi bo'sh konusga va undan o'lchash gaz shoxlarini namuna olish uchun quvur liniyasiga o'rnatiladi. Sovutgich Peltier elementlari tomonidan iste'mol qilinadigan oqimning generatori sifatida termoelementlar batareyasi bilan ajralib turadi, uning issiq o'tish joylari tutun gaz kanalida, sovuq o'tish joylari esa tashqi makonda joylashgan (1297U02 Germaniya ilovasi).

Qurilma tasviri

TEM dan foydalanishning ijobiy va salbiy tomonlari

Ko'pincha Peltier modullarining afzalliklari quyidagilardan iborat:

nisbatan kichik o'lchamlar;

tizimni sovutish va isitish uchun ham ishlash qobiliyati;

harakatlanuvchi qismlar yoki mexanik qismlarning aşınması yo'q.

Shu bilan birga, TEMlarning bir qator kamchiliklari mavjud bo'lib, ulardan keng tarqalgan amaliy foydalanishga sezilarli darajada to'sqinlik qiladi. Ular orasida quyidagilar mavjud:

modulning past samaradorligi;

ularning ishlashi uchun joriy manbaga bo'lgan ehtiyoj;

sezilarli harorat farqiga erishish uchun katta quvvat sarfi va buning natijasida sezilarli issiqlik hosil bo'lishi;

cheklangan o'lchamlar

Nazorat savollari:

Peltier effektining mohiyati nimada?

(Bir-biriga o'xshamaydigan o'tkazgichlardan tashkil topgan zanjirda to'g'ridan-to'g'ri elektr toki o'tganda, oqim yo'nalishiga qarab, issiqlik o'tkazgichlarning aloqa nuqtalarida (bo'g'inlarida) so'riladi yoki chiqariladi.)

Peltier koeffitsienti nimaga bog'liq?

(Peltier koeffitsienti aloqa o'tkazgichlarining turiga va ularning haroratiga bog'liq.)

Peltier effektida qanday o'tkazgichlardan foydalaniladi?

Peltier effekti har xil turdagi o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan yarimo'tkazgichlarning kontaktlarida eng kuchli namoyon bo'ladi ( R yoki n)

Peltier koeffitsienti Tomson koeffitsienti bilan qanday bog'liq?

q T,

Qayerda
Tomson;

T - harorat koeffitsienti, K.

Effektning asosiy qo'llanilishi?

(Turli sovutish tizimlarida ishlatiladi)

Vazifalar:

10 A tok 3 sekundda o‘tib, 50 J issiqlik chiqarishini bilib, Peltier koeffitsientini toping.

Zaryad 70 C va mutlaq harorat 300 K bo'lsa, Tomson koeffitsienti nimaga teng bo'ladi. Peltier koeffitsienti 1,7 V.

Agar Peltier koeffitsienti 73 mV bo'lsa va termal modul orqali o'tgan zaryad 40 C bo'lsa, bir-biriga o'xshamaydigan o'tkazgichlarning aloqa nuqtalarida qancha issiqlik chiqariladi.

Yechish: Qp=P*q=2,92 (J).

Kuchlanish 120 V, qarshilik 10 Ohm ekanligini bilib, o'tkazgichda tok o'tish vaqtini toping. Bunda 1 J issiqlik ajralib chiqadi va Peltier koeffitsienti 60 mV ni tashkil qiladi.

Sovutgich uskunalari bizning hayotimizga shu qadar mustahkam o'rnashganki, ularsiz qanday boshqarishimizni tasavvur qilish qiyin. Lekin klassik sovutgich dizaynlari mobil foydalanish uchun mos emas, masalan, sayohat sovutgich sumkasi sifatida.

Shu maqsadda ishlash printsipi Peltier effektiga asoslangan qurilmalar qo'llaniladi. Keling, ushbu hodisa haqida qisqacha gapiraylik.

Bu nima?

Bu atama 1834 yilda frantsuz tabiatshunosi Jan-Sharl Peltier tomonidan kashf etilgan termoelektrik hodisaga ishora qiladi. Ta'sirning mohiyati elektr toki o'tadigan o'xshash o'tkazgichlar aloqada bo'lgan hududda issiqlikni chiqarish yoki yutishdan iborat.

Ga muvofiq klassik nazariya Hodisa uchun quyidagi tushuntirish mavjud: elektr toki turli materiallardan yasalgan o'tkazgichlardagi kontakt potentsial farqiga qarab, ularning harakatini tezlashtirishi yoki sekinlashtirishi mumkin bo'lgan metallar orasidagi elektronlarni o'tkazadi. Shunga ko'ra, kinetik energiyaning ortishi bilan u issiqlik energiyasiga aylanadi.

Ikkinchi o'tkazgichda fizikaning asosiy qonuniga muvofiq energiyani to'ldirishni talab qiladigan teskari jarayon kuzatiladi. Bu termal tebranish tufayli yuzaga keladi, bu esa ikkinchi o'tkazgich ishlab chiqarilgan metallning sovishini keltirib chiqaradi.

Zamonaviy texnologiyalar maksimal termoelektr ta'sirga ega yarimo'tkazgichli elementlar-modullarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Ularning dizayni haqida qisqacha gapirish mantiqan.

Dizayn va ishlash printsipi

Zamonaviy modullar ikkita izolyatsion plastinadan (odatda keramika) tashkil topgan struktura bo'lib, ular orasida ketma-ket bog'langan termojuftlar joylashgan. Bunday elementning soddalashtirilgan diagrammasini quyidagi rasmda topish mumkin.

Belgilar:

A - quvvat manbaiga ulanish uchun kontaktlar;
B - elementning issiq yuzasi;
C - sovuq tomon;
D - mis o'tkazgichlar;
E - p-o'tishga asoslangan yarim o'tkazgich;
F - n-tipli yarim o'tkazgich.

Dizayn modulning har bir tomoni p-n yoki kontaktda bo'ladigan tarzda qilingan n-p o'tishlari(qutblanishga qarab). Kontaktlar p-n qizdirish, n-p - salqinlash (3-rasmga qarang). Shunga ko'ra, elementning yon tomonlarida harorat farqi (DT) paydo bo'ladi. Kuzatuvchi uchun bu effekt modulning yon tomonlari o'rtasida issiqlik energiyasini uzatish kabi ko'rinadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, quvvat polaritesini o'zgartirish issiq va sovuq yuzalarning o'zgarishiga olib keladi.

Guruch. 3. A – termoelementning issiq tomoni, B – sovuq tomoni

Texnik xususiyatlari

Termoelektrik modullarning xarakteristikalari quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi:

sovutish quvvati (Q max), bu xususiyat maksimal ruxsat etilgan oqim va modulning tomonlari orasidagi harorat farqi asosida aniqlanadi, vattlarda o'lchanadi;
elementning tomonlari orasidagi maksimal harorat farqi (DT max), parametr ideal sharoitlar uchun berilgan, o'lchov birligi daraja;
maksimal harorat farqini ta'minlash uchun zarur bo'lgan ruxsat etilgan oqim - I max;
maksimal kuchlanish U max oqim uchun zarur bo'lgan I max tepalik farqiga erishish uchun DT max;
modulning ichki qarshiligi - Qarshilik, Ohmda ko'rsatilgan;
samaradorlik koeffitsienti - COP (ingliz tilidan qisqartma - ishlash koeffitsienti), aslida bu sovutishning quvvat sarfiga nisbatini ko'rsatadigan qurilmaning samaradorligi. Arzon elementlar uchun bu parametr 0,3-0,35 oralig'ida, qimmatroq modellar uchun u 0,5 ga yaqinlashadi.

Belgilash

Keling, 4-rasmdagi misoldan foydalanib, odatiy modul belgilari qanday shifrlanganligini ko'rib chiqaylik.

Shakl 4. Peltier moduli TEC1-12706 bilan belgilangan

Belgilanish uchta mazmunli guruhga bo'linadi:

Elementni belgilash. Birinchi ikkita harf har doim o'zgarmaydi (TE), bu termoelement ekanligini ko'rsatadi. Keyingisi o'lchamni bildiradi, "C" (standart) va "S" (kichik) harflari bo'lishi mumkin. Oxirgi raqam elementda qancha qatlam (kaskad) borligini ko'rsatadi.
Fotosuratda ko'rsatilgan moduldagi termojuftlar soni 127 ta.
Nominal oqim Amperda, biz uchun bu 6 A.

TEC1 seriyasining boshqa modellarining belgilari xuddi shu tarzda o'qiladi, masalan: 12703, 12705, 12710 va boshqalar.

Ilova

Samaradorligi ancha past bo'lishiga qaramay, termoelektrik elementlar o'lchash, hisoblash va maishiy texnikada keng qo'llaniladi. Modullar quyidagi qurilmalarning muhim operatsion elementi hisoblanadi:

mobil sovutish moslamalari;
elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun kichik generatorlar;
shaxsiy kompyuterlarda sovutish tizimlari;
suvni sovutish va isitish uchun sovutgichlar;
namlagichlar va boshqalar.

Keling, termoelektrik modullardan foydalanishning batafsil misollarini keltiramiz.

Peltier elementlaridan foydalangan holda muzlatgich

Termoelektrik sovutish moslamalari kompressor va assimilyatsiya analoglaridan sezilarli darajada past. Ammo ular sezilarli afzalliklarga ega, bu esa ularni muayyan sharoitlarda foydalanishni tavsiya qiladi. Ushbu afzalliklarga quyidagilar kiradi:

dizaynning soddaligi;
tebranish qarshiligi;
harakatlanuvchi elementlarning yo'qligi (radiatorni puflaydigan fandan tashqari);
past shovqin darajasi;
kichik o'lchamlar;
har qanday lavozimda ishlash qobiliyati;
uzoq xizmat muddati;
kam energiya iste'moli.

Bu xususiyatlar mobil qurilmalar uchun ideal.

Peltier elementi elektr generatori sifatida

Termoelektrik modullar, agar ularning bir tomoni majburiy isitishga duchor bo'lsa, elektr generatorlari sifatida ishlashi mumkin. Tomonlar orasidagi harorat farqi qanchalik katta bo'lsa, manba tomonidan ishlab chiqarilgan oqim shunchalik yuqori bo'ladi. Afsuski, termal generator uchun maksimal harorat cheklangan, u modulda ishlatiladigan lehimning erish nuqtasidan yuqori bo'lishi mumkin emas. Ushbu shartning buzilishi elementning ishdan chiqishiga olib keladi.

Issiqlik generatorlarini ommaviy ishlab chiqarish uchun o'tga chidamli lehimli maxsus modullar qo'llaniladi, ular 300 ° S haroratgacha qizdirilishi mumkin. Oddiy elementlarda, masalan, TEC1 12715, chegara 150 daraja.

Bunday qurilmalarning samaradorligi past bo'lganligi sababli, ular faqat elektr energiyasining yanada samarali manbasidan foydalanish mumkin bo'lmagan hollarda qo'llaniladi. Biroq, 5-10 Vt issiqlik generatorlari sayyohlar, geologlar va chekka hududlar aholisi orasida talabga ega. Yuqori haroratli yoqilg'i bilan ishlaydigan yirik va kuchli statsionar qurilmalar gaz taqsimlash bloklari, meteorologik stansiya uskunalari va boshqalarni quvvatlantirish uchun ishlatiladi.

Protsessorni sovutish uchun

Nisbatan yaqinda ushbu modullar shaxsiy kompyuterlarning CPU sovutish tizimlarida qo'llanila boshlandi. Termoelementlarning past samaradorligini hisobga olsak, bunday tuzilmalarning foydalari juda shubhali. Misol uchun, 100-170 Vt quvvatga ega issiqlik manbasini sovutish uchun (ko'pgina zamonaviy CPU modellariga mos keladi), siz 400-680 Vt sarflashingiz kerak bo'ladi, bu esa kuchli quvvat manbaini o'rnatishni talab qiladi.

Ikkinchi muammo shundaki, yuklanmagan protsessor kamroq issiqlik energiyasini chiqaradi va modul uni shudring nuqtasi ostida sovutishi mumkin. Natijada, kondensatsiya shakllana boshlaydi, bu elektronikaga zarar etkazishi kafolatlanadi.

Bunday tizimni mustaqil ravishda yaratishga qaror qilganlar, ma'lum bir protsessor modeli uchun modulning quvvatini tanlash uchun bir qator hisob-kitoblarni amalga oshirishlari kerak.

Yuqoridagilarga asoslanib, ushbu modullarni protsessor sovutish tizimi sifatida ishlatish tejamkor emas, qo'shimcha ravishda ular ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. kompyuter uskunalari Xizmatdan tashqari.

Gibrid qurilmalarda vaziyat butunlay boshqacha, bu erda termal modullar suv yoki havo sovutish bilan birgalikda ishlatiladi.

