Thiết bị làm lạnh và hệ thống làm mát không khí là những yếu tố thiết yếu của cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, thiết kế thể tích dựa trên chất làm lạnh tiêu chuẩn không thích hợp cho các ứng dụng di động như túi làm lạnh. Trong những trường hợp như vậy, các thiết bị dựa trên hoạt động của hiệu ứng Peltier được sử dụng, mà chúng tôi sẽ thảo luận chi tiết trong tài liệu này.
Phần tử Peltier hay bộ làm mát nhiệt điện dựa trên một cặp nhiệt điện gồm hai phần tử có độ dẫn điện loại p và n, được nối với nhau bằng một tấm đồng kết nối. Trong hầu hết các trường hợp, các chi tiết được làm bằng bitmut, Tellurium, antimon và selen. Các thiết bị như vậy được sử dụng trong các hệ thống làm mát trong nước, chúng cũng có khả năng tạo ra năng lượng.
Nội dung
Nó là gì
Hiện tượng và thuật ngữ Peltier gợi ý một khám phá được thực hiện vào năm 1834 bởi nhà khoa học người Pháp Jean-Charles Peltier.Bản chất của khám phá là nhiệt liên tục được giải phóng hoặc hấp thụ trong khu vực có sự tiếp xúc giữa hai vật dẫn có hướng khác nhau mà dòng điện chạy qua.
Lý thuyết cổ điển giải thích hiện tượng này theo cách này: với sự trợ giúp của dòng điện, các electron được chuyển giữa các kim loại, tăng tốc hoặc chậm lại, tùy thuộc vào hiệu điện thế tiếp xúc trên dây dẫn kim loại với các mức độ dẫn điện khác nhau. Do đó, các phần tử Peltier góp phần chuyển đổi động năng thành nhiệt năng.
Trên dây dẫn thứ hai, hiệu ứng ngược lại xảy ra, khi cần bổ sung năng lượng dựa trên định luật vật lý cơ bản. Tình trạng này xảy ra do quá trình dao động nhiệt, kết quả là kim loại của vật dẫn thứ hai bị nguội đi.
Với sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại, người ta có thể chế tạo mô-đun Peltier với hiệu ứng nhiệt điện tối đa.
Thiết bị và nguyên lý hoạt động
Mô-đun Peltier hiện đại là một thiết kế trong đó có hai tấm cách điện và các cặp nhiệt điện được kết nối giữa chúng theo trình tự nghiêm ngặt. Sơ đồ tiêu chuẩn của phần tử này để hiểu rõ hơn về hoạt động của nó được thể hiện trong hình.
Các chỉ định của các yếu tố cấu trúc:
- A - các tiếp điểm, với sự trợ giúp của việc kết nối với nguồn điện được thực hiện;
- B - bề mặt nóng;
- C - mặt lạnh;
- D - ruột dẫn bằng đồng;
- E là chất bán dẫn tiếp giáp p;
- F là chất bán dẫn loại n.
Phần tử được tạo ra để cả hai bề mặt đều tiếp xúc với các điểm nối p-n hoặc n-p, dựa trên cực. Tiếp điểm p-n nóng lên, và nhiệt độ n-p giảm.Kết quả là, một chênh lệch nhiệt độ DT xuất hiện ở các đầu của phần tử. Hiệu ứng này có nghĩa là nhiệt năng di chuyển giữa các phần tử của mô-đun điều chỉnh chế độ nhiệt độ phụ thuộc vào cực. Cũng cần lưu ý rằng trong trường hợp phân cực thay đổi, bề mặt nóng và lạnh thay đổi.
Thông số kỹ thuật
Các thông số kỹ thuật của phần tử Peltier giả định các giá trị sau:
- công suất làm mát (Qmax) - được tính toán trên cơ sở giới hạn dòng điện và chênh lệch nhiệt độ giữa các đầu của mô-đun. Đơn vị đo - Watt;
- giới hạn chênh lệch nhiệt độ (DTmax) - được đo bằng độ, đặc tính này được đưa ra cho các điều kiện tối ưu;
- Imax là dòng điện tối đa cần thiết để tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn hơn;
- điện áp giới hạn Umax, yêu cầu này để dòng điện Imax đạt được chênh lệch nhiệt độ lớn nhất DTmax;
- Điện trở - điện trở bên trong của thiết bị, được đo bằng Ohms;
- COP là hệ số hiệu suất hoặc hiệu suất của mô-đun Peltier, phản ánh tỷ lệ giữa làm mát và tiêu thụ điện năng. Tùy thuộc vào các tính năng của thiết bị, đối với các thiết bị rẻ tiền, chỉ số này nằm trong khoảng 0,3-0,35, đối với các mẫu đắt tiền hơn, chỉ số này dao động lên đến 0,5.
Ưu điểm của phần tử Peltier di động là kích thước nhỏ, khả năng đảo ngược của quá trình, cũng như khả năng sử dụng nó như một máy phát điện di động hoặc tủ lạnh.
Nhược điểm của mô-đun là giá thành cao, hiệu suất thấp trong vòng 3%, chi phí năng lượng cao và cần phải liên tục duy trì sự chênh lệch nhiệt độ.
Đăng kí
Ngay cả khi tính đến hệ số hiệu quả thấp, các tấm trong mô-đun Peltier vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo lường, máy tính cũng như trong các thiết bị gia dụng cầm tay. Dưới đây là danh sách các thiết bị trong đó các mô hình là một phần không thể thiếu:
- thiết bị điện lạnh di động;
- máy phát điện nhỏ;
- phức hợp làm mát trong PC và máy tính xách tay;
- máy làm mát để làm nóng và làm mát nước uống;
- máy sấy khí.
Làm thế nào để kết nối
Bạn có thể tự kết nối mô-đun Peltier mà không cần nhiều thời gian và công sức. Các tiếp điểm đầu ra phải được cung cấp điện áp không đổi, được chỉ ra trong hướng dẫn vận hành cho thiết bị. Dây màu đỏ nối với cực dương và dây màu đen nối với cực âm. Lưu ý rằng khi đảo cực, các bề mặt được làm nóng và nguội sẽ chuyển vị trí cho nhau.
Trước khi kết nối, nên kiểm tra khả năng hoạt động của phần tử. Một trong những cách đơn giản và đáng tin cậy để kiểm tra thiết bị là phương pháp xúc giác: đối với cách này, bạn cần kết nối thiết bị với nguồn dòng điện và chạm vào các điểm tiếp xúc khác nhau. Trong một thiết bị hoạt động bình thường, một số địa chỉ liên hệ sẽ ấm, trong khi những địa chỉ liên hệ khác sẽ nguội.
Bạn cũng có thể kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng và bật lửa. Để làm điều này, bạn cần kết nối các đầu dò với các tiếp điểm của thiết bị, đưa bật lửa sang một bên và quan sát số đọc của đồng hồ vạn năng. Nếu phần tử Peltier đang hoạt động ở chế độ tiêu chuẩn, trong quá trình làm nóng, một dòng điện sẽ được tạo ra ở một bên và dữ liệu điện áp sẽ được hiển thị trên màn hình vạn năng.
Cách tạo phần tử peltier do-it-yourself
Phần tử Peltier không thực tế để sản xuất tại nhà do chi phí thấp và cần có kiến thức đặc biệt để tạo ra phần tử khả thi. Tuy nhiên, bạn có thể tự tay mình lắp ráp một máy phát nhiệt điện di động hiệu quả, sẽ rất hữu ích khi ở trong nước hoặc trong một chuyến đi cắm trại.
Để ổn định điện áp, bạn sẽ cần phải tự mình lắp ráp một bộ chuyển đổi tiêu chuẩn trên chip IC L6920. Một điện áp 0,8-5,5 V phải được đặt vào đầu vào của thiết bị, và ở đầu ra nó sẽ tạo ra 5 V, giá trị này đủ để sạc pin của thiết bị di động ở chế độ tiêu chuẩn. Nếu sử dụng thiết bị Peltier điện tử tiêu chuẩn, thì giới hạn nhiệt độ của bề mặt được nung nóng là 150 độ. Để dễ kiểm soát nhiệt độ, nên sử dụng ấm đun nước sôi, khi đó model sẽ không nóng quá 100 độ.
Tấm Peltier được sử dụng rộng rãi để làm mát các thiết bị gia dụng hiện đại, trong điều hòa nhiệt độ, hiệu quả của thiết bị đã được chứng minh, cụ thể là ổn định chế độ nhiệt và làm mát một bộ vi xử lý mạnh mẽ. Trên cơ sở yếu tố Peltier, tủ lạnh di động hiệu quả thường được sản xuất tại nhà cho các ngôi nhà nhỏ hoặc ô tô vào mùa hè, cung cấp năng lượng cho bộ tản nhiệt. Do tính thuận nghịch của quá trình, các phần tử tự tạo được sử dụng như các nhà máy điện nhỏ di động ở những khu vực không có nguồn điện.
Các bài tương tự:
