Es pirmo reizi saskāros ar Peltjē elementiem (PE) pirms vairākiem gadiem, kad es izstrādāju ūdens dzesēšanas ierīce akvārijā. Mūsdienās elektroniskās ierīces ir kļuvušas vēl pieejamākas, un to pielietojuma apjoms ir ievērojami paplašinājies. Piemēram, ūdens dzesētājos, ko bieži var atrast birojos, tiek izmantoti ES. Tur tie ir 4x4 cm kvadrāta formā (2. att.)Izmantojot speciālu termopastu un savilkšanas skrūves, tās tiek nostiprinātas starp dzesēšanas radiatoru un ūdens tvertnes korpusu, “auksto” virsmu pie tvertnes. Arī citi EP ir izplatīti.

Rīsi. 2 Peltjē elements

Darba pamats Peltjē elements slēpjas franču pulksteņmeistara Žana Peltjē atklātais efekts. 1834. gadā Peltjē atklāja, ka līdzstrāvai plūstot ķēdē, kas sastāv no dažādiem vadītājiem, siltums tiek absorbēts vai atbrīvots vadītāju kontaktpunktos (savienojumos) (atkarībā no strāvas virziena). Šī efekta izpausmes pakāpe lielā mērā ir atkarīga no izvēlēto vadītāju materiāliem un ir proporcionāla plūstošajai strāvai. Peltjē elements ir atgriezenisks. Ja tam piemērojat temperatūras starpību, ķēdē plūst strāva.

Klasiskā teorija skaidro Peltjē fenomenu ar to, ka elektronus, kas ar strāvu pārnes no viena metāla uz otru, paātrina vai palēnina metālu iekšējā kontakta potenciāla atšķirība. Pirmajā gadījumā elektronu kinētiskā enerģija palielinās un pēc tam tiek atbrīvota kā siltums. Otrajā gadījumā elektronu kinētiskā enerģija samazinās, un šis enerģijas zudums tiek papildināts otrā vadītāja atomu termisko vibrāciju dēļ. Tā rezultātā notiek dzesēšana.

Lietojot, Peltjē efekts ir visizteiktākaispusvadītāju veidošanās (p- un n-tipa vadītspēja). Atkarībā no elektriskās strāvas virziena caur p-n krustojumiem, pateicoties elektronu (n) un caurumu (p) attēloto lādiņu mijiedarbībai un to rekombinācijai, enerģija tiek absorbēta vai atbrīvota.

Rīsi. 3 Peltjē efekts

Darba pamatā ir Peltjē efekts termoelektriskais modulis(TEM). Atsevišķs TEM elements ir termopāris, kas sastāv no viena p veida vadītāja (atzara) un viena n veida vadītāja. Kad vairāki šādi termopāri ir savienoti virknē, siltums (Q c), kas absorbēts pie n-p kontakta, tiek atbrīvots pie p-n kontakta (Q h). Tā rezultātā pusvadītāja sekcijā, kas atrodas tieši blakus pn pārejai, notiek karsēšana (T h) vai dzesēšana (T c).(3. att.), un starp tās malām rodas temperatūras starpība (AT=T h -T c): viena plāksne tiek atdzesēta, bet otra tiek uzkarsēta. Tradicionāli puse, pie kuras piestiprināti vadi, ir karsta, un tā ir attēlota apakšā.

Rīsi. 4

Termoelektriskais modulis ir šādu termopāru komplekts (4. att.),parasti savienoti viens ar otru virknē ar strāvu un paralēli siltuma plūsmai. Termopāri ir novietoti starp divām keramikas plāksnēm (5. att.).Zari tiek pielodēti uz vara vadošiem paliktņiem (uzgaļiem), kas piestiprināti pie īpašas siltumvadošas keramikas, piemēram, oksīda

Rīsi. 5 Peltier termoelektriskais modulis

alumīnija Termopāru skaits var būt ļoti atšķirīgs (no vairākām vienībām līdz vairākiem simtiem), kas ļauj izveidot TEM ar dzesēšanas jaudu no desmitdaļām vatu līdz simtiem vatu. Visaugstākā termoelektriskā efektivitāte starp rūpnieciski izmantotajiem materiāliem ir bismuta telurīdam, kuram tiek pievienotas speciālas piedevas (selēns un antimons), lai iegūtu nepieciešamos tipa un vadītspējas parametrus.

Rīsi. 6

Tipisks modulis (6. att.)nodrošina ievērojamu temperatūras starpību vairākus desmitus grādu. Ar atbilstošu sildvirsmas piespiedu dzesēšanu, otrā dzesēšanas virsma ļauj sasniegt negatīvas temperatūras. Temperatūras starpības palielināšanai iespējams Peltjē termoelektrisko moduļu kaskādes savienojums (7. att.)vienlaikus nodrošinot pietiekamu dzesēšanu. Dzesēšanas ierīces, kuru pamatā ir Peltier moduļi, bieži sauc par "aktīvajiem Peltier ledusskapjiem" vai vienkārši "Peltier dzesētājiem".

Rīsi. 7, Peltjē termoelektrisko moduļu kaskādes savienojums

Peltier moduļu izmantošana aktīvajos dzesētājos padara tos efektīvākus nekā standarta dzesētāji, kuru pamatā ir radiatori un ventilatori. Taču dzesētāju ar Peltier moduļiem projektēšanas un lietošanas procesā ir jāņem vērā vairākas specifiskas īpatnības, kas izriet no moduļu konstrukcijas un to darbības principa.

Liela nozīme ir Peltier moduļa jaudai, kas, kā likums, ir atkarīga no tā izmēra. Mazjaudas modulis nenodrošinās nepieciešamo dzesēšanu, kas var izraisīt aizsargātā elementa darbības traucējumus tā pārkaršanas dēļ. Tomēr, izmantojot pārāk lielas jaudas moduļus, dzesēšanas radiatora temperatūra var pazemināties līdz

Rīsi. 8, aktīvais dzesētājs, pamatojoties uz Peltjē pusvadītāju moduli

mitruma kondensācijas līmenis no gaisa, kas ir bīstams elektroniskām ierīcēm. Peltjē moduļi darbības laikā rada salīdzinoši lielu siltuma daudzumu. Šī iemesla dēļ kā dzesētāja daļu vajadzētu izmantot jaudīgu ventilatoru. 8. attparāda aktīvo dzesētāju, kas izmanto Peltier pusvadītāju moduli.

Modulim pievadīto spriegumu nosaka zaru pāru skaits modulī. Visizplatītākie ir 127 pāru moduļi, kuru maksimālais spriegums ir aptuveni 16 V. Bet šie moduļi parasti tiek piegādāti ar barošanas spriegumu 12 V, t.i. aptuveni 75% Umax. Vairumā gadījumu šāda barošanas sprieguma izvēle ir optimāla: tā nodrošina pietiekamu dzesēšanas jaudu ar pieņemamu efektivitāti. Palielinoties barošanas spriegumam virs 12 V, dzesēšanas jaudas pieaugums ir niecīgs, bet elektroenerģijas patēriņš strauji palielinās. Samazinoties barošanas spriegumam, efektivitāte palielinās, jo samazinās arī dzesēšanas jauda, ​​bet lineāri.

1. tabula Peltjē elements, īpašības

Moduļa tips			Raksturlielumi
	Es max, A	U max, B	Q max, W		Izmēri, mm
A-TM8.5-27-1.4		| 15,4	72,0		40x40x3,7
A-TM8.5-127-1.4HR1		15,4	72,0		40x40x3,4
A-TM8.5-127-1.4HR2		15,4	72,0		140x40x3,7
A-TMb.0-127-1.4		15,4	53,0		40x40x4,2
A-TM6,0-127-1,4HR1		15,4	53,0		40x40x3,8
A-TM6,0-127-1,4HR2		15,4	53,0		40x40x4,2
A-TMZ,9-127-1.4		15,4	35,0		40x40x5,1
A-TMZ,9-127-1.4HR1		15,4	35,0		40x40x4,8
A-TMZ,9-127-1.4HR2		15,4	35,0		40x40x5,1
A-TM3.9-127-1.4		15,4	34,0		30x30x3,9
A-TMZ,9-127-1.4HR1		15,4	34,0		30x30x3,9
A-TMZ,9-127-1.4HR2		15,4	34,0		30x30x3,9
A-TM37.5-49-3.0	37,5		130,0		40x40x4,3
A-TM37.5-49-3.0HR1i		15,4	72,0		40x40x4,3
A-TM6.0-31-1.4		3,75	12,5		20x20x4,2
A-TM6,0-31-1,4HR1		3,75	12,5		20x20x4,2

Piezīme: Moduļiem, kas apzīmēti ar HR1 un HR2, ir raksturīga paaugstināta uzticamība.

Moduļiem ar atšķirīgu zaru pāru skaitu (izņemot 127) spriegumu var izvēlēties pēc tāda paša principa: 75% no U max, taču ir jāņem vērā konkrētas ierīces īpašības, pirmkārt no viss, siltuma izkliedes apstākļi karstajā pusē un barošanas avotu iespējas. Piemēram, DRIFT sērijas moduļiem (199 termoelektriskie pāri) ieteicams pievadīt spriegumu no 12 līdz 18 V.

Darbības laikā svarīgs ir uzticams termiskais kontakts starp siltummaini un radiatoru, tāpēc TEM tiek nostiprināts, izmantojot siltumvadošu pastu (piemēram, KPT-8). Ja nav speciālas termopastas, veiksmīgi var izmantot aptiekā iegādātos farmakoloģiskos līdzekļus, piemēram, Lassari pastu vai salicil-cinka pastu.

Tā kā maksimālā temperatūra TEM karstajā pusē sasniedz +80°C (augstas temperatūras dzesētājos no Supercool - +150°C), ir svarīgi, lai ED būtu pareizi atdzesēts. TEM karstajai virsmai jābūt vērstai pret radiatoru, kura otrā pusē ir uzstādīts dzesēšanas ventilators (gaisa plūsma tiek virzīta no radiatora). Ventilators un TEM atbilstoši polaritātei ir savienoti ar strāvas avotu, kas var būt tikpat vienkāršs kā pazeminošs transformators, diodes taisngriezis un izlīdzinošais oksīda kondensators. Bet barošanas sprieguma pulsācija nedrīkst pārsniegt 5%, pretējā gadījumā TEM efektivitāte samazinās. Labāk, ja ventilatoru un TEM kontrolē elektroniska ierīce, kuras pamatā ir salīdzinājums un temperatūras sensors. Tiklīdz atdzesētā objekta temperatūra paaugstinās virs iestatītā sliekšņa, dzesētājs un ventilators tiek automātiski ieslēgti un sākas dzesēšana. Dzesēšanas (vai sildīšanas) pakāpe ir proporcionāla strāvai, kas iet caur TEM, kas ļauj ar augstu precizitāti regulēt “apkalpotā” objekta temperatūru.

Termoelektriskie moduļi ir noslēgti, tāpēc tos var izmantot pat ūdenī. KeramikaTEM virsma ir pulēta, un melni (“-”) un sarkani (“+”) vadi ir pielodēti pie lamelēm (vadiem). Ja TEM (2. att.) ir novietots tā, lai tā vadi būtu vērsti pret sevi tā, lai melnais vads būtu kreisajā pusē un sarkanais vads labajā pusē, augšpusē būs aukstā puse, bet apakšā - karstā puse. Marķējums parasti tiek uzklāts uz karstās puses.

2. tabula

Ekspozīcijas temperatūra, 0C	Ietekmes vietne (1. vai 2. puse)*	Ekspozīcijas laiks, sek	Pretestība (pēc ekspozīcijas laika), kOhm
		Pastāvīgs
Apkure ar šķiltavu
Apkure ar šķiltavu**			>2000
5 (ledusskapī)
20 (ziemā ārā)
36 pēc atdzesēšanas ledusskapī (-5)
36 pēc atdzesēšanas ārpusē (-20)
100 (verdošs ūdens)
Krievu plīts kurtuve (atklāta liesma)			0,06

Piezīmes:

* - 1. puse - puse ar marķējumu, 2. puse - aizmugure (attiecībā pret marķējumu).

** Kad aizmugure tika karsēta 4 s ar šķiltavu ar atklātu liesmu, kas pieskārās kontaktdakšas virsmai, spailēs tika reģistrēta strāva 200 μA.

Populārākie Peltier moduļu veidi ir vienpakāpes moduļi ar maksimālo jaudu līdz 65 W (12 V) un 172 W (24 V). Moduļu apzīmējumi tiek atšifrēti šādi: pirmais skaitlis ir termopāru skaits modulī, otrais ir atzara sānu platums (mm), trešais ir zara augstums (mm) . Piemēram, TV-127-1.4-1.5 ir modulis, kas sastāv no 127 pāriem termoelektrisko zaru, kuru izmēri ir 1,4x1,4x1,5 mm. Moduļa izmēri ir 40x40 mm, biezums ir aptuveni 4 mm. Standarta vienpakāpes moduļi ir pieejami ar maksimālo jaudu līdz 70 W (12 V) un 172 W (24 V). Tipiski TEM parametri ir norādīti 1. tabula.

3. tabula Termoelektriskā ģeneratora parametri

Rīsi. 9 termoelektriskais ģenerators

Eksperimentos ar TEM es pārbaudīju tā pretestības izmaiņas dažādos režīmos. M830 testeris tika savienots ar moduļa spailēm (lamellām) pretestības mērīšanas režīmā. Rezultāti ir apkopoti 2. tabulā.Pakļaujot temperatūrai, kas augstāka par istabas temperatūru, TEM pusē ar marķējumu tā pretestība samazinājās, otrā pusē proporcionāli palielinājās (tabulas 2. un 3. rindā parādīta reakcija uz pieskārienu TEM virsmai ar malu no plaukstas, temperatūra ir norādīta aptuveni 36°C).

Ņemot vērā Peltjē elementu atgriezeniskums, uz to pamata ir iespējams izstrādāt barošanas blokus. Piemēram, termoelektriskais ģenerators Uzņēmuma “Kryotherm” “V25-12(M)” (9. att.) ļauj uzlādēt mobilo telefonu, digitālo fotokameru akumulatorus, skatīties televizoru, ilgstoši strādāt pie portatīvā datora utt. Vienīgā prasība ir ka nepieciešama apsildāma virsma 20x25 cm Ģeneratora parametri doti V 3. tabula.

A. Kaškarovs.

Sveiki, mani sauc Danils, un es esmu paranoiķis. Mana paranoja slēpjas faktā, ka esmu pārliecināts par Lielās polārlapsas nenovēršamo ierašanos. Nav svarīgi, kādā izskatā šī pati arktiskā lapsa nāks - ja mēs paliksim dzīvi, tad, visticamāk, mums būs jāsāk dzīvot no nulles. Un dzīve ir daudz jautrāka, ja ir ar ko uzlādēt zibspuldzes un dozimetra baterijas. Tiem, kas domā tāpat (kā arī visiem ziņkārīgajiem), lūdzu zemāk izgriezt (uzmanieties, smagas fotogrāfijas).

Pētījuma daļa

Patiesībā, kāpēc Peltjē elements? Daudz loģiskāk ir iegādāties lukturīti ar muskuļu piedziņu (“zemes vabole”), saules paneļus vai, sliktākajā gadījumā, būvēt vējdzirnavas. Iepriekš arī man likās, ka ar zemes vabolēm pilnīgi iespējams iztikt. Bet tajā ir daudz kustīgu detaļu, kuras tēvocis Liao ir izgatavojis no lētas plastmasas. Pirmais sabrukums Lielās polārlapsas apstākļos - un jūs paliekat bez elektrības.

Nu, jūs jautājat, kāpēc ne saules paneļi? Nav kustīgu daļu. Piekrītu, atbildēšu, bet kodolziemas vai vulkāniskas ziemas apstākļos vai zem divmetrīga patversmes betona jumta sauli nemaz nav tik viegli noķert.

Vējdzirnavas? Kādam laukumam jābūt tā asmeņiem, lai tas varētu griezties pat vājā vējā? Atkal kustīgās daļas. Vējdzirnavas ir piemērotas pastāvīgai uzstādīšanai, aprīkojot ilgtermiņa patversmi.

Apsvēris šos argumentus, es kļuvu izmisumā. Taču drīz vien nejauši uzgāju vietni nepropadu.ru (bez reklāmas, tikai saite uz izejmateriālu). Nepārtraukti nosēdēju uz tās divas dienas, un šajā procesā uzgāju ļoti interesantu rakstu par skaidu krāsni no datora barošanas bloka ar Peltjē elementu sānos (saite ieraksta beigās). Komentāros bija daudz skeptiķu, bet autors rakstīja, ka mierīgi lādējis telefonu no pieslēgta ķīniešu līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotāja... Mani pieķēra.

Dizaina daļa

Sākumā es pasūtīju to pašu Peltier elementu no ķīniešiem e-Bay (pietiek eksperimentiem). Man tas maksāja 320 rubļus. Mani iepriecināja paātrinātā, izsekojamā, bet bezmaksas piegāde. Turklāt preces tika nosūtītas burtiski stundu pēc maksājuma (un tas bija svētdien).

Kamēr Peltjē elements ceļoja, pārdomāju topošā termoelektriskā ģeneratora dizainu, atradu piemērotu radiatoru ar ventilatoru (senais procesora radiators darbojās lieliski), kā arī izraku internetā ķēdi līdzstrāvas-līdzstrāvas pārveidotājam ar maksimālā izejas strāva ir 1 ampērs pie 5 voltu sprieguma.