Gibrid sovutish tizimlari o'zlarining samaradorligini isbotladilar, ammo yuqori narx ularning muxlislari doirasini cheklaydi.

Peltier elementlariga asoslangan konditsioner

Nazariy jihatdan, bunday qurilma klassik iqlim nazorati tizimlariga qaraganda tizimli ravishda ancha sodda bo'ladi, ammo bularning barchasi past ishlashga to'g'ri keladi. Sovutgichning kichik hajmini sovutish, xonani yoki avtomobilning ichki qismini sovutish uchun boshqa narsa. Termoelektrik modullardan foydalanadigan konditsionerlar sovutgichda ishlaydigan uskunaga qaraganda ko'proq (3-4 marta) elektr energiyasini iste'mol qiladi.

Avtomobilning iqlim nazorati tizimi sifatida foydalanishga kelsak, standart generatorning kuchi bunday qurilmani ishlatish uchun etarli bo'lmaydi. Uni yanada samarali uskunalar bilan almashtirish sezilarli darajada yoqilg'i sarfiga olib keladi, bu esa iqtisodiy jihatdan samarali emas.

Tematik forumlarda vaqti-vaqti bilan ushbu mavzu bo'yicha munozaralar bo'lib o'tadi va turli xil uy qurilishi dizaynlari ko'rib chiqiladi, ammo to'liq ishlaydigan prototip hali yaratilmagan (hamster uchun konditsionerni hisobga olmaganda). Qabul qilinadigan samaradorlikka ega modullar keng tarqalgan bo'lganda vaziyat o'zgarishi mumkin.

Sovutish suvi uchun

Termoelektrik element ko'pincha suv sovutgichlari uchun sovutish suvi sifatida ishlatiladi. Dizayn quyidagilarni o'z ichiga oladi: sovutish moduli, termostat bilan boshqariladigan kontroller va isitgich. Ushbu dastur kompressor pallasiga qaraganda ancha sodda va arzonroq, qo'shimcha ravishda u ishonchli va oson ishlaydi. Ammo ba'zi kamchiliklar ham mavjud:

suv 10-12 ° S dan past sovib ketmaydi;
sovutish kompressorli hamkasbiga qaraganda ko'proq vaqt talab etadi, shuning uchun bunday sovutgich ko'p sonli xodimlarga ega ofis uchun mos emas;
qurilma tashqi haroratga sezgir, issiq xonada suv minimal haroratgacha sovib ketmaydi;
Changli xonalarga o'rnatish tavsiya etilmaydi, chunki fan tiqilib qolishi va sovutish moduli ishlamay qolishi mumkin.

Peltier elementidan foydalangan holda stol usti suv sovutgichi

Peltier elementlariga asoslangan havo quritgichi

Konditsionerdan farqli o'laroq, termoelektrik elementlardan foydalangan holda namlagichni amalga oshirish juda mumkin. Dizayn juda oddiy va arzon. Sovutish moduli radiatorning haroratini shudring nuqtasidan pastga tushiradi, natijada qurilma orqali o'tadigan havo tarkibidagi namlik uning ustiga joylashadi. O'rnatilgan suv maxsus saqlash idishiga quyiladi.

Kam samaradorlikka qaramasdan, bu holda qurilmaning samaradorligi ancha qoniqarli.

Qanday ulanish kerak?

Modulni ulashda hech qanday muammo bo'lmaydi, chiqish simlariga doimiy kuchlanish qo'llanilishi kerak, uning qiymati elementning ma'lumotlar varag'ida ko'rsatilgan. Qizil simni musbatga, qora simni salbiyga ulash kerak. Diqqat! Polaritni teskari o'zgartirish sovutilgan va isitiladigan sirtlarning o'rnini o'zgartiradi.

Peltier elementining funksionalligini qanday tekshirish mumkin?

Eng oddiy va eng ishonchli usul - teginish. Modulni tegishli kuchlanish manbaiga ulash va uning turli tomonlariga teginish kerak. Ishlaydigan element uchun ulardan biri issiqroq, ikkinchisi sovuqroq bo'ladi.

Agar qo'lingizda mos manba bo'lmasa, sizga multimetr va zajigalka kerak bo'ladi. Tasdiqlash jarayoni juda oddiy:

problarni modul terminallariga ulang;
yonib turgan zajigalkani yon tomonlardan biriga olib keling;
Biz qurilmaning o'qishlarini kuzatamiz.

Ishchi modulda, tomonlardan biri qizdirilganda, qurilma displeyida ko'rsatiladigan elektr toki hosil bo'ladi.

O'z qo'lingiz bilan Peltier elementini qanday qilish kerak?

Uyda uy qurilishi modulini qilish deyarli mumkin emas, ayniqsa, ularning nisbatan past narxini (taxminan 4-10 dollar) hisobga olgan holda, buni qilishning ma'nosi yo'q. Ammo siz yurish uchun foydali bo'lgan qurilmani, masalan, termoelektr generatorini yig'ishingiz mumkin.

Kuchlanishni barqarorlashtirish uchun L6920 IC chipida oddiy konvertorni yig'ish kerak.

Bunday konvertorning kirishiga 0,8-5,5 V oralig'idagi kuchlanish beriladi, chiqishda u barqaror 5 V ishlab chiqaradi, bu ko'pgina mobil qurilmalarni zaryad qilish uchun etarli. Agar an'anaviy Peltier elementi ishlatilsa, isitiladigan tomonning ish harorati oralig'ini 150 ° C gacha cheklash kerak. Kuzatish bilan bog'liq qiyinchiliklarga duch kelmaslik uchun, issiqlik manbai sifatida qaynoq suv idishidan foydalanish yaxshiroqdir. Bunday holda, element 100 ° C dan yuqori qizib ketmasligi kafolatlanadi.

Shu maqsadda ishlash printsipi Peltier effektiga asoslangan qurilmalar qo'llaniladi. Keling, ushbu hodisa haqida qisqacha gapiraylik.

Bu nima?

Klassik nazariyaga muvofiq, hodisaning quyidagi izohi mavjud: elektr toki turli materiallardan yasalgan o'tkazgichlardagi kontakt potentsial farqiga qarab, ularning harakatini tezlashtirishi yoki sekinlashtirishi mumkin bo'lgan metallar orasidagi elektronlarni o'tkazadi. Shunga ko'ra, kinetik energiyaning ortishi bilan u issiqlik energiyasiga aylanadi.

Zamonaviy texnologiyalar maksimal termoelektr ta'sirga ega yarimo'tkazgichli elementlar-modullarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Ularning dizayni haqida qisqacha gapirish mantiqan.

Dizayn va ishlash printsipi

Belgilar:

A - quvvat manbaiga ulanish uchun kontaktlar;
B - elementning issiq yuzasi;
C - sovuq tomon;
D - mis o'tkazgichlar;
E - p-o'tishga asoslangan yarim o'tkazgich;
F - n-tipli yarim o'tkazgich.

Dizayn modulning har bir tomoni p-n yoki n-p o'tishlari bilan (qutbga qarab) aloqa qiladigan tarzda amalga oshiriladi. P-n kontaktlari isitiladi, n-p kontaktlari sovutiladi (3-rasmga qarang). Shunga ko'ra, elementning yon tomonlarida harorat farqi (DT) paydo bo'ladi. Kuzatuvchi uchun bu effekt modulning yon tomonlari o'rtasida issiqlik energiyasini uzatish kabi ko'rinadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, quvvat polaritesini o'zgartirish issiq va sovuq yuzalarning o'zgarishiga olib keladi.

Guruch. 3. A – termoelementning issiq tomoni, B – sovuq tomoni

Texnik xususiyatlari

Termoelektrik modullarning xarakteristikalari quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi:

sovutish quvvati (Q max), bu xususiyat maksimal ruxsat etilgan oqim va modulning tomonlari orasidagi harorat farqi asosida aniqlanadi, vattlarda o'lchanadi;
elementning tomonlari orasidagi maksimal harorat farqi (DT max), parametr ideal sharoitlar uchun berilgan, o'lchov birligi daraja;
maksimal harorat farqini ta'minlash uchun zarur bo'lgan ruxsat etilgan oqim - I max;
maksimal kuchlanish U max oqim uchun zarur bo'lgan I max tepalik farqiga erishish uchun DT max;
modulning ichki qarshiligi - Qarshilik, Ohmda ko'rsatilgan;
samaradorlik koeffitsienti - COP (ingliz tilidan qisqartma - ishlash koeffitsienti), aslida bu sovutishning quvvat sarfiga nisbatini ko'rsatadigan qurilmaning samaradorligi. Arzon elementlar uchun bu parametr 0,3-0,35 oralig'ida, qimmatroq modellar uchun u 0,5 ga yaqinlashadi.

Belgilash

Keling, 4-rasmdagi misoldan foydalanib, odatiy modul belgilari qanday shifrlanganligini ko'rib chiqaylik.

Shakl 4. Peltier moduli TEC1-12706 bilan belgilangan

Belgilanish uchta mazmunli guruhga bo'linadi:

Elementni belgilash. Birinchi ikkita harf har doim o'zgarmaydi (TE), bu termoelement ekanligini ko'rsatadi. Keyingisi o'lchamni bildiradi, "C" (standart) va "S" (kichik) harflari bo'lishi mumkin. Oxirgi raqam elementda qancha qatlam (kaskad) borligini ko'rsatadi.
Fotosuratda ko'rsatilgan moduldagi termojuftlar soni 127 ta.
Nominal oqim Amperda, biz uchun bu 6 A.

TEC1 seriyasining boshqa modellarining belgilari xuddi shu tarzda o'qiladi, masalan: 12703, 12705, 12710 va boshqalar.

Ilova

mobil sovutish moslamalari;
elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun kichik generatorlar;
shaxsiy kompyuterlarda sovutish tizimlari;
suvni sovutish va isitish uchun sovutgichlar;
namlagichlar va boshqalar.

Keling, termoelektrik modullardan foydalanishning batafsil misollarini keltiramiz.

Peltier elementlaridan foydalangan holda muzlatgich

dizaynning soddaligi;
tebranish qarshiligi;
harakatlanuvchi elementlarning yo'qligi (radiatorni puflaydigan fandan tashqari);
past shovqin darajasi;
kichik o'lchamlar;
har qanday lavozimda ishlash qobiliyati;
uzoq xizmat muddati;
kam energiya iste'moli.

Bu xususiyatlar mobil qurilmalar uchun ideal.

Peltier elementi elektr generatori sifatida

Protsessorni sovutish uchun

Bunday tizimni mustaqil ravishda yaratishga qaror qilganlar, ma'lum bir protsessor modeli uchun modulning quvvatini tanlash uchun bir qator hisob-kitoblarni amalga oshirishlari kerak.

Yuqoridagilarga asoslanib, ushbu modullarni protsessor sovutish tizimi sifatida ishlatish tejamkor emas, bundan tashqari, ular kompyuter uskunasining ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin.

Gibrid qurilmalarda vaziyat butunlay boshqacha, bu erda termal modullar suv yoki havo sovutish bilan birgalikda ishlatiladi.

Gibrid sovutish tizimlari o'zlarining samaradorligini isbotladilar, ammo yuqori narx ularning muxlislari doirasini cheklaydi.

Peltier elementlariga asoslangan konditsioner

Sovutish suvi uchun

suv 10-12 ° S dan past sovib ketmaydi;
sovutish kompressorli hamkasbiga qaraganda ko'proq vaqt talab etadi, shuning uchun bunday sovutgich ko'p sonli xodimlarga ega ofis uchun mos emas;
qurilma tashqi haroratga sezgir, issiq xonada suv minimal haroratgacha sovib ketmaydi;
Changli xonalarga o'rnatish tavsiya etilmaydi, chunki fan tiqilib qolishi va sovutish moduli ishlamay qolishi mumkin.

Peltier elementidan foydalangan holda stol usti suv sovutgichi

Peltier elementlariga asoslangan havo quritgichi

Kam samaradorlikka qaramasdan, bu holda qurilmaning samaradorligi ancha qoniqarli.

Qanday ulanish kerak?

Peltier elementining funksionalligini qanday tekshirish mumkin?

Agar qo'lingizda mos manba bo'lmasa, sizga multimetr va zajigalka kerak bo'ladi. Tasdiqlash jarayoni juda oddiy:

problarni modul terminallariga ulang;
yonib turgan zajigalkani yon tomonlardan biriga olib keling;
Biz qurilmaning o'qishlarini kuzatamiz.

Ishchi modulda, tomonlardan biri qizdirilganda, qurilma displeyida ko'rsatiladigan elektr toki hosil bo'ladi.

O'z qo'lingiz bilan Peltier elementini qanday qilish kerak?

Kuchlanishni barqarorlashtirish uchun L6920 IC chipida oddiy konvertorni yig'ish kerak.