ציוד קירור ומערכות קירור אוויר הם מרכיבים חיוניים בחיי היומיום. עם זאת, עיצובים נפחיים סטנדרטיים מבוססי קירור אינם מתאימים ליישומים ניידים כגון תיקי קירור. במקרים כאלה, נעשה שימוש במכשירים המבוססים על פעולת אפקט Peltier, עליהם נדון בפירוט בחומר זה.
אלמנט Peltier או מצנן טרמו-אלקטרי מבוסס על צמד תרמי של שני אלמנטים בעלי מוליכות מסוג p ו-n, המחוברים באמצעות לוח נחושת מחבר. פרטים ברוב המקרים עשויים ביסמוט, טלוריום, אנטימון וסלניום. מכשירים כאלה משמשים במערכות קירור ביתיות, יש להם גם את היכולת לייצר אנרגיה.
תוֹכֶן
מה זה
התופעה והמונח פלטייר מרמזים על תגלית שנעשתה ב-1834 על ידי המדען הצרפתי ז'אן-שארל פלטייר.מהות התגלית היא שחום משתחרר או נספג כל הזמן באזור שבו יש מגע בין שני מוליכים מכוונים שונים שדרכם זורם זרם חשמלי.
התיאוריה הקלאסית מסבירה את התופעה הזו: בעזרת זרם חשמלי מועברים אלקטרונים בין מתכות, מאיצים או מואטים, בהתאם להפרש פוטנציאל המגע על מוליכים מתכתיים בעלי רמות מוליכות שונות. אלמנטים של פלטייר תורמים אפוא להמרת אנרגיה קינטית לחום.
על המוליך השני מתרחשת ההשפעה ההפוכה, שבה יש צורך בחידוש אנרגיה בהתבסס על החוק הבסיסי של הפיזיקה. מצב זה מתרחש עקב תהליך של תנודה תרמית, וכתוצאה מכך מתקררת המתכת של המוליך השני.
בעזרת טכנולוגיות חדישות, ניתן לייצר מודול Peltier בעל אפקט תרמו-אלקטרי מרבי.
מכשיר ועיקרון הפעולה
מודולי Peltier מודרניים הם עיצוב שבו יש שתי לוחות מבודדות, וצמדים תרמיים מחוברים ביניהם ברצף קפדני. התוכנית הסטנדרטית של אלמנט זה להבנה טובה יותר של תפקודו מוצגת באיור.
כינויים של אלמנטים מבניים:
- A - מגעים, בעזרתם מתבצע החיבור למקור החשמל;
- B - משטח חם;
- C - צד קר;
- D - מוליכים נחושת;
- E הוא מוליך למחצה בצומת p;
- F הוא מוליך למחצה מסוג n.
האלמנט עשוי כך ששני המשטחים נמצאים במגע עם צמתים p-n או n-p, בהתבסס על קוטביות. מגעים p-n מתחממים, וטמפרטורת n-p יורדת.כתוצאה מכך, הפרש טמפרטורה DT מופיע בקצות האלמנט. אפקט זה אומר שהאנרגיה התרמית הנעה בין האלמנטים של המודול מסדירה את משטר הטמפרטורה בהתאם לקוטביות. יש לציין גם שבמקרה של שינוי בקוטביות, המשטחים החמים והקרים משתנים.
מפרטים
הפרמטרים הטכניים של אלמנט Peltier מניחים את הערכים הבאים:
- כושר קירור (Qmax) - מחושב על בסיס מגבלת הזרם והפרש הטמפרטורה בין קצוות המודול. יחידת מידה - וואט;
- הפרש טמפרטורה מגביל (DTmax) - נמדד במעלות, מאפיין זה ניתן לתנאים אופטימליים;
- Imax הוא הזרם החשמלי המרבי הנדרש כדי לספק הפרש טמפרטורה גדול יותר;
- מתח הגבלת Umax, הנדרש עבור הזרם החשמלי Imax כדי להשיג את הפרש הטמפרטורה המרבי DTmax;
- התנגדות - התנגדות פנימית של המכשיר, נמדדת באוהם;
- COP הוא מקדם היעילות או היעילות של מודול Peltier, המשקף את היחס בין הקירור וצריכת החשמל. בהתאם לתכונות המכשיר, עבור מכשירים זולים, המחוון הוא בטווח של 0.3-0.35, עבור דגמים יקרים יותר הוא משתנה עד 0.5.
היתרונות של אלמנט Peltier הנייד הם ממדים קטנים, הפיכות התהליך וכן האפשרות להשתמש בו כגנרטור חשמלי נייד או מקרר.
החסרונות של המודול הם עלות גבוהה, יעילות נמוכה בתוך 3%, עלויות אנרגיה גבוהות והצורך לשמור כל הזמן על הפרש הטמפרטורה.
יישום
גם אם לוקחים בחשבון את מקדם היעילות הנמוך, הלוחות במודול Peltier נמצאים בשימוש נרחב במדידה, התקני מחשוב, כמו גם במכשירי חשמל ביתיים ניידים. להלן רשימה של מכשירים שבהם הדגמים הם חלק בלתי נפרד:
- מכשירי קירור ניידים;
- גנרטורים קטנים של חשמל;
- מתחמי קירור במחשבים אישיים ומחשבים ניידים;
- מצננים לחימום וקירור מי שתייה;
- מייבשי אוויר.
כיצד לחבר
אתה יכול לחבר את מודול Peltier בעצמך, זה לא דורש הרבה זמן ומאמץ. יש לספק למגעי המוצא מתח קבוע, המצוין בהוראות ההפעלה של המכשיר. החוט האדום מחובר לחיובי והחוט השחור מחובר לשלילי. שימו לב שכאשר הקוטביות מתהפכת, המשטחים המחוממים והמקוררים יחליפו מקומות.
לפני החיבור, מומלץ לבדוק את יכולת הפעולה של האלמנט. אחת הדרכים הפשוטות והאמינות לבדוק את המכשיר היא שיטת המישוש: לשם כך צריך לחבר את המכשיר למקור זרם חשמלי ולגעת במגעים שונים. במכשיר שמתפקד כרגיל, חלק מהמגעים יהיו חמים, בעוד שאחרים יהיו קרירים.
אפשר לבדוק גם עם מולטימטר ומצית. לשם כך, עליך לחבר את הגשושיות למגעי המכשיר, להביא את המצית לצד אחד ולבחון את קריאות המולטימטר. אם אלמנט Peltier פועל במצב סטנדרטי, במהלך תהליך החימום, ייווצר זרם חשמלי בצד אחד, ונתוני המתח יוצגו על מסך המולטימטר.
איך להכין אלמנט פלטייר עשה זאת בעצמך
אלמנט פלטייר אינו מעשי לייצור בבית בשל העלות הנמוכה והצורך בידע מיוחד ליצירת אלמנט בר ביצוע. עם זאת, תוכלו להרכיב במו ידיכם גנרטור תרמו-אלקטרי נייד יעיל שיועיל בארץ או בטיול קמפינג.
על מנת לייצב את המתח החשמלי, תצטרכו להרכיב בעצמכם ממיר סטנדרטי על שבב ה-L6920 IC. יש להפעיל מתח של 0.8-5.5 וולט על כניסת המכשיר, וביציאה הוא יפיק 5 וולט, ערך זה מספיק לטעינת הסוללה של מכשירים ניידים במצב סטנדרטי. אם נעשה שימוש במכשיר פלטייר אלקטרוני סטנדרטי, יהיה צורך להגביל את מגבלת הטמפרטורה של המשטח המחומם ל-150 מעלות. כדי להקל על בקרת הטמפרטורה, רצוי להשתמש בקומקום עם מים רותחים, ואז הדגם לא יתחמם מעל 100 מעלות.
צלחות Peltier נמצאות בשימוש נרחב לקירור מכשירי חשמל ביתיים מודרניים, במזגנים, יעילות המכשיר הוכחה, במיוחד, לייצב את המשטר התרמי ולקרר מעבד חזק. על בסיס אלמנט Peltier, מקררים ניידים יעילים מיוצרים לעתים קרובות בבית עבור קוטג'ים קיץ או מכוניות, מפעילים את הרדיאטור. בשל הפיכות התהליך, אלמנטים מתוצרת עצמית משמשים כתחנות כוח קטנות ניידות באזורים ללא מקור חשמל.
מאמרים דומים:
