Модуль Пельтье: тэхнічныя характарыстыкі

Термопреобразователь (модуль Пельтье) працуе па прынцыпе, зваротнаму дзеяння тэрмапары, - з'яўленню рознасці тэмператур, калі працякае электрычны ток.

Як працуе элемент Пельтье?

Даволі проста ўжываць модуль Пельтье, прынцып працы якога складаецца ў выдзяленні або паглынанні цяпла ў момант кантакту розных матэрыялаў пры праходжанні праз яго току. Шчыльнасць энергетычнага патоку электронаў перад кантактам і пасля яго адрозніваецца. Калі на выхадзе яна менш, значыць, там вылучаецца цяпло. Калі электроны ў кантакце тармозяцца электрычным полем, яны перадаюць кінэтычную энергію крышталічнай рашотцы, разагрэву яе. Калі яны паскараюцца, цяпло паглынаецца. Гэта адбываецца за кошт таго, што частка энергіі залазіць у крышталічнай рашоткі і адбываецца яе астуджэнне.

У значнай ступені гэтая з'ява ўласціва паўправадніка, што тлумачыцца вялікай рознасцю зарадаў.

Модуль Пельтье, ужыванне якога з'яўляецца тэмай нашага агляду, выкарыстоўваецца пры стварэнні тэрмаэлектрычных ахаладжальных прылад (ТЭМ). Найпростае з іх складаецца з двух паўправаднікоў p- і n-тыпаў, паслядоўна злучаных праз медныя кантакты.

Калі электроны рухаюцца ад паўправадніка "p" да "n", на першым пераходзе з металічнай перамычкай яны рекомбинируют з вылучэннем энергіі. Наступны пераход з паўправадніка "p" ў медны праваднік суправаджаецца "выцягваннем" электронаў праз кантакт электрычным полем. Дадзены працэс прыводзіць да паглынання энергіі і астуджэнню вобласці вакол кантакту. Аналагічным чынам адбываюцца працэсы на наступных пераходах.

Пры размяшчэнні нагреваемых і охлаждаемых кантактаў у розных паралельных плоскасцях атрымаецца практычная рэалізацыя спосабу. Паўправаднікі вырабляюцца з селену, вісмута, сурмы або тэлура. Модуль Пельтье месціць вялікая колькасць тэрмапар, размешчаных паміж керамічнымі пласцінамі з нітрыду або аксіду алюмінія.

Фактары, якія ўплываюць на эфектыўнасць ТЭМ

• Сіла току.
• Колькасць тэрмапар (да некалькіх соцень).
• Тыпы паўправаднікоў.
• Хуткасць астуджэння.

Вялікіх велічынь дасягнуць пакуль не ўдалося з-за нізкага ККД (5-8%) і высокай кошту. Каб ТЭМ паспяхова працаваў, трэба забяспечыць эфектыўны адвод цяпла з нагреваемой боку. Гэта стварае складанасці ў практычным увасабленні спосабу. Калі змяніць палярнасць, халодная і гарачая боку мяняюцца адзін з адным.

Вартасці і недахопы модуляў

Патрэба ў ТЭМ з'явілася з узнікненнем электронных прылад, якія маюць патрэбу ў мініяцюрных сістэмах астуджэння. Перавагі модуляў наступныя:

• кампактнасць;
• адсутнасць рухомых злучэнняў;
• модуль Пельтье прынцып працы мае зварачальны пры змене палярнасці;
• прастата каскадных злучэнняў для павышэння магутнасці.

Галоўным недахопам модуля з'яўляецца нізкі ККД. Гэта выяўляецца ў вялікіх выдатках магутнасці пры дасягненні патрэбнага эфекту астуджэння. Акрамя таго, ён валодае высокай коштам.

прымяненне ТЭМ

Пельтье модуль ўжываецца пераважна для астуджэння мікрасхем і невялікіх дэталяў. Пачатак быў пакладзены для астуджэння элементаў ваеннай тэхнікі:

• мікрасхемы;
• інфрачырвоныя дэтэктары;
• элементы лазераў;
• кварцавыя генератары.

Тэрмаэлектрычны модуль Пельтье паступова стаў прымяняцца ў бытавой тэхніцы: для стварэння халадзільнікаў, кандыцыянераў, генератараў, тэрмарэгулятараў. Галоўным яго прызначэннем з'яўляецца астуджэнне невялікіх аб'ектаў.

астуджэнне працэсара

Асноўныя кампаненты кампутараў пастаянна ўдасканальваюцца, што прыводзіць да росту цеплавыдзялення. Разам з імі развіваюцца сістэмы астуджэння з ужываннем наватарскіх тэхналогій, з сучаснымі сродкамі кантролю. Модуль Пельтье прымяненне ў гэтай сферы знайшоў перш за ўсё ў астуджэнні мікрасхем і іншых радыёдэталяў. З фарсіраванымі рэжымамі разгону мікрапрацэсараў традыцыйныя кулеры ўжо не спраўляюцца. А павелічэнне частаты працы працэсараў дае магчымасць павысіць іх хуткадзейнасць.

Павелічэнне хуткасці кручэння вентылятара прыводзіць да значнага шуму. Яго ліквідуюць за кошт выкарыстання модуля Пельтье ў камбінаванай сістэме астуджэння. Такім шляхам перадавыя фірмы хутка асвоілі вытворчасць эфектыўных ахаладжальных сістэм, якія сталі карыстацца вялікім попытам.

З працэсараў цяпло звычайна адводзіцца кулерамі. Паветраны паток можа засмоктвацца звонку ці паступаць знутры сістэмнага блока. Галоўная праблема складаецца ў тым, што тэмпература паветра часам аказваецца недастатковай для цеплаадводу. Таму ТЭМ сталі выкарыстоўваць для астуджэння патоку паветра, які паступае ў сістэмны блок, тым самым падвышаючы эфектыўнасць цеплаабмену. Такім чынам, убудаваны паветраны кандыцыянер з'яўляецца памочнікам традыцыйнай сістэмы астуджэння кампутара.

З абодвух бакоў модуля мацуюцца алюмініевыя радыятары. З боку халоднай пласціны нагнятаецца паветра на астуджэнне да працэсара. Пасля таго як ён забярэ цёпла, яго выдзімае іншы вентылятар праз радыятар гарачай пласціны модуля.

Сучасны ТЭМ кіруецца электроннай прыладай з датчыкам тэмпературы, дзе ступень астуджэння прапарцыйная разагрэве працэсара.

Актывізацыя астуджэння працэсараў стварае таксама некаторыя праблемы.

1. Простыя астуджальныя модулі Пельтье прызначаныя для бесперапыннай працы. Пры паніжаным энергаспажыванні таксама памяншаецца цеплавыдзяленне, што можа выклікаць пераахаладжэнне крышталя і наступнае завісанне працэсара.
2. Калі праца кулера і халадзільніка не будзе належным чынам ўзгоднена, апошні можа перайсці ў рэжым нагрэву замест астуджэння. Крыніца дадатковага цяпла выкліча перагрэў працэсара.

Такім чынам, для сучасных працэсараў патрэбныя перадавыя тэхналогіі астуджэння з кантролем працы саміх модуляў. Падобныя змены рэжымаў працы не адбываюцца з відэакартамі, якія таксама патрабуюць інтэнсіўнага ахладжэння. Таму для іх ТЭМ падыходзіць ідэальна.

Автохолодильник сваімі рукамі

У сярэдзіне мінулага стагоддзя айчынная прамысловасць спрабавала асвоіць выпуск малагабарытных халадзільнікаў, заснаваных на эфекце Пельтье. Існуючыя тэхналогіі таго часу не дазволілі гэтага зрабіць. Зараз стрымліваючым фактарам пераважна з'яўляецца высокі кошт, але спробы працягваюцца, і поспехі тут ужо дасягнуты.

Шырокае вытворчасць тэрмаэлектрычных прылад дазваляе стварыць сваімі рукамі невялікі халадзільнік, зручны для выкарыстання ў аўтамабілях. Яго асновай з'яўляецца "сэндвіч", які робіцца наступным чынам.

1. На верхні радыятар наносіцца пласт цеплаправоднасць пасты тыпу КПТ-8 і прыляпляецца Пельтье модуль з аднаго боку керамічнай паверхні.
2. Аналагічна да яго мацуецца з ніжняй боку іншай радыятар, прызначаны для памяшкання ў камеру халадзільніка.
3. Усе прылада шчыльна сціскаецца і прасушваецца на працягу 4-5 гадзін.
4. На абодвух радыятарах ўсталёўваюцца кулеры: верхняя будзе адводзіць цяпло, а ніжні - выраўноўваць тэмпературу ў камеры халадзільніка.

Корпус халадзільніка робіцца з цеплаізалюючая пракладкай ўнутры. Важна, каб ён шчыльна закрываўся. Для гэтага можна выкарыстоўваць звычайны пластыкавы скрыню для інструментаў.

Харчаванне 12 У падаецца з сістэмы аўтамабіля. Яго можна зрабіць і ад сеткі 220 У пераменнага току, з блокам харчавання. Схема пераўтварэнні пераменнага току ў пастаяннай прымяняецца самая простая. Яна ўтрымлівае выпроствальны мост і згладжвае пульсацыі кандэнсатар. Пры гэтым важна, каб на выхадзе яны не перавышалі велічыню 5% ад намінальнага значэння, інакш эфектыўнасць прылады зніжаецца. У модуля маюцца два высновы з каляровых правадоў. Да чырвонаму заўсёды падключаецца "плюс", да чорнага - "мінус".

Магутнасць ТЭМ павінна адпавядаць аб'ёму бокса. Першыя 3 нумары з маркіроўкі азначаюць колькасць пар паўправадніковых мікраэлементаў ўнутры модуля (49-127 і больш). Сіла току выяўляецца двума апошнімі лічбамі маркіроўкі (ад 3 да 15 А). Калі магутнасці недастаткова, трэба прыклеіць на радыятары яшчэ адзін модуль.

Звярніце ўвагу! Калі сіла току будзе пераўзыходзіць магутнасць элемента, ён будзе награвацца з абодвух бакоў і хутка выйдзе з ладу.

Модуль Пельтье: генератар электрычнай энергіі

ТЭМ можна выкарыстоўваць для выпрацоўкі электраэнергіі. Для гэтага трэба стварыць перапад тэмпературы паміж пласцінамі, і размешчаныя паміж імі тэрмапары будуць выпрацоўваць электрычны ток.

Для практычнага выкарыстання патрэбен ТЭМ не менш чым на 5 В. Тады з яго дапамогай можна будзе зараджаць мабільны тэлефон. З-за нізкага ККД модуля Пельтье спатрэбіцца які падвышае пераўтваральнік пастаяннага напружання. Для зборкі генератара спатрэбяцца:

• 2 модуля Пельтье ТЕС1-12705 з памерам пласцін 40х40 мм;
• пераўтваральнік ЕК-1674;
• алюмініевыя пласціны таўшчынёй 3 мм;
• кастрюля для вады;
• тэрмаўстойлівы клей.

Паміж пласцінамі змяшчаюцца два модуля на клей, а затым уся канструкцыя фіксуецца на дне каструлі. Калі яе запоўніць вадой і паставіць на агонь, атрымаецца неабходная рознасць тэмпературы, якая выпрацоўвае ЭРС парадку 1,5 В. Падключыўшы модулі да павышаліся пераўтваральніка, можна падвысіць напругу да 5 У, неабходных для зарадкі акумулятара тэлефона.

Чым больш розніца тэмпературы паміж вадой і ніжняй подогреваемой пласцінай, тым генератар працуе больш эфектыўна. Таму трэба імкнуцца зніжаць нагрэў вады рознымі спосабамі: зрабіць яе праточнай, часцей замяняць свежай і т. П. Дзейсным сродкам павелічэння рознасці тэмператур з'яўляецца каскаднае ўключэнне модуляў, калі яны накладваюцца пластамі адзін на іншы. Павелічэнне габарытных памераў прылады дазваляе змясціць паміж пласцінамі больш элементаў і тым самым павялічыць агульную магутнасць.

Прадукцыйнасці генератара будзе дастаткова для зарадкі невялікіх акумулятараў, працы святлодыёдных лямпаў або радыёпрымача. Звярніце ўвагу! Для стварэння термогенераторов спатрэбяцца модулі, здольныя працаваць пры 300-400 ⁰ З! Астатнія падыдуць толькі для пробных выпрабаванняў.

У адрозненне ад іншых сродкаў альтэрнатыўнага атрымання электраэнергіі яны могуць працаваць падчас руху, калі стварыць нешта тыпу каталітычнага награвальніка.

Айчынныя модулі Пельтье

ТЭМ сваёй вытворчасці з'явіліся ў нас на рынку не так даўно. Яны адрозніваюцца высокай надзейнасцю і маюць добрыя характарыстыкі. Модуль Пельтье, які карыстаецца шырокім попытам, мае памеры 40х40 мм. Ён разлічаны на максімальны ток 6 А і напружанне да 15 В.

Айчынны модуль Пельтье купіць можна за невялікую цану. Пры спажыванай магутнасці 85 Вт ён стварае тэмпературны перапад 60 ⁰ С. Разам з кулерам ён здольны абараніць ад перагрэву працэсар з рассейванай магутнасцю 40 Вт.

Характарыстыкі модуляў вядучых фірмаў

Замежныя прылады прадстаўлены на рынку ў большым разнастайнасці. Для абароны працэсараў вядучых фірмаў ўжываецца ў якасці халадзільніка РАХ56В модуль Пельтье, кошт якога ў камплекце з вентылятарам складае $ 35.

Пры памерах 30х30 мм ён падтрымлівае тэмпературу працэсара не вышэй за 63 ⁰ С пры вылучаемай магутнасці 25 Вт. Для харчавання дастаткова напружання 5 У, а ток не перавышае 1,5 А.

Добра падыходзіць пад астуджэнне працэсара модуль Пельтье РА6ЕХВ, які забяспечвае нармальны тэмпературны рэжым пры магутнасці рассейвання 40 Вт. Плошча яго модуля складае 40х40 мм, а спажываны ток - да 8 А. Акрамя вялікіх памераў - 60х60х52,5 мм (разам з вентылятарам) - прылада патрабуе наяўнасці вакол яго вольнай прасторы. Цана яго складае $ 65.

Калі ўжываецца модуль Пельтье, тэхнічныя характарыстыкі ў яго павінны адпавядаць патрэбам охлаждаемых прылад. Недапушчальна, каб у іх была занадта нізкая тэмпература. Гэта можа прывесці да кандэнсацыі вільгаці, якая пагібельна дзейнічае на электроніку.

Модулі для вырабу генератараў, такія як ТЕС1-12706, ТЕС1-12709, адрозніваюцца большай магутнасцю - 72 Вт і 108 Вт адпаведна. Іх адрозніваюць па маркіроўцы, заўсёды якая наносіцца на гарачую бок. Максімальная дапушчальная тэмпература гарачай боку ў іх складае 150-160 ⁰ С. Чым больш тэмпературны перапад паміж пласцінамі, тым вышэй атрымліваецца напружанне на выхадзе. Прылада працуе пры максімальным тэмпературным перападзе 600 ⁰ С.

Модуль Пельтье купіць можна нядорага - каля $ 10 і менш за штуку, калі добра пашукаць. Даволі часта прадаўцы значна завышаюць цэны, але можна знайсці ў некалькі разоў танней, калі набываць на распродажы.

заключэнне

Эфект Пельтье знайшоў прымяненне ў цяперашні час у стварэнні невялікіх халадзільнікаў, неабходных сучаснай тэхніцы. Зварачальнасць працэсу дае магчымасць вырабіць микроэлектростанции, запатрабаваныя для зарадкі акумулятараў электронных прылад.

У адрозненне ад іншых сродкаў альтэрнатыўнага атрымання электраэнергіі, яны могуць працаваць падчас руху, калі ўсталяваць каталітычны награвальнік.