Koelapparatuur en luchtkoelingssystemen zijn essentiële onderdelen van het dagelijks leven. Standaard op koelmiddel gebaseerde volumetrische ontwerpen zijn echter niet geschikt voor mobiele toepassingen zoals koeltassen. In dergelijke gevallen worden apparaten gebruikt die zijn gebaseerd op de werking van het Peltier-effect, wat we in dit materiaal in detail zullen bespreken.
Het Peltier-element of thermo-elektrische koeler is gebaseerd op een thermokoppel van twee elementen met p- en n-type geleidbaarheid, die verbonden zijn door een verbindende koperen plaat. Details zijn in de meeste gevallen gemaakt van bismut, tellurium, antimoon en selenium. Dergelijke apparaten worden gebruikt in huishoudelijke koelsystemen, ze hebben ook het vermogen om energie op te wekken.
Inhoud
Wat het is
Het fenomeen en de term Peltier suggereren een ontdekking die in 1834 werd gedaan door de Franse wetenschapper Jean-Charles Peltier.De essentie van de ontdekking is dat er constant warmte vrijkomt of wordt geabsorbeerd in het gebied waar contact is tussen twee verschillend gerichte geleiders waardoor een elektrische stroom vloeit.
De klassieke theorie verklaart dit fenomeen als volgt: met behulp van een elektrische stroom worden elektronen tussen metalen overgedragen, versnellend of vertragend, afhankelijk van het contactpotentiaalverschil op metalen geleiders met verschillende geleidbaarheidsniveaus. Peltier-elementen dragen zo bij aan de omzetting van kinetische energie in warmte.
Op de tweede geleider treedt het tegenovergestelde effect op, waarbij aanvulling van energie noodzakelijk is op basis van de fundamentele wet van de fysica. Deze situatie treedt op als gevolg van het proces van thermische oscillatie, waardoor het metaal van de tweede geleider wordt afgekoeld.
Met behulp van moderne technologieën is het mogelijk om een Peltier-module te vervaardigen met een maximaal thermo-elektrisch effect.
Apparaat en werkingsprincipe
Moderne Peltier-modules zijn een ontwerp waarin er twee isolatorplaten zijn en thermokoppels die in strikte volgorde zijn verbonden. Het standaardschema van dit element voor een beter begrip van de werking ervan is weergegeven in de figuur.
Benamingen van structurele elementen:
- A - contacten, met behulp waarvan de verbinding met de stroombron wordt uitgevoerd;
- B - heet oppervlak;
- C - koude kant;
- D - koperen geleiders;
- E is een p-junctie halfgeleider;
- F is een n-type halfgeleider.
Het element is zo gemaakt dat beide oppervlakken op basis van polariteit in contact staan met p-n of n-p juncties. Contacten p-n warmen op en n-p temperatuur daalt.Als resultaat verschijnt er een temperatuurverschil DT aan de uiteinden van het element. Dit effect houdt in dat de thermische energie die tussen de elementen van de module beweegt, het temperatuurregime regelt, afhankelijk van de polariteit. Er moet ook worden opgemerkt dat in het geval van een verandering in polariteit, de warme en koude oppervlakken veranderen.
Specificaties:
De technische parameters van het Peltier-element gaan uit van de volgende waarden:
- koelcapaciteit (Qmax) - berekend op basis van de stroomlimiet en het temperatuurverschil tussen de uiteinden van de module. Maateenheid - Watt;
- begrenzend temperatuurverschil (DTmax) - gemeten in graden, deze eigenschap wordt gegeven voor optimale omstandigheden;
- Imax is de maximale elektrische stroom die nodig is om een groter temperatuurverschil te geven;
- grensspanning Umax, die nodig is voor de elektrische stroom Imax om het maximale temperatuurverschil DTmax te bereiken;
- Weerstand - interne weerstand van het apparaat, gemeten in Ohm;
- COP is de efficiëntiecoëfficiënt of efficiëntie van de Peltier-module, die de verhouding tussen koeling en stroomverbruik weerspiegelt. Afhankelijk van de kenmerken van het apparaat, ligt de indicator voor goedkope apparaten in het bereik van 0,3-0,35, voor duurdere modellen varieert deze tot 0,5.
De voordelen van het mobiele Peltier-element zijn kleine afmetingen, omkeerbaarheid van het proces en de mogelijkheid om het te gebruiken als draagbare elektrische generator of koelkast.
De nadelen van de module zijn hoge kosten, laag rendement binnen 3%, hoge energiekosten en de noodzaak om het temperatuurverschil constant te houden.
Sollicitatie
Zelfs rekening houdend met de lage efficiëntiecoëfficiënt, worden de platen in de Peltier-module veel gebruikt in meet-, computerapparatuur en draagbare huishoudelijke apparaten. Hier is een lijst met apparaten waarin modellen een integraal onderdeel zijn:
- draagbare koelapparaten;
- kleine generatoren van elektriciteit;
- koelcomplexen in pc's en laptops;
- koelers voor het verwarmen en koelen van drinkwater;
- lucht drogers.
Hoe te verbinden
U kunt de Peltier-module zelf aansluiten, het kost niet veel tijd en moeite. De uitgangscontacten moeten worden gevoed met een constante spanning, zoals aangegeven in de gebruiksaanwijzing van het apparaat. De rode draad is verbonden met positief en de zwarte draad is verbonden met negatief. Merk op dat wanneer de polariteit wordt omgekeerd, de verwarmde en gekoelde oppervlakken van plaats wisselen.
Alvorens aan te sluiten, wordt aanbevolen om de werking van het element te controleren. Een van de eenvoudige en betrouwbare manieren om het apparaat te controleren, is de tactiele methode: hiervoor moet u het apparaat aansluiten op een elektrische stroombron en verschillende contacten aanraken. In een normaal functionerend apparaat zullen sommige contacten warm zijn, terwijl andere koel zullen zijn.
Je kunt het ook controleren met een multimeter en een aansteker. Om dit te doen, moet u de sondes aansluiten op de contacten van het apparaat, de aansteker opzij brengen en de meetwaarden van de multimeter observeren. Als het Peltier-element in de standaardmodus werkt, wordt tijdens het verwarmingsproces aan één kant een elektrische stroom gegenereerd en worden de spanningsgegevens weergegeven op het multimeterscherm.
Hoe maak je een doe-het-zelf peltier-element?
Het Peltier-element is onpraktisch om thuis te vervaardigen vanwege de lage kosten en de behoefte aan speciale kennis om een werkbaar element te creëren. U kunt echter met uw eigen handen een efficiënte mobiele thermo-elektrische generator in elkaar zetten, wat van pas zal komen op het platteland of op een kampeertrip.
Om de elektrische spanning te stabiliseren, moet u zelf een standaard converter op de L6920 IC-chip monteren. Op de ingang van het apparaat moet een spanning van 0,8-5,5 V worden toegepast en aan de uitgang zal deze 5 V produceren, deze waarde is voldoende om de batterij van mobiele apparaten in de standaardmodus op te laden. Als een standaard elektronisch Peltier-apparaat wordt gebruikt, moet de temperatuurlimiet van het verwarmde oppervlak worden beperkt tot 150 graden. Voor gemakkelijke temperatuurregeling is het raadzaam om een waterkoker met kokend water te gebruiken, dan wordt het model niet warmer dan 100 graden.
Peltier-platen worden veel gebruikt om moderne huishoudelijke apparaten te koelen, in airconditioners is de effectiviteit van het apparaat bewezen, met name om het thermische regime te stabiliseren en een krachtige processor te koelen. Op basis van het Peltier-element worden vaak thuis effectieve mobiele koelkasten gemaakt voor zomerhuisjes of auto's, die de radiator van stroom voorzien. Vanwege de omkeerbaarheid van het proces worden zelfgemaakte elementen gebruikt als mobiele kleine energiecentrales in gebieden zonder elektriciteitsbron.
Vergelijkbare artikelen:
