Elemen Peltier merupakan konverter termoelektrik yang menimbulkan perbedaan suhu pada permukaannya ketika arus listrik mengalir. Prinsip operasinya didasarkan pada efek Peltier - terjadinya perbedaan suhu pada titik kontak konduktor di bawah pengaruh arus listrik.

Desain dan prinsip pengoperasian elemen Peltier.

Saya rasa hanya ahli fisika yang bisa memahami cara kerja elemen Peltier sebenarnya. Bagi praktisi, yang utama adalah adanya unit modul minimum - termokopel, yaitu dua konduktor tipe p dan n yang terhubung.

Ketika arus dilewatkan melalui termokopel, panas diserap pada kontak n-p dan panas dilepaskan pada kontak p-n. Akibatnya, bagian semikonduktor berdekatan persimpangan n-p, akan mendingin, dan bagian sebaliknya akan memanas. Jika Anda mengubah polaritas arus, maka sebaliknya, plot n-p akan memanas, dan sebaliknya akan menjadi dingin.

Ada juga efek sebaliknya. Ketika salah satu sisi termokopel dipanaskan, arus listrik dihasilkan.

Untuk penerapan praktis energi penyerapan panas, satu termokopel saja tidak cukup. Modul termoelektrik menggunakan banyak termokopel. Secara elektrik mereka dihubungkan secara seri. Dan secara struktural - sehingga transisi pendinginan dan pemanasan berada sisi yang berbeda modul.

Termokopel dipasang di antara dua pelat keramik. Mereka dihubungkan dengan busbar tembaga. Jumlah termokopel bisa mencapai beberapa ratus. Kekuatan modul tergantung pada jumlahnya.

Perbedaan suhu antara sisi panas dan dingin modul Peltier bisa mencapai 70 °C.

Anda perlu memahami bahwa modul termoelektrik Peltier mengurangi suhu satu sisi relatif terhadap sisi lainnya. Itu. Agar sisi dingin memiliki suhu rendah, panasnya harus dihilangkan permukaan yang panas, mengurangi suhunya.

Untuk meningkatkan perbedaan suhu, sambungan modul secara seri (kaskade) dimungkinkan.

Aplikasi.

Modul termoelektrik Peltier digunakan:

• di lemari es rumah tangga dan mobil kecil;
• di pendingin air;
• dalam sistem pendingin perangkat elektronik;
• pada generator termoelektrik.

Saya membuatnya menggunakan elemen Peltier.

Kelebihan dan kekurangan modul Peltier.

Salah jika membandingkan elemen Peltier dengan unit pendingin kompresor. Sama sekali perangkat yang berbeda– sistem mekanis besar dengan kompresor, gas, cairan, dan komponen semikonduktor kecil. Dan tidak ada hal lain yang bisa dibandingkan. Oleh karena itu, kelebihan dan kekurangan modul Peltier merupakan konsep yang sangat relatif. Ada area di mana mereka tidak dapat diganti, dan dalam kasus lain penggunaannya sama sekali tidak praktis.

Keunggulan elemen Peltier antara lain:

• tidak adanya bagian, gas, cairan yang bergerak secara mekanis;
• operasi senyap;
• ukuran kecil;
• kemampuan untuk memberikan pendinginan dan pemanasan;
• Kemungkinan pengaturan daya pendinginan yang lancar.

Kekurangan:

• efisiensi rendah;
• kebutuhan akan sumber listrik;
• jumlah start-stop yang terbatas;
• tingginya biaya modul yang kuat.

Parameter elemen Peltier.

• Qmax(W) – kapasitas pendinginan, dengan arus maksimum yang diijinkan dan perbedaan suhu antara sisi panas dan dingin sama dengan 0. Dipercaya bahwa semua energi panas yang disuplai ke permukaan dingin langsung ditransfer ke permukaan panas tanpa kehilangan.
• Delta Tmax(derajat) - perbedaan suhu maksimum antara permukaan modul dalam kondisi ideal: suhu sisi panas adalah 27 °C dan sisi dingin dengan perpindahan panas nol.
• maksimal(A) – arus yang memberikan perbedaan suhu delta Tmax.
• Umaks(V) – tegangan, pada arus Imax dan perbedaan suhu delta Tmax.
• Perlawanan(Ohm) – resistansi modul terhadap arus searah.
• POLISI(Koefisien Kinerja) – koefisien, rasio daya pendinginan terhadap daya listrik yang dikonsumsi oleh modul. Itu. kemiripan efisiensi. Biasanya 0,3-0,5.

Persyaratan operasional untuk elemen Peltier.

Modul Peltier adalah perangkat yang berubah-ubah. Penggunaannya dikaitkan dengan sejumlah persyaratan, kegagalan untuk mematuhinya menyebabkan degradasi atau kegagalan modul, dan penurunan efisiensi sistem.

• Modul menghasilkan panas dalam jumlah besar. Untuk menghilangkan panas radiator yang sesuai harus dipasang. Jika tidak:
  • Suhu sisi dingin yang diinginkan tidak dapat dicapai karena... Elemen Peltier mengurangi suhu permukaan yang relatif panas.
  • Pemanasan sisi panas yang diizinkan biasanya + 80 °C (dalam aplikasi suhu tinggi hingga 150 °C). Itu. modul mungkin gagal.
  • Pada suhu tinggi kristal modul terdegradasi, mis. efisiensi dan masa pakai modul berkurang.
• Penting kontak termal modul yang andal dengan radiator pendingin.
• Catu daya untuk modul harus menyediakan arus dengan riak tidak lebih dari 5%. Dengan lebih banyak tingkat tinggi pulsasi, efisiensi modul akan menurun, menurut beberapa data sebesar 30-40%.
• Tidak diperbolehkan menggunakan regulator relai untuk mengontrol elemen Peltier. Hal ini akan menyebabkan degradasi modul secara cepat. Setiap penyalaan dan penonaktifan menyebabkan degradasi termokopel semikonduktor. Karena perubahan suhu yang tiba-tiba di antara pelat modul, tekanan mekanis di tempat penyolderan dengan semikonduktor. Produsen elemen Peltier menstandarkan jumlah siklus start-stop modul. Untuk modul rumah tangga, ini sekitar 5000 siklus. Regulator relai akan menonaktifkan modul Peltier dalam 1-2 bulan.
• Selain itu, elemen Peltier memiliki konduktivitas termal yang tinggi antar permukaan. Saat dimatikan, panas dari radiator sisi panas akan ditransfer melalui modul ke sisi dingin.
• Tidak dapat diterima, untuk pengaturan tenaga pada unsur Peltier, menggunakan modulasi PWM.
• Bagaimana seharusnya elemen Peltier ditenagai oleh sumber arus atau tegangan? Biasanya sumber tegangan digunakan. Lebih mudah untuk diterapkan. Namun karakteristik arus-tegangan modul Peltier adalah nonlinier dan curam. Itu. pada uang receh Tegangan dan arus berubah secara signifikan. Selain itu, karakteristiknya berubah ketika suhu permukaan modul berubah. Kita perlu menstabilkan kekuatan, yaitu produk dari arus yang melalui modul dan tegangan yang melintasinya. Kapasitas pendinginan elemen Peltier berhubungan langsung dengan daya listrik. Tentu saja hal ini memerlukan regulator yang cukup rumit.
• Tegangan modul tergantung pada jumlah termokopel di dalamnya. Paling sering ini adalah 127 termokopel, yang sesuai dengan tegangan 16 V. Pengembang elemen Disarankan untuk mensuplai hingga 12 V, atau 75% Umaks. Tegangan ini memastikan efisiensi modul yang optimal.
• Modulnya tertutup rapat dan bahkan dapat digunakan di dalam air.
• Polaritas modul ditunjukkan oleh warna kabel - hitam dan merah. Biasanya kabel merah (positif) terletak di sisi kanan, relatif terhadap sisi dingin.

Saya telah mengembangkan lemari es yang memenuhi semua persyaratan ini. Dia:

• Menghasilkan tenaga untuk elemen Peltier dengan riak tidak lebih dari 2%.
• Menstabilkan pada modul daya listrik, yaitu hasil kali arus dan tegangan.
• Memastikan kelancaran aktivasi modul.
• Kontrol suhu terjadi sesuai dengan prinsip kontrol analog, yaitu. perubahan yang mulus kekuatan pada elemen Peltier.
• Pengontrol dirancang untuk lemari es, sehingga matematika pengontrol memperhitungkan inersia pendinginan udara di dalam ruangan.
• Menyediakan modul kontrol suhu sisi panas dan kontrol kipas.
• Memiliki efisiensi tinggi, fungsionalitas luas.

Modul Peltier termoelektrik TEC1-12706.

Ini adalah jenis elemen Peltier yang paling umum. Digunakan di banyak tempat peralatan Rumah Tangga. Tidak mahal, dengan parameter bagus. Pilihan bagus untuk pembuatan lemari es berdaya rendah, pendingin air, dll.

Saya menyajikan karakteristik modul TEC1-12706 yang diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia dari dokumentasi pabrikan - HB Corporation.

Parameter teknis TEC1-12706.

Karakteristik grafis.

Jumlah perangkat elektronik di dunia terus bertambah seperti bola salju. Semuanya mengonsumsi listrik, dan orang harus terus-menerus membawa dan membawa baterai atau menghasilkannya pada perangkat berukuran besar. Baru-baru ini, modul Peltier mulai digunakan - elemen yang menghasilkan arus listrik ketika perbedaan suhu tercipta pada sisi yang berlawanan.

Efek Peltier dan Seebeck

Terlepas dari kenyataan bahwa elemen Peltier pertama dibuat hampir 2 abad yang lalu, prinsip operasinya baru diterapkan sekarang, ketika bahan yang sesuai dan kebutuhan untuk digunakan telah muncul. Ini terdiri dari pembangkitan panas pada kontak konduktor yang berbeda ketika arus listrik mengalir melaluinya. Ketika polaritas berubah, area kontak mulai mendingin. Prosesnya dapat dibalik: ketika perbedaan suhu dipertahankan secara artifisial pada kontak konduktor, arus listrik mengalir di sirkuitnya (efek Seebeck).

Berdasarkan dua efek termoelektrik, dibuatlah modul Peltier yang elemen-elemennya terletak di antara dua pelat keramik paralel dalam bentuk konduktor yang berbeda. Arus yang melewati kontak konduktor adalah sama, tetapi energi yang mengalir pada masing-masing konduktor berbeda. Ketika lebih banyak energi yang masuk ke suatu kontak daripada yang mengalir keluar, ini berarti elektron terhambat di daerah transisi, menyebabkannya memanas. Ketika polaritasnya berubah, elektron berakselerasi, mengambil energi dari kisi kristal, yang menyebabkannya menjadi dingin.

Efek Peltier terutama aktif di perbatasan elemen semikonduktor, di mana proses energi tertinggi berada.

Modul termoelektrik

Elemen peltier digunakan pada perangkat yang terdiri dari banyak semikonduktor tipe p dan n. Tidak seperti transistor dan dioda, daerah transisi terletak pada antarmuka logam-semikonduktor. Dalam modul Peltier, sejumlah besar elemen terletak di antara pelat keramik, sehingga perangkat ini lebih bertenaga.

Setiap elemen berisi 4 sambungan pada kontak semikonduktor-logam. Ketika rangkaian listrik ditutup, elektron berpindah dari baterai negatif ke positif, melewati semua transisi.

Pada transisi pertama modul termoelektrik(TEM) antara bus tembaga dan semikonduktor p, panas dihasilkan di bus tersebut, karena aliran muatan memasuki area dengan energi lebih rendah.

Pada kontak lain dalam semikonduktor, energi diserap ketika elektron “tersedot” medan listrik, bertepatan dengan arah pergerakan mereka. Di sana proses pendinginan berlangsung.

Pada kontak ketiga, energi elektron diserap karena semikonduktor tipe-n memiliki energi lebih besar dibandingkan logam.

Pada transisi keempat, panas dilepaskan karena elektron kembali dihambat oleh medan listrik.

Jadi, panas dihasilkan di satu sisi dan didinginkan di sisi lain. Pada satu elemen fenomena ini tidak akan terlihat, namun modul Peltier, yang elemennya terletak di antara dua pelat keramik, menciptakan perbedaan suhu yang signifikan.

Modul tersebut dapat digunakan sebagai pembangkit listrik jika didukung suhu yang berbeda piring Dalam hal ini, setiap elemen termoelektrik Peltier dihubungkan secara seri ke elemen tetangganya melalui jumper tembaga, dan arusnya dijumlahkan.

Keuntungan dan kerugian

Keuntungan dari TEM:

• ukuran kecil;
• reversibilitas proses;
• digunakan sebagai generator listrik atau lemari es.

Kerugian dari TEM termasuk biaya tinggi, efisiensi rendah (tidak lebih dari 3%), konsumsi energi yang tinggi dan kebutuhan untuk menjaga perbedaan suhu.

Kulkas dari modul Peltier

Elemen Peltier untuk mendinginkan prosesor dengan lebih efisien elemen standar. Pada saat yang sama, yang terakhir tetap ada, tetapi hanya digunakan untuk menghilangkan panas dari ruang tertutup komputer.

Saat mendesainnya sebagai pendingin sarana elektronik Fitur-fitur berikut harus diperhitungkan.

1. Kekuatan berhubungan langsung dengan ukuran modul. Perangkat kecil tidak akan menciptakan tingkat pendinginan yang diperlukan. Misalnya, mereka tidak akan memastikan kondisi suhu prosesor normal. Modul yang terlalu kuat menyebabkan munculnya uap air, yang menyebabkan korsleting pada elektronik, karena jarak antara elemen konduktif pada papan sirkuit tercetak kecil.
2. Modul Peltier sendiri perlu didinginkan menggunakan kipas dan heatsink karena menghasilkan banyak panas. Hal ini diperlukan untuk menurunkan suhu di ruang tertutup komputer dan menormalkan kondisi pengoperasian elemen lainnya.
3. Modul Peltier merupakan beban tambahan pada catu daya.
4. Setelah kegagalan, lemari es menjadi isolator antara radiator dan elemen yang didinginkan, yang dapat menyebabkan keluar cepat yang terakhir gagal karena terlalu panas.
5. Prosesor modern dapat mengubah konsumsi energi selama pengoperasian, yang memiliki efek menguntungkan pada keseimbangan termal, tetapi tidak selalu saat menggunakan modul Peltier. Lemari es dasar dirancang untuk pengoperasian terus-menerus dan tidak disarankan untuk digunakan bersamaan dengan program pendinginan.

Pelepasan panas

Efek pendinginan TEM kecil, namun menghasilkan banyak panas. Saat digunakan di satuan sistem, suhu di dalam meningkat secara signifikan, mempengaruhi pengoperasian peralatan lainnya. Sarana tambahan Untuk menguranginya, digunakan kipas dan radiator yang menghasilkan pembuangan panas.

Rezim termal modul harus dihitung dengan benar sehingga tidak terjadi panas berlebih dan kondensasi tidak terbentuk pada modul papan elektronik. Pendingin Peltier dipilih dengan daya optimal, yang penting untuk memastikan rasio suhu di dalam casing, objek pendingin, dan kelembapan udara yang benar.

Elemen Peltier: karakteristik

TEM dipilih berdasarkan parameter termoelektrik.

Perhitungan dayanya adalah sebagai berikut.

1. Tegangan maksimum yang diijinkan U max (V) dipilih dan ketergantungan U(I) ditemukan dari grafik kekuatan maksimum arus I max (A) yang mengalir melalui modul Peltier. Di sini penting bahwa nilainya berada dalam batas peningkatan ketergantungan perbedaan suhu pada arus dT(I) = T h - T s.
2. Berdasarkan nilai I yang ditetapkan, karakteristik dT(Q) dipilih, di mana Q adalah daya termal elemen yang didinginkan.
3. Berdasarkan nilai dT dan T h yang diketahui, T c = T h - dT ditentukan.

Karakteristik dT(Q) menunjukkan bahwa dengan meningkatnya daya termal yang dilepaskan, perbedaan dT menurun. Hal ini dapat dibuat lebih besar dengan meningkatkan arus yang melalui modul, yang pada gilirannya harus dibatasi.

Contoh perhitungan

Data awal: U = 12 V, Q c = 60 W dan T h = 50 °C.

Pada tegangan 12 V, dengan menggunakan karakteristik U(I) kita mencari arus I = 5 A.

Untuk arus 5 A, beda suhu dT = 4 K. Maka T c = T h - dT = 50 - 4 = 46 °C.

Dengan menggunakan modul yang lebih kuat, Anda dapat meningkatkan dT. Untuk modul 131 W, dimana I maks = 8,5 A, U maks = 28,8 V dan sebuah benda dengan daya pembangkit panas 60 W, perbedaan suhunya adalah 40 °C. Maka T c = 50 - 40 = 10 °C.

Saat memilih TEM berdasarkan daya, jangan lupa berapa banyak panas yang akan dihasilkannya. Aliran panas ini harus dihilangkan dengan bahan pendingin yang sesuai. Ketika cara tradisional tidak dapat mengatasi pembangkitan panas, pendingin air digunakan.

AC

Efisiensi AC berbasis elemen Peltier sebanding dengan ukurannya. Prinsip pengoperasian dan keunggulannya sama dengan lemari es. Masalahnya adalah pembuangan panas ke luar ruang yang didinginkan.

AC memerlukan 2 buah pendingin, dimana salah satunya membuang udara dingin dan satu lagi membuang udara panas. mobil menggunakan aki, dan untuk ruangan catu daya lama komputer pribadi.

Satu modul tidak akan cukup untuk mengoperasikan perangkat. Biasanya, beberapa elemen digunakan, direkatkan dengan pasta termal.

Kulkas buatan sendiri

Efek Peltier digunakan untuk membuat lemari es portabel. Modul dapat dibeli seharga 300-500 rubel, dan radiator dengan kipas diambil dari komputer lama. Sebagai wadah, Anda dapat menggunakan wadah plastik, kayu lapis, atau logam apa saja, dilapisi bagian luar dan dalam dengan pelat insulasi panas (plastik busa, penoplex, dll.) dengan lapisan aluminium foil reflektif.

Lebih mudah memasang modul Peltier di penutupnya, tetapi juga dapat dipasang di dinding rumahan. Jika terletak di bagian atas wadah, suhu dingin akan bergerak ke bawah, memastikan suhu di dalam merata.

Dari dalam, heatsink direkatkan ke modul menggunakan pasta termal, yang juga ditempelkan pada penutup. Anda dapat merekatkan dua modul satu sama lain, tetapi jangan bingung polaritasnya. Sisi panas dari elemen bawah harus bersentuhan dengan sisi dingin di atas. Ini akan meningkatkan efisiensi pendinginan.

Radiator dengan kipas dari pendingin komputer direkatkan ke bagian luar modul, dan juga dipasang ke penutup dengan sekrup atau sekrup sadap sendiri. Pengencang pada sisi panas dan dingin harus diisolasi satu sama lain, dan tutupnya harus diisi dengan perekat lelehan panas.

Penting! Pengencang radiator harus dikencangkan dengan hati-hati agar pelat keramik modul tidak retak.

Gasket insulasi panas dipasang di bagian dalam tutupnya. Untuk meningkatkan isolasi termal, elemen-elemen ditutup di ujungnya dengan bingkai yang terbuat dari isolasi termal.

Listrik terhubung ke catu daya.

Generator listrik dari modul Peltier

Elemen Peltier, yang prinsip operasinya dapat dibalik, digunakan untuk membuat pembangkit listrik mini tanpa adanya sumber listrik. Untuk merakit TEG Anda memerlukan elemen berikut:

1. Modul Peltier mampu menahan suhu mulai dari 300 °C. Model TES-12712 dengan dimensi sisi pelat persegi 40, 50 dan 60 mm adalah umum. Jika Anda memilih suatu produk ukuran maksimum, satu elemen cukup untuk diisi ulang telepon genggam. Arus maksimum ditunjukkan oleh dua digit terakhir penandaan - 12 a.
2. Tingkatkan konverter. Generator mungkin tidak memberikan tegangan yang diperlukan dan harus ditingkatkan. Untuk mengisi daya gadget, sebaiknya pilih perangkat dengan konektor USB.
3. Pemanas dan pendingin. Untuk kondisi pendakian atau dacha, sumber pemanas api yang cocok: kompor buatan sendiri, lampu, lilin, api. Solusi modern adalah pemanas katalitik, yang memungkinkan Anda mengisi ulang ponsel Anda saat bepergian. Udara atau air dapat digunakan untuk pendinginan.
4. Desain. Elemen buatan sendiri Peltier terdiri dari wadah tempat api dinyalakan, dan modul ditempelkan di bagian luar dengan pasta termal. Itu terhubung melalui kabel ke konverter tegangan. Penting di sini untuk tidak membuat perangkat terlalu panas. Untuk melakukan ini, radiator direkatkan ke sisi dingin modul.

Kesimpulan

Modul Peltier merupakan elemen yang banyak digunakan untuk mendinginkan peralatan elektronik modern. Mereka sangat diperlukan untuk normalisasi rezim termal prosesor yang kuat. Mereka digunakan untuk membuat lemari es kecil untuk mobil atau pondok dengan tangan mereka sendiri.

Karena prosesnya bersifat reversibel, sel-sel tersebut digunakan sebagai pembangkit listrik mini portabel di tempat-tempat yang tidak memiliki sumber listrik.

Elemen Peltier adalah konverter termoelektrik khusus yang beroperasi berdasarkan prinsip Peltier dengan nama yang sama - terjadinya perbedaan suhu selama suplai arus listrik. DI DALAM Bahasa inggris paling sering disebut sebagai TEC, yang berarti pendingin termoelektrik.

Bagaimana cara kerja elemen Peltier?

Pengoperasian elemen Peltier didasarkan pada kontak dua bahan konduktif yang memiliki tingkat energi elektron berbeda pada pita konduksi. Ketika arus listrik dialirkan melalui koneksi serupa, elektron memperoleh energi yang tinggi, untuk kemudian berpindah ke pita konduksi energi yang lebih tinggi dari semikonduktor lain. Pada saat energi ini diserap, area pendinginan konduktor menjadi dingin. Jika arus mengalir masuk arah sebaliknya– kemudian hal ini menyebabkan pemanasan pada titik kontak dan efek termal biasa.

Jika di satu sisi terdapat pembuangan panas yang baik, misalnya jika menggunakan sistem radiator, maka sisi dingin dapat memberikan suhu yang sangat rendah, yaitu puluhan derajat lebih rendah dari suhu dunia sekitarnya. Besarnya arus sebanding dengan derajat pendinginan. Jika Anda mengubah polaritas arus listrik, maka sisi-sisinya (hangat dan dingin) akan berpindah tempat.

Jika bersentuhan dengan permukaan logam, elemen Peltier menjadi sangat kecil sehingga hampir tidak mungkin terlihat dengan latar belakang pemanasan ohmik dan efek konduksi termal lainnya. Itulah sebabnya dalam praktiknya digunakan dua semikonduktor.

Jumlah termokopel bisa sangat beragam - dari 1 hingga 100, karena itu dimungkinkan untuk membuat elemen Peltier dengan hampir semua kapasitas pendinginan.

Penerapan Praktis

Saat ini, elemen Peltier aktif digunakan untuk:

1. lemari es;
2. AC;
3. pendingin mobil;
4. pendingin air
5. kartu video PC;

Elemen Peltier diterima aplikasi yang luas dalam berbagai sistem pendingin, termasuk lemari es dan AC. Kemampuannya untuk mencapai suhu yang sangat rendah menjadikannya solusi pendinginan yang sangat baik peralatan listrik atau peralatan teknis terkena pemanasan. Saat ini, pengembang menggunakan elemen Peltier dalam akustik dan sistem suara, di mana mereka bertindak sebagai pendingin biasa. Tidak adanya suara yang intens membuat proses pendinginan hampir senyap, yang merupakan keunggulan luar biasa dari elemen ini.

Saat ini, teknologi ini sangat populer karena sifatnya yang sangat pembuangan panas yang kuat. Selain itu, elemen Peltier modern berukuran sangat kompak, dan radiatornya mampu menampung banyak air suhu yang diinginkan untuk waktu yang lama. Keunggulan lain dari elemen Peltier adalah daya tahannya, karena... mereka terdiri dari elemen padat dan tidak bergerak, yang mengurangi kemungkinan kerusakan. Desain tipe yang paling umum terlihat sangat sederhana dan mencakup dua konduktor tembaga dengan kontak dan kabel penghubung, serta elemen isolasi, yang terbuat dari bahan baja tahan karat atau keramik.

Mengingat kesederhanaan desainnya, membuat elemen Peltier dengan tangan Anda sendiri di rumah sama sekali tidak sulit. Itu bisa digunakan untuk lemari es atau peralatan lainnya. Sebelum mulai bekerja, Anda perlu menyiapkan dua pelat logam dan kabel dengan kontak. Awalnya, siapkan konduktor yang perlu dipasang di dasar elemen. Biasanya, konduktor bertanda “PP” digunakan.

Penting juga untuk menjaga semikonduktor pada output terlebih dahulu. Mereka akan digunakan untuk memindahkan panas ke pelat atas. Gunakan besi solder selama pemasangan. Pada tahap akhir Anda perlu menghubungkan dua kabel. Yang pertama dipasang di pangkalan dan dipasang dengan kuat di dekat konduktor terluar. Penting untuk memastikan bahwa segala kontak dengan pelat dihilangkan.

Konduktor kedua dipasang di bagian atas. Itu dipasang dengan cara yang sama seperti yang pertama - ke konduktor terluar. Untuk memeriksa fungsionalitas perangkat, Anda harus menggunakan penguji. Cukup sambungkan dua kabel ke perangkat dan periksa voltase. Penyimpangan tegangan akan menjadi berada di suatu tempat sekitar 23 V.

Bagaimana cara membuat elemen Peltier untuk lemari es?

Elemen Peltier untuk lemari es buatan sendiri juga mudah dan cepat dibuat. Hal pertama yang perlu Anda perhatikan sebelum bekerja adalah bahan pelatnya. Itu harus keramik yang tahan lama. Sedangkan untuk konduktor, mereka perlu bersiap minimal 20 buah, yang akan memungkinkan untuk mencapai perbedaan suhu maksimum. Jika dihitung dengan benar, koefisiennya tindakan yang berguna dapat ditingkatkan sebesar 70%.

Banyak hal tergantung pada kekuatan peralatan yang digunakan. Jika kulkas beroperasi berdasarkan freon cair, maka tidak akan ada masalah dengan listrik. Elemen Peltier yang dibuat dengan tangan dipasang langsung di sebelah evaporator yang dipasang bersamaan dengan motor. Untuk instalasi seperti itu, Anda perlu menyimpan persediaan sebanyak-banyaknya ditetapkan standar perkakas dan gasket. Mereka akan diterapkan pada elemen model dari relai awal. Dengan solusi ini, pendinginan di bagian bawah perangkat akan terjadi lebih cepat.

Perlu diingat bahwa sebelum Anda membuat elemen Peltier untuk lemari es dengan tangan Anda sendiri, Anda perlu menyimpan dalam jumlah yang cukup. konduktor listrik. Untuk mencapai perbedaan suhu saat mengembangkan elemen dengan tangan Anda sendiri, gunakan setidaknya 16 kabel. Pastikan untuk menyediakan insulasi berkualitas tinggi dan baru kemudian sambungkan ke kompresor. Setelah memastikan sambungan antar kabel dapat diandalkan dan aman, Anda dapat melanjutkan menyambungkannya. Setelah pemasangan selesai, periksa kembali kuat tegangan batasnya menggunakan tester. Jika pengoperasian elemen terganggu, hal ini akan mempengaruhi termostat terlebih dahulu. Terkadang terjadi korsleting.

Selain lemari es, elemen Peltier juga aktif digunakan pada pendingin mobil. Membuat kulkas mobil berkualitas dengan tangan Anda sendiri juga cukup sederhana. Untuk melakukan ini, Anda perlu mencari piring keramik yang bagus dengan ketebalan minimal 1,1 milimeter. Kabel harus non-modular. Yang terbaik adalah menggunakannya sebagai konduktor kabel tembaga Dengan keluaran tidak kurang dari 4 Ampere.

Dalam hal ini, penyimpangan suhu maksimum akan mencapai sepuluh derajat, yang dianggap normal. Dalam kasus yang sering terjadi, konduktor bertanda “PR20” digunakan, yang telah berhasil membedakan dirinya dengan keandalan dan stabilitas operasi maksimum. Selain itu, mereka cocok untuk berbagai jenis kontak. Saat menghubungkan perangkat ke kapasitor, Anda harus menggunakan besi solder.

Bagaimana cara membuat elemen Peltier untuk pendingin air minum?

Pendingin air minum sangat penting dan perangkat yang diperlukan, yang mendingin atau memanas pada waktunya air minum. Ke mempercepat proses pendinginan, Anda dapat menerapkan elemen Peltier. Anda dapat membuatnya sesederhana untuk lemari es atau pendingin mobil:

• Sebagai piring, Anda sebaiknya hanya menggunakan permukaan keramik.
• Perangkat ini menggunakan setidaknya 12 konduktor yang mampu menahan resistansi tinggi.
• Untuk menghubungkan, Anda perlu menggunakan dua kabel (sebaiknya tembaga). Elemen dipasang di bagian bawah pendingin. Selain itu, dapat mengenai penutup perangkat. Namun untuk mencegah kemungkinannya sirkuit pendek perbaiki semua kabel ke kisi-kisi atau rumahan.

Elemen Peltier DIY untuk AC

Jika kita berbicara tentang elemen Peltier untuk AC, maka hanya dapat dibuat dari konduktor “PR12”. Faktanya adalah konduktor jenis ini dapat menahan suhu abnormal dengan baik dan mampu mengalirkan tegangan hingga 23V. Resistansi harus berfluktuasi dalam 3 ohm. Perbedaan suhu maksimum akan mencapai 10 derajat dan efisiensinya mencapai 65 persen. Dibutuhkan konduktor berbaris.

Perlu dicatat bahwa elemen Peltier dapat berfungsi sebagai pendingin untuk kartu video komputer pribadi. Untuk membuat pendingin, Anda perlu mengambil 14 konduktor, sebaiknya terbuat dari tembaga. Untuk menghubungkan elemen Peltier ke kartu video PC, Anda perlu menggunakan konduktor non-modular. Perangkat itu sendiri dipasang di sebelah pendingin internal pada kartu video. Anda dapat menggunakan sudut logam kecil untuk mengencangkan, dan mur biasa untuk mengencangkan.

Jika Anda melihat adanya suara bising atau suara tidak wajar lainnya selama pengoperasian, ada baiknya memeriksa fungsi kabel dan memeriksa setiap konduktor.

Sedikit teori.

Elemen tunggal modul termoelektrik (TEM) adalah termokopel yang terdiri dari dua elemen berbeda dengan konduktivitas tipe p dan n. Elemen-elemen tersebut dihubungkan satu sama lain menggunakan pelat sambungan tembaga. Semikonduktor berbahan dasar bismut, telurium, antimon, dan selenium secara tradisional digunakan sebagai bahan elemen.

Modul termoelektrik (elemen Peltier) adalah sekumpulan termokopel yang dihubungkan secara elektrik, biasanya secara seri. Dalam modul termoelektrik standar, termokopel ditempatkan di antara dua pelat keramik aluminium oksida atau nitrida datar. Jumlah termokopel dapat sangat bervariasi - dari beberapa hingga ratusan pasang, yang memungkinkan pembuatan TEM dengan hampir semua daya pendinginan - dari sepersepuluh hingga ratusan watt.

Ketika arus listrik searah melewati modul termoelektrik, terjadi perbedaan suhu antara sisi-sisinya -satu sisi(dingin) didinginkan, dan yang lainnya (panas) dipanaskan. Jika pembuangan panas yang efektif diberikan pada sisi panas TEM, misalnya dengan menggunakan radiator, maka pada sisi dingin dapat diperoleh suhu yang puluhan derajat lebih rendah dari suhu. lingkungan. Tingkat pendinginan akan sebanding dengan arus. Ketika polaritas arus berubah, sisi panas dan dingin berpindah tempat.

Praktik.

Elemen pelte banyak digunakan dalam sistem pendingin. Namun tidak banyak orang yang mengetahui khasiatnya yang lain yaitu menghasilkan energi. Pekerjaan laboratorium ini dikhususkan untuk mempelajari kemampuan tersebut.

Elemen 50*50 mm, dipasang di antara dua batang aluminium. Permukaannya sudah digiling dan dilumasi dengan pasta KPT. Melalui lubang dibor di salah satu jeruji yang dilaluinya tabung tembaga, untuk pendingin air. Inilah yang terjadi:

Hubungkan air ke pendingin di satu sisi Elemen Peltier, dan taruh yang lainnya di atas kompor. Kami menghubungkan bola lampu 10W 6 volt ke output elemen. Hasilnya generator kita berfungsi!

Pengalaman membuktikan bahwa elemen Peltier menghasilkan listrik dengan baik. Lampu menyala cukup terang, tegangan sekitar 4,5 volt.

Pemanasan hingga 160 derajat tidak optimal; pada suhu 120 derajat, hasilnya hanya 10% lebih buruk.

Suhu cairan pendingin di saluran keluar sepuluh derajat, di saluran masuk lebih rendah satu derajat. Dilihat dari hasil ini, air tidak begitu diperlukan untuk pendinginan...

Dengan bantuan Elemen Peltier Anda dapat menghasilkan listrik dalam ekspedisi, dalam perjalanan berkemah, di pondok berburu musim dingin, dengan kata lain, di tempat mana pun yang mungkin memerlukannya. Wajar jika Anda memiliki kayu bakar atau sinar matahari yang cerah, dan tentunya sedikit kecerdikan.

Menggunakan modul termoelektrik.

Generator termoelektrik seperti itu diingat dengan baik oleh mereka yang mengingat negara Soviet dan pertanian kolektif. Mereka mengatakan bahwa selama perang, Jerman tidak dapat memahami bagaimana para partisan dapat melakukan siaran radio dalam waktu lama dari hutan yang terkepung.

Ya, seperti yang mereka katakan - jika ilmuwan kita dibayar dengan uang, mereka akan menemukan iPhone pada tahun 85! :-)

Kulkas termoelektrik

Kulkas termoelektrik (opsi 2)

Kulkas termoelektrik (opsi 3)

Pendingin mobil untuk minuman kaleng

Pendingin air minum

AC termoelektrik untuk kabin KAMAZ

Air dituangkan ke dalam “sendok”, dibakar dan, tolong, isi ulang ponsel Anda. Seluruh rahasianya ada di bawah, Peltier “terkubur” di sana

Mari kita lihat lebih dekat desain ini.

Saat ini, minat terhadap penggunaan modul generator termoelektrik semakin meningkat perangkat rumah tangga. Pertama-tama, ini menyangkut kemungkinan memberi daya pada konsumen listrik berdaya rendah - radio, telepon seluler dan satelit, komputer laptop, perangkat otomasi, dll. dari sumber panas yang ada. Generator termoelektrik, yang tidak memiliki bagian yang berputar, bergesekan, atau aus lainnya, memungkinkan Anda memperoleh listrik secara langsung dari sumber panas apa pun: gas buang dari mesin pembakaran internal, air panas dari sumber panas bumi, panas “limbah” dari pembangkit listrik tenaga panas, dll. . Dipandu oleh pengalaman yang diperoleh dalam pembuatan generator termoelektrik industri (TEGs) kekuatan yang berbeda- dari beberapa Watt hingga beberapa kiloWatt IPF CRYOTHERM dimulai produksi serial TEG rumah tangga daya terukur 8 W. Secara struktural, generator dibuat dalam bentuk ember aluminium dengan volume internal sekitar 1 liter, di bagian bawahnya dipasang modul generator yang diproduksi oleh IPF Kryotherm.

Perbedaan suhu yang diperlukan agar generator dapat beroperasi dicapai ketika sendok dipanaskan, misalnya dengan nyala api. Air yang dipanaskan di dalam sendok dapat digunakan untuk memasak atau keperluan lainnya. Generator ini terutama ditujukan untuk digunakan di tempat-tempat terpencil dan sulit dijangkau untuk mengisi ulang baterai peralatan komunikasi dan navigasi individu, penerangan, dll. Hal ini sangat diperlukan bagi pemburu, wisatawan, pelaut, pekerja penyelamat dan layanan khusus, dipaksa untuk waktu yang lama terletak jauh dari pusat pasokan listrik.

Keunggulan generator adalah bobot dan volumenya yang rendah, daya spesifik yang dihasilkan tinggi, fungsionalitas, dan keandalan yang tinggi. Desain generator menghilangkan kemungkinan panas berlebih saat penggunaan yang benar. Sebagai opsi tambahan Penstabil tegangan langkah dengan rentang 3 V - 6 V - 9V -12V dan adaptor untuk pengisi daya ditawarkan untuk generator.

GENERATOR TERMOELEKTRIK RUMAH TANGGA 1TG-8

Lembar data

Berat tanpa cairan, kg, tidak lebih dari 0,55

Dimensi keseluruhan, mm

tanpa pegangan250x130x110? 123, jam=100

Awal abad ke-19. Masa Keemasan Fisika dan Teknik Elektro. Pada tahun 1834, pembuat jam tangan dan naturalis Perancis Jean-Charles Peltier menempatkan setetes air di antara elektroda bismut dan antimon dan kemudian mengalirkan arus listrik melalui sirkuit. Yang membuatnya takjub, dia melihat tetesan itu tiba-tiba membeku.

Efek termal dari arus listrik pada konduktor telah diketahui, tetapi efek sebaliknya mirip dengan sihir. Perasaan Peltier dapat dipahami: fenomena di persimpangan dua bidang fisika yang berbeda - termodinamika dan listrik - masih membangkitkan perasaan keajaiban hingga saat ini.

Masalah pendinginan pada waktu itu tidak separah sekarang. Oleh karena itu, efek Peltier baru terjadi hampir dua abad kemudian, ketika perangkat elektronik, yang pengoperasiannya membutuhkan sistem pendingin mini. Harga diri Elemen pendingin Peltier berdimensi kecil, tidak adanya bagian yang bergerak, kemungkinan sambungan kaskade untuk memperoleh perbedaan suhu yang besar.

Selain itu, efek Peltier bersifat reversibel: ketika polaritas arus yang melalui modul diubah, pendinginan digantikan oleh pemanasan, sehingga sistem untuk pemeliharaan suhu yang tepat - termostat - dapat dengan mudah diterapkan di dalamnya. Kerugian dari elemen (modul) Peltier adalah efisiensinya yang rendah, yang memerlukan suplai nilai arus yang besar untuk memperoleh perbedaan suhu yang nyata. Juga sulit untuk menghilangkan panas dari pelat yang berlawanan dengan bidang yang didinginkan.

Tapi hal pertama yang pertama. Pertama, mari kita coba mempertimbangkan proses fisik yang bertanggung jawab atas fenomena yang diamati. Tanpa terjun ke dalam jurang perhitungan matematis, kita cukup mencoba memahami sifat dari fenomena fisik yang menarik ini.

Sejak yang sedang kita bicarakan tentang fenomena suhu, fisikawan, untuk kemudahan deskripsi matematis, mengganti getaran kisi atom suatu bahan dengan gas tertentu yang terdiri dari partikel - fonon.

Suhu gas fonon bergantung pada suhu lingkungan dan sifat logam. Maka logam apa pun merupakan campuran gas elektron dan fonon yang berada dalam kesetimbangan termodinamika ketika dua logam berbeda bersentuhan tanpa adanya bidang luar Gas elektron yang “lebih panas” menembus zona yang “lebih dingin”, menciptakan perbedaan potensial kontak yang terkenal.

Saat menerapkan beda potensial pada transisi, mis. Ketika arus mengalir melalui batas dua logam, elektron mengambil energi dari fonon satu logam dan mentransfernya ke gas fonon logam lainnya. Ketika polaritas berubah, perpindahan energi, yang berarti pemanasan dan pendinginan, berubah tanda.

Dalam semikonduktor, elektron dan “lubang” bertanggung jawab atas perpindahan energi, namun mekanisme perpindahan panas dan munculnya perbedaan suhu tetap sama. Perbedaan suhu meningkat hingga elektron berenergi tinggi habis. Kesetimbangan suhu terjadi. Ini adalah gambaran gambaran modern Efek Peltier.

Dari situ jelas bahwa efisiensi elemen Peltier tergantung pada pemilihan sepasang bahan, kekuatan arus dan laju pembuangan panas dari zona panas. Untuk material modern (biasanya semikonduktor), efisiensinya 5-8%.

Dan sekarang tentang penerapan praktis efek Peltier. Untuk meningkatkannya, pisahkan termokopel (persimpangan dua berbagai bahan) dikumpulkan dalam kelompok yang terdiri dari puluhan dan ratusan elemen. Tujuan utama modul tersebut adalah untuk mendinginkan benda kecil atau sirkuit mikro.

Modul pendingin termoelektrik

Modul efek Peltier banyak digunakan pada perangkat penglihatan malam dengan serangkaian penerima inframerah. Sirkuit berpasangan muatan (CCD), yang sekarang digunakan di kamera digital, memerlukan pendinginan mendalam untuk merekam gambar di wilayah inframerah. Modul Peltier mendinginkan detektor inframerah di teleskop, elemen aktif laser untuk menstabilkan frekuensi radiasi, dan dalam sistem waktu presisi. Tapi ini semua adalah aplikasi militer dan tujuan khusus.

Baru-baru ini, modul Peltier telah diterapkan pada produk rumah tangga. Terutama dalam teknologi otomotif: AC, lemari es portabel, pendingin air.

Contoh penggunaan praktis Efek Peltier

Penerapan modul yang paling menarik dan menjanjikan adalah peralatan komputer. Sorotan mikroprosesor, prosesor, dan chip kartu video berkinerja tinggi jumlah besar panas. Untuk mendinginkannya, kipas berkecepatan tinggi digunakan, yang menghasilkan kebisingan akustik yang signifikan. Penggunaan modul Peltier sebagai bagian dari sistem pendingin gabungan menghilangkan kebisingan dengan ekstraksi panas yang signifikan.

USB ringkas -kulkas menggunakan modul Peltier

Dan terakhir, pertanyaan logisnya: apakah modul Peltier akan menggantikan sistem pendingin konvensional dalam kompresi lemari es rumah tangga? Saat ini hal ini tidak menguntungkan dari segi efisiensi (efisiensi rendah) dan harga. Biaya modul yang kuat masih cukup tinggi.

Namun teknologi dan ilmu material tidak tinggal diam. Tidak menutup kemungkinan munculnya material baru yang lebih murah dengan efisiensi lebih tinggi dan koefisien Peltier yang tinggi. Saat ini sudah ada laporan dari laboratorium penelitian tentang sifat luar biasa dari bahan nanokarbon yang secara radikal dapat mengubah situasi sistem yang efisien pendinginan.

Ada laporan tentang efisiensi termoelektrik yang tinggi dari clastrates - larutan padat yang strukturnya mirip dengan hidrat. Ketika bahan-bahan ini meninggalkan laboratorium penelitian, lemari es yang benar-benar senyap dengan masa pakai tak terbatas akan menggantikan model rumah kita yang biasa.

P.S. Salah satu fitur paling menarik teknologi termoelektrik adalah bahwa hal itu tidak hanya dapat digunakan energi listrik untuk mendapatkan panas dan dingin, tetapi berkat itu kita juga bisa tapi lari proses sebaliknya, dan, misalnya, memperoleh energi listrik dari panas.

Contoh bagaimana Anda bisa memperoleh listrik dari panas menggunakan modul termoelektrik () Lihat ini video:

Apa pendapat Anda tentang ini? Saya menantikan komentar Anda!

Andrey Povny