Modul Peltier: specificații

Termocuplul (modulul Peltier) funcționează în conformitate cu principiul acțiunii inverse a termocuplului, apariția unei diferențe de temperatură atunci când curge un curent electric.

Cum funcționează elementul Peltier?

Este destul de simplu să se utilizeze modulul Peltier, principiul căruia este extragerea sau absorbția căldurii în momentul contactului de materiale diferite pe măsură ce trece prin ea curent. densitate fluxul de energie al electronilor înainte și după contact este diferit. Dacă producția este mai mică, atunci există căldură eliberată. Atunci când electronii aflați în contact sunt decelerați de un câmp electric, ei transferă energia cinetică în rețeaua cristalină, încălzindu-i-o. Dacă acestea sunt accelerate, căldura este absorbită. Acest lucru se datorează faptului că o parte a energiei este luată din rețeaua cristalină și are loc răcirea acesteia.

Într-o mare măsură, acest fenomen este inerent în semiconductori, ceea ce se explică prin diferența mare de sarcini.

Modulul Peltier, a cărui aplicare este subiectul revizuirii noastre, este utilizat în dezvoltarea dispozitivelor termoelectrice de răcire (TEM). Cel mai simplu dintre ele constă din două semiconductori de tip p și n, conectate în serie prin contacte de cupru.

Dacă electronii se mișcă de la semiconductorul "p" la "n", la prima tranziție cu o punte metalică se recombină cu eliberarea de energie. Următoarea tranziție de la semiconductorul "p" la un conductor din cupru este însoțită de "tragerea" electronilor printr-un contact printr-un câmp electric. Acest proces are ca rezultat absorbția energiei și răcirea zonei din jurul contactului. În mod similar, procesele apar pe următoarele tranziții.

Prin aranjarea contactelor încălzite și răcite în diferite planuri paralele, se va obține o realizare practică a metodei. Semiconductoarele sunt fabricate din seleniu, bismut, antimoniu sau telur. Modulul Peltier găzduiește un număr mare de termocupluri plasate între plăcile cu nitură de ceramică sau plăci de alumină.

Factorii care afectează eficiența TEM

• Puterea curentă.
• Numărul de termocupluri (până la câteva sute).
• Tipuri de semiconductori.
• Viteza de răcire.

Valorile mari nu au fost încă atinse din cauza eficienței reduse (5-8%) și a costului ridicat. Pentru ca TEM să funcționeze cu succes, este necesar să se asigure o îndepărtare eficientă a căldurii din partea încălzită. Aceasta creează dificultăți în varianta practică a metodei. Dacă schimbați polaritatea, părțile la rece și la cald se schimbă una cu cealaltă.

Avantajele și dezavantajele modulelor

Nevoia de TEM a apărut odată cu apariția dispozitivelor electronice care necesită sisteme de răcire miniatură. Avantajele modulelor sunt:

• compactitatea;
• absența conexiunilor mobile;
• Modulul Peltier are un principiu reversibil de inversare a polarității;
• simplitatea conexiunilor în cascadă pentru creșterea puterii.

Principalul dezavantaj al modulului este eficiența scăzută. Acest lucru se manifestă printr-o cheltuială mare de putere când se obține efectul dorit de răcire. În plus, are un cost ridicat.

Aplicarea TEM

Modulul Peltier este utilizat în principal pentru răcirea așchiilor și a pieselor mici. Începutul a fost pus pentru răcirea elementelor de echipament militar:

• chips-uri;
• detectoare cu infrarosu;
• elemente de lasere;
• cuarț generatoare.

Modulul termoelectric Peltier a început treptat să fie utilizat în aparatele de uz casnic: pentru crearea de frigidere, aparate de aer condiționat, generatoare, termostate. Scopul său principal este de a răci obiecte mici.

Răcirea procesorului

Componentele principale ale calculatoarelor sunt în mod constant îmbunătățite, ceea ce duce la o creștere a disipării căldurii. Împreună cu acestea, sistemele de răcire sunt dezvoltate cu ajutorul tehnologiilor inovatoare, cu mijloace moderne de control. Aplicația modulului Peltier în acest domeniu se găsește în principal în răcirea microcircuitelor și a altor componente radio. Cu modurile forțate de overclocking ale microprocesoarelor, răcitoarele tradiționale nu mai pot face față. Și creșterea frecvenței procesoarelor face posibilă creșterea vitezei lor.

Creșterea vitezei ventilatorului duce la un zgomot semnificativ. Se elimină prin utilizarea unui modul Peltier într-un sistem combinat de răcire. Astfel, companiile de frunte au stăpânit rapid producția de sisteme de răcire eficiente, care au devenit foarte solicitate.

Cu procesoare, căldura este, de obicei, emisă de către răcitoare. Debitul de aer poate fi aspirat din exterior sau din interiorul unității de sistem. Principala problemă este că temperatura aerului este uneori insuficientă pentru radiator. Prin urmare, TEM-urile au fost utilizate pentru a răci fluxul de aer care intră în unitatea de sistem, mărind astfel eficiența schimbului de căldură. Astfel, aparatul de aer condiționat încorporat este un asistent al sistemului tradițional de răcire a computerului.

Pe ambele părți ale modulului sunt montate radiatoare de aluminiu. Pe partea laterală a plăcii rece, aerul este pompat la procesor pentru răcire. După ce a luat căldura, un alt ventilator îl aruncă prin radiatorul plăcii fierbinți a modulului.

Modernul TEM este controlat de un dispozitiv electronic cu un senzor de temperatură, în care gradul de răcire este proporțional cu încălzirea procesorului.

Activarea răcirii procesorului creează și unele probleme.

1. Modulele simple de răcire Peltier sunt proiectate pentru funcționare continuă. Cu consum redus de energie, disiparea căldurii scade, ceea ce poate cauza supraîncălzirea cristalului și suspendarea ulterioară a procesorului.
2. Dacă lucrarea răcitorului și a frigiderului nu sunt coordonate corespunzător, acesta din urmă poate intra în modul de încălzire în loc să răcească. Sursa de căldură suplimentară va cauza supraîncălzirea procesorului.

Astfel, procesoarele moderne au nevoie de o tehnologie de răcire avansată, cu controlul modulelor. Modificări similare în modurile de funcționare nu apar la plăcile video, care necesită și o răcire intensă. Prin urmare, TEM este ideal pentru ei.

Auto-frigider cu mâinile proprii

La mijlocul secolului trecut, industria internă a încercat să stăpânească producția de frigidere mici pe baza efectului Peltier. Tehnologiile existente de atunci nu au permis acest lucru. Acum, descurajarea este în principal un preț ridicat, dar încercările continuă și succesul a fost deja realizat.

O gamă largă de dispozitive termoelectrice vă permite să creați cu mâinile dvs. un mic frigider, convenabil pentru utilizare în mașini. Baza sa este un "sandwich", care se face după cum urmează.

1. Pe radiatorul superior se aplică un strat de pastă de conducție termică tip KPT-8 și un modul Peltier este lipit pe o parte a suprafeței ceramice.
2. În mod similar, un alt radiator este atașat de acesta din partea inferioară, destinat a fi amplasat în compartimentul frigiderului.
3. Întregul dispozitiv este compactat și uscat timp de 4-5 ore.
4. Pe ambele radiatoare sunt instalate coolere: cea superioară va elimina căldura, iar cea inferioară - va egaliza temperatura în compartimentul frigiderului.

Corpul frigiderului este realizat cu o căptușeală termoizolantă în interior. Este important să fie bine închis. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza o cutie de instrumente convenționale din plastic.

Dispozitivul de alimentare cu 12 V este furnizat de sistemul vehiculului. Poate fi realizat dintr-o rețea de 220 V AC, cu o sursă de alimentare. Circuitul pentru conversia AC în DC este cel mai simplu. Conține o punte de redresor și un condensator de pulsare-netezire. Este important ca acestea să nu depășească 5% din valoarea nominală la ieșire, altfel eficiența dispozitivului este redusă. Modulul are două fire din firele colorate. La roșu este întotdeauna conectat "plus", la negru - "minus".

Puterea TEM trebuie să corespundă volumului casetei. Primele 3 cifre ale marcajului indică numărul de perechi de microelemente semiconductoare din interiorul modulului (49-127 și mai mult). Puterea curentă este exprimată prin ultimele două cifre ale marcajului (de la 3 la 15 A). Dacă energia nu este suficientă, trebuie să lipiți un alt modul de pe radiatoare.

Fiți atenți! Dacă curentul depășește capacitatea elementului, se va încălzi pe ambele părți și va eșua rapid.

Modul Peltier: generator de energie electrică

TEM poate fi utilizat pentru a genera energie electrică. Pentru a face acest lucru, creați o diferență de temperatură între plăci, iar termocuplurile situate între ele vor produce un curent electric.

Pentru utilizare practică, aveți nevoie de un TEM de cel puțin 5 V. Apoi se poate utiliza pentru încărcarea unui telefon mobil. Datorită eficienței reduse a modulului Peltier este necesar un convertor DC-DC. Pentru a construi generatorul veți avea nevoie de:

• 2 module Peltier TES1-12705 cu dimensiunea plăcilor 40x40 mm;
• convertor EK-1674;
• plăci de aluminiu cu o grosime de 3 mm;
• o tavă pentru apă;
• rezistent la căldură.

Între plăci sunt plasate două module pe adeziv, iar întreaga structură este fixată pe fundul tăvii. Dacă se umple cu apă și se pune foc, se obține diferența de temperatură necesară, generând un EMF de aproximativ 1,5 V. Prin conectarea modulelor la convertizorul de tensiune, este posibilă creșterea tensiunii la 5 V necesară pentru încărcarea bateriei telefonului.

Cu cât este mai mare diferența de temperatură dintre apă și placa încălzită inferioară, cu atât este mai eficientă generatorul. Prin urmare, este necesar să se încerce reducerea încălzirii apei în diverse moduri: pentru a face curgerea, pentru a înlocui adesea cu proaspete etc. Un mijloc eficient de creștere a diferenței de temperatură este cascadarea modulelor atunci când acestea sunt suprapuse una peste alta. Creșterea dimensiunilor generale ale dispozitivului vă permite să plasați mai multe elemente între plăci și astfel creșteți puterea totală.

Capacitatea generatorului va fi suficientă pentru încărcarea bateriilor mici, a lămpilor cu LED sau a unui receptor radio. Fiți atenți! Pentru a crea generatoare termice aveți nevoie de module care să funcționeze la 300-400 ⁰Cu! Restul sunt potrivite numai pentru testele de probă.

Spre deosebire de alte mijloace de producere a energiei alternative, ele pot funcționa în timp ce conduc, dacă creați ceva asemănător unui încălzitor catalitic.

Module interne Peltier

TEM a producției sale a apărut pe piața noastră nu cu mult timp în urmă. Sunt foarte fiabile și au caracteristici bune. Modulul Peltier, care este în cerere mare, măsoară 40x40 mm. Este proiectat pentru un curent maxim de 6 A și o tensiune de până la 15 V.

Modulul Peltier intern poate fi cumpărat pentru un preț mic. la consumul de energie 85 de wați, creează o scădere a temperaturii de 60 ⁰C. Împreună cu răcitorul este capabil să protejeze de procesorul de supraîncălzire cu o putere disipată de 40 wați.

Caracteristicile modulelor companiilor de top

Dispozitivele străine sunt reprezentate pe piață într-o varietate mai mare. Pentru a proteja procesatorii firmelor de vârf, modulul Peltier este folosit ca frigider RAX56V, al cărui preț este de 35 USD cu ventilatorul.

Cu o dimensiune de 30x30 mm, aceasta menține o temperatură a procesorului de cel mult 63 ⁰Cu o putere de 25 wați. Pentru a furniza o tensiune suficientă de 5 V, iar curentul nu depășește 1,5 A.

Modulul Peltier PA6EXB, care oferă un regim normal de temperatură cu o putere de disipare de 40 W, este foarte potrivit pentru răcirea procesorului. Suprafața modulului său este de 40x40 mm, iar consumul de curent este de până la 8 A. În plus față de dimensiunile impresionante - 60x60x52,5 mm (împreună cu ventilatorul) - dispozitivul necesită spațiu liber în jurul acestuia. Prețul ei este de 65 USD.

Atunci când se utilizează modulul Peltier, caracteristicile tehnice ale modulului Peltier trebuie să corespundă nevoilor dispozitivelor răcite. Este inacceptabil ca acestea să aibă o temperatură prea scăzută. Acest lucru poate duce la condensarea umezelii, ceea ce are un efect dăunător asupra electronicii.

Module pentru fabricarea generatoarelor, cum ar fi TEC1-12706, TEC1-12709, sunt caracterizate de o putere mai mare - 72 W și, respectiv, 108 W. Ele se disting prin marcaj, aplicate întotdeauna pe partea fierbinte. Temperatura maximă admisibilă a părții la cald este de 150-160 ⁰C. Cu cât este mai mare diferența de temperatură dintre plăci, cu atât este mai mare tensiunea de ieșire. Dispozitivul funcționează la o diferență de temperatură maximă de 600 ⁰S.

Modulul Peltier poate fi cumpărat ieftin - aproximativ 10 $ sau mai puțin pe bucată, dacă este bine să arătați. Destul de des, vânzătorii supraevaluă semnificativ prețurile, dar puteți găsi de câteva ori mai ieftin, dacă cumpărați la o vânzare.

concluzie

Efectul Peltier a găsit o aplicație în prezent în crearea de frigidere mici, cerute de tehnologia modernă. Reversibilitatea procesului face posibilă fabricarea de microelectrode care sunt în căutare de încărcare a dispozitivelor electronice.

Spre deosebire de alte mijloace de producere a energiei alternative, ele pot funcționa în timp ce conduc dacă este instalat un încălzitor catalitic.