Ο ψυκτικός εξοπλισμός και τα συστήματα αερόψυξης είναι απαραίτητα στοιχεία της καθημερινής ζωής. Ωστόσο, οι τυπικοί ογκομετρικοί σχεδιασμοί με βάση το ψυκτικό δεν είναι κατάλληλοι για κινητές εφαρμογές, όπως οι σακούλες ψύξης. Σε τέτοιες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται συσκευές που βασίζονται στη λειτουργία του φαινομένου Peltier, τις οποίες θα συζητήσουμε λεπτομερώς σε αυτό το υλικό.
Το στοιχείο Peltier ή θερμοηλεκτρικό ψυγείο βασίζεται σε ένα θερμοστοιχείο δύο στοιχείων με αγωγιμότητα τύπου p και n, τα οποία συνδέονται με μια συνδετική πλάκα χαλκού. Οι λεπτομέρειες στις περισσότερες περιπτώσεις αποτελούνται από βισμούθιο, τελλούριο, αντιμόνιο και σελήνιο. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται σε οικιακά συστήματα ψύξης, έχουν επίσης την ικανότητα να παράγουν ενέργεια.
Περιεχόμενο
Τι είναι
Το φαινόμενο και ο όρος Peltier υποδηλώνουν μια ανακάλυψη που έγινε το 1834 από τον Γάλλο επιστήμονα Jean-Charles Peltier.Η ουσία της ανακάλυψης είναι ότι η θερμότητα απελευθερώνεται ή απορροφάται συνεχώς στην περιοχή όπου υπάρχει επαφή μεταξύ δύο διαφορετικών κατευθυνόμενων αγωγών μέσω των οποίων ρέει ηλεκτρικό ρεύμα.
Η κλασική θεωρία εξηγεί αυτό το φαινόμενο με αυτόν τον τρόπο: με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται μεταξύ των μετάλλων, επιταχύνοντας ή επιβραδύνοντας, ανάλογα με τη διαφορά δυναμικού επαφής σε μεταλλικούς αγωγούς με διαφορετικά επίπεδα αγωγιμότητας. Τα στοιχεία Peltier συμβάλλουν έτσι στη μετατροπή της κινητικής ενέργειας σε θερμότητα.
Στον δεύτερο αγωγό, συμβαίνει το αντίθετο αποτέλεσμα, όπου η αναπλήρωση ενέργειας είναι απαραίτητη με βάση τον θεμελιώδη νόμο της φυσικής. Αυτή η κατάσταση συμβαίνει λόγω της διαδικασίας της θερμικής ταλάντωσης, με αποτέλεσμα να ψύχεται το μέταλλο του δεύτερου αγωγού.
Με τη βοήθεια σύγχρονων τεχνολογιών, είναι δυνατή η κατασκευή μιας μονάδας Peltier με μέγιστο θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα.
Συσκευή και αρχή λειτουργίας
Οι σύγχρονες μονάδες Peltier είναι ένα σχέδιο στο οποίο υπάρχουν δύο μονωτικές πλάκες και τα θερμοστοιχεία συνδέονται μεταξύ τους με αυστηρή σειρά. Το τυπικό σχήμα αυτού του στοιχείου για την καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας του φαίνεται στο σχήμα.
Ονομασίες δομικών στοιχείων:
- Α - επαφές, με τη βοήθεια των οποίων πραγματοποιείται η σύνδεση με την πηγή ενέργειας.
- Β - ζεστή επιφάνεια.
- C - κρύα πλευρά.
- D - αγωγοί χαλκού.
- Το E είναι ένας ημιαγωγός σύνδεσης p.
- Το F είναι ημιαγωγός τύπου n.
Το στοιχείο είναι κατασκευασμένο έτσι ώστε και οι δύο επιφάνειες να έρχονται σε επαφή με συνδέσμους p-n ή n-p, με βάση την πολικότητα. Οι επαφές p-n θερμαίνονται και η θερμοκρασία n-p μειώνεται.Ως αποτέλεσμα, μια διαφορά θερμοκρασίας DT εμφανίζεται στα άκρα του στοιχείου. Αυτό το φαινόμενο σημαίνει ότι η θερμική ενέργεια που κινείται μεταξύ των στοιχείων της μονάδας ρυθμίζει το καθεστώς θερμοκρασίας ανάλογα με την πολικότητα. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι σε περίπτωση αλλαγής πολικότητας, αλλάζουν οι θερμές και κρύες επιφάνειες.
Προδιαγραφές
Οι τεχνικές παράμετροι του στοιχείου Peltier λαμβάνουν τις ακόλουθες τιμές:
- ικανότητα ψύξης (Qmax) - υπολογίζεται με βάση το όριο ρεύματος και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των άκρων της μονάδας. Μονάδα μέτρησης - Watt;
- περιοριστική διαφορά θερμοκρασίας (DTmax) - μετρούμενη σε βαθμούς, αυτό το χαρακτηριστικό δίνεται για βέλτιστες συνθήκες.
- Το Imax είναι το μέγιστο ηλεκτρικό ρεύμα που απαιτείται για την παροχή μεγαλύτερης διαφοράς θερμοκρασίας.
- οριακή τάση Umax, η οποία απαιτείται για το ηλεκτρικό ρεύμα Imax για την επίτευξη της μέγιστης διαφοράς θερμοκρασίας DTmax.
- Αντίσταση - εσωτερική αντίσταση της συσκευής, μετρημένη σε Ohms.
- Το COP είναι ο συντελεστής απόδοσης ή απόδοσης της μονάδας Peltier, ο οποίος αντανακλά την αναλογία ψύξης και κατανάλωσης ισχύος. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της συσκευής, για φθηνές συσκευές, ο δείκτης κυμαίνεται από 0,3-0,35, για πιο ακριβά μοντέλα κυμαίνεται έως και 0,5.
Τα πλεονεκτήματα του κινητού στοιχείου Peltier είναι οι μικρές διαστάσεις, η αναστρεψιμότητα της διαδικασίας, καθώς και η δυνατότητα χρήσης του ως φορητής ηλεκτρικής γεννήτριας ή ψυγείου.
Τα μειονεκτήματα της μονάδας είναι το υψηλό κόστος, η χαμηλή απόδοση εντός 3%, το υψηλό κόστος ενέργειας και η ανάγκη συνεχούς διατήρησης της διαφοράς θερμοκρασίας.
Εφαρμογή
Ακόμη και αν ληφθεί υπόψη ο χαμηλός συντελεστής απόδοσης, οι πλάκες στη μονάδα Peltier χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές μέτρησης, υπολογιστές, καθώς και σε φορητές οικιακές συσκευές. Ακολουθεί μια λίστα συσκευών στις οποίες τα μοντέλα αποτελούν αναπόσπαστο μέρος:
- φορητές συσκευές ψύξης?
- μικρές γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας.
- συγκροτήματα ψύξης σε υπολογιστές και φορητούς υπολογιστές.
- ψύκτες για θέρμανση και ψύξη πόσιμου νερού.
- στεγνωτήρες αέρα.
Πώς να συνδεθείτε
Μπορείτε να συνδέσετε τη μονάδα Peltier μόνοι σας, δεν απαιτεί πολύ χρόνο και προσπάθεια. Οι επαφές εξόδου πρέπει να τροφοδοτούνται με σταθερή τάση, η οποία υποδεικνύεται στις οδηγίες λειτουργίας της συσκευής. Το κόκκινο καλώδιο συνδέεται με θετικό και το μαύρο καλώδιο συνδέεται με αρνητικό. Σημειώστε ότι όταν αντιστραφεί η πολικότητα, οι θερμαινόμενες και ψυχόμενες επιφάνειες θα αλλάξουν θέση.
Πριν από τη σύνδεση, συνιστάται να ελέγξετε τη λειτουργικότητα του στοιχείου. Ένας από τους απλούς και αξιόπιστους τρόπους ελέγχου της συσκευής είναι η απτική μέθοδος: για αυτό πρέπει να συνδέσετε τη συσκευή σε μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος και να αγγίξετε διαφορετικές επαφές. Σε μια συσκευή που λειτουργεί κανονικά, ορισμένες επαφές θα είναι ζεστές, ενώ άλλες θα είναι ψυχρές.
Μπορείτε επίσης να ελέγξετε με ένα πολύμετρο και έναν αναπτήρα. Για να γίνει αυτό, πρέπει να συνδέσετε τους ανιχνευτές στις επαφές της συσκευής, να φέρετε τον αναπτήρα στη μία πλευρά και να παρατηρήσετε τις ενδείξεις του πολύμετρου. Εάν το στοιχείο Peltier λειτουργεί στην τυπική λειτουργία, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης, θα δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα στη μία πλευρά και τα δεδομένα τάσης θα εμφανίζονται στην οθόνη του πολύμετρου.
Πώς να φτιάξετε ένα στοιχείο peltier do-it-yourself
Το στοιχείο Peltier δεν είναι πρακτικό να κατασκευαστεί στο σπίτι λόγω του χαμηλού κόστους και της ανάγκης για ειδικές γνώσεις για τη δημιουργία ενός λειτουργικού στοιχείου. Ωστόσο, μπορείτε να συναρμολογήσετε μια αποτελεσματική κινητή θερμοηλεκτρική γεννήτρια με τα χέρια σας, η οποία θα σας φανεί χρήσιμη στη χώρα ή σε ένα ταξίδι κάμπινγκ.
Για να σταθεροποιήσετε την ηλεκτρική τάση, θα χρειαστεί να συναρμολογήσετε μόνοι σας έναν τυπικό μετατροπέα στο τσιπ IC L6920. Πρέπει να εφαρμοστεί τάση 0,8-5,5 V στην είσοδο της συσκευής και στην έξοδο θα παράγει 5 V, αυτή η τιμή είναι αρκετή για τη φόρτιση της μπαταρίας των κινητών συσκευών σε τυπική λειτουργία. Εάν χρησιμοποιείται μια τυπική ηλεκτρονική συσκευή Peltier, τότε θα είναι απαραίτητο να περιοριστεί το όριο θερμοκρασίας της θερμαινόμενης επιφάνειας στους 150 βαθμούς. Για ευκολία στον έλεγχο της θερμοκρασίας, συνιστάται να χρησιμοποιείτε βραστήρα με βραστό νερό, τότε το μοντέλο δεν θα ζεσταθεί πάνω από 100 μοίρες.
Οι πλάκες Peltier χρησιμοποιούνται ευρέως για την ψύξη σύγχρονων οικιακών συσκευών, στα κλιματιστικά, η αποτελεσματικότητα της συσκευής έχει αποδειχθεί, ειδικότερα, για τη σταθεροποίηση του θερμικού καθεστώτος και την ψύξη ενός ισχυρού επεξεργαστή. Με βάση το στοιχείο Peltier, τα αποτελεσματικά κινητά ψυγεία κατασκευάζονται συχνά στο σπίτι για εξοχικές κατοικίες ή αυτοκίνητα, τροφοδοτώντας το ψυγείο. Λόγω της αναστρεψιμότητας της διαδικασίας, τα αυτοκατασκευασμένα στοιχεία χρησιμοποιούνται ως κινητές μικρές μονάδες παραγωγής ενέργειας σε περιοχές χωρίς πηγή ηλεκτρισμού.
Παρόμοια άρθρα:
