Kylutrustning och kylaggregat är oumbärliga i vardagen. Standardkylmediebaserade bulkkonstruktioner är dock inte lämpliga för mobil användning, t.ex. i kylda shoppingkassar. I sådana fall används anordningar baserade på Peltier-effekten, som vi kommer att diskutera i detalj i det här materialet.
Peltierelementet eller den termoelektriska kylaren bygger på ett termoelement som består av två element av p- och n-typ som är sammankopplade med en kopparplatta. Delarna är i de flesta fall tillverkade av vismut, tellur, antimon och selen. Sådana apparater används i kylsystem för hushållsbruk, och de har också en tendens att generera energi.
Innehåll
Vad det är
Peltierfenomenet och termen Peltier hänvisar till en upptäckt som gjordes 1834 av den franske vetenskapsmannen Jean-Charles Peltier. Kärnan i upptäckten är att värme ständigt genereras eller absorberas i det område där två olika orienterade ledare är i kontakt med varandra och en elektrisk ström flyter genom dem.
Den klassiska teorin förklarar fenomenet på följande sätt: Elektroner överförs mellan metallerna med hjälp av elektrisk ström, som accelereras eller bromsas beroende på kontaktpotentialskillnaden på metallledare med olika ledningsnivåer. Peltierelement bidrar således till omvandlingen av rörelseenergi till värmeenergi.
På den andra ledaren inträffar den motsatta effekten, där det krävs energipåfyllning enligt fysikens grundläggande lag. Detta beror på den termiska oscillationsprocessen, som får metallen i den andra ledaren att svalna.
En Peltier-modul med maximal termoelektrisk effekt kan tillverkas med modern teknik.
Utformning och funktionssätt
Moderna Peltier-moduler består av två isolatorplattor med termokopplar som är anslutna i en strikt sekvens mellan dem. För en bättre förståelse av detta elements funktion visas ett standarddiagram i figuren.
Beteckningen på elementen:
- A - kontakter med vilka anslutningen till strömförsörjningen görs;
- B - den varma sidan;
- C - kall sida;
- D - kopparledare;
- E - Halvledare med p-junktion;
- F - Halvledare av n-typ.
Elementet tillverkas så att båda ytorna är i kontakt med p-n- eller n-p-övergångar, beroende på polaritet. p-n-kontakterna värms upp och n-p-temperaturen sänks. Detta resulterar i en temperaturskillnad på DT vid elementets ändar. Denna effekt innebär att den värmeenergi som rör sig mellan modulens element reglerar temperaturregimen beroende på polaritet. Det bör också noteras att om polariteten vänds om, ändras de varma och kalla ytorna.
Tekniska egenskaper
Peltierelementets tekniska parametrar har följande värden:
- Kylkapacitet (Qmax) - beräknas på grundval av strömgränsen och temperaturskillnaden mellan modulens ändar. Måttenheten är watt;
- Temperaturdifferentialgräns (DTmax) - mäts i grader, denna egenskap ges för optimala förhållanden;
- Imax - den begränsande kraften för den elektriska strömmen som krävs för att uppnå en större temperaturskillnad;
- Umax är den maximala spänning Umax som krävs för den elektriska strömmen Imax för att uppnå den maximala temperaturskillnaden DTmax;
- Resistance - enhetens interna motstånd, mätt i ohm;
- POR är effektivitetsfaktorn eller Peltier-modulens effektivitet, som avspeglar förhållandet mellan kyleffekt och kyleffektförbrukning. Beroende på apparatens egenskaper ligger siffran mellan 0,3 och 0,35 för billiga apparater, medan den ligger på upp till 0,5 för dyrare modeller.
Fördelarna med ett mobilt Peltierelement är att det är litet, att processen är reversibel och att det kan användas som en bärbar elgenerator eller kylskåp.
Modulens nackdelar är höga kostnader, låg effektivitet på cirka 3 %, höga energikostnader och behovet av att ständigt upprätthålla temperaturskillnaden.
Ansökan
Trots den låga verkningsgraden används Peltier-modulplattor i stor utsträckning i mät- och datorutrustning samt i bärbara hushållsapparater. Här är en lista över enheter där modeller är en integrerad del:
- bärbara kylmöbler;
- små kraftgeneratorer;
- kylenheter i datorer och bärbara datorer;
- kylare för uppvärmning och kylning av dricksvatten;
- avfuktare.
Hur man ansluter
Peltier-modulen kan anslutas av dig själv och det är en snabb och enkel process. DC-spänningen måste appliceras på utgångskontakterna enligt anvisningarna i enhetens bruksanvisning. Den röda kabeln är ansluten till plus och den svarta kabeln till minus. Observera att om du vänder på polariteten så vänds de uppvärmda och kylda ytorna om.
Det är lämpligt att kontrollera elementets funktion innan du ansluter det. Ett enkelt och pålitligt sätt att testa enheten är den taktila metoden: anslut enheten till en elektrisk strömkälla och rör vid de olika kontakterna. I en korrekt fungerande enhet är vissa kontakter varma och andra kalla.
Det går också att kontrollera med en multimeter och en tändare. För att göra detta ansluter du proberna till enhetens kontakter, håller tändaren åt sidan och observerar multimeteravläsningen. Om Peltierelementet fungerar i standardläge kommer uppvärmningsprocessen att producera en elektrisk ström på ena sidan och spänningsavläsningen kommer att visas på multimeterskärmen.
Hur man gör ett Peltierelement med egna händer
Peltierelementet är inte möjligt att tillverka hemma på grund av dess låga kostnad och behovet av specialkunskaper för att skapa ett fungerande element. Det är dock möjligt att bygga en effektiv mobil termoelektrisk generator med egna händer, som kommer att vara användbar på landet eller på en campingtur.
För att stabilisera den elektriska spänningen måste du bygga din egen standardomvandlare på L6920 IC. Ingångsspänningen på 0,8-5,5 V måste tillämpas och utgångsspänningen blir 5 V, vilket är tillräckligt för att ladda batteriet på mobila enheter i standardläge. Om en elektronisk standard-Peltier-enhet används krävs en yttemperaturgräns på 150 grader. För enkel temperaturkontroll är det lämpligt att använda en kastrull med kokande vatten, så att modellen inte värms upp över 100 grader.
Peltierplattor används i stor utsträckning för kylning av moderna hushållsapparater, i luftkonditioneringsapparater, och det har visat sig att anordningen är effektiv, särskilt när det gäller att stabilisera den termiska regimen och kyla en kraftfull processor. Peltierelement används ofta för att tillverka effektiva mobila kylskåp för sommarstugor eller bilar, eller för att driva en radiator hemma. På grund av processens reversibilitet används hemmagjorda element som mobila små kraftverk i områden som saknar en el-källa.
Relaterade artiklar:
