Køleudstyr og køleanlæg er vigtige i hverdagen. Standard kølemiddelbaserede bulkdesigns er imidlertid ikke egnede til mobil brug, f.eks. i køletasker. I sådanne tilfælde anvendes der anordninger baseret på Peltier-effekten, som vi vil diskutere i detaljer i dette materiale.
Peltier-elementet eller den termoelektriske køler er baseret på et termoelement bestående af to elementer med p- og n-type ledningsevne, som er forbundet af en kobberplade. Delene er i de fleste tilfælde fremstillet af bismuth, tellur, antimon og selen. Sådanne enheder anvendes i kølesystemer til husholdningsbrug, og de har også en tendens til at generere energi.
Indhold
Hvad det er
Peltier-fænomenet og -begrebet henviser til en opdagelse, der blev gjort i 1834 af den franske videnskabsmand Jean-Charles Peltier. Essensen af denne opdagelse er, at der konstant genereres eller absorberes varme i det område, hvor to forskelligt orienterede ledere er i kontakt med hinanden, og hvor der løber en elektrisk strøm gennem dem.
Den klassiske teori forklarer fænomenet på følgende måde: Elektroner overføres mellem metallerne ved hjælp af elektrisk strøm, der accelereres eller bremses afhængigt af kontaktpotentialet på metalledere med forskellige ledningsevner. Peltierelementer bidrager således til omdannelsen af kinetisk energi til termisk energi.
På den anden leder opstår den modsatte effekt, hvor der er behov for energitilførsel på grundlag af fysikkens grundlæggende lov. Dette skyldes den termiske svingningsproces, som får metallet i den anden leder til at afkøle.
Et Peltier-modul med maksimal termoelektrisk effekt kan fremstilles ved hjælp af moderne teknologi.
Design og funktionsprincip
Moderne Peltier-moduler er en struktur med to isolerende plader med termokobler, der er forbundet i en streng rækkefølge mellem dem. For at få en bedre forståelse af dette elements funktion er der vist et standarddiagram i figuren.
Betegnelsen af elementerne:
- A - kontakter, hvormed forbindelsen til strømforsyningen foretages;
- B - den varme side;
- C - kold side;
- D - kobberledere;
- E - p-junction halvleder;
- F - n-type halvleder.
Elementet er fremstillet således, at begge overflader er i kontakt med p-n- eller n-p-forbindelser, afhængigt af polariteten. P-n-kontakterne opvarmes, og n-p-temperaturen reduceres. Dette resulterer i en temperaturforskel på DT ved elementets ender. Denne effekt betyder, at den termiske energi, der bevæger sig mellem modulets elementer, regulerer temperaturregimet afhængigt af polariteten. Det skal også bemærkes, at hvis polariteten omvendes, ændres de varme og kolde overflader.
Tekniske egenskaber
De tekniske parametre for Peltier-elementet har følgende værdier:
- Kølekapacitet (Qmax) - beregnes på grundlag af den aktuelle grænseværdi og temperaturforskellen mellem modulets ender. Måleenheden er watt;
- temperaturdifferentialgrænse (DTmax) - målt i grader, denne karakteristik er angivet for optimale forhold;
- Imax - den begrænsende kraft af den elektriske strøm, der kræves for at opnå en større temperaturforskel;
- Umax er den maksimale spænding Umax, der kræves for at den elektriske strøm Imax kan opnå den maksimale temperaturforskel DTmax;
- Modstand - enhedens interne modstand, målt i ohm;
- POR er effektivitetsfaktoren eller Peltier-modulets effektivitet, som afspejler forholdet mellem køleeffekt og køleeffektforbrug. Afhængigt af enhedens funktioner ligger tallet mellem 0,3 og 0,35 for billige enheder, mens det ligger på op til 0,5 for dyrere modeller.
Fordelene ved et mobilt Peltier-element er dets lille størrelse, processens reversibilitet og muligheden for at blive brugt som en bærbar strømgenerator eller et køleskab.
Modulets ulemper er høje omkostninger, en lav effektivitet på ca. 3 %, høje energiomkostninger og behovet for konstant at opretholde temperaturforskellen.
Ansøgning
Selv med den lave effektivitet anvendes Peltier-modulplader i vid udstrækning i måle- og computerenheder samt i bærbare husholdningsapparater. Her er en liste over enheder, hvor modeller er en integreret del:
- bærbare køleenheder;
- små strømgeneratorer;
- køleenheder i pc'er og bærbare computere;
- køleapparater til opvarmning og afkøling af drikkevand;
- affugtere.
Sådan tilslutter du
Peltier-modulet kan tilsluttes af dig selv, og det er en hurtig og nem proces. Jævnspændingen skal påføres udgangskontakterne som angivet i enhedens brugsanvisning. Den røde ledning er forbundet til plus og den sorte ledning til minus. Bemærk, at hvis du vender polariteten om, bliver de opvarmede og afkølede overflader omvendt.
Det er tilrådeligt at kontrollere elementets funktion, før det tilsluttes. En enkel og pålidelig måde at teste enheden på er den taktile metode: Tilslut enheden til en elektrisk strømkilde, og rør ved de forskellige kontakter. I en korrekt fungerende enhed vil nogle af kontakterne være varme, mens andre vil være kolde.
Det er også muligt at kontrollere med et multimeter og en lighter. For at gøre dette skal du tilslutte proberne til enhedens kontakter, holde lighteren til den ene side og observere multimeterets aflæsning. Hvis Peltier-elementet fungerer i standardtilstand, vil opvarmningsprocessen producere en elektrisk strøm på den ene side, og spændingsaflæsningen vises på multimeterets skærm.
Sådan laver du et Peltier-element med dine egne hænder
Peltier-elementet er ikke egnet til hjemmebyggeri på grund af dets lave pris og behovet for specialviden for at bygge et brugbart element. Det er dog muligt at bygge en effektiv mobil termoelektrisk generator med dine egne hænder, som vil være praktisk på landet eller på en campingtur.
For at stabilisere den elektriske spænding skal du bygge din egen standardkonverter på L6920-IC'en. Indgangsspændingen på 0,8-5,5 V skal anvendes, og udgangsspændingen vil være 5 V, hvilket er nok til at oplade batteriet på mobile enheder i standardtilstand. Hvis der anvendes en standard elektronisk Peltier-enhed, er der behov for en overfladetemperaturgrænse på 150 grader. For at lette temperaturkontrollen er det tilrådeligt at bruge en gryde med kogende vand, da modellen så ikke vil varme over 100 grader.
Peltierplader anvendes i vid udstrækning til køling af moderne husholdningsapparater, i klimaanlæg, og det er blevet bevist, at enheden er effektiv, især til at stabilisere det termiske regime og køle en kraftig processor. Peltier-elementer bruges ofte til at lave effektive mobile køleskabe til sommerhuse eller biler eller til at drive en radiator i hjemmet. På grund af processens reversibilitet anvendes hjemmelavede elementer som mobile små kraftværker i områder uden elektricitetskilde.
Relaterede artikler:
