Saldēšanas iekārtas un dzesēšanas iekārtas ir neaizstājamas ikdienas dzīvē. Tomēr standarta uz aukstumaģentu balstītas beramkravas konstrukcijas nav piemērotas mobilai lietošanai, piemēram, saldētājos iepirkumu maisos. Šādos gadījumos tiek izmantotas ierīces, kuru pamatā ir Peljē efekts, ko sīkāk aplūkosim šajā materiālā.
Peltjē elementa jeb termoelektriskā dzesētāja pamatā ir termoelements, kas sastāv no diviem elementiem ar p- un n-veida vadītspēju, kurus savieno vara komutācijas plāksne. Vairumā gadījumu detaļas ir izgatavotas no bismuta, telūra, antimona un selēna. Šādas ierīces tiek izmantotas mājsaimniecības dzesēšanas sistēmās, un tām ir tendence arī ražot enerģiju.
Saturs
Kas tas ir
Peltjē fenomens un termins attiecas uz atklājumu, ko 1834. gadā izdarīja franču zinātnieks Žans Šarls Peltjē. Atklājuma būtība ir tāda, ka siltums pastāvīgi rodas vai tiek absorbēts vietā, kur saskaras divi dažādi orientēti vadi un caur tiem plūst elektriskā strāva.
Klasiskā teorija šo parādību skaidro šādi: elektroni tiek pārnesti starp metāliem ar elektriskās strāvas palīdzību, paātrinoties vai palēninoties atkarībā no kontakta potenciālu starpības uz metāla vadītājiem ar dažādiem vadītspējas līmeņiem. Tādējādi Peltjē elementi veicina kinētiskās enerģijas pārvēršanu siltumenerģijā.
Otrajā vadītājā rodas pretējs efekts, kad, pamatojoties uz fizikas pamatlikumu, ir nepieciešama enerģijas papildināšana. Tas ir saistīts ar termisko svārstību procesu, kas izraisa otrā vadītāja metāla atdzišanu.
Peltjē moduli ar maksimālu termoelektrisko efektu var izgatavot, izmantojot mūsdienu tehnoloģijas.
Konstrukcija un darbības princips
Mūsdienu Peltjē moduļi ir struktūra, kurā ir divas izolatora plāksnes ar termopāriem, kas savienoti stingrā secībā starp tām. Lai labāk izprastu šī elementa funkciju, attēlā ir parādīta standarta shēma.
Elementu apzīmējums:
- A - kontakti, ar kuriem tiek izveidots savienojums ar barošanas avotu;
- B - karstā puse;
- C - aukstā puse;
- D - vara vadi;
- E - p-veida pusvadītājs;
- F - n-tipa pusvadītājs.
Elements ir izgatavots tā, lai abas virsmas saskaras ar p-n vai n-p savienojumiem atkarībā no polaritātes. P-n kontakti tiek uzkarsēti, un n-p temperatūra tiek samazināta. Tā rezultātā elementa galos rodas DT temperatūras starpība. Šis efekts nozīmē, ka siltumenerģija, kas pārvietojas starp moduļa elementiem, regulē temperatūras režīmu atkarībā no polaritātes. Jāatzīmē arī, ka, mainot polaritāti, mainās karstā un aukstā virsma.
Tehniskie parametri
Peltjē elementa tehniskie parametri pieņem šādas vērtības:
- Dzesēšanas jauda (Qmax) - aprēķina, pamatojoties uz strāvas ierobežojumu un temperatūras starpību starp moduļa galiem. Mērvienība ir vati;
- temperatūras starpības robeža (DTmax) - mēra grādos, šī īpašība ir norādīta optimālos apstākļos;
- Imax - elektriskās strāvas robežspēks, kas nepieciešams, lai sasniegtu lielāku temperatūras starpību;
- Umax ir maksimālais spriegums Umax, kas nepieciešams elektriskajai strāvai Imax, lai sasniegtu maksimālo temperatūras starpību DTmax;
- Pretestība - ierīces iekšējā pretestība, ko mēra omos;
- POR ir efektivitātes koeficients jeb Peltjē moduļa efektivitāte, kas atspoguļo dzesēšanas jaudas attiecību pret dzesēšanas enerģijas patēriņu. Atkarībā no ierīces īpašībām šis rādītājs ir no 0,3 līdz 0,35 lētām ierīcēm, bet dārgākiem modeļiem tas svārstās līdz 0,5.
Mobilā Peltjē elementa priekšrocības ir tā mazais izmērs, procesa atgriezeniskums un iespēja to izmantot kā portatīvo enerģijas ģeneratoru vai ledusskapi.
Moduļa trūkumi ir augstas izmaksas, zema efektivitāte (aptuveni 3 %), augstas enerģijas izmaksas un nepieciešamība pastāvīgi uzturēt temperatūras starpību.
Pieteikums
Pat ņemot vērā zemo efektivitātes koeficientu, Peltjē moduļu plates tiek plaši izmantotas mērīšanas, skaitļošanas ierīcēs, kā arī portatīvajās sadzīves ierīcēs. Šeit ir saraksts ar ierīcēm, kuru neatņemama sastāvdaļa ir modeļi:
- pārnēsājamās saldēšanas iekārtas;
- mazie elektroenerģijas ģeneratori;
- dzesēšanas bloki personālajos un klēpjdatoros;
- dzesētāji dzeramā ūdens sildīšanai un dzesēšanai;
- gaisa susinātāji.
Kā izveidot savienojumu
Peltjē moduli var pieslēgt pats, un tas ir ātrs un vienkāršs process. Izejas kontaktiem jāpievada līdzstrāvas spriegums, kā norādīts ierīces lietošanas instrukcijā. Sarkanais vads ir savienots ar plusu, bet melnais - ar mīnusu. Ņemiet vērā, ka, mainot polaritāti, tiek mainītas sildāmās un dzesējamās virsmas.
Pirms elementa pieslēgšanas ieteicams pārbaudīt tā darbību. Vienkāršs un uzticams veids, kā pārbaudīt ierīci, ir taustes metode: pievienojiet ierīci elektriskās strāvas avotam un pieskarieties dažādiem kontaktiem. Pareizi funkcionējošā ierīcē daži kontakti būs silti, bet citi - vēsi.
To var pārbaudīt arī ar multimetru un šķiltavu. Lai to izdarītu, pievienojiet zondes ierīces kontaktiem, turiet šķiltavu uz vienu pusi un novērojiet multimetra rādījumus. Ja Peltjē elements darbojas standarta režīmā, sildīšanas procesā vienā pusē rodas elektriskā strāva, un uz multimetra ekrāna tiek parādīts sprieguma rādījums.
Kā pagatavot Peltjē elementu pašu rokām
Peltjē elementu nav iespējams izgatavot mājas apstākļos, jo tas ir lēts un tā izgatavošanai nepieciešamas īpašas zināšanas. Tomēr pašu rokām ir iespējams uzbūvēt efektīvu mobilo termoelektrisko ģeneratoru, kas noderēs lauku mājās vai kempingā.
Lai stabilizētu elektrisko spriegumu, jums būs nepieciešams uz L6920 IC uzbūvēt savu standarta pārveidotāju. Jāpievieno 0,8-5,5 V ieejas spriegums, un izejas spriegums būs 5 V, kas ir pietiekams, lai uzlādētu mobilo ierīču akumulatoru standarta režīmā. Ja tiek izmantota standarta elektroniskā Peltjē ierīce, tad virsmas temperatūras robeža ir 150 grādi. Lai atvieglotu temperatūras kontroli, ieteicams izmantot verdoša ūdens katlu, tad modelis nesaskarsies virs 100 grādiem.
Peltjē plāksnes plaši izmanto mūsdienu sadzīves ierīču dzesēšanai, gaisa kondicionieros, ierīces efektivitāte ir pierādīta, jo īpaši, lai stabilizētu termisko režīmu un dzesētu jaudīgu procesoru. Peltjē elementus bieži izmanto, lai izgatavotu efektīvus pārvietojamos ledusskapjus vasarnīcām vai automašīnām vai lai darbinātu radiatorus mājās. Pateicoties procesa atgriezeniskumam, paštaisītos elementus izmanto kā mobilas mazas elektrostacijas vietās, kur nav elektrības avota.
Saistītie raksti:
