Αρχή Peltier. Στοιχείο Peltier στα χέρια ενός οικιακού τεχνίτη

Chercher Ηλεκτρονικήστα όρια δύο μετάλλων: του βισμούθιου και του αντιμονίου. Αποτελούνταν από μια απότομη αλλαγή στη θερμοκρασία μιας σταγόνας νερού που τοποθετήθηκε μεταξύ των επαφών, η οποία μετατράπηκε σε πάγο όταν εφαρμόστηκε ρεύμα. Αυτή η ιδιότητα έγινε νέα για τον ωρολογοποιό, γιατί μέχρι εκείνη τη στιγμή κανένας επιστήμονας στον κόσμο δεν είχε παρουσιάσει ποτέ τέτοιες πληροφορίες στα υλικά του.

Αν και το αποτέλεσμα ήταν ενδιαφέρον, δεν βρήκε πρακτική εφαρμογή εκείνη την εποχή, κάτι που οφειλόταν μια μικρή ποσότητα ηλεκτρονική τεχνολογία, που θα απαιτούσε εντατική ψύξη. Μετά από 2 αιώνεςη ανακάλυψη του επιστήμονα έμεινε στη μνήμη γιατί υπήρχε επείγουσα ανάγκη να κατασκευαστεί μια συσκευή που θα μπορούσε να παρέχει υψηλής ποιότητας ψύξηκρύσταλλο ενός μικροεπεξεργαστή θέρμανσης.

Ως αποτέλεσμα πολυάριθμων μελετών σε αυτόν τον τομέα και τεράστιο ποσόΜέσα από πρακτικά πειράματα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ένα θερμοηλεκτρικό ζευγάρι μπορεί να παράγει αρκετό κρύο κανονική λειτουργίασχεδόν κάθε μικροεπεξεργαστής. Και χάρη στο μικρό τους μέγεθος, έχουν μάθει να τα ενσωματώνουν σε περιβλήματα μικροκυκλωμάτων, παρέχοντας έτσι τη δική τους εσωτερική γεννήτρια κρύου.

Η ανακάλυψη του Jean-Charles Pelte ήταν μια τεράστια ώθηση για ολόκληρη τη βιομηχανία για την παραγωγή κινητών ψυκτικών μονάδων. Σήμερα η ιδιότητα ενός θερμοηλεκτρικού στοιχείου χρησιμοποιείται στις ακόλουθες τεχνικές:

• φορητά ψυγεία?
• κλιματιστικά αυτοκινήτου?
• φορητά ψυγεία?
• κάμερες, τηλεσκόπια και πολλά άλλα.

Χρησιμοποιούνται ενεργά για την ψύξη μικροεπεξεργαστών και άλλων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Εκτός από το άμεσο αποτέλεσμα ψύξης, πολλοί άρχισαν να χρησιμοποιούν το στοιχείο Peltier ως γεννήτρια. Ένα παράδειγμα του τι θα μπορούσε να είναι φακός με 3 στοιχεία.

Λίγοι γνωρίζουν ότι για να πραγματοποιήσουν ραδιοφωνική επικοινωνία με την εντολή, οι στρατιώτες έβαλαν μια ειδική κατσαρόλα στη φωτιά και παρασκεύασαν τσάι, ετοίμασαν χυλό και άλλα είδη οικιακής χρήσης και ταυτόχρονα πραγματοποίησαν τη μετάδοση απαραίτητες πληροφορίεςμέσω φορητού ραδιοφώνου.

Πώς να φτιάξετε ένα στοιχείο Peltier με τα χέρια σας;

Πολλοί άνθρωποι ενδιαφέρονται για το ερώτημα, τι είναι ένα στοιχείο Peltier με τα χέρια τους, πώς να το φτιάξετε στο σπίτι; Αυτό θα απαιτήσει υψηλής ακρίβειας δοσομετρική προσθήκη διαφόρων ουσιών και υλικών. Φτιάξτε στο σπίτι παρόμοια συσκευήαδύνατο, γιατί απαιτεί τεχνολογία και κατοχή αναγκαίες μεθόδουςεπεξεργασία μετάλλων. Επίσης, απαιτούνται ιδιαίτερα αγνά υλικά στα ίδια εργαστήρια, κάτι που είναι αδύνατο να επιτευχθεί στο σπίτι. Ως εκ τούτου, στο ερώτημα πώς να το κάνουμε θερμοηλεκτρική μονάδα Peltier, η απάντηση μπορεί να είναι ξεκάθαρη. Αποκλείεται. Αλλά για να δημιουργηθεί ένα αποτελεσματικό σύστημα ψύξης, οι υπάρχουσες δεξιότητες είναι αρκετά.

Κατασκευή στοιχείου Peltier από διόδους

Υπάρχει μια άποψη για το τι μπορεί να γίνει θερμοηλεκτρική μονάδα διόδου. Το γεγονός είναι ότι κάθε ζεύγος ανόμοιων ημιαγωγών είναι δύο υλικά με αγωγιμότητα p και n. Και μια δίοδος είναι ακριβώς αυτό. Για να ανιχνεύσετε αλλαγές στην αγωγιμότητα όταν θερμαίνεται, είναι απαραίτητο να επιλέξετε ορισμένα στοιχεία. Αλλά καμία δίοδος δεν θα βοηθήσει στην επίτευξη χαμηλής θερμοκρασίας στην επιφάνεια της συσκευής. Κατά την υποβολή υψηλό ρεύμαΜπορείτε να πετύχετε μόνο ζέσταμα.

Οι ραδιοερασιτέχνες χρησιμοποιούν διόδους χαμηλής κατανάλωσης σε γυάλινη θήκη ως αισθητήρα θερμοκρασίας. Όταν συνδέονται προς την αντίθετη κατεύθυνση και θερμαίνονται, η διασταύρωση αρχίζει να ανοίγει και να επιτρέπει στο ρεύμα να περάσει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αλλά δεν θα παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Πώς λειτουργεί το στοιχείο Pelte;

Μια θερμοηλεκτρική μονάδα Peltier σε απλοποιημένη μορφή είναι ένα ζεύγος πλακών από διαφορετικά μέταλλα, τα οποία μπορεί να είναι βισμούθιο, αντιμόνιο, τελλούριο ή σελήνιο. Ανάμεσά τους υπάρχει ένα ζεύγος ημιαγωγών τύπου n και p με διαφορετική αγωγιμότητα. Όλα σχηματίζονται από διαφορετικά μέταλλα θερμοηλεκτρικά ζευγάριασυνδεδεμένο σε σειρά σε ένα μόνο κύκλωμα. Το αποτέλεσμα είναι ένα είδος μήτρας μεγάλου αριθμού μεμονωμένων θερμοστοιχείων που βρίσκονται ανάμεσα σε δύο κεραμικές πλάκες.

Η θερμοηλεκτρική μονάδα που σχηματίζεται από θερμοστοιχεία κατασκευάζεται σε ένα ενιαίο περίβλημα μικρού μεγέθους. Όταν είναι διαδοχικά ή παράλληλη σύνδεσηΜπορείτε να επιτύχετε ενισχυμένο αποτέλεσμα ψύξης ή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σε ψυχρότερη λειτουργία, ο θετικός ακροδέκτης της μήτρας συνδέεται στο πρώτο ζεύγος με έναν αγωγό τύπου n, η αρνητική επαφή συνδέεται με αγωγούς τύπου p. Ως εξωτερικές επενδύσεις χρησιμοποιούνται ειδικά κεραμικά με βάση το οξείδιο του αλουμινίου και το νιτρίδιο. Αυτό παρέχει καλύτερη απόδοσημεταφορά θερμότητας και στις δύο πλευρές τόσο σε υψηλές όσο και σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Αριθμός θερμοστοιχείων στη μονάδαδεν περιορίζεται με τίποτα και μπορεί να φτάσει και αρκετές εκατοντάδες. Όσο περισσότερα είναι, τόσο καλύτερο γίνεται αισθητό το αποτέλεσμα ψύξης. Για να αυξηθεί η απόδοση του στοιχείου Peltier, ένα ψυγείο με τη μεγαλύτερη επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας προσαρτάται στην ψυχρή πλευρά του. Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πλακών πρέπει να είναι τουλάχιστον δύο δεκάδες μοίρες.

Όταν εφαρμόζεται τάση στις πλάκες, η μία πλευρά γίνεται ζεστή και η άλλη κρύα. Όταν η πολικότητα της τάσης τροφοδοσίας αλλάζει, η θερμοκρασία των πλακών αλλάζει θέσεις.

Λαμβάνοντας υπόψη την πολυπλοκότητα και τη δυνατότητα κατασκευής, δεν είναι δυνατό να φτιάξετε ένα θερμοηλεκτρικό στοιχείο με τα χέρια σας. Αλλά και πάλι υπάρχουν τεχνίτες που προσφέρουν τις εξελίξεις τους. Το αποτέλεσμα παρατηρείται, αλλά είναι αδύνατο να επιτευχθεί αύξηση της απόδοσης χωρίς ειδικό ερευνητικό εργαστήριο. Μπορείτε ακόμη να βρείτε ένα βίντεο για αυτό το θέμα με οδηγίες βήμα προς βήμα.

Χαρακτηριστικά του στοιχείου Peltier

Στα χαρακτηριστικά στοιχείο που βασίζεται σε διμεταλλικά ζεύγηθα πρέπει να περιλαμβάνει:

Εμφάνιση φόρμουλας

Το φαινόμενο Peltier περιλαμβάνει τη ροή του ρεύματος μέσω της επαφής δύο μετάλλων με διαφορετική αγωγιμότητα. Ως αποτέλεσμα, απελευθερώνεται θερμότητα ή κρύο, το οποίο εξαρτάται από την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος.

Στην έκφραση τύπου, το φαινόμενο Peltier μπορεί να απεικονιστεί:

Q p=P12 j, όπου P12 είναι ο συντελεστής Peltier. Ο δείκτης εξαρτάται από τον τύπο του μετάλλου που χρησιμοποιείται και τις θερμοηλεκτρικές του ιδιότητες.

Εκτός από τα πλεονεκτήματα, η συσκευή έχει επίσης ορισμένα μειονεκτήματα, τα οποία περιλαμβάνουν:

Χαμηλή απόδοση. Για να επιτευχθεί σημαντική διαφορά θερμοκρασίας, είναι απαραίτητο να τροφοδοτηθεί επαρκώς μεγάλο ρεύμα στις πλάκες.

Για να αφαιρέσετε αποτελεσματικά τη θερμική ενέργεια, είναι απαραίτητο να παρέχετε ένα ψυγείο.

Λειτουργία γεννήτριας του στοιχείου Peltier

Η ανακάλυψη του Jacques-Charles Peltier κυριολεκτικά ανέτρεψε τον κόσμο, αφού η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καθολική γεννήτρια θερμότητας και κρύου. Εκτός από αυτές τις λειτουργίες, σημειώθηκε ένα άλλο σημαντικό αποτέλεσμα - η λειτουργία γεννήτριας. Εάν η θερμή πλευρά της συσκευής θερμαίνεται και η ψυχρή πλευρά ψύχεται, τότε εμφανίζεται μια διαφορά δυναμικού στους ακροδέκτες και όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, το ρεύμα αρχίζει να ρέει.

Γεννήτρια βασισμένη σε στοιχείο PeltierΜπορείτε να το κάνετε μόνοι σας και δεν απαιτεί ειδικές δεξιότητες. Αλλά θα πρέπει να καταλάβετε ότι το υλικό που χρησιμοποιείται από τους Κινέζους προγραμματιστές δεν έχει ιδανικά χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να λαμβάνουν τη μέγιστη ενέργεια. Οι διαθέσιμες θερμοηλεκτρικές μονάδες προς πώληση επαρκούν για:

• φόρτιση κινητών συσκευών·
• Τροφοδοτικό για φωτισμό LED.
• κατασκευή αυτόνομου ραδιοφωνικού δέκτη και άλλους σκοπούς.

Μπορείτε να βρείτε πολλά βίντεο για αυτό το θέμα από λεπτομερής περιγραφήόλα τα στάδια. Επομένως, εάν θέλετε να φτιάξετε μια θερμοηλεκτρική μονάδα για την παραγωγή ενέργειας, τότε αυτό είναι πολύ πιθανό.

Το πρώτο βήμα είναι να παραγγείλετε τον απαιτούμενο αριθμό στοιχείων Peltier, λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά τους. Μια συσκευή με ισχύ 10 W στο ίδιο e-Bay κοστίζει 15 $. Και αυτό θα είναι αρκετό για τη φόρτιση smartphone. Στη συνέχεια, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η αποτελεσματική απομάκρυνση της θερμότητας. Για τους σκοπούς αυτούς, μπορείτε να σχεδιάσετε ένα σύστημα ψύξης υγρού με φυσική κυκλοφορία. Και θερμαίνετε την καυτή πλευρά με οποιαδήποτε πηγή θερμότητας, συμπεριλαμβανομένης της ανοιχτής φωτιάς. Ως αποτέλεσμα οποιονδήποτε ραδιοερασιτέχνημπορεί να φτιάξει μόνος του μια εξαιρετική θερμοηλεκτρική γεννήτρια, την οποία μπορείτε να πάρετε μαζί σας σε πεζοπορία, ψάρεμα ή στην εξοχή.

Μια τυπική κυψέλη παράγει ισχύ 5 V και 1 W, η οποία είναι αρκετή για μικρό φωτισμό. Για παράδειγμα, για την κατασκευή ενός φακού που θερμαίνεται από τη θερμότητα των χεριών σας. Διατίθενται επίσης προς πώληση έτοιμα στοιχεία με τάσεις εξόδου έως 12 V.

Φορητή θερμοηλεκτρική σόμπα με λειτουργία γεννήτριας

Σήμερα μπορείτε να βρείτε πολλούς τρόπους για να φτιάξετε μια αρκετά αποδοτική θερμοηλεκτρική γεννήτρια με βάση ένα στοιχείο Peltier με τα χέρια σας. Ως ένας από αυτούς - φορητή σόμπα με τζάκιαπό παλιά μονάδα υπολογιστήθρέψη. Το ίδιο το θερμοηλεκτρικό στοιχείο Peltier είναι προσαρτημένο σε μία από τις πλευρές της θήκης μέσω θερμικής πάστας με ένα εντυπωσιακό μέγεθος καλοριφέρ. Αυτή η εγκατάσταση θα σας επιτρέψει να πάρετε θερμότητα σε οποιοδήποτε βολικό μέρος, να μαγειρέψετε φαγητό και να φορτίσετε το τηλέφωνό σας.

Το θερμοστοιχείο (μονάδα Peltier) λειτουργεί με την αντίστροφη αρχή ενός θερμοστοιχείου - την εμφάνιση διαφοράς θερμοκρασίας όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα.

Πώς λειτουργεί το στοιχείο Peltier;

Είναι πολύ απλό να χρησιμοποιήσετε μια μονάδα Peltier, η αρχή της οποίας είναι να απελευθερώνει ή να απορροφά θερμότητα τη στιγμή της επαφής διαφορετικά υλικάόταν η ροή ενέργειας των ηλεκτρονίων διέρχεται από αυτό πριν και μετά την επαφή, είναι διαφορετική. Εάν είναι λιγότερο στην έξοδο, σημαίνει ότι εκεί παράγεται θερμότητα. Όταν τα ηλεκτρόνια σε επαφή αναστέλλονται ηλεκτρικό πεδίο, μεταφέρουν κινητική ενέργεια στο κρυσταλλικό πλέγμα θερμαίνοντάς το. Εάν επιταχυνθούν, απορροφάται θερμότητα. Αυτό συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι μέρος της ενέργειας λαμβάνεται από το κρυσταλλικό πλέγμα και ψύχεται.

Σε μεγάλο βαθμό, αυτό το φαινόμενο είναι εγγενές στους ημιαγωγούς, γεγονός που εξηγείται από τη μεγάλη διαφορά στα φορτία.

Η μονάδα Peltier, η εφαρμογή της οποίας είναι το θέμα της ανασκόπησής μας, χρησιμοποιείται στη δημιουργία θερμοηλεκτρικών συσκευών ψύξης (TEC). Το απλούστερο από αυτά αποτελείται από δύο ημιαγωγούς τύπου p και n που συνδέονται σε σειρά μέσω επαφών χαλκού.

Εάν τα ηλεκτρόνια μετακινηθούν από έναν ημιαγωγό "p" στο "n", στην πρώτη ένωση με μια μεταλλική γέφυρα ανασυνδυάζονται, απελευθερώνοντας ενέργεια. Η επόμενη μετάβαση από τον ημιαγωγό "p" στον χάλκινο αγωγό συνοδεύεται από το "τράβηγμα" ηλεκτρονίων μέσω της επαφής από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή η διαδικασίαοδηγεί σε απορρόφηση ενέργειας και ψύξη της περιοχής γύρω από την επαφή. Οι διεργασίες συμβαίνουν με παρόμοιο τρόπο στις ακόλουθες μεταβάσεις.

Όταν οι θερμαινόμενες και ψυχόμενες επαφές βρίσκονται σε διαφορετικά παράλληλα επίπεδα, το αποτέλεσμα θα είναι πρακτική εφαρμογήτρόπος. Οι ημιαγωγοί κατασκευάζονται από σελήνιο, βισμούθιο, αντιμόνιο ή τελλούριο. Η μονάδα Peltier φιλοξενεί μεγάλο αριθμόθερμοστοιχεία τοποθετημένα ανάμεσα σε κεραμικές πλάκες νιτριδίου αλουμινίου ή οξειδίου του αλουμινίου.

Παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα του ΤΕΜ

• Τρέχουσα δύναμη.
• Αριθμός θερμοστοιχείων (έως αρκετές εκατοντάδες).
• Τύποι ημιαγωγών.
• Ρυθμός ψύξης.

Μεγαλύτερες τιμές δεν έχουν ακόμη επιτευχθεί λόγω χαμηλής απόδοσης (5-8%) και υψηλού κόστους. Για να λειτουργήσει επιτυχώς ένα TEM, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η αποτελεσματική απομάκρυνση της θερμότητας από τη θερμαινόμενη πλευρά. Αυτό δημιουργεί δυσκολίες στην πρακτική εφαρμογή της μεθόδου. Εάν η πολικότητα αντιστραφεί, η κρύα και η καυτή πλευρά αντιστρέφονται η μία την άλλη.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ενοτήτων

Η ανάγκη για TEM προέκυψε με την εμφάνιση ηλεκτρονικών συσκευών που απαιτούσαν μικροσκοπικά συστήματα ψύξης. Τα πλεονεκτήματα των ενοτήτων είναι τα εξής:

• συμπαγές;
• δεν κινούνται αρθρώσεις?
• η μονάδα Peltier έχει αναστρέψιμη αρχή λειτουργίας κατά την αλλαγή της πολικότητας.
• απλότητα των συνδέσεων καταρράκτη για αυξημένη ισχύ.

Το κύριο μειονέκτημα της μονάδας είναι η χαμηλή απόδοση. Αυτό εκδηλώνεται με υψηλή κατανάλωση ενέργειας για να επιτευχθεί το απαιτούμενο αποτέλεσμα ψύξης. Επιπλέον, έχει υψηλό κόστος.

Εφαρμογή ΤΕΜ

Η μονάδα Peltier χρησιμοποιείται κυρίως για ψύξη μικροκυκλωμάτων και μικρών εξαρτημάτων. Έγινε μια αρχή για την ψύξη στοιχείων στρατιωτικού εξοπλισμού:

• μικροκυκλώματα?
• ανιχνευτές υπερύθρων.
• στοιχεία λέιζερ?
• κρυσταλλικούς ταλαντωτές.

Η θερμοηλεκτρική μονάδα Peltier χρησιμοποιείται σταδιακά οικιακές συσκευές: για δημιουργία ψυγείων, κλιματιστικών, γεννητριών, θερμοστατών. Ο κύριος σκοπός του είναι να ψύχει μικρά αντικείμενα.

Ψύξη CPU

Τα κύρια στοιχεία των υπολογιστών βελτιώνονται συνεχώς, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της παραγωγής θερμότητας. Μαζί με αυτά αναπτύσσονται συστήματα ψύξης με χρήση καινοτόμων τεχνολογιών και σύγχρονων ελέγχων. Η μονάδα Peltier έχει βρει εφαρμογή σε αυτόν τον τομέα κυρίως σε μικροκυκλώματα ψύξης και άλλα εξαρτήματα ραδιοφώνου. Οι παραδοσιακοί ψύκτες δεν μπορούν πλέον να αντεπεξέλθουν στους τρόπους αναγκασμένου overclocking των μικροεπεξεργαστών. Και η αύξηση της συχνότητας των επεξεργαστών καθιστά δυνατή την αύξηση της απόδοσής τους.

Η αύξηση της ταχύτητας του ανεμιστήρα οδηγεί σε σημαντικό θόρυβο. Εξαλείφεται με τη χρήση μιας μονάδας Peltier σε ένα σύστημα συνδυασμένης ψύξης. Με αυτόν τον τρόπο, κορυφαίες εταιρείες κατέκτησαν γρήγορα την παραγωγή αποδοτικών συστημάτων ψύξης, τα οποία άρχισαν να έχουν μεγάλη ζήτηση.

Η θερμότητα συνήθως αφαιρείται από τους επεξεργαστές με ψύκτες. Η ροή αέρα μπορεί να αναρροφάται από το εξωτερικό ή να προέρχεται από το εσωτερικό της μονάδας συστήματος. Κύριο πρόβλημαείναι ότι η θερμοκρασία του αέρα μερικές φορές είναι ανεπαρκής για την απομάκρυνση της θερμότητας. Επομένως, τα TEM άρχισαν να χρησιμοποιούνται για την ψύξη της ροής αέρα που εισέρχεται στη μονάδα συστήματος, αυξάνοντας έτσι την απόδοση της μεταφοράς θερμότητας. Έτσι, το ενσωματωμένο κλιματιστικό είναι βοηθητικό παραδοσιακό σύστημαψύξη του υπολογιστή.

Και στις δύο πλευρές της μονάδας είναι προσαρτημένες καλοριφέρ αλουμινίου. Από την πλευρά της ψυχρής πλάκας, ο αέρας ψύξης διοχετεύεται στον επεξεργαστή. Αφού πάρει τη θερμότητα, ένας άλλος ανεμιστήρας τον φυσά έξω από την ψύκτρα της μονάδας.

Ένα σύγχρονο TEM ελέγχεται από μια ηλεκτρονική συσκευή με αισθητήρα θερμοκρασίας, όπου ο βαθμός ψύξης είναι ανάλογος με τη θέρμανση του επεξεργαστή.

Η ενεργοποίηση της ψύξης του επεξεργαστή δημιουργεί επίσης ορισμένα προβλήματα.

1. Οι απλές μονάδες ψύξης Peltier έχουν σχεδιαστεί για συνεχής λειτουργία. Η χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας μειώνει επίσης τη διάχυση θερμότητας, η οποία μπορεί να προκαλέσει υπερβολική ψύξη του τσιπ και στη συνέχεια να παγώσει τον επεξεργαστή.
2. Εάν η λειτουργία του ψυγείου και του ψυγείου δεν συντονίζονται σωστά, το τελευταίο μπορεί να αλλάξει σε λειτουργία θέρμανσης αντί για ψύξη. Η πρόσθετη πηγή θερμότητας θα προκαλέσει υπερθέρμανση του επεξεργαστή.

Έτσι, οι σύγχρονοι επεξεργαστές απαιτούν προηγμένες τεχνολογίες ψύξης που ελέγχουν τη λειτουργία των ίδιων των μονάδων. Τέτοιες αλλαγές στους τρόπους λειτουργίας δεν συμβαίνουν με κάρτες βίντεο, οι οποίες απαιτούν επίσης εντατική ψύξη. Επομένως, το TEM είναι ιδανικό για αυτούς.

Φτιάξτο μόνος σου ψυγείο αυτοκινήτου

Στα μέσα του περασμένου αιώνα, η εγχώρια βιομηχανία προσπάθησε να κυριαρχήσει στην παραγωγή ψυγείων μικρού μεγέθους με βάση το φαινόμενο Peltier. Υπάρχουσες τεχνολογίεςαυτό δεν επιτρεπόταν εκείνη την εποχή. Στις μέρες μας ο περιοριστικός παράγοντας είναι κυρίως υψηλή τιμή, αλλά οι προσπάθειες συνεχίζονται και η επιτυχία έχει ήδη επιτευχθεί.

Η ευρεία παραγωγή θερμοηλεκτρικών συσκευών σας επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα μικρό ψυγείο με τα χέρια σας, βολικό για χρήση σε αυτοκίνητα. Η βάση του είναι ένα "σάντουιτς", το οποίο φτιάχνεται ως εξής.

1. Μια στρώση θερμοαγώγιμης πάστας τύπου KPT-8 εφαρμόζεται στο επάνω ψυγείο και η μονάδα Peltier είναι κολλημένη στη μία πλευρά της κεραμικής επιφάνειας.
2. Ομοίως, ένα άλλο ψυγείο είναι προσαρτημένο σε αυτό από την κάτω πλευρά, που προορίζεται για τοποθέτηση στο θάλαμο του ψυγείου.
3. Ολόκληρη η συσκευή συμπιέζεται σφιχτά και στεγνώνει για 4-5 ώρες.
4. Οι ψύκτες είναι εγκατεστημένοι και στα δύο καλοριφέρ: ο επάνω θα αφαιρέσει τη θερμότητα και ο κάτω θα εξισώσει τη θερμοκρασία στο θάλαμο του ψυγείου.

Το σώμα του ψυγείου είναι κατασκευασμένο με θερμομονωτική φλάντζα εσωτερικά. Είναι σημαντικό να κλείνει ερμητικά. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα κανονικό πλαστικό κουτί εργαλείων για αυτό.

Τροφοδοσία 12 V παρέχεται από το σύστημα του οχήματος. Μπορεί να κατασκευαστεί και από δίκτυο 220 V AC, με τροφοδοτικό. Χρησιμοποιείται το απλούστερο κύκλωμα μετατροπής AC σε DC. Περιέχει μια ανορθωτική γέφυρα και έναν πυκνωτή που εξομαλύνει τους κυματισμούς. Είναι σημαντικό στην έξοδο να μην υπερβαίνουν το 5% της ονομαστικής τιμής, διαφορετικά η απόδοση της συσκευής μειώνεται. Η μονάδα έχει δύο εξόδους από χρωματιστά σύρματα. Το «συν» συνδέεται πάντα με το κόκκινο και το «πλην» με το μαύρο.

Η ισχύς του TEM πρέπει να αντιστοιχεί στον όγκο του κουτιού. Τα πρώτα 3 ψηφία της σήμανσης υποδεικνύουν τον αριθμό των ζευγών μικροστοιχείων ημιαγωγών μέσα στη μονάδα (49-127 ή περισσότερα). εκφράζεται με δύο τελευταία ψηφίασημάνσεις (από 3 έως 15 A). Εάν η ισχύς δεν είναι αρκετή, πρέπει να κολλήσετε μια άλλη μονάδα στα καλοριφέρ.

Δίνω προσοχή! Εάν το ρεύμα υπερβεί την ισχύ του στοιχείου, θα θερμανθεί και στις δύο πλευρές και γρήγορα θα αποτύχει.

Μονάδα Peltier: γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας

Το TEM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πλακών και τα θερμοστοιχεία που βρίσκονται μεταξύ τους θα παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα.

Για πρακτική χρήσηχρειάζεστε ένα TEM με τουλάχιστον 5 V. Στη συνέχεια, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για φόρτιση κινητό τηλέφωνο. Λόγω χαμηλών Αποδοτικότητα μονάδαςΟ Peltier θα απαιτήσει έναν μετατροπέα ενίσχυσης DC τάση. Για τη συναρμολόγηση της γεννήτριας θα χρειαστείτε:

• 2 μονάδες Peltier TEC1-12705 με μέγεθος πλάκας 40x40 mm.
• μετατροπέας EK-1674;
• πλάκες αλουμινίου πάχους 3 mm.
• τηγάνι νερού?
• ανθεκτική στη θερμότητα κόλλα.

Δύο μονάδες τοποθετούνται μεταξύ των πλακών με κόλλα και στη συνέχεια ολόκληρη η δομή στερεώνεται στον πυθμένα του ταψιού. Εάν το γεμίσετε με νερό και το βάλετε σε φωτιά, θα έχετε την απαιτούμενη διαφορά θερμοκρασίας, η οποία παράγει ένα EMF της τάξης του 1,5 V. Συνδέοντας τις μονάδες σε έναν μετατροπέα ενίσχυσης, μπορείτε να αυξήσετε την τάση στα 5 V, που είναι απαραίτητο για τη φόρτιση της μπαταρίας του τηλεφώνου.

Πως περισσότερη διαφοράθερμοκρασία μεταξύ του νερού και της χαμηλότερης θερμαινόμενης πλάκας, τόσο πιο αποτελεσματικά λειτουργεί η γεννήτρια. Επομένως, πρέπει να προσπαθήσουμε να μειώσουμε τη θέρμανση του νερού με διάφορους τρόπους: να το κάνουμε να τρέχει, να το αντικαθιστάτε με φρέσκο ​​νερό πιο συχνά, κ.λπ. Ένας αποτελεσματικός τρόπος για να αυξήσετε τη διαφορά θερμοκρασίας είναι να τοποθετήσετε σε καταρράκτη τις μονάδες, όταν είναι τοποθετημένες το ένα από πάνω του άλλου. Αύξηση συνολικές διαστάσειςΗ συσκευή σάς επιτρέπει να τοποθετήσετε περισσότερα στοιχεία μεταξύ των πλακών και έτσι να αυξήσετε τη συνολική ισχύ.

Η απόδοση της γεννήτριας θα είναι επαρκής για τη φόρτιση μικρών μπαταριών, τη λειτουργία Λαμπτήρες LEDή ραδιόφωνο. Δίνω προσοχή! Για να δημιουργήσετε θερμικές γεννήτριες, θα χρειαστείτε μονάδες ικανές να λειτουργούν στους 300-400 0 C! Τα υπόλοιπα είναι κατάλληλα μόνο για δοκιμαστικές δοκιμές.

Σε αντίθεση με άλλα μέσα εναλλακτική απόδειξηηλεκτρική ενέργεια μπορούν να λειτουργήσουν κατά την οδήγηση αν δημιουργήσετε κάτι σαν καταλυτικό θερμαντήρα.

Εγχώριες μονάδες Peltier

Τα ΤΕΜ δικής τους παραγωγής εμφανίστηκαν στην αγορά μας όχι πολύ καιρό πριν. Είναι πολύ αξιόπιστα και έχουν καλή απόδοση. Η μονάδα Peltier, η οποία έχει μεγάλη ζήτηση, έχει διαστάσεις 40x40 mm. Είναι σχεδιασμένο για μέγιστο ρεύμα 6 A και τάση έως 15 V.

Μια εγχώρια μονάδα Peltier μπορεί να αγοραστεί σε χαμηλή τιμή. Στα 85 W, δημιουργεί διαφορά θερμοκρασίας 60 0 C. Μαζί με ένα ψυγείο, είναι σε θέση να προστατεύσει έναν επεξεργαστή από υπερθέρμανση με απαγωγή ισχύος 40 W.

Χαρακτηριστικά ενοτήτων από κορυφαίες εταιρείες

Οι ξένες συσκευές παρουσιάζονται στην αγορά σε μεγαλύτερη ποικιλία. Για την προστασία των επεξεργαστών από κορυφαίες εταιρείες, μια μονάδα PAX56B Peltier χρησιμοποιείται ως ψυγείο, η τιμή της οποίας, μαζί με έναν ανεμιστήρα, είναι 35 $.

Με διαστάσεις 30x30 mm, διατηρεί τη θερμοκρασία του επεξεργαστή όχι μεγαλύτερη από 63 0 C με ισχύ εξόδου 25 W. Για τροφοδοσία, αρκεί μια τάση 5 V και το ρεύμα δεν υπερβαίνει τα 1,5 A.

Η μονάδα PA6EXB Peltier είναι κατάλληλη για ψύξη επεξεργαστή, παρέχοντας κανονική λειτουργία καθεστώς θερμοκρασίαςμε ισχύ διασκορπισμού 40 W. Η επιφάνεια της μονάδας του είναι 40x40 mm και η κατανάλωση ρεύματος είναι έως 8 A. Εκτός από τις εντυπωσιακές διαστάσεις της - 60x60x52,5 mm (συμπεριλαμβανομένου του ανεμιστήρα) - η συσκευή απαιτεί ελεύθερο χώρο. Η τιμή του είναι $65.

Όταν χρησιμοποιείται η μονάδα Peltier, τεχνικές προδιαγραφέςπρέπει να καλύπτει τις ανάγκες των ψυχόμενων συσκευών. Είναι απαράδεκτο να έχουν πάρα πολλά χαμηλή θερμοκρασία. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε συμπύκνωση υγρασίας, η οποία μπορεί να είναι επιβλαβής για τα ηλεκτρονικά.

Οι μονάδες για την κατασκευή γεννητριών, όπως, διακρίνονται από υψηλότερη ισχύ - 72 W και 108 W, αντίστοιχα. Διακρίνονται από σημάνσεις, οι οποίες εφαρμόζονται πάντα στην καυτή πλευρά. Η μέγιστη επιτρεπόμενη θερμοκρασία της θερμής πλευράς είναι 150-160 0 C. Τι περισσότερα θέματαΗ διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πλακών, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση εξόδου. Η συσκευή λειτουργεί σε μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας 600 0 C.

Μπορείτε να αγοράσετε μια μονάδα Peltier φθηνά - περίπου 10 $ ή λιγότερο ανά τεμάχιο, αν κοιτάξετε αρκετά σκληρά. Πολύ συχνά, οι πωλητές αυξάνουν σημαντικά τις τιμές τους, αλλά μπορείτε να τα βρείτε αρκετές φορές φθηνότερα αν τα αγοράσετε σε προσφορά.

Σύναψη

Το φαινόμενο Peltier έχει πλέον βρει εφαρμογή στη δημιουργία μικρών ψυγείων σύγχρονη τεχνολογία. Η αναστρεψιμότητα της διαδικασίας καθιστά δυνατή την παραγωγή μικροηλεκτρικών σταθμών που έχουν ζήτηση για φόρτιση μπαταριών ηλεκτρονικών συσκευών.

Σε αντίθεση με άλλα μέσα εναλλακτικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν να λειτουργήσουν κατά την οδήγηση εάν εγκατασταθεί καταλυτικός θερμαντήρας.

Αρχές 19ου αιώνα. Η Χρυσή Εποχή της Φυσικής και της Ηλεκτρολογίας. Το 1834, ο Γάλλος ωρολογοποιός και φυσιοδίφης Jean-Charles Peltier τοποθέτησε μια σταγόνα νερού ανάμεσα σε ηλεκτρόδια βισμούθιου και αντιμονίου και στη συνέχεια πέρασε ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του κυκλώματος. Προς έκπληξή του, είδε ότι η σταγόνα πάγωσε ξαφνικά.

Η θερμική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος στους αγωγούς ήταν γνωστή, αλλά το αντίθετο αποτέλεσμα ήταν παρόμοιο με τη μαγεία. Μπορεί κανείς να καταλάβει τα συναισθήματα του Peltier: αυτό το φαινόμενο στη συμβολή δύο διαφορετικών τομέων της φυσικής - της θερμοδυναμικής και του ηλεκτρισμού - εξακολουθεί να προκαλεί μια αίσθηση θαύματος σήμερα.

Το πρόβλημα της ψύξης τότε δεν ήταν τόσο οξύ όσο είναι σήμερα. Ως εκ τούτου, το φαινόμενο Peltier στράφηκε στο μόνο σχεδόν δύο αιώνες αργότερα, όταν ηλεκτρονικές συσκευές, η λειτουργία του οποίου απαιτούσε μικροσκοπικά συστήματα ψύξης. Αξιοπρέπεια Στοιχεία ψύξης Peltierείναι μικρές διαστάσεις, απουσία κινούμενων μερών, δυνατότητα διαδοχικής σύνδεσης για λήψη μεγάλων διαφορών θερμοκρασίας.

Επιπλέον, το φαινόμενο Peltier είναι αναστρέψιμο: όταν αλλάζει η πολικότητα του ρεύματος μέσω της μονάδας, η ψύξη αντικαθίσταται από θέρμανση, έτσι ώστε να μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν συστήματα για ακριβή διατήρηση της θερμοκρασίας - θερμοστάτες - σε αυτήν. Το μειονέκτημα των στοιχείων Peltier (μονάδες) είναι η χαμηλή τους απόδοση, η οποία απαιτεί την παροχή μεγάλων τιμών ρεύματος για να επιτευχθεί αισθητή διαφορά θερμοκρασίας. Είναι επίσης δύσκολο να αφαιρέσετε τη θερμότητα από την πλάκα απέναντι από το ψυχόμενο επίπεδο.

Πρώτα όμως πρώτα. Αρχικά, ας προσπαθήσουμε να εξετάσουμε φυσικές διεργασίες, υπεύθυνος για το παρατηρούμενο φαινόμενο. Χωρίς να βυθιστούμε στην άβυσσο των μαθηματικών υπολογισμών, θα προσπαθήσουμε απλώς να κατανοήσουμε τη φύση αυτού του ενδιαφέροντος φυσικού φαινομένου.

Από μιλάμε γιασχετικά με τα θερμοκρασιακά φαινόμενα, φυσικοί, για τη διευκόλυνση της μαθηματικής περιγραφής, αντικαταστήστε τις δονήσεις του ατομικού πλέγματος ενός υλικού με ένα συγκεκριμένο αέριο που αποτελείται από σωματίδια - φωνόνια.

Η θερμοκρασία του αερίου φωνονίου εξαρτάται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τις ιδιότητες του μετάλλου. Τότε οποιοδήποτε μέταλλο είναι ένα μείγμα αερίων ηλεκτρονίων και φωνονίων που βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία Όταν δύο διαφορετικά μέταλλα έρχονται σε επαφή απουσία εξωτερικού πεδίου, το «θερμότερο» αέριο ηλεκτρονίων διεισδύει στη ζώνη του «ψυχρότερου» δημιουργώντας. η γνωστή διαφορά δυναμικού επαφής.

Όταν εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού στη μετάβαση, π.χ. Όταν το ρεύμα διέρχεται από τα όρια δύο μετάλλων, τα ηλεκτρόνια παίρνουν ενέργεια από τα φωνόνια του ενός μετάλλου και τη μεταφέρουν στο αέριο φωνονίων του άλλου. Όταν αλλάζει η πολικότητα, η μεταφορά ενέργειας, που σημαίνει θέρμανση και ψύξη, αλλάζει πρόσημο.

Στους ημιαγωγούς, τα ηλεκτρόνια και οι «οπές» είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά ενέργειας, αλλά ο μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας και η εμφάνιση διαφοράς θερμοκρασίας παραμένει ο ίδιος. Η διαφορά θερμοκρασίας αυξάνεται μέχρι να εξαντληθούν τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Επικρατεί ισορροπία θερμοκρασίας. Αυτή είναι η σύγχρονη εικόνα της περιγραφής Φαινόμενο Peltier.

Από αυτό είναι σαφές ότι αποτελεσματικότητα του στοιχείου Peltierεξαρτάται από την επιλογή ενός ζεύγους υλικών, την τρέχουσα αντοχή και τον ρυθμό απομάκρυνσης θερμότητας από την καυτή ζώνη. Για σύγχρονα υλικά (συνήθως ημιαγωγούς), η απόδοση είναι 5-8%.

Και τώρα για την πρακτική εφαρμογή του φαινομένου Peltier.Για την αύξηση του, μεμονωμένα θερμοστοιχεία (ενώσεις δύο διαφορετικών υλικών) συναρμολογούνται σε ομάδες που αποτελούνται από δεκάδες και εκατοντάδες στοιχεία. Ο κύριος σκοπός τέτοιων μονάδων είναι η ψύξη μικρών αντικειμένων ή μικροκυκλωμάτων.

Θερμοηλεκτρική μονάδα ψύξης

Οι μονάδες εφέ Peltier χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές νυχτερινής όρασης με μια σειρά δεκτών υπέρυθρων. Κυκλώματα συζευγμένου φορτίου (CCD), τα οποία χρησιμοποιούνται τώρα σε ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, απαιτούν βαθιά ψύξη για την εγγραφή εικόνων στην υπέρυθρη περιοχή. Οι μονάδες Peltier ψύχουν ανιχνευτές υπερύθρων σε τηλεσκόπια, ενεργά στοιχεία λέιζερ για τη σταθεροποίηση της συχνότητας ακτινοβολίας και σε συστήματα χρόνου ακριβείας. Αλλά όλα αυτά είναι στρατιωτικές εφαρμογές και εφαρμογές ειδικού σκοπού.

Πρόσφατα, οι μονάδες Peltier βρήκαν εφαρμογή σε προϊόντα οικιακής χρήσης. Κυρίως σε τεχνολογία αυτοκινήτου: κλιματιστικά, φορητά ψυγεία, ψύκτες νερού.

Ένα παράδειγμα πρακτικής χρήσης του φαινομένου Peltier

Η πιο ενδιαφέρουσα και πολλά υποσχόμενη εφαρμογή των ενοτήτων είναι εξοπλισμός υπολογιστών. Οι μικροεπεξεργαστές υψηλής απόδοσης, οι επεξεργαστές και τα τσιπ καρτών βίντεο παράγουν μεγάλες ποσότητες θερμότητας. Για την ψύξη τους χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες υψηλής ταχύτητας, οι οποίοι δημιουργούν σημαντικό ακουστικό θόρυβο. Η χρήση των μονάδων Peltier στη σύνθεση συνδυασμένα συστήματαΗ ψύξη εξαλείφει τον θόρυβο με σημαντική αφαίρεση θερμότητας.

Συμπαγές USB -ψυγείο που χρησιμοποιεί μονάδες Peltier

Και τέλος, μια λογική ερώτηση: θα αντικαταστήσουν οι μονάδες Peltier τα συνηθισμένα συστήματα ψύξης σε συμπίεση οικιακά ψυγεία? Σήμερα αυτό είναι ασύμφορο από άποψη απόδοσης (χαμηλής απόδοσης) και τιμής. Το κόστος των ισχυρών μονάδων εξακολουθεί να είναι αρκετά υψηλό.

Όμως η τεχνολογία και η επιστήμη των υλικών δεν μένουν ακίνητες. Είναι αδύνατο να αποκλειστεί η πιθανότητα εμφάνισης νέων, φθηνότερων υλικών με υψηλότερη απόδοση και υψηλό συντελεστή Peltier. Ήδη σήμερα υπάρχουν αναφορές από ερευνητικά εργαστήρια για τις εκπληκτικές ιδιότητες των υλικών νανοάνθρακα που μπορούν να αλλάξουν ριζικά την κατάσταση με αποτελεσματικά συστήματαψύξη.

Έχουν υπάρξει αναφορές για την υψηλή θερμοηλεκτρική απόδοση των clastrates - στερεών διαλυμάτων παρόμοια σε δομή με τα ένυδρα. Όταν αυτά τα υλικά φύγουν από τα ερευνητικά εργαστήρια, εντελώς αθόρυβα ψυγεία με απεριόριστη διάρκεια ζωής θα αντικαταστήσουν τα συνηθισμένα οικιακά μας μοντέλα.

P.S.Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά θερμοηλεκτρική τεχνολογίαείναι ότι δεν μπορεί μόνο να χρησιμοποιήσει ηλεκτρική ενέργεια να αποκτήσουμε ζέστη και κρύο, αλλά και χάρη σε αυτό μπορούμε αλλά τρέξε αντίστροφη διαδικασίακαι, για παράδειγμα, να λάβετε ηλεκτρική ενέργεια από θερμότητα.

Ένα παράδειγμα για το πώς μπορείτελάβετε ηλεκτρική ενέργεια από θερμότητα χρησιμοποιώντας μια θερμοηλεκτρική μονάδα () κοίτα αυτόβίντεο:

Τι πιστεύετε για αυτό; Ανυπομονώ για τα σχόλιά σας!

Αντρέι Πόβνι

Η μονάδα Peltier μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε 4 διαφορετικά σχήματα: ως θερμαντικό στοιχείο (σε θερμοκοιτίδες...), ως ψυκτικό στοιχείο (σε ψυγεία...), για λήψη ηλεκτρισμού (γεννήτρια...), και επίσης με τη βοήθεια ενός στοιχείου Peltier μπορείτε να αποκτήσετε νερό. Αυτό θα είναι το άρθρο μου.

Στοιχείο Peltierείναι ένας θερμοηλεκτρικός μετατροπέας, η αρχή λειτουργίας του οποίου βασίζεται στο φαινόμενο Peltier - την εμφάνιση διαφοράς θερμοκρασίας όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Στην αγγλόφωνη βιβλιογραφία, τα στοιχεία Peltier ονομάζονται TEC (από το αγγλικό Thermoelectric Cooler - thermoelectric cooler).