Es neuzskatīju par vēlamu izgatavot skaidu krāsni pēc šī raksta parauga. Metāls, no kura izgatavota datora aparatūra, ir ļoti mīksts, augstā temperatūrā tas “nogrims” un ātri izdegs. Tāpēc tika nolemts izgatavot ģeneratora “izņemamu versiju”, ko varētu uzstādīt uz stacionāras plīts sāniem vai atspiesties pret uz uguns stāvošu katlu. Un, lai šādos apstākļos izvairītos no Peltjē elementa cepšanas uz atklātas uguns, bija nepieciešama karstumizturīga, bet siltumvadoša blīve. Lai to izdarītu, man izdevās iegūt biezas alumīnija plāksnes gabalu ar izmēru 100x120x5 milimetri.

Lai piespiestu Peltjē elementu pie alumīnija pamatnes un, savukārt, piespiestu pie tā radiatoru, nolēmu izmantot savulaik robotikas vajadzībām pirkto bērnu metāla konstrukciju komplektu.

Bet Peltjē elements ieradās, un bija pienācis laiks montāžai.

Tehnoloģiskā daļa

Mums bija radiators, alumīnija plāksne, Peltjē elements, nedaudz radio komponentu, folijas PCB gabals un dažādas skrūves un uzgriežņi. tālāk neatceros.

Tātad, visas sastāvdaļas ir saliktas, varat sākt montēt.

Atvainojos par plāksni, kas bija marķēta un izurbta divās vietās - tikai vēlāk ienāca prātā, ka būtu jauki nofotografēt visu montāžas procesu no paša sākuma.

Pirmā problēma, kas mani gaidīja, bija 12 voltu standarta ventilators uz radiatora. Tā kā es ražošu tikai 5 voltus un pat ar diezgan mazu maksimālo strāvu, tas var radīt problēmas.

Vispirms iemetu savu ēsmu visos Permas radio un datoru veikalos, bet nekur nebija 5 voltu 80x80 milimetru ventilatora. Un, ja bija, tie bija mazāka izmēra un ar strāvu vairāk nekā 200 mA, kas bija pārāk daudz.

Tad es papētīju eBay un atklāju, ka man vajadzīgais ventilators maksā no 300 rubļiem. Taču cerēt uz ātru piegādi bija bezjēdzīgi, tāpēc atstāju šo iespēju kā rezerves variantu.

Un tikai pēc visas meklēšanas es uzminēju savienot standarta 12 voltu ventilatoru ar 5 voltu sprieguma avotu. Izrādījās, ka tas pūš diezgan labi, un tajā pašā laikā nepatērē ļoti daudz strāvas. Tāpēc es nolēmu to pagaidām atstāt un pēc testēšanas, ja nepieciešams, pasūtīt ventilatoru eBay.

Es iezīmēju alumīnija plāksni un izurbu tajā divus caurumus radiatora montāžai un divus sprieguma pārveidotāja platei. Caurumus izveidoju 4 milimetru diametrā (projektētāja skrūvēm), un ārpusē tos paplašināju līdz 7,5 milimetriem, lai paslēptu skrūvju galviņas. Pēc tam asos stūrus noapaļoju ar vīli un staigāju ar rupjo smilšpapīru pa visām plāksnes virsmām un smalko smilšpapīru, kur tika nospiests Peltjē elements.

Šajā brīdī es uzskatīju, ka substrāta apstrāde ir pabeigta, un sāku ražot sprieguma pārveidotāju.
Impulsu pastiprināšanas sprieguma pārveidotājs ir samontēts uz L6920 IC, kas sāk darboties ar ieejas spriegumu 0,8 volti un ļauj no izejas noņemt fiksētu spriegumu 3,3 vai 5 volti vai mainīgu no 1,8 līdz 5,5 voltiem.

Pārveidotāja shematiskā diagramma ir tipiska un ņemta no datu lapas.

Lai ķēdes izejā iegūtu 5 voltus, 1. kāja ir savienota ar kopējo vadu. Tas ir arī konfigurēts, lai izvadītu zemu līmeni kontaktā 3, kad ieejas spriegums nokrītas zem 1,5 voltiem.

Shēmai tika izklāta iespiedshēmas plate, uz kuras tika nodrošināts stiprinājums pie pamatnes-substrāta, izmantojot tās pašas detaļas no bērnu dizaineru komplekta. Mani neuztrauc dēļa pārkaršana, jo tas ir piespiedis atdzist ar gaisa plūsmu, kas izpūsta no radiatora.

Man nācās ķerties pie korpusa makro, kurā bija iegādātā mikroshēma. Veikala mājaslapā bija norādīts, ka tas ir SSOP-8 lietā. Kā izrādās, standarta Sprint Layout makro komplektā šāda gadījuma nav. Es atradu SSOP-8 korpusa zīmējumu un izveidoju makro, pēc kura maršrutēju dēli. Pēc testa izdrukas izrādījās, ka mikroshēma ir nedaudz platāka un neietilpst tās kontaktu paliktņos. Pameklējot googlē konkrētu mikroshēmas modeli (L6920D), es nokļuvu Chip-Dip tīmekļa vietnē, kur uzzināju, ka IC ar indeksu D tiek ražots TSSOP-8 iepakojumā. Kasīdams galvu, atradu šī korpusa zīmējumu, izveidoju makro un pārvirzīju dēli. Tagad viss izrādījās pareizi.

Plāksne tika izgatavota, izmantojot LUT un salikta. Izrādījās, ka TSSOP-8 korpusa lodēšana bez fēna ir ļoti neērta. Bet mēs esam pieredzējuši cilvēki, lodējām FTDI mikroshēmas ar tapu soli 0,4 milimetri.

Tagad jūs varat sākt Peltier elementa un radiatora uzstādīšanu. Pamatni un radiatoru elementa saskares vietās pārklāju ar termopastu. Tad viņš ar uzgriežņiem pievelk iegūto “sviestmaizi”.

Izrādījās, ka pārveidotāja plate neder, ieejas savienotājs balstās uz radiatoru, es nedaudz nepareizi aprēķināju. Es apgriezu stiprinājuma kronšteinus, pakarināju dēli ārpusē un pievienoju vēl divus kronšteinus, lai aizsargātu elementus no mehāniskiem bojājumiem. Lūk, ar ko mēs beidzām:

Tagad jūs varat pārbaudīt ģeneratora funkcionalitāti. Sildīju uz gāzes degļa. Nolēmu pagaidām neuzstādīt ventilatoru.

Sākumā izrādījās, ka es sajaucu elementa savienošanas ar pārveidotāju polaritāti. Lai gan šķita, ka viss ir pareizi - melnais vads ir mīnusā, sarkanais vads ir pozitīvs. Tomēr ģenerators nevēlējās strādāt. Tad es mainīju elementa savienojuma polaritāti.

Ģenerators sāka strādāt - vispirms iedegās abas gaismas diodes, signalizējot par 5 voltu klātbūtni izejā un zemu spriegumu ieejā, tad sarkanā gaismas diode nodzisa - spriegums pacēlās virs pusotra volta.

Man par neapmierinātību izrādījās, ka bez ventilatora pēc pāris minūšu sistēmas darbināšanas radiators manāmi uzkarsa. Tas nedarbosies tā.

Nākamajā dienā es izstaigāju metāla tirgu un vairākus datoru krāmus, bet, kad jautāju par 5 voltu ventilatoriem, viņi visur raustīja plecus un ieteica man doties "uz to vietu tur", kur es jau biju pirms pāris minūtēm. Rezultātā es devos mājās tukšām rokām.

Mājās es veicu eksperimentu par standarta 12 voltu ventilatora barošanu no pārveidotāja 5 voltu izejas. Rezultāti mani neiepriecināja - pārveidotājs ar acīmredzamu nevēlēšanos izslēdza sarkano LED, un ventilators vairākas sekundes vāji raustījās, mēģinot iedarbināt. Ar gaisa plūsmu no ventilatora, kas darbojas uz pusi jaudas, normālai dzesēšanai nepietika - radiators uzkarsa tikpat ātri, lai gan tas vairs nededzināja pirkstus. Beigās nolēmu ventilatoru pasūtīt no Ebay.

Rezultāts

Neskatoties uz Peltjē elementa zemo efektivitāti ģenerēšanas režīmā, es tomēr saņēmu starprezultātu - pievienojot pārveidotāja izejai portatīvo akumulatoru ar norādīto uzlādes strāvu 1000 mA, ģenerators spēja radīt strāvu apm. 600 mA. Manuprāt, šī strāva ir pilnīgi pietiekama, lai Lielās polārlapsas apstākļos uzlādētu lielāko daļu sīkrīku.

Kad ieradīsies ventilators (Ibay sola no marta vidus līdz aprīļa sākumam), es pārbaudīšu dzesēšanu. Turklāt jums būs jāpārbauda ģeneratora darbība “kaujas” apstākļos - ugunsgrēkā.

Atvainojos par fotogrāfiju kvalitāti - neesmu īpaši fotogrāfs. Saite uz rakstu, kas mani iedvesmoja.

Daudzus jaunos elektriķus interesē viens ļoti populārs jautājums - kā padarīt elektrību brīvu un vienlaikus autonomu. Ļoti bieži, piemēram, izejot dabā, katastrofāli pietrūkst kontaktligzdas, kur uzlādēt telefonu vai ieslēgt lampu. Šajā gadījumā jums palīdzēs paštaisīts termoelektriskais modulis, kas samontēts uz Peltjē elementa bāzes. Izmantojot šādu ierīci, jūs varat ģenerēt strāvu ar spriegumu līdz 5 voltiem, kas ir pietiekami, lai uzlādētu ierīci un pievienotu lampu. Tālāk mēs jums pateiksim, kā ar savām rokām izgatavot termoelektrisko ģeneratoru, nodrošinot vienkāršu meistarklasi attēlos un ar video piemēru!

Īsumā par darbības principu

Lai nākotnē jūs saprastu, kāpēc, montējot paštaisītu termoelektrisko ģeneratoru, ir nepieciešamas noteiktas rezerves daļas, vispirms parunāsim par Peltjē elementa uzbūvi un tā darbību. Šis modulis sastāv no sērijveidā savienotiem termopāriem, kas atrodas starp keramikas plāksnēm, kā parādīts attēlā zemāk.

Kad caur šādu ķēdi iet elektriskā strāva, rodas tā sauktais Peltjē efekts - viena moduļa puse uzsilst, bet otra atdziest. Kāpēc mums tas ir vajadzīgs? Viss ir ļoti vienkārši, ja rīkojaties apgrieztā secībā: silda vienu plāksnes pusi un atdzesē otru, attiecīgi jūs varat ģenerēt zemsprieguma un strāvas elektroenerģiju. Mēs ceram, ka šajā posmā viss ir skaidrs, tāpēc mēs pārejam uz meistarklasēm, kas skaidri parādīs, ko un kā ar savām rokām izgatavot termoelektrisko ģeneratoru.

Montāžas meistarklase

Tātad, mēs atradām internetā ļoti detalizētus un tajā pašā laikā vienkāršus norādījumus par paštaisīta elektroenerģijas ģeneratora montāžu, pamatojoties uz krāsni un Peltjē elementu. Lai sāktu, jums ir jāsagatavo šādi materiāli:

• Pats Peltjē elements ar parametriem: maksimālā strāva 10 A, spriegums 15 volti, izmēri 40 * 40 * 3,4 mm. Marķējums – TEC 1-12710.
• Vecs barošanas bloks no datora (no tā nepieciešams tikai korpuss).
• Sprieguma stabilizators ar sekojošiem tehniskajiem parametriem: ieejas spriegums 1-5 volti, izejas spriegums – 5 volti. Šajā termoelektriskā ģeneratora montāžas instrukcijā tiek izmantots modulis ar USB izeju, kas vienkāršos modernā tālruņa vai planšetdatora uzlādes procesu.
• Radiators. Jūs varat to nekavējoties izņemt no procesora ar dzesētāju, kā parādīts fotoattēlā.
• Termiskā pasta.

Kad esat sagatavojis visus materiālus, varat sākt pats izgatavot ierīci. Tātad, lai jums būtu skaidrāk, kā pašam izgatavot ģeneratoru, mēs piedāvājam soli pa solim meistarklasi ar attēliem un detalizētu skaidrojumu:

Termoelektriskais ģenerators darbojas šādi: ieliek malku krāsnī, aizdedzina un pagaida dažas minūtes, līdz uzsilst viena plāksnes puse. Lai uzlādētu tālruni, dažādu pušu temperatūru starpībai jābūt aptuveni 100 o C. Ja dzesēšanas daļa (radiators) uzkarst, to nepieciešams atdzesēt ar visiem iespējamiem paņēmieniem - maigi uzlejiet ūdeni, ielieciet krūzi ledus uz tā utt.

Un šeit ir video, kas skaidri parāda, kā darbojas mājās gatavots malkas elektriskais ģenerators:

Elektrības ražošana no uguns

Varat arī uzstādīt datora ventilatoru aukstajā pusē, kā parādīts mājās gatavota termoelektriskā ģeneratora otrajā versijā ar Peltjē elementu:

Šajā gadījumā dzesētājs izmantos nelielu daļu no ģeneratora komplekta jaudas, bet iegūtā sistēma būs efektīvāka. Papildus telefona uzlādei Peltier moduli var izmantot kā elektrības avotu gaismas diodēm, kas ir tikpat noderīga iespēja ģeneratora izmantošanai. Starp citu, mājās gatavotā termoelektriskā ģeneratora otrā versija pēc izskata un dizaina ir nedaudz līdzīga. Vienīgais jauninājums, bez dzesēšanas sistēmas, ir iespēja regulēt tā sauktā degļa augstumu. Lai to izdarītu, elementa autors izmanto CD-ROM “korpusu” (vienā no fotogrāfijām skaidri parādīts, kā jūs pats varat izveidot dizainu).

Ja ar savām rokām izgatavojat termoelektrisko ģeneratoru, izmantojot šo metodi, izejā var būt līdz 8 voltiem spriegums, tāpēc, lai uzlādētu tālruni, neaizmirstiet pievienot pārveidotāju, kas izejā atstās tikai 5 V.

Nu, pēdējo mājās gatavotā barošanas avota versiju var attēlot ar šādu diagrammu: elements - divi alumīnija “ķieģeļi”, vara caurule (ūdens dzesēšana) un deglis. Rezultāts ir efektīvs ģenerators, kas ļauj radīt bezmaksas elektroenerģiju mājās!

Labākais laiks, lai darbinātu uz Peltjē elementiem balstītu termoģeneratoru, protams, ir ziema. Jo tie ir labi jāatdzesē, lai vispār kaut ko iegūtu.

Eksperimentā, pārbaudot jaudīgu ģeneratoru, tika izmantoti 12 TEC1-12706 Peltier moduļi. Lētākie un populārākie tiek pārdoti šajā Ķīnas veikalā. Tam ir dzesēšanas dzesētājs.

Parādītajā piemērā dzesēšanu nodrošināja 5,4 vatu, 12 voltu ventilators.

Kas ir Peltjē elements, kādi ir tā raksturlielumi, kā tas darbojas un darba modeļu dizains, ir aprakstīts vairākos mūsu vietnes rakstos, kurus varat viegli atrast, izmantojot ērto meklēšanas joslu.

Eksperimenta mērķis ir noskaidrot, kādu maksimālo jaudu ziemas sezonā spēj saražot lētākais Ķīnas termopāris.
Tātad, sākoties eksperimentam, plīts tika iekurta, kad malka nedaudz uzliesmoja, termoģenerators sāka strādāt un ventilators. Tas atdzesē termopāru auksto pusi. Shēma ir vienkārša. Video beigās ir parādīts, kā šāds termoģenerators tiek salikts.

Eksperimenta laikā tiks sasniegts šī ģeneratora maksimālais atvērtās ķēdes spriegums. Tad, izmantojot potenciometru, šis spriegums tiks samazināts tieši uz pusi. Tas izlīdzina ģeneratora pretestību un slodzes pretestību. Tad ģeneratorā un slodzē tiek izkliedēts vienāds jaudas daudzums. Tas nodrošinās 50 procentu jaudas vai, drīzāk, efektivitāti 50 % apmērā no piegādātās jaudas. Tas atbilst tikai 50% efektivitātei. Bet šādas jaudas izlaide šajā proporcijā būs maksimāla. Bet maksimālā jaudas pārvade notiek tikai ar šo attiecību!
Krāsnim uzsilstot, palielinās elektriskā ģeneratora radītais spriegums. Ventilators ir uzņēmis ātrumu, tas ir diezgan jaudīgs ventilators ar jaudu 5,5 vati. Tāpēc tā daļu varas paņems sev. Spēks, kas tagad tiks noteikts, būs noderīgs spēks. Spriegums nepalielinās virs 26 voltiem. Mēs savienojam potenciometru un sākam pievienot pretestību.

Tagad mēs pakāpeniski palielinām spriegumu līdz 13 voltiem. Reģistrētā jauda bija 9 vati. Kamēr tika veikti iestatījumi, ģenerators uzsildīja un jauda samazinājās par 1,5 vatiem.
Uz īsu brīdi varējām iegūt līdz 9 vatiem. Bet tad jauda samazinājās un apstājās pie aptuveni 7,5 vatiem. Bet šis rādītājs palika stabils. Ar šo jaudu ir pietiekami, lai uzlādētu jebkuru tālruni, viedtālruni vai planšetdatoru.

No 12 Peltjē elementiem katram elementam tiek iegūti 0,5 vati vai vairāk. Ja gaisa temperatūra ir nulle grādiem, tas ir labs gaisa dzesēšanas rādītājs. Temperatūrā -20 rezultāts būtu par kārtu augstāks. Tāpēc ir pilnīgi iespējams iegūt pat līdz vienam vatam uz vienu Peltjē elementu, bet lielā aukstumā.
Tagad ventilators tiks pieslēgts caur vatmetru, lai redzētu, cik daudz lietderīgās enerģijas tiek tērēts tā darbībai. Ierīce rādīja 6 vatus. Ja nebūtu šī ventilatora, tad šī siltuma ģeneratora jaudai būtu iespējams pievienot vēl 5-6 vatus.
Lai turpinātu eksperimentu, bija paredzēts izslēgt ventilatoru, lai dzesēšanu varētu veikt, izmantojot sniegu. Pēc ventilatora atiestatīšanas radiators būs stipri klāts ar sniegu. Tomēr eksperimentā notika negaidīts negadījums. Pēc ventilatora noņemšanas plīts pārkarsa, un viens no Peltjē elementiem sabojājās, izkusis bez dzesēšanas. Sistēma ir zaudējusi kontaktus. Tāpēc ventilators ir noderīgs elements šajā ierīcē. Drošības nolūkos ir nepieciešams izmantot aizsargrežģi.

Secinājums ir šāds: pie laba sala var iegūt apmēram 1 vatu uz vienu Peltjē elementu. Ir vietas, piemēram, Jakutija vai tālie ziemeļi, kur temperatūra sasniedz mīnus 50 grādus pēc Celsija. Tātad no elementa būs viegli iegūt 1 vatu. Iedomājieties, ka jurtā ir plīts, un aiz tās ir siena, kuras izmērs ir 1 x 2 m. Siltā puse ir krāsns iekšpusē, un aukstā puse ir ārpusē, kur ir sals un vējš. No viena kvadrātmetra šādu elementu jūs varat noņemt līdz 0,5 kilovatiem elektroenerģijas. Tas ir, no 2 kvadrātmetriem jūs varat iegūt līdz vienam kilovatam elektroenerģijas.

Šādas jaudīgas krāsnis, kuru pamatā ir elementi, tiek ražotas Krievijā. Tos sauc par "Elektroģenerācijas krāsni Indigirka". Tos var iegādāties šajā veikalā, atlaižu kods 11920924.

Šāda termoģeneratora dizains ir ārkārtīgi vienkāršs. 12 lētākie ķīniešu Peltjē elementi ir iespīlēti starp diviem alumīnija radiatoriem, kuriem jābūt gludām, ideāli pulētām virsmām. Protams, katrai termoelementa pusei tiek uzklāta termopasta. Radiatorus sagriežam ar skrūvēm un savienojam ar vadiem. Pievienojam dzesētāju, vēlams jaudīgāku. Nu pati plīts. Šis ir cinkota tērauda gabals, labāks par nerūsējošo tēraudu. Piestiprina pie karstā radiatora ar skrūvēm. Tad tiek izveidots dibens ar 7-8 mm caurumiem gaisa ieplūdei.

Šim eksperimentam ir turpinājums. Lai to atrastu, vietnes meklēšanā ierakstiet: Air-cooled Peltier.

Saldēšanas iekārtas un gaisa dzesēšanas sistēmas ir neatņemami ikdienas dzīves elementi. Tomēr standarta lielapjoma modeļi, kuru pamatā ir aukstumaģents, nav praktiski lietojami mobilajām ierīcēm, piemēram, aukstummaisiem. Šādos gadījumos tiek izmantotas ierīces, kuru pamatā ir Peltjē efekts, ko mēs detalizēti apspriedīsim šajā materiālā.

Peltjē elementa jeb termoelektriskā dzesētāja pamatā ir termopāris, kas sastāv no diviem elementiem ar p- un n-veida vadītspēju, kurus savieno savienojoša vara plāksne. Detaļas vairumā gadījumu ir izgatavotas no bismuta, telūra, antimona un selēna. Šādas ierīces tiek izmantotas sadzīves dzesēšanas sistēmās, un tām ir arī spēja ražot enerģiju.

Kas tas ir?

Šis fenomens un termins Peltjē liecina par atklājumu, ko 1834. gadā veica franču zinātnieks Žans Šarls Peltjē. Atklājuma būtība ir tāda, ka siltums pastāvīgi tiek atbrīvots vai absorbēts zonā, kur ir kontakts starp diviem atšķirīgi virzītiem vadītājiem, caur kuriem plūst elektriskā strāva.

Klasiskā teorija šo parādību izskaidro šādi: ar elektriskās strāvas palīdzību elektroni tiek pārnesti starp metāliem, paātrinot vai palēninot, atkarībā no kontakta potenciālu starpības uz metāla vadītājiem ar dažādu vadītspējas līmeni. Tādējādi Peltjē elementi veicina kinētiskās enerģijas pārvēršanu siltumenerģijā.

Pretējs efekts rodas uz otro vadītāju, kur, pamatojoties uz fizikas pamatlikumu, ir nepieciešama enerģijas papildināšana. Šī situācija rodas termiskās vibrācijas procesa dēļ, kā rezultātā otrā vadītāja metāls atdziest.

Izmantojot modernās tehnoloģijas, iespējams izgatavot Peltjē moduli ar maksimālu termoelektrisko efektu.

Dizains un darbības princips

Mūsdienu Peltier moduļi ir dizains, kurā ir divas izolācijas plāksnes, un termopāri ir savienoti starp tiem stingrā secībā. Šī elementa standarta diagramma, lai labāk izprastu tā darbību, ir parādīta attēlā.

Konstrukcijas elementu apzīmējumi:

• A – kontakti, caur kuriem tiek izveidots savienojums ar barošanas avotu;
• B – karsta virsma;
• C – aukstā puse;
• D – vara vadītāji;
• E – p-pārejas pusvadītājs;
• F – n tipa pusvadītājs.

Elements ir izgatavots tā, lai abas virsmas būtu saskarē ar p-n vai n-p krustojumiem, pamatojoties uz polaritāti. P-n kontakti uzsilst, un n-p temperatūra pazeminās. Rezultātā elementa galos parādās temperatūras starpība DT. Šis efekts nozīmē, ka siltumenerģija, kas pārvietojas starp moduļa elementiem, regulē temperatūru atkarībā no polaritātes. Jāņem vērā arī tas, ka, mainot polaritāti, mainās karstās un aukstās virsmas.

Specifikācijas

Peltjē elementa tehniskie parametri pieņem šādas vērtības:

• dzesēšanas jauda (Qmax) – aprēķina, pamatojoties uz strāvas ierobežojumu un temperatūras starpību starp moduļa galiem. Mērvienība - vats;
• maksimālā temperatūras starpība (DTmax) – mērot grādos, šis raksturlielums ir dots optimāliem apstākļiem;
• Imax ir maksimālā elektriskā strāva, kas nepieciešama, lai nodrošinātu lielāku temperatūras starpību;
• maksimālais spriegums Umax, kas nepieciešams, lai elektriskā strāva Imax sasniegtu maksimālo temperatūras starpību DTmax;
• Pretestība – ierīces iekšējā pretestība, mērīta Omos;
• COP ir Peltier moduļa efektivitātes koeficients vai efektivitāte, kas atspoguļo dzesēšanas un elektroenerģijas patēriņa attiecību. Atkarībā no ierīces īpašībām, lētām ierīcēm indikators ir diapazonā no 0,3-0,35, dārgākiem modeļiem tas svārstās līdz 0,5.

Mobilā Peltjē elementa priekšrocības ir tā mazais izmērs, procesa atgriezeniskā iespēja, kā arī iespēja izmantot kā pārnēsājamu elektroģeneratoru vai ledusskapi.

Moduļa trūkumi ir tā augstās izmaksas, zemā efektivitāte 3% robežās, augstas enerģijas izmaksas un nepieciešamība pastāvīgi uzturēt temperatūras apstākļu atšķirību.

Pieteikums

Pat ņemot vērā zemo lietderības koeficientu, Peltier moduļa plāksnes tiek plaši izmantotas mērīšanas un skaitļošanas instrumentos, kā arī pārnēsājamā sadzīves tehnikā. Šeit ir to ierīču saraksts, kurās modeļi ir neatņemama sastāvdaļa:

• Pārnēsājamas saldēšanas ierīces;
• mazie elektroenerģijas ģeneratori;
• Dzesēšanas kompleksi personālajos datoros un klēpjdatoros;
• dzesētāji dzeramā ūdens sildīšanai un dzesēšanai;
• gaisa sausinātāji.

Kā izveidot savienojumu

Peltier moduli var pievienot pats, tas neprasīs daudz laika un pūļu. Izejas kontaktiem jābūt nodrošinātiem ar pastāvīgu spriegumu, kas norādīts ierīces lietošanas instrukcijā. Sarkanais vads ir savienots ar pozitīvo, bet melnais - ar negatīvo. Lūdzu, ņemiet vērā, ka, mainot polaritāti, apsildāmās un atdzesētās virsmas mainīsies vietām.

Pirms pievienošanas ieteicams pārbaudīt elementa funkcionalitāti. Viens no vienkāršajiem un uzticamākajiem ierīces pārbaudes veidiem ir taustes metode: lai to izdarītu, ierīce jāpievieno elektrības avotam un jāpieskaras dažādiem kontaktiem. Parasti funkcionējošai ierīcei daži kontakti būs silti, bet citi vēsi.

Varat arī pārbaudīt, izmantojot multimetru un šķiltavu. Lai to izdarītu, jums jāpievieno zondes ar ierīces kontaktiem, jānovieto šķiltavas vienā pusē un jānovēro multimetra rādījumi. Ja Peltjē elements darbojas standarta režīmā, apkures procesa laikā vienā pusē tiks ģenerēta elektriskā strāva, un multimetra ekrānā tiks parādīti sprieguma dati.

Kā ar savām rokām izgatavot Peltjē elementu

Peltjē elementu nav ieteicams ražot mājās, jo tas ir zems un nepieciešams īpašām zināšanām, lai izveidotu darba elementu. Taču ar savām rokām var samontēt efektīvu mobilo termoelektrisko ģeneratoru, kas noderēs gan laukos, gan kempingā.

Lai stabilizētu elektrisko spriegumu, jums pašam būs jāsamontē standarta pārveidotājs, izmantojot L6920 IC mikroshēmu. Ierīces ieejai jāpieliek 0,8-5,5 V spriegums, un izejā tas radīs 5 V, šī vērtība ir pietiekama, lai uzlādētu mobilo ierīču akumulatoru standarta režīmā. Ja tiek izmantota standarta Peltier elektroniskā ierīce, tad būs nepieciešams ierobežot apsildāmās virsmas temperatūras ierobežojumu līdz 150 grādiem. Lai ērti kontrolētu temperatūru, vēlams izmantot katliņu ar verdošu ūdeni, tad modelis nesakars virs 100 grādiem.

Peltjē plāksnes tiek plaši izmantotas mūsdienu sadzīves tehnikas dzesēšanai, gaisa kondicionieros, ir pierādīta ierīces efektivitāte, jo īpaši termiskā režīma stabilizēšanai un jaudīga procesora dzesēšanai. Pamatojoties uz Peltjē elementu, mājās bieži tiek izgatavoti efektīvi mobilie ledusskapji vasarnīcai vai automašīnai, kas darbina radiatoru. Procesa atgriezeniskuma dēļ paštaisītie elementi tiek izmantoti kā mobilās mazās spēkstacijas apgabalos bez elektroenerģijas avota.