Peltier-modul: specifikationer

Termoelementet (Peltier-modulen) fungerar på principen motsatt effekten av ett termoelement, utseendet av en temperaturskillnad när en elektrisk ström strömmar.

Hur fungerar Peltier-elementet?

Det är ganska enkelt att använda Peltier-modulen, vars princip är att extrahera eller absorbera värme vid kontakt med olika material när en ström passerar genom den . Tätheten av energiflödet av elektroner före och efter kontakten är annorlunda. Om utmatningen är mindre är det värme. När elektroner i kontakt sänks av ett elektriskt fält överför de kinetisk energi till kristallgitteret och värmer upp det. Om de accelereras absorberas värmen. Detta beror på att en del av energin tas från kristallgitteret och dess kylning sker.

I stor utsträckning är detta fenomen inherent i halvledare, vilket förklaras av den stora skillnaden i laddning.

Peltier-modulen, vars tillämpning är föremål för vår granskning, används i utvecklingen av termoelektriska kylanordningar (TEM). Den enklaste består av två halvledare av p och n typer, kopplade i serie via kopparkontakter.

Om elektroner flyttar från halvledaren "p" till "n", vid den första övergången med en metallbro, rekombineras de med utsläpp av energi. Nästa övergång från halvledaren "p" till en kopparledare åtföljs av "dra" av elektroner genom en kontakt av ett elektriskt fält. Denna process resulterar i energiabsorption och kylning av området runt kontakten. På samma sätt sker processer vid följande övergångar.

Med arrangemanget av uppvärmda och kylda kontakter i olika parallella planer kommer en praktisk realisering av metoden att erhållas. Halvledare är gjorda av selen, vismut, antimon eller tellur. Peltier-modulen rymmer ett stort antal termoelement placerade mellan keramiska nitrid- eller aluminiumoxidplattor.

Faktorer som påverkar effektiviteten hos TEM

• Nuvarande styrka.
• Antal termoelement (upp till flera hundra).
• Typer av halvledare.
• Kylhastighet.

Stora värden har ännu inte uppnåtts på grund av låg effektivitet (5-8%) och hög kostnad. För att TEM ska fungera framgångsrikt är det nödvändigt att säkerställa effektiv värmeavlägsnande från den uppvärmda sidan. Detta skapar svårigheter i den praktiska utföringsformen av metoden. Om du byter polaritet ändras de kalla och heta sidorna med varandra.

Fördelar och nackdelar med moduler

Behovet av TEM uppstod med tillkomsten av elektroniska enheter som kräver miniatyrkylsystem. Fördelarna med modulerna är:

• kompakthet;
• Frånvaro av mobila anslutningar;
• Peltier-modulen har en reversibel princip när polariteten reverseras;
• Enkelhet av kaskadanslutningar för ökad effekt.

Den största nackdelen med modulen är låg effektivitet. Detta manifesteras i stor mängd kraft när den erforderliga kylaffekten uppnås. Dessutom har det en hög kostnad.

TEM-applikation

Peltier-modulen används främst för kylning av chips och små delar. Början lagdes för kylelement av militär utrustning:

• marker;
• Infraröda detektorer;
• Element av lasrar;
• Quartz generatorer.

Peltier termoelektriska modulen började gradvis användas i hushållsapparater: för skapande av kylskåp, luftkonditionering, generatorer, termostater. Huvudsyftet är att kyla små föremål.

CPU-kylning

Huvudkomponenterna i datorer förbättras ständigt, vilket leder till en ökning av värmeavledning. Tillsammans med dem utvecklas kylsystem med hjälp av innovativ teknik, med moderna kontrollmedel. Peltier-modulapplikationen på detta område funnits huvudsakligen i kylning av mikrokretsar och andra radiokomponenter. Med de tvångsmoderna överklockning av mikroprocessorer kan traditionella kylare inte klara sig längre. Och ökning av processorns frekvens gör det möjligt att öka sin hastighet.

Att öka fläkthastigheten resulterar i signifikant brus. Det elimineras genom att använda Peltier-modulen i ett kombinerat kylsystem. På så sätt behärskar ledande företag snabbt produktionen av effektiva kylsystem, vilket blev mycket populärt.

Med processorer är värme vanligtvis avstängd av kylare. Luftflödet kan sugs utifrån eller från insidan av systemenheten. Huvudproblemet är att lufttemperaturen ibland inte är tillräcklig för kylflänsen. Därför användes TEMs för att kyla luftflödet in i systemenheten, varigenom effektiviteten av värmeväxling ökar. Således är den inbyggda luftkonditioneringen en assistent till det traditionella datorkylsystemet.

På båda sidor av modulen monteras aluminiumradiatorer. På sidan av kylplattan pumpas luft till processorn för kylning. Efter att han har tagit bort värmen, blåser en annan fläkt genom kylflänsen på modulens hetplatta.

Modern TEM styrs av en elektronisk apparat med en temperatursensor, där graden av kylning är proportionell mot processorns uppvärmning.

Aktiveringen av processorkylning skapar också några problem.

1. Enkla Peltier kylmoduler är konstruerade för kontinuerlig drift. Med minskad strömförbrukning minskar också värmeavledningen, vilket kan orsaka kristallkylning och efterföljande CPU-hängning.
2. Om kylarens arbete och kylskåpet inte är ordentligt samordnat kan det senare gå in i värmemodus istället för kylning. Källan till ytterligare värme kommer att orsaka att processorn överhettas.

Således behöver moderna processorer avancerad kylteknik med kontroll av modulerna själva. Liknande ändringar i driftlägen förekommer inte med grafikkort, vilket också kräver intensiv kylning. Därför är TEM idealisk för dem.

Automatisk kylskåp med egna händer

I mitten av förra seklet försökte inhemsk industri att behärska produktionen av små kylskåp baserat på Peltier-effekten. Den befintliga tekniken från den tiden tillät inte detta. Nu är avskräckningen främst ett högt pris, men försök fortsätter och framgång har redan uppnåtts.

Den breda produktionen av termoelektriska anordningar gör det möjligt för dig att skapa en liten kylskåp med egna händer, bekväm för användning i bilar. Dess grund är "smörgås", som görs enligt följande.

1. Ett lager av värmeledande pasta av typen KPT-8 appliceras på den övre radiatorn och en Peltier-modul klibbar på ena sidan av den keramiska ytan.
2. På liknande sätt är en annan radiator ansluten till den från undersidan, avsedd för placering i kylskåpsmassan.
3. Hela enheten är tätt komprimerad och torkad i 4-5 timmar.
4. På båda radiatorerna är kylare installerade: den övre kommer att ta bort värmen och den nedre - utjämna temperaturen i kylfacket.

Kylskåpet är tillverkat med en värmeisoleringsfodral inuti. Det är viktigt att det är tätt stängt. För att göra detta kan du använda en vanlig plastverktygslåda.

12 V-matningen levereras från fordonssystemet. Den kan tillverkas av ett 220 V AC-nät, med strömförsörjning. Schemat för omvandling av AC till DC är det enklaste. Den innehåller en likriktarbro och en pulsations-utjämningskondensator. Det är viktigt att de inte överstiger 5% av det nominella värdet vid utgången, annars reduceras enhetens effektivitet. Modulen har två terminaler av färgade ledningar. Till rött är alltid anslutet "plus" till svart - "minus".

TEM-kraften bör motsvara boxens volym. De första 3 siffrorna i märkningen betyder antalet par av halvledarspårämnen inuti modulen (49-127 och mer). Den nuvarande styrkan uttrycks av de två sista siffrorna i märkningen (från 3 till 15 A). Om strömmen inte räcker, måste du lima en annan modul på radiatorerna.

Var uppmärksam! Om strömmen överskrider elementets kraft kommer det att värmas upp på båda sidor och snabbt misslyckas.

Peltier-modul: generator för elektrisk energi

TEM kan användas för att generera el. För att göra detta, skapa en temperaturskillnad mellan plattorna, och termoelementen som ligger mellan dem kommer att producera en elektrisk ström.

För praktisk användning behöver du en TEM på minst 5 V. Då kan den användas för att ladda en mobiltelefon. På grund av Peltier-modulens låga effektivitet krävs en DC-DC-omvandlare. För att bygga generatorn behöver du:

• 2 moduler Peltier TES1-12705 med storleken på plattor 40x40 mm;
• Omvandlare EK-1674;
• Aluminiumplattor med en tjocklek av 3 mm;
• En panna för vatten;
• Värmebeständigt lim.

Mellan plattorna placeras två moduler på limet, och sedan är hela strukturen fixerad på botten av pannan. Om den är fylld med vatten och släckt kommer du att få den nödvändiga temperaturskillnaden, vilket ger en EMF på ca 1,5 V. Genom att ansluta modulerna till boost-omvandlaren kan du öka spänningen till 5 V som behövs för att ladda telefonens batteri.

Ju större temperaturskillnaden mellan vattnet och den nedre uppvärmda plattan är desto effektivare är generatorn. Därför måste vi försöka minska uppvärmningen av vatten på olika sätt: att göra det flyter, ersätta ofta med färska etc. Ett effektivt sätt att öka temperaturskillnaden är att kaskad modulerna när de läggs över varandra. Genom att öka aggregatets totala dimensioner kan du placera flera plattor mellan plattorna och därigenom öka den totala effekten.

Generatorkapaciteten är tillräcklig för att ladda små batterier, arbete med LED-lampor eller en radiomottagare. Var uppmärksam! För att skapa termiska generatorer behöver du moduler som kan fungera vid 300-400 ⁰ C! Resten är endast lämplig för provförsök.

Till skillnad från andra alternativ för alternativ kraftproduktion kan de arbeta under körning, om du skapar något som en katalytisk värmare.

Inhemska Peltier-moduler

TEM av sin produktion uppträdde på vår marknad inte så länge sedan. De är mycket tillförlitliga och har goda egenskaper. Peltier-modulen, som är i hög efterfrågan, mäter 40x40 mm. Den är konstruerad för en maximal ström på 6 A och en spänning på upp till 15 V.

Inhemsk Peltier-modul kan köpas till ett litet pris. Med en strömförbrukning på 85 watt skapas en temperaturfall på 60 ^° C. Tillsammans med kylaren kan den skydda mot överhettning av en processor med en strömförbrukning på 40 watt.

Egenskaper hos moduler av ledande företag

Utländska enheter är representerade på marknaden i en större mängd. För att skydda processorer från ledande företag används Peltier-modulen som ett kylskåp RAX56V, vars pris är $ 35 med fläkten.

Med en storlek på 30x30 mm behåller den en processortemperatur på högst 63 ^° C med en effekt på 25 watt. För att ge tillräckligt med spänning 5 V, och strömmen inte överstiger 1,5 A.

Peltier PA6EXV-modulen, som ger en normal temperaturreglering med en effektförlust på 40 W, är väl lämpad för att kyla processorn. Området i modulen är 40x40 mm och strömförbrukningen är upp till 8 A. Förutom de imponerande dimensionerna - 60x60x52.5 mm (tillsammans med fläkten) - kräver enheten en ledig plats runt den. Priset är $ 65.

När en Peltier-modul används, bör Peltier-modulens tekniska egenskaper överensstämma med behoven hos de avkylda enheterna. Det är oacceptabelt att de har för låg temperatur. Detta kan leda till kondensering av fukt, vilket har en skadlig effekt på elektroniken.

Moduler för tillverkning av generatorer, såsom TES1-12706, TES1-12709, kännetecknas av en högre effekt - 72 W respektive 108 W. De kännetecknas av märkningen, appliceras alltid på den heta sidan. Den maximala tillåtna temperaturen på den heta sidan är 150-160 ^° C. Ju större temperaturskillnaden mellan plattorna är, desto högre utspänning. Anordningen arbetar med en maximal temperaturskillnad på 600 ^° C.

Peltier-modulen kan köpas billigt - ungefär $ 10 eller mindre per bit, om det är bra att titta. Sällan överstiger säljarna priserna betydligt, men du kan hitta flera gånger billigare om du köper på en försäljning.

slutsats

Peltier-effekten har hittills funnits i skapandet av små kylskåp som krävs av modern teknik. Omvändbarhet av processen gör det möjligt att tillverka mikroelektroderplantor, som efterfrågar laddning av elektroniska enheter.

Till skillnad från andra alternativ för alternativ kraftproduktion kan de arbeta under körning, om en katalytisk värmare installeras.