A hűtőberendezések és hűtőegységek nélkülözhetetlenek a mindennapi életben. A szabványos hűtőközeg-alapú ömlesztett kivitelek azonban nem alkalmasak mobil használatra, például hűtőtáskákba. Ilyen esetekben a Peltier-effektuson alapuló eszközöket használnak, amelyeket ebben az anyagban részletesen tárgyalunk.
A Peltier-elem vagy termoelektromos hűtő egy hőelemen alapul, amely két p- és n-típusú vezetőképességű elemből áll, amelyeket egy réz kapcsolólemez köt össze. Az alkatrészek a legtöbb esetben bizmutból, tellúrból, antimonból és szelénből készülnek. Az ilyen eszközöket háztartási hűtőrendszerekben használják, és hajlamosak az energiatermelésre is.
Tartalomjegyzék
Mi ez
A Peltier-jelenség és -fogalom Jean-Charles Peltier francia tudós 1834-ben tett felfedezésére utal. A felfedezés lényege az, hogy a két különböző irányú vezető érintkezése és a rajtuk átfolyó elektromos áram között folyamatosan hő keletkezik vagy elnyelődik.
A klasszikus elmélet így magyarázza a jelenséget: az elektronok a fémek között az elektromos áram segítségével kerülnek át, a különböző vezetőképességű fémvezetőkön az érintkezési potenciálkülönbségtől függően gyorsítva vagy lassítva. A Peltier-elemek így hozzájárulnak a mozgási energia hőenergiává alakításához.
A második vezetéken az ellenkező hatás lép fel, ahol a fizika alaptörvénye alapján energiapótlásra van szükség. Ez a termikus rezgés folyamatának köszönhető, amely a második vezető fémjének lehűlését okozza.
A maximális termoelektromos hatású Peltier-modul modern technológiával gyártható.
Tervezés és működési elv
A modern Peltier-modulok olyan szerkezetek, amelyekben két szigetelőlemez van, amelyek között szigorú sorrendben termoelemek vannak csatlakoztatva. Ezen elem működésének jobb megértése érdekében az ábrán egy szabványos diagram látható.
Az elemek megnevezése:
- A - érintkezők, amelyekkel a tápegységhez való csatlakozás történik;
- B - forró oldal;
- C - hideg oldal;
- D - rézvezetők;
- E - p-átmenetű félvezető;
- F - n-típusú félvezető.
Az elemet úgy készítik el, hogy mindkét felület a polaritás alapján p-n vagy n-p átmenetekkel érintkezzen. A p-n érintkezők felmelegednek, és az n-p hőmérséklet csökken. Ez DT hőmérsékletkülönbséget eredményez az elem végein. Ez a hatás azt jelenti, hogy a modul elemei között mozgó hőenergia a polaritástól függően szabályozza a hőmérsékleti rendszert. Azt is meg kell jegyezni, hogy ha a polaritás megfordul, a forró és a hideg felületek megváltoznak.
Műszaki jellemzők
A Peltier-elem műszaki paraméterei a következő értékeket veszik fel:
- Hűtőkapacitás (Qmax) - az áramhatár és a modulvégek közötti hőmérsékletkülönbség alapján számítva. A mértékegység a watt;
- hőmérséklet-különbség határérték (DTmax) - fokban mérve, ez a jellemző optimális körülményekre van megadva;
- Imax - a nagyobb hőmérsékletkülönbség eléréséhez szükséges elektromos áram határértéke;
- Umax az Imax elektromos áramhoz szükséges Umax maximális feszültség, amely a DTmax maximális hőmérsékletkülönbség eléréséhez szükséges;
- Ellenállás - az eszköz belső ellenállása, ohmban mérve;
- A POR a hatékonysági tényező vagy Peltier-modul hatékonysága, amely a hűtési teljesítmény és a hűtési energiafogyasztás arányát tükrözi. A készülék jellemzőitől függően ez az érték az olcsó készülékek esetében 0,3 és 0,35 között van, míg a drágább modellek esetében 0,5-ig terjed.
A mobil Peltier-elem előnye a kis méret, a folyamat megfordíthatósága, valamint az, hogy hordozható áramfejlesztőként vagy hűtőszekrényként is használható.
A modul hátrányai a magas költségek, az alacsony, 3% körüli hatásfok, a magas energiaköltségek és a hőmérsékletkülönbség folyamatos fenntartásának szükségessége.
Alkalmazás
Még az alacsony hatásfokot figyelembe véve is széles körben használják a Peltier-modullemezeket mérő- és számítástechnikai eszközökben, valamint hordozható háztartási készülékekben. Az alábbiakban felsoroljuk azokat az eszközöket, amelyeknek a modellek szerves részét képezik:
- hordozható hűtőegységek;
- kis áramfejlesztők;
- PC-k és laptopok hűtőegységei;
- hűtők az ivóvíz fűtésére és hűtésére;
- párátlanítók.
Hogyan csatlakoztatható
A Peltier-modult saját maga is csatlakoztathatja, és ez egy gyors és egyszerű folyamat. Az egyenfeszültséget a kimeneti érintkezőkre a készülék használati utasításában meghatározottak szerint kell vezetni. A piros vezeték a pluszhoz, a fekete vezeték pedig a mínuszhoz csatlakozik. Vegye figyelembe, hogy a polaritás megfordításával a fűtött és a hűtött felületek felcserélődnek.
Célszerű ellenőrizni az elem működését, mielőtt csatlakoztatná azt. A készülék tesztelésének egyik egyszerű és megbízható módja a tapintásos módszer: csatlakoztassa a készüléket egy elektromos áramforráshoz, és érintse meg a különböző érintkezőket. Egy megfelelően működő egységben az érintkezők egy része meleg, másik része hideg lesz.
Multiméterrel és öngyújtóval is ellenőrizhető. Ehhez csatlakoztassa a szondákat a készülék érintkezőire, tartsa az öngyújtót az egyik oldalra, és figyelje a multiméter leolvasását. Ha a Peltier-elem normál üzemmódban működik, akkor a fűtési folyamat elektromos áramot termel az egyik oldalon, és a multiméter képernyőjén megjelenik a feszültség leolvasása.
Hogyan készítsünk Peltier-elemet saját kezűleg?
A Peltier-elemet nem lehet otthon elkészíteni, mivel alacsony az ára, és speciális ismeretekre van szükség a működőképes elem létrehozásához. Azonban saját kezűleg is lehet hatékony mobil termoelektromos generátort építeni, amely jól jöhet a vidéki házban vagy egy kempingezés során.
Az elektromos feszültség stabilizálása érdekében az L6920 IC-re saját szabványos átalakítót kell építenie. A 0,8-5,5 V bemeneti feszültséget kell alkalmazni, és a kimeneti feszültség 5 V lesz, ami elegendő a mobileszközök akkumulátorának töltéséhez normál üzemmódban. Ha szabványos elektronikus Peltier-berendezést használnak, akkor 150 fokos felületi hőmérsékleti határértékre van szükség. A hőmérséklet-szabályozás megkönnyítése érdekében célszerű forró vizes edényt használni, akkor a modell nem melegszik 100 fok fölé.
A Peltier-lemezeket széles körben használják a modern háztartási készülékek hűtésére, a légkondicionálókban, az eszköz hatékonysága különösen a hőszabályozás stabilizálására és egy nagy teljesítményű processzor hűtésére bizonyított. A Peltier-elemeket gyakran használják hatékony mobil hűtőszekrények készítésére nyaralók vagy autók számára, vagy otthoni radiátorok működtetésére. A folyamat reverzibilitása miatt a házi készítésű elemeket mobil kis erőművekként használják olyan területeken, ahol nincs áramforrás.
Kapcsolódó cikkek:
