空冷のための冷凍装置と複合体は、日常生活に欠かせない要素です。ただし、冷媒に基づく標準的な容積設計は、冷蔵庫のバッグなどのモバイル アプリケーションには適していません。このような場合、ペルチェ効果に基づくデバイスが使用されます。これについては、この資料で詳しく説明します。
ペルチェ素子または熱電冷却器は、整流銅板で接続された p 型および n 型の伝導性を持つ 2 つの要素の熱電対に基づいています。部品はほとんどの場合、ビスマス、テルル、アンチモン、セレンでできています。このようなデバイスは、家庭用アプリケーションの冷却システムで使用され、エネルギーを生成する機能も備えています。
それは何ですか
この現象とペルティエという用語は、1834 年にフランスの科学者ジャン シャルル ペルティエによって行われた発見を示唆しています。この発見の本質は、電流が流れる方向の異なる 2 つの導体が接触している領域で、常に熱が放出または吸収されることです。
古典的な理論では、この現象を次のように説明しています。電子は、異なるレベルの導電率を持つ金属導体の接触電位差に応じて、加速または減速して、電流によって金属間を移動します。したがって、ペルチェ素子は、運動エネルギーを熱エネルギーに変換するのに役立ちます。
2 番目の導体では逆の効果が発生し、物理学の基本法則に基づいてエネルギーの補充が必要になります。この状況は、熱振動のプロセスが原因で発生し、その結果、2番目の導体の金属が冷却されます。
最新技術の助けを借りて、最大の熱電効果を持つペルチェ モジュールを製造することが可能です。
設計と動作原理
最新のペルチェ モジュールは、2 つの絶縁体プレートを備えた構造で、その間に熱電対が厳密な順序で接続されています。この要素の機能をよりよく理解するための標準的な図を図に示します。
デザインの要素の指定:
- A - 電源への接続が行われる接点。
- B - 熱い表面;
- C - コールドサイド;
- D - 銅導体;
- E - p接合半導体;
- F - n型半導体。
この素子は、極性に基づいて、両方の表面が p-n または n-p 接合と接触するように作られています。 p-n 接点が加熱され、n-p 温度が低下します。その結果、要素の端で DT の温度差が生じます。この効果は、モジュールの要素間を移動する熱エネルギーが、極性に応じて温度体制を調整することを意味します。極性を逆にすると、高温面と低温面が変化することにも注意してください。
技術特性
ペルチェ素子の技術パラメータは、次の値を想定しています。
- 冷却能力 (Qmax) - 電流制限とモジュール両端の温度差に基づいて計算されます。測定単位はワットです。
- 温度差限界 (DTmax) - 度で測定され、この特性は最適な条件に対して与えられます。
- Imax - より大きな温度差を提供するために必要な電流の制限電力;
- Umax - 電流 Imax が最大温度差 DTmax を達成するために必要な制限電圧;
- 抵抗 - オームで測定されたデバイスの内部抵抗。
- COP は、消費電力に対する冷却電力の比率を反映する効率係数またはペルチェ モジュール効率です。デバイスの機能に応じて、安価なデバイスの場合、数値は 0.3 ～ 0.35 の範囲で、より高価なモデルの場合は最大 0.5 まで変化します。
モバイル ペルチェ素子の利点は、サイズが小さいこと、プロセスの可逆性、およびポータブル発電機または冷蔵庫として使用できることです。
モジュールの欠点は、高コスト、3% 以内の低効率、高消費電力、および温度差を常に維持する必要があることです。
応用
効率係数が低いことを考慮しても、ペルチェ モジュールのプレートは、測定、コンピューティング デバイス、および携帯型家電製品で広く使用されています。モデルが不可欠な部分であるデバイスのリストを次に示します。
- ポータブル冷凍ユニット;
- 小型発電機;
- PC およびラップトップの冷却複合体。
- 飲料水の加熱と冷却のためのクーラー;
- 除湿機。
接続方法
ペルチェモジュールは自分で接続でき、手間もかかりません。デバイスの取扱説明書で指定されている出力の接点に DC 電圧を印加する必要があります。赤い線はプラスに、黒い線はマイナスに接続されています。極性を逆にすると、加熱面と冷却面が逆になることに注意してください。
接続する前に、エレメントの動作を確認することをお勧めします。デバイスをテストする簡単で信頼できる方法の 1 つは触覚法です。これを行うには、デバイスを電流源に接続し、さまざまな接点に触れます。適切に機能しているユニットには、接点が温かく、接点が冷めています。
マルチメーターとライターで確認することもできます。これを行うには、プローブをデバイスの接点に接続し、ライターを片側に持ち、マルチメーターの読みを観察します。ペルチェ素子が標準モードで動作する場合、加熱プロセスにより片側に電流が生成され、電圧の読み取り値がマルチメーターの画面に表示されます。
自分の手でペルチェ素子を作る方法
ペルチェ素子は、低コストであり、実用的な素子を作成するには特別な知識が必要なため、自宅で作成するのは不便です.ただし、自分の手で効果的なモバイル熱電発電機を組み立てることができます。これは、カントリーハウスやキャンプ旅行で役立ちます。
電圧を安定させるには、L6920 IC チップ上に標準コンバータを自作する必要があります。デバイスの入力に0.8〜5.5 Vの電圧を供給する必要があり、出力で5 Vを生成します。この値は、標準モードでモバイルデバイスのバッテリーを充電するのに十分です。標準的な電子ペルチェ デバイスを使用する場合は、加熱面の温度制限を 150 度に制限する必要があります。温度制御を容易にするために、沸騰したお湯のポットを使用することをお勧めします。その後、モデルは 100 度を超えて加熱されません。
ペルチェ プレートは、現代の家庭用電化製品の冷却に広く使用されています。エアコンでは、デバイスの有効性が特に熱状態を安定させ、強力なプロセッサを冷却することが証明されています。ペルチェ素子に基づいて、ラジエーターに電力を供給する夏のコテージや車用に家庭で効率的な移動式冷蔵庫が作られることがよくあります。プロセスの可逆性により、自家製の要素は、電源のない地域での移動式小型発電所の役割で使用されます。
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