Peltier modul: specifikace

Termočlánek (Peltierův modul) funguje na principu, který je protilehlý účinkům termočlánku, vzniká teplotní rozdíl při proudění elektrického proudu.

Jak funguje Peltierův prvek?

Je velmi jednoduché použít modul Peltier, jehož principem je vytěžování nebo pohlcování tepla v okamžiku kontaktu různých materiálů, když prochází proudem. Hustota toku energie elektronů před a po kontaktu je odlišná. Je-li výstup nižší, pak je teplo. Když jsou elektrony v kontaktu zpomalovány elektrickým polem, přenášejí kinetickou energii na krystalovou mřížku a ohřívají ji. Pokud se urychlí, teplo se absorbuje. To je způsobeno skutečností, že část energie je převzata z krystalové mřížky a její chlazení probíhá.

Tento jev je do značné míry neoddělitelný od polovodičů, což je vysvětleno velkým rozdílem v náboji.

Modul Peltier, jehož použití je předmětem našeho posouzení, se používá při vývoji termoelektrických chladicích zařízení (TEM). Nejjednodušší z nich sestává ze dvou polovodičů typu p a n, které jsou zapojeny do série měděnými kontakty.

Pokud se elektrony pohybují od polovodiče "p" po "n", při prvním přechodu s kovovým mostem se rekombinují s uvolněním energie. Další přechod z polovodičového "p" na měděný vodič je doprovázen "vytáhnutím" elektronů prostřednictvím kontaktu elektrickým polem. Tento proces má za následek absorpci a ochlazení energie v oblasti kontaktu. Podobně se na následujících přechodech vyskytují procesy.

Při uspořádání vyhřívaných a chlazených kontaktů v různých paralelních rovinách se získá praktická realizace metody. Polovodiče jsou vyrobeny ze selenu, bismutu, antimonu nebo teluru. Peltier modul obsahuje velký počet termočlánků umístěných mezi keramickými nitridovými nebo hliníkovými deskami.

Faktory ovlivňující účinnost TEM

• Současná síla.
• Počet termočlánků (až několik set).
• Druhy polovodičů.
• Rychlost chlazení.

Velké hodnoty dosud nebyly dosaženy díky nízké účinnosti (5-8%) a vysokým nákladům. Aby TEM úspěšně fungovala, je nutné zajistit dostatečné odvod tepla z ohřívané strany. To vytváří potíže v praktickém provedení tohoto způsobu. Změníte-li polaritu, chladné a horké strany se navzájem mění.

Výhody a nevýhody modulů

Potřeba TEM se objevila s příchodem elektronických zařízení, která vyžadují miniaturní chladicí systémy. Výhody těchto modulů jsou:

• Kompaktnost;
• Absence mobilních připojení;
• Peltier modul má reverzibilní princip, když je polarita obrácena;
• Jednoduchost kaskádových spojů pro zvýšení výkonu.

Hlavní nevýhodou modulu je nízká účinnost. Toto se projevuje velkým množstvím výkonu, když se dosáhne požadovaného chladicího účinku. Navíc má vysoké náklady.

Aplikace TEM

Peltier modul se používá především pro chlazení třísek a malých dílů. Začátek byl položen na chlazení prvků vojenské techniky:

• Mikroobvody;
• Infračervené detektory;
• Prvky laserů;
• Křemenné generátory.

Peltier termoelektrický modul se postupně začal používat v domácích spotřebičích: pro výrobu chladniček, klimatizačních zařízení, generátorů, termostatů. Jeho hlavním účelem je ochlazení malých předmětů.

Chlazení procesoru

Hlavní součásti počítačů se neustále zlepšují, což vede ke zvýšení rozptylu tepla. Spolu s nimi jsou chladicí systémy vyvíjeny s využitím inovativních technologií s moderními prostředky řízení. Aplikace Peltier modulu v této oblasti se nachází především v chlazení mikroobvodů a dalších rádiových komponent. S nucenými režimy přetaktování mikroprocesorů tradiční chladiče již nemohou vydržet. A zvýšení frekvence procesorů umožňuje zvýšit jejich rychlost.

Zvýšení rychlosti ventilátoru vede k výraznému šumu. Odstraní se pomocí modulu Peltier v kombinovaném chladicím systému. Tímto způsobem vedoucí společnosti rychle zvládly výrobu účinných chladicích systémů, které se staly velmi populárními.

U procesorů se chladiče obvykle odvádějí teplem. Průtok vzduchu lze odsávat zvenku nebo zevnitř systémové jednotky. Hlavním problémem je, že teplota vzduchu je někdy nedostatečná pro chladič. TEM byly proto používány k chlazení proudění vzduchu vstupujícího do systémové jednotky, čímž se zvýšila účinnost výměny tepla. Vestavěný klimatizační systém je tedy pomocníkem k tradičnímu chladicímu systému počítače.

Na obou stranách modulu jsou umístěny hliníkové radiátory. Na straně studené desky se do chladícího systému čerpá vzduch. Poté, co odnese teplo, dalšího ventilátoru vyfouká přes chladič topné desky modulu.

Moderní TEM je řízena elektronickým zařízením se snímačem teploty, kde stupeň chlazení je úměrný zahřívání procesoru.

Aktivace chlazení procesoru také způsobuje některé problémy.

1. Jednoduché chladicí moduly Peltier jsou určeny pro nepřetržitý provoz. Se sníženou spotřebou energie dochází ke snížení rozptylu tepla, což může způsobit přechladnutí krystalů a následné zavěšení CPU.
2. Pokud práce chladiče a chladničky nejsou řádně koordinovány, mohou se chladničky dostat do režimu topení. Zdroj dodatečného tepla způsobí přehřátí procesoru.

Moderní procesory tak potřebují moderní technologie chlazení s ovládáním samotných modulů. Podobné změny v provozních režimech se nevyskytují u grafických karet, které vyžadují také intenzivní chlazení. TEM je proto pro ně ideální.

Automatická lednička s vlastními rukama

V polovině minulého století se domácí průmysl snažil zvládnout výrobu malých chladniček na základě Peltierova efektu. Stávající technologie toho času to neumožnily. Nyní je odstrašujícím faktorem vysoká cena, ale pokusy pokračují a úspěch již byl dosažen.

Široká výroba termoelektrických přístrojů umožňuje vytvořit s vlastními rukama malou chladničku vhodnou pro použití v autě. Jeho základem je "sendvič", který se provádí následovně.

1. Vrstva tepelně vodivé pasty typu KPT-8 se aplikuje na horní radiátor a Peltier modul je přilepený na jedné straně keramického povrchu.
2. Podobně je k němu připojen další radiátor ze spodní strany, určený k umístění do chladicího prostoru.
3. Celé zařízení je pevně stlačeno a sušeno po dobu 4-5 hodin.
4. Na obou radiátorech jsou nainstalovány chladiče: horní část odvádí teplo a spodní - vyrovnává teplotu v chladničce.

Tělo chladničky je vyrobeno z vnitřní izolační vložky. Je důležité, aby byl pevně uzavřen. Chcete-li to provést, můžete použít běžnou plastovou skříňku s nástroji.

Napájení 12 V je dodáváno ze systému vozidla. Může být vyroben ze sítě 220 V AC s napájecím zdrojem. Schéma konverze AC na DC je nejjednodušší. Obsahuje usměrňovací můstek a kondenzátor pro vyhlazení pulsace. Důležité je, aby na výstupu nepřekročily 5% jmenovité hodnoty, jinak se sníží účinnost zařízení. Modul má dvě svorky barevných vodičů. Červená je vždy spojena "plus", černá - "minus".

Výkon TEM by měl odpovídat objemu krabice. První tři číslice označení znamenají počet párů polovodičových stopových prvků uvnitř modulu (49-127 a více). Síla proudu je vyjádřena posledními dvěma číslicemi značky (od 3 do 15 A). Pokud není dostatečné napájení, musíte na radiátory lepit jiný modul.

Dávejte pozor! Pokud proud překročí výkon prvku, ohřívá se na obou stranách a rychle selže.

Peltier modul: generátor elektrické energie

TEM lze použít k výrobě elektřiny. Abyste to udělali, vytvořte teplotní rozdíl mezi deskami a termočlánky umístěné mezi nimi budou mít elektrický proud.

Pro praktické použití potřebujete TEM minimálně 5 V. Potom můžete použít nabíjení mobilního telefonu. Vzhledem k nízké účinnosti modulu Peltier je vyžadován převodník DC-to-DC. K vybudování generátoru budete potřebovat:

• 2 moduly Peltier TES1-12705 s rozměry desek 40x40 mm;
• Převodník EK-1674;
• Hliníkové desky o tloušťce 3 mm;
• Vana na vodu;
• Tepelně odolné lepidlo.

Mezi deskami jsou umístěny dva moduly na lepidlo a pak celá konstrukce je upevněna na dně pánve. Pokud je naplněn vodou a ohněm, získáte potřebný teplotní rozdíl, který generuje EMF o hodnotě přibližně 1,5 V. Připojením modulů k převodníku zvýšení můžete zvýšit napětí na 5 V potřebné pro nabíjení baterie telefonu.

Čím vyšší je teplotní rozdíl mezi vodou a spodní vyhřívanou deskou, tím je generátor účinnější. Proto se musíme snažit snížit ohřev vody různými způsoby: to, aby to bylo tekoucí, aby bylo často nahrazováno čerstvým atd. Účinným prostředkem pro zvýšení teplotního rozdílu je kaskádování modulů, když jsou navzájem překrývají. Zvýšením celkových rozměrů zařízení můžete umístit více desek mezi desky a tím zvýšit celkový výkon.

Kapacita generátoru bude stačit k nabíjení malých baterií, práce s LED lampami nebo rádiovým přijímačem. Dávejte pozor! Chcete-li vytvořit tepelné generátory, potřebujete moduly, které mohou pracovat při 300-400 ⁰ C! Zbytek je vhodný pouze pro zkušební testy.

Na rozdíl od jiných způsobů alternativní výroby energie mohou pracovat při řízení, pokud vytvoříte něco jako katalytické ohřívače.

Domácí moduly Peltier

TEM jeho produkce se objevila na našem trhu ne tak dávno. Jsou vysoce spolehlivé a mají dobré vlastnosti. Peltier modul, který je velmi náročný, měří 40x40 mm. Je určen pro maximální proud 6 A a napětí do 15 V.

Domovní modul Peltier lze zakoupit za malou cenu. S příkonem 85 W vytváří pokles teploty o 60 ^° C. Spolu s chladičem je schopen chránit před přehřátím procesoru s rozptylovým výkonem 40 W.

Charakteristika modulů předních společností

Zahraniční přístroje jsou na trhu představovány ve větší rozmanitosti. Pro ochranu procesorů předních společností se Peltier modul používá jako chladnička RAX56V, cena je s ventilátorem 35 dolarů.

S velikostí 30x30 mm udržuje teplotu procesoru nejvýše 63 ^° C s výkonem 25 wattů. Dodávka dostatečného napětí 5 V a proud nepřesahuje 1,5 A.

Modul Peltier PA6EXB, který poskytuje normální teplotní režim se ztrátou výkonu 40 W, je vhodný pro chlazení procesoru. Rozsah modulu je 40x40 mm a spotřeba proudu je až 8 A. Kromě působivých rozměrů - 60x60x52,5 mm (společně s ventilátorem) - zařízení vyžaduje volný prostor kolem něj. Její cena je 65 USD.

Při použití Peltierova modulu by technické vlastnosti Peltierova modulu měly odpovídat potřebám chlazených zařízení. Je nepřijatelné, že mají příliš nízkou teplotu. To může vést ke kondenzaci vlhkosti, která má škodlivý vliv na elektroniku.

Moduly pro výrobu generátorů, jako jsou TES1-12706, TES1-12709, se vyznačují vyšším výkonem - 72 W a 108 W, resp. Vyznačují se značením, které se vždy vztahuje na horkou stranu. Maximální přípustná teplota horké strany je 150-160 ^° C. Čím vyšší je teplotní rozdíl mezi deskami, tím vyšší je výstupní napětí. Přístroj pracuje při maximálním teplotním rozdílu 600 ^° C.

Modul Peltier lze koupit levně - asi 10 $ nebo méně za kus, pokud je dobré podívat se. Docela často, prodejci významně nadhodnocují ceny, ale pokud si koupíte v prodeji, najdete několikrát levnější.

Závěr

Peltierův efekt našel uplatnění v současné době při vytváření malých chladniček vyžadovaných moderními technologiemi. Reverzibilita procesu umožňuje vyrábět mikroelektrodové rostliny, které potřebují nabíjet elektronická zařízení.

Na rozdíl od jiných způsobů alternativní výroby energie mohou pracovat při jízdě, pokud je instalován katalytický ohřívač.