Элемент пельтье что такое: Что такое элемент Пельтье и как его сделать своими руками?

Содержание

что это такое, назначение, характеристики, принцип работ

Холодильное оборудование и комплексы для охлаждения воздуха являются неотъемлемыми элементами повседневной жизни. Однако стандартные объемные конструкции на базе хладагентов нецелесообразны для мобильного применения, к примеру, в сумках-холодильниках. В таких случаях используются приборы, основанные на работе эффекта Пельтье, о котором мы детально расскажем в данном материале.

primenenie elementa petelieprimenenie elementa petelie

В основе элемента Пельтье или термоэлектрического охладителя лежит термопара из двух элементов с p- и n- типом проводимости, которые соединяются коммутационной медной пластиной. Детали в большинстве случаев изготовляются из висмута, теллура, сурьмы и селена. Такие устройства применяются в системах охлаждения бытового применения, также они имеют свойство вырабатывать энергию.

Что это такое?

Явление и термин Пельтье предполагают открытие, сделанное в 1834 году французским ученым Жаном-Шарлем Пельтье. Суть открытия состоит в том, что постоянно выделяется или поглощается тепло на участке, где происходит контакт двух разнонаправленных проводников, по которым течет электроток.

Классическая теория объясняет данное явление таким образом: при помощи электротока между металлами переносятся электроны, ускоряющиеся или замедляющиеся, в зависимости от контактной разности потенциалов на проводниках из металла с разным уровнем проводимости. Элементы Пельтье таким образом способствуют превращению кинетической энергии в тепловую.

На втором проводнике происходит обратный эффект, где необходимо пополнение энергии на основании фундаментального закона физики. Происходит такая ситуация благодаря процессу теплового колебания, в результате которого металл второго проводника охлаждается.

При помощи современных технологий можно изготовить модуль Пельтье с максимальным термоэлектрическим эффектом.

Устройство и принцип работы

Современные модули Пельтье являют собой конструкцию, в которой присутствуют две пластины-изолятора, а между ними в строгой последовательности соединены термопары. Стандартная схема данного элемента для лучшего понимания его функционирования приведена на рисунке.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Обозначения элементов конструкции:

  • А – контакты, при помощи которых осуществляется подсоединение к источнику питания;
  • В — горячая поверхность;
  • С — холодная сторона;
  • D – проводники из меди;
  • E – полупроводник р-перехода;
  • F – полупроводник типа n.

Элемент изготовляется так, что обе поверхности находятся в контакте с p-n или n-p переходами, исходя из полярности. Контакты p-n нагреваются, а n-p температура снижается. В результате на концах элемента появляется разница температур DT. Такой эффект означает, что тепловая энергия, которая перемещается  между элементами модуля, регулирует температурный режим в зависимости от полярности. Также следует отметить, что в случае изменения полярности меняются горячая и холодная поверхности.

Технические характеристики

Технические параметры элемента Пельтье предполагают такие значения:

  • холодопроизводительность (Qmax) – рассчитывается на базе предельного тока и разницы температурного режима между концами модуля. Единица измерения – Ватт;
  • предельная температурная разница (DTmax) – измеряется в градусах, данная характеристика приводится для оптимальных условий;
  • Imax – предельная сила электротока, требуемая для обеспечения большей разницы температуры;
  • предельное напряжение Umax, которое требуется для электротока Imax для достижения максимальной температурной разницы DTmax;
  • Resistance – внутреннее сопротивление устройства, измеряется в Омах;
  • СОР – коэффициент эффективности или КПД модуля Пельтье, который отражает соотношение охлаждающей и потребляемой мощностей. В зависимости от особенностей устройства, для недорогих устройств показатель находится в пределах 0,3-0,35, для более дорогих моделей он варьируется до 0,5.

Преимуществами мобильного элемента Пельтье являются небольшие габариты, обратимость процесса, а также возможность использования в качестве переносного электрогенератора или холодильника.

Недостатками модуля являются дороговизна, невысокий КПД в рамках 3%, большие затраты электроэнергии и необходимость постоянного поддержания разницы температурных режимов.

Применение

Даже учитывая невысокий коэффициент эффективности, пластины в модуле Пельтье широко применяются в измерительных, вычислительных приборах, а также в переносной бытовой технике. Приведем перечень устройств, в которых модели являются неотъемлемой частью:

  • переносные холодильные устройства;
  • небольшие генераторы электричества;
  • комплексы охлаждения в ПК и ноутбуках;
  • кулеры для подогрева и охлаждения питьевой воды;
  • осушители воздуха.

Как подключить

Подключить модуль Пельтье можно самостоятельно, это не потребует много времени и усилий. На контакты выходов требуется подать постоянное напряжение, которое указано в инструкции по эксплуатации прибора. Красный провод подсоединяется к плюсу, а черный – к минусу. Обратите внимание, что при изменении полярности поменяются местами нагреваемая и охлаждаемая поверхности.

Перед подключением рекомендуется проверить работоспособность элемента. Одним из простых и надежных способов, как проверить устройство, является тактильный метод: для этого необходимо подсоединить устройство к источнику электротока и прикоснуться к разным контактам. У нормально функционирующего устройства одни контакты будут теплыми, а другие – охлажденными.

Также можно выполнить проверку при помощи мультиметра и зажигалки. Для этого нужно подсоединить щупы в контактам устройства, поднести зажигалку к одной стороне и наблюдать за показаниями мультиметра. Если элемент Пельтье работает в стандартном режиме, в процессе нагрева на одной стороне будет вырабатываться электроток, а данные о напряжении отобразятся на экране мультиметра.

Как сделать элемент пельтье своими руками

Элемент Пельтье нецелесообразно изготовлять в домашних условиях в связи с небольшой стоимостью и необходимостью специальных знаний для создания работоспособного элемента. Однако своими руками можно собрать эффективный мобильный термоэлектрический генератор, который пригодится на даче или в туристическом походе.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?Как сделать элемент Пельтье своими руками?

С целью стабилизации электрического напряжения потребуется собрать самостоятельно стандартный преобразователь на микросхеме ИМС L6920. На вход устройства необходимо подать напряжение 0,8-5,5 В, а на выходе он будет выдавать 5 В, этого значения достаточно для зарядки аккумулятора мобильных устройств в стандартном режиме. Если применяется стандартное электронное устройство Пельтье, тогда потребуется ограничение предельного значения температуры нагреваемой поверхности до 150 градусов. Для простоты контроля температуры целесообразно применять котелок с кипящей водой, тогда модель не будет нагреваться свыше 100 градусов.

Пластины Пельтье широко используются с целью охлаждения современной бытовой техники, в кондиционерах, эффективность устройства доказали в частности для стабилизации теплового режима и  охлаждения мощного процессора. На основе элемента Пельтье часто изготовляются в домашних условиях эффективные мобильные холодильники для дачи или автомобиля, питания радиатора. В силу обратимости процесса, самодельные элементы используются в роли мобильных небольших электростанций в местностях без источника электроэнергии.

Элемент Пельтье, принцип работы

Что такое элемент Пельтье – электро-, термопреобразователь, который состоит из нескольких пар ( в отдельных случаях одной) полупроводников различных по свойству типов («n» и «р»), последние соединяются перемычками из металла – в основном это - медь. На практике данное устройство создает температурную разность на разных концах поверхности при протекании энергии электрического тока.

Одним из наиболее простейших вариантов данного устройства Пельтье в практическом использовании является модификация ТЕС1-12706, изображенная на рисунке 1.

Элемент Пельтье – преобразователь термический, электрический ТЕС1-12706 Элемент Пельтье – преобразователь термический, электрический ТЕС1-12706

Принцип работы элемента Пельтье

В корне принципа работы положен термоэлектрический эффект Пельтье. Другими словами - при протекании и под действием электрического тока создается разница температур в местах контактов термопар - полупроводников «n» и «р» - типа.

Элементы Пельтье – доволи таки «чувствительные устройства» к перегреву и высоким температурам. К ним предъявляются высокие требования к эксплуатации, при невыполнении которых, устройство быстро выходит из строя. Очень важно отводить тепло, для этой цели необходимо устанавливать радиатор или вентилятор, в противном случае не достигается температура холодной стороны относительно горячей.

Как работает элемент Пельтье

Представим, что электрический ток проходит через термическую пару, как показано на рисунке 2.

Принцип работы элемента Пельтье Принцип работы элемента Пельтье

В этом случае происходит процесс поглощения энергии тепла на полупроводниковом контакте n - p и процесс выделения тепловой энергии на p - n контакте. В итоге часть термопары полупроводника, который сопрягается с n - p контактом, будет охлаждаться, а вторая часть с другой противоположной стороны - соответственно, нагреваться.

В том случае, когда поменяем полярность по току, то происходит процессы нагревания и охлаждения, соответственно, также поменяются.

Обратный процесс эффекта Пельтье приводит к тому, что при подводе теплоты к одной стороне термопреобразователя получают энергию электрического тока.

Конечно на практике, применение одной термопары не хватает для полного отвода тепловой энергии, поэтому в преобразователе применяют большое количество. Электрическая цепь собирается из термопар последовательно. В то же время в конструкции термопреобразовательных элементов: нагревающие термопары располагаются на другой стороне относительно охлаждающих.

Устройство элемента Пельтье очень простое. Термические пары конструируются между двумя платинами, выполненными из керамики. Соединение термопар производится медными проводниками (шинами). Количество термопар определяется назначением термопреобразователя, его мощности и места установки и может применяться от одной до нескольких сотен штук.

Устройство элемента Пельтье Устройство элемента Пельтье

Основными элементами термопреобразователя являются: полупроводники р - типа, n - типа, керамические пластины, медные сопряжения - проводники; контакты подвода электрического тока «плюс» и «минус». Для элемента Пельтье разница по температурам разных краев термопар достигает до 70 градусов по Цельсию. Чтобы увеличить данную разницу требуется увеличить каскад последовательного включения термопар.

Основные эксплуатационные характеристики элемента Пельтье

Данное устройство в целом идеально работает в тех случаях, когда хорошо и надежно контактируют термопары с охладительным устройством, будь то радиатор охлаждения или вентилятор охлаждения со змеевиком, то есть – хороший теплосъем.

Модули Пельтье, как их часто называют, очень чувствительны к перепадам по току и напряжению (не более 5 %). Под действием высоких температур (наиболее критическая для элементов до 150 градусов) эффективность снижается во много раз (до 40 %) и модуль очень быстро ломается.

Как правило, в схему работы полупроводниковых элементов недопустимым условием является приспособление релейных устройств: ограничивающих мощность или регулирующих. Это приводит к деградации кристаллических составляющих и к неисправности в скором времени элемента.

Частое включение и выключение устройств также негативно влияет на работу и срок эксплуатации, и его долговечность функционирования. Согласно законов физики - любой нагрев материала приводит к его тепловому расширению, а охлаждение - к сжатию. Соответственно, особенно слабыми местами в полупроводниковых элементах являются «паечные», где из-за механического движения возможно появление дефектов в виде микротрещин и в конце концов к разрыву цепи.

Коэффициент теплопроводности термических пар элемента Пельтье достаточно высок, что с одной стороны является достоинством, а с другой стороны ограничивает срок эксплуатации и расчетное число циклов «стоп-старт-стоп».

Достоинства и недостатки модуля Пельтье

Сравнивать устройство Пельтье с другими охладительными установками с различным приводом в принципе невозможно и нецелесообразно, так как в первом случае имеют полупроводниковые материалы в виде кристаллов, а во втором случае рабочее тело - газ или жидкость ( к примеру: компрессорный холодильник). В различных областях применяются и те и другие устройства.

К преимуществам элементов Пельтье можно отнести:

  • полное отсутствие механики движения и вращающихся частей, а также жидкостей, газов;
  • абсолютно нет шума работы устройств;
  • сравнительно малые размеры;
  • двухфункциональность: нагревание и охлаждение при изменении полярности;

К недостаткам можно отнести:

  • относительно низкий коэффициент полезного действия;
  • требование постоянного источника энергии, питания;
  • число пусков и остановов ограничено;
  • плавность отключения и включения термоэлектрических устройств;
  • контроль нагрева с одной стороны или охлаждения с другой с помощью вентилятора.

Опрос: Понятно ли что такое и как устроен Элемент Пельтье (Кол-во голосов: 10)

Да, понял с первого раза

Пришлось перечитать несколько раз, чтобы понять

Нет, не понял вообще

Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты

Область применения элементов Пельтье

Основной и наиболее широким применением термоэлектрические преобразователи нашли в следующих приборах, аппаратах и устройствах:

  • автохолодильники и бытовые аппараты;
  • водо- и воздухоохладители;
  • в электронных приборах и устройствах также в качестве охлаждения;
  • в генераторах электротермических.
Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 4 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Элемент Пельтье: характеристики, описание, применение

Справочник

Впервые я столкнулся с элементами Пельтье (ЭП) несколько лет назад, когда разрабатывал устройство охлаждения воды в аквариуме. Сегодня ЭП стали еще более доступными, а сфера их применения существенно расширилась. К примеру, в охладителях воды, которые часто можно встретить в офисах, используются ЭП. Там они в форме квадрата 4x4 см (рис.2)с помощью специальной термопасты и стяжных винтов закреплены между радиатором охлаждения и корпусом водяного резервуара, “холодной” поверхностью к резервуару. Распространены и другие ЭП.

 

Рис. 2 Элемент Пельтье

В основе работы элемента Пельтье лежит эффект, открытый французским часовщиком Жаном Пельтье. В 1834 г. Пельтье обнаружил, что при протекании постоянного тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов (спаях) проводников поглощается или выделяется тепло (в зависимости от направления тока). Степень проявления данного эффекта в значительной мере зависит от материалов выбранных проводников и пропорциональна проходящему току. Элемент Пельтье обратим. Если приложить к нему разность температур, в цепи потечет ток.

Классическая теория объясняет явление Пельтье тем, что электроны, переносимые током из одного металла в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В первом случае кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. Во втором случае кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате, происходит охлаждение.

Наиболее сильно эффект Пельтье наблюдается в случае использования полупроводников (р- и n-типа проводимости). В зависимости от направления электрического тока через р-n-переходы вследствие взаимодействия зарядов, представленных электронами (n) и дырками (р), и их рекомбинации энергия либо поглощается, либо выделяется.

Рис. 3 Эффект Пельтье

Эффект Пельтье лежит в основе работы термоэлектрического модуля (ТЭМ). Единичным элементом ТЭМ является термопара, состоящая из одного проводника (ветки) p-типа и одного проводника n-типа. При последовательном соединении нескольких таких термопар теплота (Qc), поглощаемая на контакте типа n-р, выделяется на контакте типа p-n (Qh). В результате, происходит нагрев (Тh) или охлаждение (Тс) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к р-п-переходу (рис.3), и возникает разность температур (AT=Th-Tc) между его сторонами: одна пластина охлаждается, а другая нагревается. Традиционно сторона, к которой крепятся провода, горячая, и она изображается снизу.

Рис. 4

Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар (рис.4), обычно соединенных между собой последовательно по току и параллельно по потоку тепла. Термопары помещаются между двух керамических пластин (рис.5). Ветки напаиваются на медные проводящие площадки (шинки), которые крепятся к специальной теплопроводящей керамике, например, из оксида

Рис. 5 Термоэлектрический модуль Пельтье

алюминия. Количество термопар может варьироваться в широких пределах (от нескольких единиц до нескольких сотен), что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватта до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью среди промышленно используемых материалов обладает теллурид висмута, в который для получения необходимого типа и параметров проводимости добавляют специальные присадки (селен и сурьму).

 

 

Рис. 6

Типичный модуль (рис.6) обеспечивает значительный температурный перепад, который составляет несколько десятков градусов. При соответствующем принудительном охлаждении нагревающейся поверхности вторая поверхность-холодильник позволяет достичь отрицательных значений температуры. Для увеличения разности температур возможно каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье (рис.7) при обеспечении их достаточного охлаждения. Устройства охлаждения на основе модулей Пельтье часто называют “активными холодильниками Пельтье” или просто “кулерами Пельтье”.

Рис. 7, каскадное включение термоэлектрических модулей Пельтье

Использование модулей Пельтье в активных кулерах делает их более эффективными по сравнению со стандартными кулерами на основе радиаторов и вентиляторов. Однако в процессе конструирования и использования кулеров с модулями Пельтье необходимо учитывать ряд специфических особенностей, вытекающих из конструкции модулей и их принципа работы.

Большое значение имеет мощность модуля Пельтье, которая, как правило, зависит от его размеров. Модуль малой мощности не обеспечит необходимого охлаждения, что может привести к нарушению работы защищаемого элемента вследствие его перегрева. Однако применение модулей слишком большой мощности может вызвать понижение температуры охлаждающего радиатора до

Рис. 8, активный кулер, на основе полупроводникового модуля Пельтье

уровня конденсации влаги из воздуха, что опасно для электронных устройств. Модули Пельтье в процессе работы выделяют сравнительно большое количество тепла. По этой причине следует применять в составе кулера мощный вентилятор. На рис.8 показан активный кулер, в котором использован полупроводниковый модуль Пельтье.

Подаваемое на модуль напряжение определяется количеством пар ветвей в модуле. Наиболее распространенными являются 127-парные модули, максимальное напряжение для которых составляет примерно 16 В. Но на эти модули обычно подается напряжение питания 12 В, т.е. примерно 75% Umax. Такой выбор напряжения питания в большинстве случаев является оптимальным: позволяет обеспечить достаточную мощность охлаждения при приемлемой экономичности. При повышении напряжения питания более 12 В увеличение холодильной мощности незначительно, а потребляемая мощность резко увеличивается. При понижении напряжения питания экономичность растет, поскольку холодильная мощность также уменьшается, но линейно.

Табл.1 элемент Пельтье, характеристики

Тип модуля

 

 

Характеристики

 
 

Imax,A

Umax,B

Qmax,Bт

ΔTmax, 0C

Размеры, мм

А-ТМ8,5-27-1 ,4

8,5

| 15,4

72,0

72

40x40x3,7

А-ТМ8,5-127-1,4HR1

8,5

15,4

72,0

71

40x40x3,4

А-ТМ8,5-127-1,4HR2

8,5

15,4

72,0

70

140x40x3,7

А-ТМб.0-127-1,4

6,0

15,4

53,0

72

40x40x4,2

А-ТМ6,0-127-1.4HR1

6,0

15,4

53,0

71

40x40x3,8

А-ТМ6,0-127-1,4HR2

6,0

15,4

53,0

70

40x40x4,2

А-ТМЗ,9-127-1,4

3,9

15,4

35,0

73

40x40x5,1

А-ТМЗ,9-127-1,4HR1

3,9

15,4

35,0

71

40x40x4,8

А-ТМЗ,9-127-1,4HR2

3,9

15,4

35,0

70

40x40x5,1

A-TM3,9-127-1,4

3,9

15,4

34,0

71

30x30x3,9

А-ТМЗ,9-127-1,4HR1

3,9

15,4

34,0

70

30x30x3,9

А-ТМЗ,9-127-1,4HR2

3,9

15,4

34,0

70

30x30x3,9

А-ТМ37,5-49-3,0

37,5

5,9

130,0

71

40x40x4,3

A-TM37,5-49-3,0HR1 i

8,5

15,4

72,0

70

40x40x4,3

A-TM6,0-31-1,4

6,0

3,75

12,5

72

20x20x4,2

A-TM6,0-31-1,4HR1

6,0

3,75

12,5

72

20x20x4,2

Примечание: модули с маркировной HR1 и HR2 отличаются повышенной надежностью.

Для модулей с другим числом пар ветвей (отличным от 127) напряжение можно выбирать по тому же принципу: 75% от Umax, но при этом необходимо учитывать особенности конкретного устройства, прежде всего, условия теплоотвода с горячей стороны и возможности источников питания. Например, на модули серии “ДРИФТ” (199 термоэлектрических пар) рекомендуется подавать напряжение от 12 до 18 В.

При эксплуатации важен надежный термический контакт между теплообменником и радиатором, поэтому ТЭМ крепится с использованием термопроводящей пасты (например, КПТ-8). Если нет специальной термопасты, можно с успехом применить фармакологические средства, купленные в аптеке, например, пасту Лассари или салицилово-цинковую пасту.

Поскольку максимальная температура на горячей стороне ТЭМ достигает +80°С (в высокотемпературных охладителях фирмы Supercool — +150°С), важно, чтобы ЭП охлаждался правильно. Горячая поверхность ТЭМ должна быть обращена к радиатору, с другой стороны которого установлен вентилятор охлаждения (поток воздуха направляется от радиатора). Вентилятор и ТЭМ в соответствии с полярностью подключаются к источнику питания, который может быть простейшим: понижающий трансформатор, выпрямитель на диодах и сглаживающий оксидный конденсатор. Но пульсации питающего напряжения не должны превышать 5%, в противном случае эффективность ТЭМ уменьшается. Лучше, если вентилятор и ТЭМ управляются электронным устройством на основе компаратора и датчика температуры. Как только температура охлаждаемого объекта повышается свыше установленного порога, автоматически включаются охладитель и вентилятор, и начинается охлаждение. Степень охлаждения (или нагрева) пропорциональна проходящегому через ТЭМ току, что позволяет с высокой точностью регулировать температуру “обслуживаемого” объекта.

Термоэлектрические модули загерметизированы, так что их можно применять даже в воде. Керамическая поверхность ТЭМ зашлифована, к ламелям (выводам) припаяны черный (“-”) и красный (“+”) провода. Если ТЭМ (рис.2) расположить выводами к себе так, чтобы черный провод был слева, а красный справа, сверху будет холодная сторона, а снизу — горячая. Маркировка обычно наносится на горячую сторону.

Табл.2

Температура воздействия, 0С

Место воздействия (сторона 1 или 2)*

Время воздействия, сек

Сотротивление (по прошествии времени воздействия), кОм

19

1,2

Постоянное

87

36

1

2

64

36

2

2

136

Нагрев зажигалкой

1

2

10

Нагрев зажигалкой**

2

2,4

>2000

-5 (в холодильнике)

1,2

300

135

-20 (на улице зимой)

1,2

300

98

36 после охлаждения в холодильнике (-5)

1

2

45

36 после охлаждения на улице (-20)

1

2

404

100 (кипящая вода)

1,2

60

2

Топка русской печи (открытое пламя)

1,2

60

0,06

Примечания:

* — сторона 1 — сторона с нанесенной маркировкой, сторона 2 — обратная сторона (относительно маркировки).

** При нагреве тыльной стороны в течение 4 с зажигалкой с открытым пламенем, касавшимся поверхности ЗП, на выводах был зафиксирован ток 200 мкА.

 

 

Наиболее "ходовые" типы модулей Пельтье — это однокаскадные модули максимальной мощностью до 65 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Обозначения модулей расшифровываются следующим образом: первое число — это количество термопар в модуле, второе — ширина сторон ветки (в мм), третье — высота ветки (в мм). Например, ТВ-127-1,4-1,5 — модуль, состоящий из 127 пар термоэлектрических веток, размеры которых 1,4x1,4x1,5 мм. Размеры модулей — 40x40 мм, толщина — около 4 мм. Стандартные однокаскадные модули выпускаются с максимальной мощностью до 70 Вт (12 В) и 172 Вт (24 В). Типовые параметры ТЭМ приведены в табл.1.

Табл.3 Параметры термоэлектрического генератора

Параметр

Значение

Длина, мм

252

Ширина, мм

252

Высота, мм

170

Масса, кг, не более

8,5

Выходное напряжение, В

12

Максимальная выходная мощность, Вт

25

Температура установочной повехности, °С, не более

300


Рис. 9 термоэлектрический генератор

В экспериментах с ТЭМ я проверил изменение его сопротивления в разных режимах. К выводам (ламелям) модуля подключался тестер М830 в режиме измерения сопротивления. Результаты сведены в табл.2. При температурном воздействии, большем чем комнатная температура, на сторону ТЭМ с маркировкой, его сопротивление уменьшалось, на оборотную сторону — пропорционально увеличивалось (в строках 2 и 3 таблицы показана реакция на прикосновение ребром ладони к поверхности ТЭМ, температура указана приблизительно 36°С).

Учитывая обратимость элементов Пельтье, на их основе можно разрабатывать источники электропитания. Например, термоэлектрический генератор “В25-12(М)” компании “Криотерм” (рис.9) позволяет заряжать аккумуляторы мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, смотреть телевизор, продолжительное время работать на ноутбуке и пр. Единственное требование — нужна нагретая поверхность размерами 20x25 см. Параметры генератора приведены в табл.3.

А.Кашкаров.

 


Элемент Пельтье

Купил строго для того, чтобы поиграться и понять, что это такое. Это некая сложная полупроводниковая штука в виде керамической пластинки с двумя проводами. Если подключить ее к источнику постоянного напряжения, то во-первых она начнет сильно греться за счет омического сопротивления, а во-вторых, перекачивать тепло с одной стороны пластины на другую. Проще говоря, работать холодильником.

Китайская пельтешка — вещь довольно хрупкая. Во-первых, керамическая основа, во-вторых, сами диоды. Вот пара ссылок с картинками матчасти:
www.ixbt.com/cpu/peltje.html
geektimes.ru/post/257340/

Но доехала она без повреждений, в конверте и дополнительной пупырчатой пленке. Следует заметить, что этот элемент не герметичен. Герметик по краям больше защищает от брызг и пыли, и погружение в воду он не перенесет. Омметр показал сопротивление 4.5 Ом, из этого надо вычесть примерно 1 Ом сопротивления проводов. Если подключить к источнику 12В, ток пойдет очень приличный. Так что наш выбор — БП от списанного системника. Производитель заявляет, что рабочий ток элемента 5 Ампер. Следующий нюанс. Фактически, элемент Пельтье представляет собой гирлянду последовательно соединенных диодов, работающих в режиме пробоя. Они спаяны очень легкоплавким припоем с Тпл около 140 градусов. Перегрев хоть в одном месте приводит к преждевременной смерти элемента. Запускать его без охлаждения можно разве что от батарейки. На ощупь вполне заметно, что одна сторона начинает нагреваться, а другая охлаждаться.


На просвет видно отдельные диоды

Для охлаждения в закромах нашел кулер от слотового третьего Пентиума. Он идеально подошел по размеру — в ширину ровно 40 мм. Запитал вентилятор от отдельного БП.


Элемент Пельтье управляется протекающим током и полярностью напряжения. С ШИМ надо быть осторожным, потому что элемент развалится от термических и механических напряжений. Есть специальные мануалы на эту тему.


Экспериментальная установка. Мультиметр не работает в режиме 10А, поэтому ток потребления измерить не удалось.

А вот так выглядит в макрорежиме замерзание и оттаивание водяной капли:

Точно измерить температуру поверхности нечем. Скорость перекачки тепла у элемента довольно мала, палец примерзает не сразу. После выключения за счет теплопроводности элемента и нагретого радиатора холодная поверхность нагревается буквально за пару секунд. Собственно, на видео это видно.

Элемент Пельтье может работать и наоборот: преобразовывать разницу температур с разных сторон себя в электрический ток. Но это уже совсем другая история.

Элемент Пельтье — Википедия. Что такое Элемент Пельтье

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Принцип действия

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используется контакт двух полупроводников.

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута Bi2Te3 и твёрдого раствора SiGe), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 °C.

Достоинства и недостатки

Достоинством элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования. Также достоинством является отсутствие шума.

Недостатком элемента Пельтье является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД, а элементы Пельтье нашли широкое применение в технике, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал для элемента Пельтье же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами — хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

В батареях элементов Пельтье[1] возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.

Применение

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, требуемая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 градусов ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 °C для одностадийних холодильников и до −120 °C для двухстадийных).

«Электрогенератор Пельтье» — модуль для генерации электричества, термоэлектрический генераторный модуль аббревиатура GM, ТGM. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:

  1. непосредственно преобразователь разницы температур в электричество на модуле Пельтье,
  2. источник тепловой энергии для нагрева преобразователя (например, газовая или бензиновая горелка, твердотопливная печь и т. д.)

Примечания

См. также

Ссылки

Руководство по проектированию элементов ТЕС / Пельтье

Контроллеры ТЕС используются для термоэлектрического охлаждения и нагрева в сочетании с элементами Пельтье или резистивными нагревателями. Элементы Пельтье - это тепловые насосы, которые передают тепло от одной стороны к другой в зависимости от направления электрического тока. Контроллеры TEC используются для управления элементами Пельтье.
В данном руководстве по проектированию системы содержится информация о том, как разработать простую систему термоэлектрического охлаждения с использованием контроллеров ТЕС и элементов Пельтье.При разработке термоэлектрического устройства охлаждение является критической частью. Итак, мы возьмем случай охлаждения объекта в качестве примера для руководства по дизайну.

TEC Controller Обзор продукта

Содержание TEC Controller Products

Проектирование полной термоэлектрической системы может быть большой сложной задачей. Однако для более простой системы не следует теряться в деталях. Это руководство является отправной точкой для оценки проектных параметров с некоторыми упрощениями для нового приложения термоэлектрического охлаждения.
Шаг за шагом мы проходим все необходимые этапы проектирования, выделяем важные моменты и, наконец, рассчитываем пример приложения. Мы обрабатываем систему одноступенчатым элементом Пельтье. Многоступенчатые элементы Пельтье достигают более низких температур, но их сложнее проектировать.

Консультации по сложным тепловым расчетам

Мы сотрудничаем с Elinter AG, поставщиком полных, более сложных решений в области теплового проектирования. Elinter может помочь вам в разработке вашего термоэлектрического приложения.Это включает моделирование, проектирование, механическое строительство, а также выбор подходящей электроники, радиаторов и тепловых трубок.

Видео о термоэлектрическом охлаждении

Это видео объясняет основы термоэлектрического охлаждения. Мы приводим примеры важных шагов проектирования для успешного проектирования термоэлектрического приложения с использованием контроллеров TEC и элементов Пельтье.

Справочная информация

Термоэлектрическое охлаждение и обогрев используется для различных целей, даже при активном охлаждении ниже температуры окружающей среды или высокой точности (стабильность <0.01 ° C). Контроллер TEC - источник тока для элемента Пельтье - в сочетании с элементом Пельтье активно регулирует температуру данного объекта. Это делается без акустических и электрических шумов, вибраций и механических движущихся частей. Переход от охлаждения к нагреву возможен путем изменения направления тока без каких-либо механических изменений.

Temperature vs. Current Graph

При работе с элементами Пельтье существуют температурные пределы. Они доступны с максимальной рабочей температурой 200 ° C, где этот предел определяется температурой оплавления припоя и уплотнения.Другой предел - максимальная температура между горячей и холодной сторонами элемента Пельтье. В обычных приложениях разница около 50 К может быть реализована с помощью одноступенчатого элемента.
При использовании элемента Пельтье в качестве термоэлектрического охладителя существует предел, при котором температура снова поднимется при увеличении подачи тока. Это происходит из-за рассеиваемой мощности (I 2 R) внутри элемента Пельтье при потреблении большего тока, чем I max .

Типовая термоэлектрическая система

TEC Peltier Element Controller, Heatsink, Fan

Основными частями термоэлектрической системы охлаждения, которые имеют отношение к нашему процессу проектирования, являются следующие:

  • Контроллер ТЕС
  • Элемент Пельтье
  • Радиатор

Другая важная деталь, напарник радиатора, не видна напрямую.Это окружающий воздух с его температурой, где рассеивается тепло.
Помимо вышеупомянутых частей, для полного приложения важны другие компоненты. Это, например, датчики температуры, программное обеспечение для настройки и контроля контроллера ТЕС, вентилятор и, конечно же, источник питания.

Пожалуйста, посмотрите следующее видео, чтобы ознакомиться с контроллерами семейства TEC и их функциями.

Тепловая схема

На этой схеме простой термоэлектрической системы показаны объекты, участвующие в пути теплового потока от объекта к окружающему воздуху.Это упрощенная схема, в которой мы предполагаем идеальную теплоизоляцию объектов, например на температуру объектов не влияет конвекция. (Q - теплоемкость каждой детали.)

Thermal Schematic Resistances
Упрощенная схема системы охлаждения


Следующая - еще более упрощенная схема - представляет систему охлаждения и соответствующую температурную диаграмму справа. В этом случае объект охлаждается до -5 ° C холодной стороной элемента Пельтье.Горячая сторона элемента Пельтье имеет температуру 35 ° C. Радиатор отводит тепло в окружающий воздух, имеющий температуру 25 ° C.

Thermal Schematic with diagram
Более упрощенная схема процесса проектирования и соответствующая диаграмма температур

Процесс проектирования

При разработке термоэлектрического охлаждающего устройства необходимы следующие шаги:

  1. Оценить тепловую нагрузку охлаждаемого объекта
  2. Определить рабочий диапазон температуры объекта и радиатора
  3. Выберите элемент Пельтье, соответствующий требованиям
  4. Выберите контроллер ТЕС с подходящим диапазоном мощности
  5. Выберите радиатор для элемента Пельтье
  6. Выберите вентилятор для вентиляции радиатора (дополнительно)
  7. Выберите датчик температуры объекта и дополнительный датчик раковины
  8. Выберите источник питания для TEC controlle

Это итеративный процесс.Протестируйте экспериментальную установку, улучшите ее, повторите вышеуказанные шаги.

1. Оценка тепловых нагрузок

Важным параметром является количество тепла, которое должно поглощаться от объекта холодной поверхностью ПЭМ или элемента Пельтье. (Q C [Вт])
В зависимости от области применения необходимо учитывать различные типы тепловой нагрузки:

  • Рассеиваемая мощность
  • Радиация
  • Конвектив
  • Проводящий
  • динамический (dQ / dt)

Эти нагрузки суммированы в тепловой нагрузке Q C , которая передается с холодной стороны на горячую, где расположен радиатор.

2. Определение температуры

Обычно задача состоит в том, чтобы охладить объект до заданной температуры. Если охлаждаемый объект находится в контакте с холодной поверхностью термоэлектрического модуля, температуру объекта можно считать равной температуре холодной стороны элемента Пельтье через определенное время.

При описании термоэлектрического охлаждения важны два конструктивных параметра.

  • T O Температура объекта (температура холодной стороны) [° C]
  • T HS Температура радиатора (температура горячей стороны) [° C] = T окр. + ΔT HS
    См. Раздел 5.Радиатор для получения дополнительной информации.

Разница между T O и T HS известна как dT (ΔT или deltaT) [K]:
dT = T HS - T O = T amb + ΔT HS - T O

3. Выбор элемента Пельтье / ТЕМ-модуля

Элемент Пельтье создает разницу температур между двумя сторонами из-за протекания тока. Этот раздел основан на справочной информации со следующих страниц:

Одним из важных критериев при выборе элемента Пельтье является коэффициент полезного действия (COP).Определение COP - это тепло, поглощаемое на холодной стороне, деленное на входную мощность элемента Пельтье: COP = Q C / P el
Результатом максимального COP является минимальная входная мощность Пельтье, таким образом, минимальная общая тепло отводится радиатором. (Q h = Q C + P el ) Следовательно, мы пытаемся найти рабочий ток, который в сочетании с определенным dT приводит к оптимальному COP.

Наконец, мы получаем оценку Q max , которая позволяет нам выбрать элемент Пельтье.

Добавляем расчетную маржу на

  • выбирает элемент Пельтье с мощностью теплового насоса выше требуемой,
  • , разработав систему с рабочим током значительно ниже I max элемента Пельтье,
  • или в качестве третьего варианта, увеличив размер радиатора или добавив к нему вентилятор, чтобы поддерживать низкую температуру горячей стороны.

При применении этих мер изменение температуры окружающей среды или активной тепловой нагрузки не приводит к тепловому разгоне.

Список дистрибьюторов см. На странице Элементы Пельтье.

4. Выбор контроллера ТЕС

Контроллер ТЕС регулирует ток, подаваемый на элемент Пельтье, в соответствии с желаемой температурой объекта и фактической измеренной температурой объекта.

Мы выбираем рабочий ток для достижения оптимального COP. На основе этого тока мы выбираем контроллер TEC, а не на основе I max .

Одноканальные контроллеры ТЕС:

Двухканальные контроллеры ТЕС в параллельном режиме:

Пожалуйста, обратитесь к странице продукта контроллера TEC для обзора.

5. Радиатор

Радиатор поглощает тепловую нагрузку с горячей стороны элемента Пельтье и отводит ее в окружающий воздух.

При подборе радиатора необходимо добавить некоторый запас, чтобы его температура не стала слишком высокой.На следующей диаграмме показано, что тепло Q h , отклоненное элементом Пельтье, может быть в 2,6 раза больше Q max . Это происходит из-за внутреннего тепла в элементе Пельтье во время теплового насоса. Следовательно, общее тепло, которое должно рассеиваться на радиаторе, состоит из тепла объекта и тепла, производимого внутри элемента Пельтье.

На графике ниже показано соотношение между теплотой, отбрасываемой элементом Пельтье, в зависимости от тока для различных dT.Используйте графики, предоставленные производителем элемента Пельтье, чтобы оценить тепло, рассеиваемое радиатором.

Normalized heat rejection (heat sink) graph for Peltier element

Поскольку радиатор должен вписываться в приложение по форме и размерам, эффективность контроллера TEC также играет решающую роль, поскольку размер радиатора зависит от него. В зависимости от ваших требований решением может быть изготовленный на заказ радиатор или тепловая трубка.

Термическое сопротивление рассчитывается по формуле: R thHS = ΔT HS / Q h [K / W]
ΔT HS = разница температур между радиатором и температурой окружающего воздуха [K]
Q h = Общая тепловая нагрузка (объект + потеря элемента Пельтье) [Вт]

Чтобы оценить ΔT HS , рассмотрите максимально возможную температуру окружающей среды, чтобы в этом случае ваши расчеты были верны.

Зависимость отклоненного тепла от dT

На следующем графике показано соотношение между Q h и Q C для различных dT. Отношение экспоненциально растет с каждым увеличением dT. Это означает, что при большом dT большое количество тепла рассеивается радиатором, а на холодной стороне элемента Пельтье поглощается сравнительно небольшое количество тепла.

Heat rejected/transported vs. current

Мы также можем использовать этот график для оценки получаемого теплоотвода на основе количества переносимого тепла Q C , даже до выбора элемента Пельтье.

Для расчета теплового сопротивления мы принимаем реальное значение для dT HS . Поскольку реальный Q h нам еще неизвестен, мы оцениваем его по приведенному выше графику.

Найдите отношение Q h / Q C при заданном токе и dT.

Выберите желаемую разницу температур между радиатором и температурой окружающего воздуха ΔT HS .

Теперь мы можем заменить в приведенной выше формуле для R thHS Q h нашим соотношением Q h / Q C .

R thHS = ΔT HS / (отношение * Q C )

Конечно, размеры сохраняются только в том случае, если мы позже задействуем элемент Пельтье в выбранной рабочей точке (то есть выбранном токе).

Выбор теплового сопротивления радиатора может влиять на dT = T amb + ΔT HS - T O .
(ΔT HS = Q h / R thHS )

Дистрибьюторы / производители

6.Вентилятор

Вентиляторное охлаждение радиатора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху.

Следовательно, вентилятор увеличивает тепловую производительность. Это уменьшает разницу температур dT или позволяет использовать радиаторы меньшего размера.

Контроллеры TEC позволяют управлять максимум двумя вентиляторами, которые поддерживают следующие функции:

  • Входной сигнал управления ШИМ для управления скоростью вентилятора. TEC генерирует ШИМ-сигнал 1 кГц или 25 кГц в диапазоне от 0 до 100%.
  • Выходной сигнал генератора частоты, который представляет скорость вращения. На выходе должен быть выходной сигнал с открытым коллектором.

Рекомендуется использовать вентилятор с таким же напряжением питания, что и напряжение питания контроллера ТЕС.

Рекомендации для поклонников

Для получения подробной информации о функциях вентилятора, предложениях вентилятора и оптимальных настройках, пожалуйста, обратитесь к Руководству пользователя TEC Family, глава 6.3 (PDF).

Подключение вентилятора к контроллеру ТЕС

См. Страницу с примечаниями к контроллеру TEC, чтобы узнать, как подключить вентилятор.

7. Примеры расчетов

Рассчитаем для примера расчетные параметры термоэлектрической системы охлаждения.

Для выбора элемента Пельтье необходимы два тепловых параметра .

  • Максимальная холодопроизводительность Q max
  • Разница температур dT
Оценка тепловых нагрузок и определение температуры

Мы предполагаем, что объект с тепловой нагрузкой Q C = 10 Вт должен быть охлажден до нуля градусов Цельсия.(T O = 0 ° C) Предположим, что температура в помещении составляет 25 ° C, а температура радиатора T S ожидается на уровне 30 ° C. Таким образом, разница температур между холодной и горячей сторонами элемента Пельтье dT составляет 30 К. Важно помнить, что было бы неправильно рассчитывать dT как разницу между температурой окружающего воздуха и заданной температурой объекта.

Выбор модуля Пельтье / ТЕМ

Наша цель - найти Q max , который был бы достаточно большим, чтобы покрыть необходимый Q C и дать лучший COP.

На графике зависимости производительности от тока мы находим максимум кривой dT = 30 K при токе I / I max = 0,45 . Как правило, это соотношение не должно быть выше 0,7.

Performance vs. current with marking

Используя этот коэффициент для тока, мы находим на графике тепловой насос в зависимости от тока значение Q C / Q max = 0,25 для данной разницы температур dT = 30 K и относительного тока 0,45.

Heat pumped vs. current with marking

Теперь мы можем рассчитать Q max для элемента Пельтье. Q макс = Q C / 0,25 = 10 Вт / 0,25 = 40 Вт

На графике зависимости производительности от тока мы находим COP = 0,6 для нашего ранее считанного I / I max . Это позволяет нам рассчитать P el = Q C / COP = 10 Вт / 0,6 = 16,7 Вт .

Производители элементов Пельтье предлагают широкий ассортимент элементов.В их линейке продуктов мы ищем элемент с Q max , равным 40 Вт. Поскольку у нас разница температур dT = 30 K, достаточно одноступенчатого элемента Пельтье.

В качестве примера мы выбираем элемент Пельтье с Q max = 41 Вт, dT max = 68 K, I max = 5 A и V max = 15,4 В.

Рабочий ток и напряжение рассчитываются следующим образом:
I = I макс. * (I / I макс. ) = 5 A * 0.45 = 2,25 A
В = P el / I = 16,7 Вт / 3,83 A = 7,42 В

Выбор контроллера ТЕС

Исходя из рассчитанных значений, мы выбираем TEC-контроллер TEC-1091 с выходным током 4 А и выходным напряжением 21 В. Хорошо добавить некоторый расчетный запас, выбрав контроллер ТЕС с более высоким, чем требуется, выходным током. Позже, когда производительность системы станет общеизвестной, может быть достаточно другого контроллера с меньшей производительностью.

Радиатор

Чтобы найти радиатор для элемента Пельтье, нам нужно знать необходимое тепловое сопротивление радиатора. На графике отклонения тепла от тока мы находим Q h / Q max = 0,6 для выбранных нами тока и dT. Таким образом, Q h = Q max * 0,6 = 41 Вт * 0,6 = 24,6 Вт

Heat rejected vs. current with marking

Расчет теплового сопротивления радиатора:
R thHS = ΔT HS / Q h = 5 K / 24.6 Вт = 0,2 К / Вт
Нам нужен радиатор с тепловым сопротивлением менее 0,2 К / Вт.

Приведенные выше расчеты являются первой оценкой параметров термоэлектрической системы охлаждения. Для определения оптимальных параметров системы необходимо тестирование реальной системы и повторение этапов проектирования.

8. Датчики температуры

Датчики температуры используются контроллером ТЕС для измерения температуры объектов и температуры радиатора.

Измерение температуры объекта

Чтобы иметь возможность контролировать температуру объекта, необходимо разместить на объекте датчик температуры (датчик). Обратите внимание, что важно размещать датчик как можно ближе к критической точке на объекте, где вам нужна желаемая температура.

Поскольку измерение температуры объекта требует более высокой точности и большего диапазона, мы рекомендуем использовать датчики Pt100. Чтобы иметь возможность измерять температуру намного ниже 0 ° C, необходимы зонды Pt100 / 1000.Это связано с тем, что, если температура становится слишком низкой, датчики NTC нельзя использовать, поскольку значение сопротивления становится слишком большим. Значение сопротивления датчика должно быть меньше эталонного сопротивления в контроллере ТЕС.

При использовании датчиков Pt100 / 1000 температура объекта измеряется с использованием метода четырехконтактного измерения (4-проводное измерение) для достижения более высокой точности при низких сопротивлениях. Для измерения NTC используется двухпроводная технология.

Термин 4-проводной не означает, что необходим датчик с четырьмя контактами.Используются отдельные пары токоведущих электродов и электродов измерения напряжения. (Подробнее о четырехконтактном обнаружении)

Диапазон измерения температуры контроллера ТЕС зависит как от датчика температуры, так и от конфигурации оборудования. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему техническому описанию для получения подробной информации.

Подключение датчика температуры

См. Страницу с примечаниями к контроллеру TEC, чтобы узнать, как подключить датчик температуры.

9.Требования к источникам питания

Блок питания является источником питания для контроллера ТЕС.

В зависимости от выбранного контроллера ТЕС необходимо выбрать источник питания. Убедитесь, что источник питания может обеспечить питание, необходимое для управления контроллером ТЕС с элементом Пельтье. (Как правило, вы можете добавить 10% резерва. Умножьте необходимую выходную мощность ТЕС на 1,1.) Информацию о соотношении входного и выходного напряжения см. В таблице данных контроллера.

Рекомендации по источникам питания

10. Проверьте свою настройку

Теперь, когда вы выбрали компоненты системы, вы настраиваете приложение и начинаете тестирование и оптимизацию. Чтобы упростить сборку и первоначальную настройку с помощью нашего сервисного программного обеспечения, пожалуйста, обратитесь к нашему пошаговому руководству по установке контроллера TEC.
Комплексное сервисное программное обеспечение можно загрузить и протестировать бесплатно.

11. Узлы термоэлектрического охлаждения

Существуют также универсальные предварительно собранные термоэлектрические охлаждающие устройства, если вы не хотите строить систему с нуля.Эти модули обычно содержат металлическую пластину для крепления объекта, элемент Пельтье, радиатор и вентилятор. Использование таких сборок представляет интерес на этапе прототипирования для первых экспериментов.

.

Элементы Пельтье генерируют тепло, холод или электричество

Краткое резюме: элемент Пельтье - это простой инструмент, не имеющий движущихся частей, и его можно использовать для нагрева, охлаждения или выработки электроэнергии. Большая универсальность делает эти устройства весьма полезными в условиях длительного выживания. У них есть ограничения в том, что они не очень эффективны и не выполняют много работы по отдельности, но этому противостоит их простота.

Элементы Пельтье - это твердотельные устройства, что означает, что они прослужат очень долго.Они гибкие в том смысле, что их можно использовать для таких вещей, как, помимо прочего, зарядка аккумуляторов, запуск небольших электрических устройств, таких как светодиоды, а также нагрев и охлаждение.

Вы ограничены только вашим воображением и количеством имеющихся у вас элементов Пельтье. Я хотел бы иметь тысячи таких со мной, когда SHTF.

Хорошо, теперь немного больше информации о том, как работают эти элементы Пельтье. Эффект Пельтье был открыт кем-то еще, человеком по имени Пельтье в начале 19 века.Эффект Пельтье возникает, когда электрический ток течет по двум разным проводникам. Поток электричества заставляет одну сторону нагреваться, а другую - охлаждаться. Степень нагрева или охлаждения во многом определяется типом используемого металла. Теллурид висмута - очень часто используемый металл элемента Пельтье.

Вы можете использовать любой металл, но вы потратите зря время, если не будете использовать лучший металл. Например, если используется свинец, эффект есть, но настолько мал, что вы даже не сможете его измерить.Так что пока даже не думайте сделать один из них самостоятельно.

Вот почему! Хотя вы можете сделать простое термоэлектрическое устройство из одной полупроводниковой гранулы, вы не можете пропустить через него значительное количество тепла, поскольку каждая гранула может выдерживать только очень небольшое напряжение (милливольт). Чтобы дать устройству Пельтье больше возможностей, вам понадобится несколько гранул из двух разных металлов, используемых вместе. Различные элементы лучше подходят для нагрева или охлаждения, поэтому используются поочередно два разных металла.

Обычно это информация, являющаяся собственностью компании.

На рисунке ниже показано, как устроен настоящий элемент Пельтье.

Таким образом, наиболее распространенные устройства Пельтье теперь используют этот формат, соединяя более пары сотен таблеток, и это позволяет устройству по-прежнему потреблять только, например, 5 ампер, вместо того, чтобы более тысячи, каждое из которых было подключено параллельно. Большинство из них предназначены для работы в системах с напряжением от 12 до 16 В. Всегда постоянный ток! Никогда не используйте переменный ток, поскольку переменный ток просто будет пропускать ток вперед и назад через устройство, производя только отходящее тепло.

Итак, вы берете это маленькое устройство и с помощью электричества нагревает и охлаждает устройство с противоположных сторон ИЛИ вы можете добавить тепло, например, от пламени, к одной стороне и охладить с другой стороны и производят небольшое количество электроэнергии.

Если вы пропускаете электричество через устройство Пельтье и хотите перевернуть горячую сторону и холодную сторону, вы просто меняете направление электричества, меняя местами провода.

Обычно радиатор подключается к каждой стороне устройства Пельтье, чтобы быстрее передавать тепло с холодной стороны через горячую.Более быстрое движение тепла означает, что вырабатывается больше электроэнергии. Если тепло не отводится от горячей стороны, устройство перестанет работать. Поэтому радиаторы очень важны для получения чего-либо полезного от этих устройств.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: При добавлении тепла в систему устройство может выдерживать только определенную температуру. Если вы превысите эту температуру, устройство расплавится и выйдет из строя. 150 градусов по Цельсию - очень распространенный температурный предел. Помните, что 100 градусов Цельсия - это 212 градусов по Фаренгейту.

Создайте свой собственный термоэлектрический вентилятор!

Обычно эти устройства используются в портативных холодильниках на 12 В или в холодильниках для напитков, в которых хранится ваша банка с газировкой.Многие компьютеры используют эти устройства для охлаждения процессора. Они будут установлены между процессором и радиатором. Однако не все компьютеры используют их. Чем старше компьютер, тем меньше вероятность, что он у него есть. Для них также есть ряд промышленных применений, например, в некоторых лазерах.

Краткое резюме. Подайте на эти устройства электричество постоянного тока, и они охладят одну сторону и нагреют другую сторону устройства. Кроме того, если вы примените разницу в температуре на устройстве, вы сможете вырабатывать электричество! Довольно круто, да!

Примечание. Выработка энергии называется эффектом Зеебека... то же устройство только другое использование.

Вот как они обычно выглядят!

peltier element

Идеи о том, для каких приложений SHTF вы можете их использовать.
1. Зарядите аккумулятор мобильного телефона! Конечно, нет возможности звонить, но много полезных приложений может пригодиться.
2. Охладите напиток.
3. Сделайте небольшое количество льда ровным.
4. Запустите электрические устройства, используя огонь (дрова / свечи / ветер / солнце и т. Д.) В качестве источника энергии для нагрева устройства Пельтье. Холодильник кому угодно!
5.Используйте ветряную турбину для выработки электроэнергии или используйте выработанную электроэнергию для запуска вентилятора постоянного тока!

Вернуться в меню Survival Electricity

.

Peltierelement - Wikipedia

Een peltierelement ( Peltier-Seebeck- of passief thermo-elektrisch element) - это электрический компонент, который может быть использован для создания теплого воздуха и воды. op te wekken uit een temperatuurverschil. Het-элемент - это genoemd naar het peltiereffect en het seebeckeffect die beide de base vormen waarop de werking van het element berust. Другие названия для пельтиерэлементов: пельтьеркулер, пельтьевервармер, термо-электрический теплотепомп, пельтье-диод, пельтье-тепломп, твердотельный -келер, полугелейдерский термо-электрический котел.

Een peltierelement kan dienen als een solid-state halfgeleider actieve warmtepomp, die warmte transporteert van én zijde van het toestel naar de andere zijde van het toestel tegen de temperatuurgradiënt in (van koudchear warm energy), met verb. Omdat opwarmen veel gemakkelijker bereikt kan worden met andere Methoden, worden peltierelementen meestal alleen gebruikt om te koelen. Met een peltierelement kan een warmtepomp gerealiseerd worden zonder bewegende delen of vloeistoffen.Deze is daardoor zeer onderhoudsarm en in principe volkomen trillingsvrij. Deze voordelen wegen in sommige speciale toepassingen op tegen het grote nadeel van een peltierelement als warmtepomp: zijn geringe rendement.

Графическое слово het peltiereffect weergegeven на рис. 1: een stroombron stuurt een stroom I door een metalen geleider die gemaakt is van metaal B. Op de peltier-overgang T2 tussen metaal B en metaal Теплое слово, открывающее открытие. Op de overgang T1 tussen metaal A en metaal B wordt deze warmte weer afgegeven.

Een aaneenschakeling van eenheden kan praktisch als koel- of verwarmingselement toegepast worden

Het rendement van een peltier-seebeckelement - это afhankelijk van de combinatie van de gebruikte metalen. Hoewel in beginsel elke combinatie van twee verschillende metalen gebruikt kan worden, is het effect bij bepaalde combinaties veel groter dan bij andere. Het peltiereffect werkt overigens ook bij een overgang tussen twee verschillende halfgeleiders (имя: een N-gedoteerde halfgeleider en een P-gedoteerde halfgeleider), maar aangezien deze nog niet warenietwarenietwareniet warenéereking ontdekt ten tijtije van deze van deze nietwarenietwarenietaren Уит ван Гехад.

Peltier effect circuit.png

Het peltier-seebeckelement основан на эффекте пельтье, zo genoemd naar zijn ontdekker Jean Peltier. Deze ontdekte в 1834 г. ontdekt in 1821 en genoemd naar zijn ontdekker Thomas Seebeck.

Qua effect is een peltier-seebeckelement het omgekeerde van een thermokoppel: hierbij wordt een temperatuurverschil over een overgang tussen verschillende metalen omgezet в een elektrische, охватывающем дверь gebruik te maken van het seebecke.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о