Külmutusseadmed ja õhujahutuse kompleksid on igapäevaelus asendamatud elemendid. Külmutusagensitel põhinevad standardsed mahulised konstruktsioonid ei sobi aga mobiilsete rakenduste jaoks, näiteks külmikukottides. Sellistel juhtudel kasutatakse Peltieri efektil põhinevaid seadmeid, mida me selles materjalis üksikasjalikult käsitleme.
Peltieri element ehk termoelektriline jahuti põhineb termopaaril, mis koosneb kahest p- ja n-tüüpi juhtivusega elemendist, mis on omavahel ühendatud kommutatsiooniga vaskplaadiga. Osad on enamasti valmistatud vismutist, telluurist, antimonist ja seleenist. Selliseid seadmeid kasutatakse kodumajapidamiste jahutussüsteemides ja neil on ka energiatootmise võimalus.
Sisu
Mis see on
Nähtus ja termin Peltier viitavad avastusele, mille tegi 1834. aastal prantsuse teadlane Jean-Charles Peltier. Avastuse olemus seisneb selles, et soojust eraldub või neeldub pidevalt piirkonnas, kus on kokkupuude kahe erinevalt suunatud juhi vahel, mida läbib elektrivool.
Klassikaline teooria seletab seda nähtust nii: elektronid kantakse metallide vahel elektrivoolu abil, kiirendades või aeglustades, olenevalt kontaktpotentsiaalide erinevusest erineva juhtivusega metallijuhtidel. Peltier elemendid aitavad seega kaasa kineetilise energia muundamisele soojusenergiaks.
Teisel juhil tekib vastupidine efekt, kus füüsika põhiseaduse alusel on vaja energiat täiendada. See olukord tekib termilise võnkumise protsessi tõttu, mille tulemusena teise juhi metall jahutatakse.
Kaasaegse tehnoloogia abil on võimalik valmistada maksimaalse termoelektrilise efektiga Peltier moodul.
Disain ja tööpõhimõte
Kaasaegsed Peltieri moodulid on kahe isolatsiooniplaadiga konstruktsioon, mille vahel on ranges järjestuses ühendatud termopaarid. Selle elemendi standardskeem selle toimimise paremaks mõistmiseks on näidatud joonisel.
Disaini elementide tähistamine:
- A - kontaktid, mille abil toimub ühendus toiteallikaga;
- B - kuum pind;
- C - külm pool;
- D - vaskjuhtmed;
- E - p-siirde pooljuht;
- F - n-tüüpi pooljuht.
Element on valmistatud nii, et mõlemad pinnad puutuvad kokku p-n või n-p ristmikel, lähtudes polaarsusest. P-n kontakte kuumutatakse ja n-p temperatuuri alandatakse. Tulemuseks on DT temperatuuride erinevus elemendi otstes. See efekt tähendab, et soojusenergia, mis liigub mooduli elementide vahel, reguleerib temperatuuri režiimi sõltuvalt polaarsusest. Samuti tuleb märkida, et kui polaarsus on vastupidine, muutuvad kuumad ja külmad pinnad.
Tehnilised omadused
Peltieri elemendi tehnilised parameetrid eeldavad järgmisi väärtusi:
- Jahutusvõimsus (Qmax) - arvutatakse voolupiirangu ja mooduli otste temperatuuride erinevuse alusel. Mõõtühik on vatt;
- temperatuuri erinevuse piir (DTmax) - mõõdetuna kraadides, see karakteristik on antud optimaalsete tingimuste jaoks;
- Imax - suurema temperatuurierinevuse tagamiseks vajaliku elektrivoolu piirav võimsus;
- Umax - piirpinge, mis on vajalik elektrivoolu Imax jaoks maksimaalse temperatuuride erinevuse DTmax saavutamiseks;
- Takistus - seadme sisetakistus, mõõdetuna oomides;
- COP on efektiivsustegur ehk Peltieri mooduli efektiivsus, mis peegeldab jahutusvõimsuse ja tarbitud võimsuse suhet. Olenevalt seadme omadustest on odavate seadmete puhul see näitaja vahemikus 0,3-0,35, kallimate mudelite puhul kuni 0,5.
Mobiilse Peltier elemendi eelisteks on selle väiksus, protsessi pööratavus, aga ka võimalus kasutada seda kaasaskantava elektrigeneraatori või külmikuna.
Mooduli puudusteks on kõrge hind, madal kasutegur 3% piires, suur voolutarve ja vajadus pidevalt temperatuurivahet hoida.
Rakendus
Isegi madalat kasutegurit arvestades kasutatakse Peltieri moodulis olevaid plaate laialdaselt nii mõõte-, arvutusseadmetes kui ka kaasaskantavates kodumasinates. Siin on loend seadmetest, mille lahutamatuks osaks on mudelid:
- teisaldatavad külmutusseadmed;
- väikesed elektrigeneraatorid;
- jahutuskompleksid personaal- ja sülearvutites;
- jahutid joogivee soojendamiseks ja jahutamiseks;
- õhukuivatid.
Kuidas ühendada
Peltieri mooduli saate ise ühendada, see ei nõua palju aega ja vaeva. Väljundite kontaktidele peate rakendama alalispinget, mis on märgitud seadme kasutusjuhendis. Punane juhe on ühendatud plussiga ja must - miinusega.Pange tähele, et polaarsuse muutmine muudab soojendatud ja jahutatud pinnad vastupidiseks.
Enne ühendamist on soovitatav kontrollida elemendi tööd. Üks lihtne ja usaldusväärne viis seadme testimiseks on puutemeetod: selleks ühendage seade elektrivoolu allikaga ja puudutage erinevaid kontakte. Korralikult töötaval seadmel on soojad ja jahutatud kontaktid.
Kontrollida saab ka multimeetri ja välgumihkliga. Selleks ühendage sondid seadme kontaktidega, hoidke tulemasinat ühel küljel ja jälgige multimeetri näitu. Kui Peltier element töötab standardrežiimis, tekitab kütteprotsess ühel küljel elektrivoolu ja pinge näit kuvatakse multimeetri ekraanil.
Kuidas teha Peltieri elementi oma kätega
Peltier elementi ei ole otstarbekas kodus valmistada madala hinna ja eriteadmiste vajaduse tõttu töötava elemendi loomiseks. Küll aga saab oma kätega kokku panna tõhusa mobiilse termoelektrilise generaatori, mis tuleb kasuks maakodus või telkimisreisil.
Elektripinge stabiliseerimiseks peate IC-kiibile L6920 ehitama standardse muunduri. Seadme sisendisse on vaja anda pinge 0,8–5,5 V ja väljundis toodab see 5 V, sellest väärtusest piisab mobiilseadmete aku laadimiseks standardrežiimis. Kui kasutatakse tavalist elektroonilist Peltieri seadet, tuleb kuumutatava pinna temperatuuripiirang piirata 150 kraadini. Temperatuuri reguleerimise hõlbustamiseks on soovitatav kasutada potti keeva veega, siis ei kuumene mudel üle 100 kraadi.
Peltier plaate kasutatakse laialdaselt kaasaegsete kodumasinate jahutamiseks, kliimaseadmetes, seadme efektiivsus on tõestatud eelkõige termilise režiimi stabiliseerimiseks ja võimsa protsessori jahutamiseks.Peltier elemendi baasil valmistatakse kodus sageli suvilatesse või autodesse tõhusaid mobiilseid külmikuid, mis toidavad radiaatorit. Protsessi pöörduvuse tõttu kasutatakse omatehtud elemente mobiilsete väikeelektrijaamade rollis piirkondades, kus puudub elektriallikas.
Seotud artiklid:
