Модул "Пелтие": спецификации

Термодвойка (Peltier модул) работи в съответствие с принципа на обратното действие на термодвойка, появяването на температурна разлика, когато тече електрически ток.

Как функционира елементът Peltier?

Лесно е да се използва модулът Peltier, чийто принцип е да извлича или абсорбира топлината в момента на контакт на различни материали, докато минава през него ток. плътност енергийният поток на електроните преди и след контакт е различен. Ако изходът е по-малък, тогава се отделя топлина. Когато електроните в контакт се забавят от електрическото поле, те пренасят кинетичната енергия в кристалната решетка, като я затоплят. Ако се ускорят, се абсорбира топлината. Това се дължи на факта, че част от енергията се взима от кристалната решетка и се охлажда.

До голяма степен този феномен е присъщ на полупроводниците, което се обяснява с голямата разлика в таксите.

Модулът Peltier, чието приложение е обект на нашия преглед, се използва при разработването на термоелектрически охладителни устройства (ТЕМ). Най-простият от тях се състои от два полупроводника от p и n, свързани в серия чрез медни контакти.

Ако електроните се движат от полупроводникови "p" до "n", при първия преход с метален мост те рекомбинират с освобождаването на енергия. Следващият преход от полупроводникови "p" към медни проводници се придружава от "издърпване" на електрони чрез контакт чрез електрическо поле. Този процес води до усвояване на енергия и охлаждане на зоната около контакта. По подобен начин процесите се появяват при следните преходи.

С подреждането на отопляеми и охладени контакти в различни успоредни равнини ще се постигне практическа реализация на метода. Полупроводниците са направени от селен, бисмут, антимон или телур. Модулът Peltier побира голям брой термодвойки, поставени между керамични нитриди или алуминиеви плочи.

Фактори, влияещи върху ефективността на ТЕМ

• Текуща сила.
• Брой термодвойки (до няколко стотин).
• Видове полупроводници.
• Скорост на охлаждане.

Големи стойности все още не са постигнати поради ниската ефективност (5-8%) и високите разходи. За да работи ТЕМ успешно, е необходимо да се осигури ефективно отвеждане на топлината от нагрятата страна. Това създава трудности в практическото изпълнение на метода. Ако промените полярността, студените и горещите страни се сменят един с друг.

Предимства и недостатъци на модулите

Необходимостта от TEM се появи с появата на електронни устройства, които изискват миниатюрни системи за охлаждане. Предимствата на модулите са:

• компактност;
• липса на мобилни връзки;
• Модулът Peltier има обратим принцип на обръщане на полярността;
• простота на каскадни връзки за увеличаване на мощността.

Основният недостатък на модула е ниската ефективност. Това се изразява в голям разход на енергия, когато се постигне желаният ефект на охлаждане. В допълнение, тя има висока цена.

Прилагане на ТЕМ

Модулът Peltier се използва основно за охлаждане на чипове и малки части. В началото бяха поставени охладителните елементи на военното оборудване:

• чипове;
• инфрачервени детектори;
• елементи на лазерите;
• кварцови генератори.

Пелетерният термоелектричен модул постепенно започна да се използва в битовите уреди: за създаване на хладилници, климатици, генератори, термостати. Основната му цел е да охлажда малки предмети.

CPU охлаждане

Основните компоненти на компютрите непрекъснато се подобряват, което води до увеличаване на разсейването на топлината. Заедно с тях, охлаждащите системи се разработват с използване на иновативни технологии, със съвременни средства за контрол. Приложението на Peltier модул в тази област се среща основно в охлаждането на микросхеми и други радио компоненти. При принудителните режими на овърклок на микропроцесорите традиционните охладители вече не могат да се справят. А увеличаването на честотата на процесорите дава възможност за увеличаване на тяхната скорост.

Увеличаването на скоростта на вентилатора води до значителен шум. Той се елиминира чрез модул Peltier в комбинирана охладителна система. По този начин водещите компании успяха бързо да овладеят производството на ефективни охладителни системи, които станаха много търсени.

При процесорите топлината обикновено се изпуска от охладителите. Въздушният поток може да се засмуква отвън или от вътрешността на системния модул. Основният проблем е, че температурата на въздуха понякога е недостатъчна за радиатора. Следователно, ТЕМ се използват за охлаждане на въздушния поток, влизащ в системния блок, като по този начин се повишава ефективността на топлообмен. По този начин вграденият климатик е асистент на традиционната компютърна охладителна система.

От двете страни на модула са монтирани алуминиеви радиатори. Отстрани на студената плоча въздухът се изпомпва към процесора за охлаждане. След като вземе топлината, друг вентилатор го издухва през радиатора на горещата плоча на модула.

Модерният ТЕМ се контролира от електронно устройство с температурен сензор, при което степента на охлаждане е пропорционална на отоплението на процесора.

Активирането на охлаждането на процесора също създава някои проблеми.

1. Опростените модули за охлаждане Peltier са предназначени за непрекъсната работа. При намалена консумация на енергия, разсейването на топлината намалява, което може да доведе до кристално преохлаждане и последващо окачване на процесора.
2. Ако работата на охладителя и хладилника не е правилно координирана, последната може да влезе в режим на отопление, вместо да охлажда. Източникът на допълнителна топлина ще доведе до прегряване на процесора.

По този начин модерните процесори се нуждаят от усъвършенствана технология за охлаждане с контрол на самите модули. Подобни промени в режимите на работа не се появяват при видеокарти, които също изискват интензивно охлаждане. Ето защо, TEM е идеален за тях.

Автоматичен хладилник със собствени ръце

В средата на миналия век местната индустрия се опита да овладее производството на малки хладилници въз основа на ефекта Peltier. Съществуващите технологии от онова време не позволиха това. Сега възпиращото е предимно висока цена, но опитите продължават и успехът вече е постигнат.

Широкото производство на термоелектрически устройства ви позволява да създавате със собствените си ръце малък хладилник, удобен за използване в автомобили. Нейната основа е "сандвич", който се прави по следния начин.

1. На горния радиатор се полага слой от топлопроводяща паста от типа KPT-8 и модулът Peltier се залепва от едната страна на керамичната повърхност.
2. По същия начин към него е прикрепен друг радиатор от долната страна, предназначен за поставяне в хладилното отделение.
3. Цялото устройство е плътно компресирано и изсушено за 4-5 часа.
4. На двете радиатори са монтирани охладители: горният ще премахне топлината, а долната - ще изравни температурата в хладилното отделение.

Корпусът на хладилника е направен от вътрешна топлоизолационна облицовка. Важно е тя да бъде плътно затворена. За тази цел можете да използвате обикновена пластмасова кутия за инструменти.

Доставя се 12 V от системата на автомобила. Тя може да бъде направена от 220 V AC мрежа, с електрозахранване. Веригата за преобразуване на AC в DC е най-простата. Той съдържа мостов токоизправител и кондензатор за изглаждане на пулсацията. Важно е те да не надвишават 5% от номиналната стойност на изхода, в противен случай ефективността на устройството се намалява. Модулът има две проводници от цветните проводници. Към червеното винаги е свързано "плюс", до черно - "минус".

Силата на ТЕМ трябва да съответства на обема на кутията. Първите 3 цифри на маркировката показват броя на двойките полупроводни микроелементи в модула (49-127 и повече). Текуща сила се изразява с последните две цифри на маркировката (от 3 до 15 А). Ако захранването не е достатъчно, трябва да лепите друг модул на радиаторите.

Обърнете внимание! Ако токът надвишава капацитета на елемента, той ще се загрее от двете страни и бързо ще се провали.

Модул Пелетие: генератор на електрическа енергия

TEM може да се използва за генериране на електричество. За да направите това, създайте температурна разлика между плочите и термодвойките, разположени между тях, ще генерират електрически ток.

За практическа употреба се нуждаете от TEM от поне 5 V. След това може да се използва за зареждане на мобилен телефон. Поради ниската ефективност на модула Peltier е необходим DC-към-DC конвертор. За да изградите генератора, ще имате нужда от:

• 2 модула Peltier TES1-12705 с размери на плочи 40x40 мм;
• конвертор EK-1674;
• алуминиеви плочи с дебелина 3 мм;
• тава за вода;
• топлоустойчиво лепило.

Между плочите се поставят два модула върху лепилото, а след това цялата конструкция се фиксира на дъното на тигана. Ако я напълнете с вода и сложи на огъня, за да получат необходимата температурна разлика, която произвежда едн от около 1,5 V. Чрез свързването на модулите за насърчаване конвертор, можете да увеличите напрежението до 5 волта, необходими да се зарежда батерията на телефона.

Колкото по-голяма е температурната разлика между водата и долната топла плоча, толкова по-ефективен е генераторът. Поради това е необходимо да се опита да намали загряването на водата по различни начини: .. За да се поток, често на мястото на пресни и др ефективно средство за повишаване на температурната разлика е каскадно свързване на модули, когато те се наслагват един върху друг слоеве. Увеличаването на общите размери на устройството ви позволява да поставите повече елементи между плочите и по този начин да увеличите общата мощност.

Капацитетът на генератора ще бъде достатъчен, за да зареждат малки батерии, работа с LED лампи или радиоприемник. Обърнете внимание! За да създадете топлинни генератори, имате нужда от модули, които могат да работят при 300-400 ⁰С! Останалите са подходящи само за пробни тестове.

За разлика от други средства за алтернативно производство на електроенергия, те могат да работят по време на шофиране, ако създавате нещо като каталитичен нагревател.

Вътрешни модули Peltier

TEM на производството му се появи на нашия пазар не толкова отдавна. Те са много надеждни и имат добри характеристики. Модулът Peltier, който е в голямо търсене, е с размери 40х40 мм. Той е проектиран за максимален ток от 6 A и напрежение до 15 V.

Вътрешният модул Peltier може да се закупи на малка цена. при консумация на енергия 85 вата, тя създава спад на температурата от 60 ⁰В. Съвместно с охладителя той може да предпазва от прегряване на процесора с разсеяна мощност от 40 вата.

Характеристики на модулите на водещи компании

Чуждестранните устройства са представени на пазара в по-голямо разнообразие. За да защити процесорите на водещи фирми, модулът Peltier се използва като хладилник RAX56V, чиято цена е $ 35 с вентилатора.

С размери 30x30 мм поддържа температурата на процесора не по-висока от 63 ⁰С мощност от 25 вата. За захранване с достатъчно напрежение 5 V и токът не надвишава 1,5 A.

Модулът Peltier PA6EXB, който осигурява нормален температурен режим с разсейване на мощност от 40 W, е подходящ за охлаждане на процесора. Площта на модула е 40x40 мм, а разходът на тока е до 8 А. В допълнение към впечатляващите си размери - 60x60x52.5 мм (заедно с вентилатора) - устройството изисква свободно пространство около него. Цената му е $ 65.

Когато се използва модулът Peltier, техническите характеристики на модула Peltier трябва да съответстват на нуждите на охладените устройства. Неприемливо е те да имат твърде ниска температура. Това може да доведе до кондензация на влага, което има пагубен ефект върху електрониката.

Модули за производство на генератори, като например TEC1-12706, TEC1-12709, се характеризират с по-висока мощност - съответно 72 W и 108 W. Те се отличават с маркировката, винаги приложена към горещата страна. Максималната допустима температура на горещата страна е 150-160 ⁰В. Колкото по-голяма е температурната разлика между плочите, толкова по-високо е изходното напрежение. Устройството работи при максимална температурна разлика 600 ⁰S.

Модулът Peltier може да бъде закупен евтино - около $ 10 или по-малко на парче, ако е добре да изглеждате. Доста често продавачите значително надценяват цените, но можете да намерите няколко пъти по-евтини, ако купувате по време на продажба.

заключение

Пелетие ефектът е намерил приложение в момента в създаването на малки хладилници, изисквани от съвременната технология. Възвръщаемостта на процеса дава възможност да се произвеждат микроелектродни растения, които са в търсене на зареждане на електронни устройства.

За разлика от други средства за алтернативно производство на електроенергия, те могат да работят по време на шофиране, ако е инсталиран каталитичен нагревател.