Αποτέλεσμα, αντίθετο αποτέλεσμαΟ Peltier ονομάζεται φαινόμενο Seebeck.

Αρχή λειτουργίας

Η λειτουργία των στοιχείων Peltier βασίζεται στην επαφή δύο αγώγιμων υλικών με σε διαφορετικά επίπεδαενέργεια ηλεκτρονίων στη ζώνη αγωγιμότητας. Όταν το ρεύμα ρέει μέσω της επαφής τέτοιων υλικών, το ηλεκτρόνιο πρέπει να αποκτήσει ενέργεια για να μετακινηθεί σε μια ζώνη υψηλότερης αγωγιμότητας ενέργειας ενός άλλου ημιαγωγού. Όταν αυτή η ενέργεια απορροφάται, το σημείο επαφής μεταξύ των ημιαγωγών ψύχεται. Όταν το ρεύμα ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση, το σημείο επαφής μεταξύ των ημιαγωγών θερμαίνεται, εκτός από το συνηθισμένο θερμικό αποτέλεσμα.

Όταν τα μέταλλα έρχονται σε επαφή, το φαινόμενο Peltier είναι τόσο μικρό που δεν γίνεται αντιληπτό στο φόντο των φαινομένων ωμικής θέρμανσης και θερμικής αγωγιμότητας. Επομένως, σε πρακτικές εφαρμογές, χρησιμοποιείται η επαφή μεταξύ δύο ημιαγωγών.

Ένα στοιχείο Peltier αποτελείται από ένα ή περισσότερα ζεύγη μικρών παραλληλεπίπεδων ημιαγωγών - ένα n-τύπου και ένα p-type σε ένα ζεύγος (συνήθως τελλουρίδιο βισμούθου, Bi2Te3 και γερμανίδιο πυριτίου), τα οποία συνδέονται σε ζεύγη χρησιμοποιώντας μεταλλικές γέφυρες. Οι μεταλλικοί βραχυκυκλωτήρες χρησιμεύουν ταυτόχρονα ως θερμικές επαφές και μονώνονται με μια μη αγώγιμη μεμβράνη ή κεραμική πλάκα. Τα ζεύγη παραλληλεπίπεδων συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζεται μια σειριακή σύνδεση πολλών ζευγών ημιαγωγών με διαφορετικών τύπωναγωγιμότητα, έτσι ώστε στην κορυφή να υπάρχει μία ακολουθία συνδέσεων (n->p), και στο κάτω μέρος η αντίθετη (p->n). Το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει διαδοχικά σε όλα τα παραλληλεπίπεδα. Ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος κορυφαίες επαφέςδροσερό, και τα χαμηλότερα θερμαίνονται - ή το αντίστροφο. Έτσι, το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρει θερμότητα από τη μία πλευρά του στοιχείου Peltier στην αντίθετη και δημιουργεί μια διαφορά θερμοκρασίας.

Εάν ψύξετε τη θερμαντική πλευρά του στοιχείου Peltier, για παράδειγμα χρησιμοποιώντας ψυγείο και ανεμιστήρα, τότε η θερμοκρασία της ψυχρής πλευράς γίνεται ακόμη χαμηλότερη. Στα στοιχεία ενός σταδίου, ανάλογα με τον τύπο του στοιχείου και την τιμή ρεύματος, η διαφορά θερμοκρασίας μπορεί να φτάσει περίπου τους 70 °C.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Τα πλεονεκτήματα του στοιχείου Peltier είναι μικρά μεγέθη, την απουσία κινούμενων μερών, καθώς και αερίων και υγρών. Αντιστρέφοντας την κατεύθυνση του ρεύματος, είναι δυνατή τόσο η ψύξη όσο και η θέρμανση - αυτό καθιστά δυνατό τον θερμοστάτη σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος τόσο πάνω όσο και κάτω από τη θερμοκρασία του θερμοστάτη. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η απουσία μηχανικών μερών και η απουσία θορύβου.

Το μειονέκτημα του στοιχείου Peltier είναι η χαμηλότερη απόδοσή του από αυτή των ψυκτικών μονάδων συμπιεστή που χρησιμοποιούν φρέον, γεγονός που οδηγεί σε υψηλή κατανάλωση ενέργειας για να επιτευχθεί αισθητή διαφορά θερμοκρασίας. Παρόλα αυτά, οι εξελίξεις είναι σε εξέλιξη για την αύξηση της θερμικής απόδοσης και έχουν βρεθεί στοιχεία Peltier ευρεία εφαρμογήστην τεχνολογία, αφού χωρίς καμία πρόσθετες συσκευέςΘερμοκρασίες κάτω από 0 °C μπορούν να πραγματοποιηθούν.

Το κύριο πρόβλημα στην κατασκευή στοιχείων Peltier με υψηλή απόδοσηείναι ότι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε μια ουσία είναι ταυτόχρονα φορείς τόσο του ηλεκτρικού ρεύματος όσο και της θερμότητας. Το υλικό για το στοιχείο Peltier πρέπει ταυτόχρονα να έχει δύο αμοιβαία αποκλειόμενες ιδιότητες - να μεταφέρει καλά το ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά τη θερμότητα κακώς.

Στις μπαταρίες στοιχείων Peltier, είναι δυνατό να επιτευχθεί μια θεωρητικά πολύ μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας, μεγαλύτερη από 70 βαθμούς Κελσίου, από αυτή την άποψη είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε παλμική μέθοδοςέλεγχος θερμοκρασίας, ο οποίος μπορεί επίσης να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, είναι επιθυμητό να εξομαλυνθούν οι κυματισμοί ρεύματος για να παραταθεί η διάρκεια ζωής του στοιχείου Peltier.

Εφαρμογή Θερμοηλεκτρικής Μονάδας: σε ψύκτες νερού, συστήματα ψύξης υπολογιστών ή διάφορα μικροκυκλώματα μικρού μεγέθους συσκευές, ηλεκτρθερμικές γεννήτριες, κάρτες γραφικών ψύξης, βόρεια ή νότιες γέφυρες, ψυγεία αυτοκινήτων, ψύκτες αέρα, Arduino, για ψύξη μητρών CCD και φωτοανιχνευτές υπερύθρων, σε ηλεκτρικές θερμικές γεννήτριες, σε θερμοστάτες, σε όργανα επιστημονικού εργαστηρίου, θερμικοί βαθμονομητές, θερμικοί σταθεροποιητές. Γενικά, όπου απαιτείται να επιτευχθούν διαφορές θερμοκρασίας άνω των 60 βαθμών.

Διαστάσεις πλάκας Peltier και χαρακτηριστικά κατανάλωσης

Διαστάσεις πλακών Peltier και χαρακτηριστικά κατανάλωσης (κατανάλωση ισχύος, τάση, ρεύμα, μέγιστη διαφοράθερμοκρασίες). Οι σημάνσεις αυτών των θερμοηλεκτρικών γεννητριών μπορεί να διαφέρουν σε διαφορετικές τοποθεσίες, όλα εξαρτώνται από τον κατασκευαστή (για παράδειγμα: TEG1-241-1.4-1.2; CP1.4-127-06L οικιακής χρήσης; TB-127-1.4-1.5 Frost-72 SP1848-27145 θερμογεννήτρια Seebeck TEP1-142T300). Τα χαρακτηριστικά, με τη σειρά τους, δεν θα διαφέρουν πολύ, αλλά ορισμένοι δείκτες δεν διαφέρουν σημαντικά.

Ψυγείο DIY USB (Μονάδα Peltier)

Για να φτιάξουμε το μίνι ψυγείο μας, πρέπει να βρούμε ή να αγοράσουμε ένα στοιχείο Peltier (μπορείτε να διαβάσετε τι είναι και πώς λειτουργεί παρακάτω) και δύο καλοριφέρ.

Αυτό ακριβώς το στοιχείο Peltier, το έσκισα από έναν σπασμένο υπολογιστή, βρισκόταν εκεί ανάμεσα στον επεξεργαστή και το ψυγείο. Καθάρισα την παλιά θερμική πάστα από αυτό. Με λίγα λόγια - αυτό το στοιχείο Peltier όταν εφαρμόζεται σε αυτό DCαρχίζει να λειτουργεί ως εξής: η μία πλευρά αρχίζει να θερμαίνεται και η άλλη αρχίζει να κρυώνει εάν αλλάξετε την πολικότητα της πηγής ενέργειας, τότε οι πλευρές του στοιχείου θα συμπεριφέρονται με τον αντίθετο τρόπο!

Στη συνέχεια, πήρα δύο ογκώδη καλοριφέρ από έναν περιττό ενισχυτή. Έπειτα λίπανσα το στοιχείο με νέα θερμική πάστα, την οποία αγόρασα από ένα κατάστημα ραδιοφώνου, και κούμπωσα το στοιχείο Peltier ανάμεσα στα καλοριφέρ. Χρήση θερμικής πάστας σε σε αυτή την περίπτωσηΑναγκαίως!
Συνέδεσα τα καλώδια στο στοιχείο από το καλώδιο USB και το συνέδεσα στον υπολογιστή - το ένα ψυγείο άρχισε να θερμαίνεται και το δεύτερο άρχισε να κρυώνει! Λοιπόν, όλα είναι εντάξει!

Το υλικό που χρησιμοποίησα για να κολλήσω το ψυγείο μεταξύ τους είναι παρόμοιο με συμπιεσμένο αφρό ή πορώδες πλαστικό. Γενικά, το υλικό μπορεί να είναι οτιδήποτε, η κύρια ποιότητά του είναι η θερμομόνωση.
Το γυαλί είναι οργανικό και φαίνεται αρκετά εύθραυστο, αλλά στην πραγματικότητα το υλικό είναι ανθεκτικό.
Κόλλα - υπερκόλλα.

Στη συνέχεια, για ευκολία, έφτιαξα ένα μαγνητικό κούμπωμα.
Αποδείχθηκε μια χαρά - ένα μπουκάλι μεταλλικό νερό μπορούσε εύκολα να χωρέσει εκεί.

Γεννήτρια - παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση στοιχείου Peltier

Πλεονεκτήματα αυτής της γεννήτριας:

— Καύσιμο είναι οτιδήποτε καίγεται ή θερμαίνεται.
— Έξοδος USB 5 Volt, 500mA.
— Δεν εξαρτάται από τον ήλιο, τον άνεμο κ.λπ.
- Απλός και δυνατός σχεδιασμός που μπορεί να διαρκέσει για πάντα.
— Μπορείτε να μαγειρέψετε φαγητό σε αυτό ενώ το τηλέφωνό σας φορτίζει.
- Ευελιξία.
— Οποιοσδήποτε μπορεί να το συναρμολογήσει στο σπίτι σε 1 βράδυ (ακόμη και ένας υπάλληλος της AvtoVAZ =)).
- Φτηνό σχέδιο.

Δεν το επινόησα εγώ, υπάρχουν εμπορικά αντίγραφα που είναι πολύ καλύτερα από τα δικά μου. Για παράδειγμα, BioLite CampStove, η τιμή του είναι 7900 ρούβλια. Το αντίγραφό μου έγινε στις μια γρήγορη λύσηγια τη συγγραφή αυτού του άρθρου και περαιτέρω πειράματα.

Η βάση είναι το στοιχείο Peltier. Αυτή είναι μια θερμοηλεκτρική μονάδα που χρησιμοποιείται σε ψύκτες νερού και φορητά ψυγεία και χρησιμοποιείται επίσης για την ψύξη του επεξεργαστή. Όταν εφαρμόζεται τάση σε αυτό, η μία πλευρά ψύχεται και η άλλη θερμαίνεται. Αντίθετα, θα θερμάνουμε τη μία πλευρά για να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια.

Η κύρια αρχή είναι ότι η μία πλευρά θερμαίνεται και η άλλη παραμένει αμετάβλητη, για μέγιστη αποτελεσματικότηταχρειάζεσαι διαφορά θερμοκρασίας 100 βαθμούς Κελσίου.

Ας ξεκινήσουμε!


Θα χρειαστούμε:
— Στοιχείο Peltier, χρησιμοποίησα το TEC1-12710
- Όχι απαιτούμενο μπλοκρεύμα από τον υπολογιστή
Οποιοσδήποτε, ακόμα και αυτός που κάηκε, και όλα κάηκαν εκτός από το σώμα
— Σταθεροποιητής τάσης
DC-DC Boost Module, Τάση εισόδου 1-5 Volt, έξοδος πάντα 5V.
— Καλοριφέρ (όσο μεγαλύτερο τόσο το καλύτερο), κατά προτίμηση με ψυγείο 5V, γιατί Το καλοριφέρ θα ζεσταθεί σταδιακά. Το χειμώνα αυτό δεν είναι πρόβλημα, αφού μπορείτε να βάλετε το καλοριφέρ στον πάγο.
— Θερμική πάστα
— Σετ εργαλείων

Μονάδα TEC1-12710, με ονομαστική τιμή 10 A (λιγότερο ή περισσότερο). Θα υπάρξουν όμως πιο ισχυροί μεγαλύτερο μέγεθος. Όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα, τόσο πιο αποτελεσματικό και ακριβό είναι. Το αγόρασα από το Aliexpress για περίπου 250 ρούβλια. Στα ηλεκτρονικά μας καταστήματα, αυτό κοστίζει περίπου 1.500 ρούβλια.

Η μονάδα έχει σχεδιαστεί για μέγιστη τάση 12 V, αλλά δεν βγαίνει τόσο πολύ λόγω χαμηλής απόδοσης όταν τη χρησιμοποιούμε προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλ. για λήψη ρεύματος.

Για να υπάρχει σταθερό 5 βολτ και οι συσκευές να φορτίζονται με ασφάλεια, χρειάζεστε έναν σταθεροποιητή ανύψωσης. Αρχίζει να παράγει 5 Volt όταν υπάρχει ακόμα μόνο 1 Volt στο στοιχείο Peltier Μπορείτε να γνωρίζετε ότι όλα είναι έτοιμα για φόρτιση από το αναμμένο LED στη μονάδα.


Μπορείτε να συναρμολογήσετε το δικό σας, αλλά αποφάσισα να εμπιστευτώ τους Κινέζους, προσφέρουν μια έτοιμη μονάδα με έξοδο USB για 80 ρούβλια. στον ίδιο ιστότοπο.

Ας κόψουμε το τροφοδοτικό μας. Έπρεπε να κάνω πρόσθετες τρύπες για καλύτερη κυκλοφορία του αέρα (το τροφοδοτικό ήταν πολύ παλιό).

Η κύρια αρχή είναι ότι ο αέρας αναρροφάται από κάτω και βγαίνει από την κορυφή. Με απλά λόγια, πρέπει να φτιάξετε μια κανονική σόμπα. Μην ξεχάσετε να δημιουργήσετε μια τρύπα για να πετάξετε ροκανίδια και μια βάση για μια κατσαρόλα ή μια κούπα για το βραστό νερό, εάν το χρειάζεστε.


Στη συνέχεια, πρέπει να στερεώσετε τη μονάδα Peltier με ένα ψυγείο σε έναν επίπεδο τοίχο, αφού πρώτα εφαρμόσετε ομοιόμορφα θερμική πάστα. Όσο πιο σφιχτή είναι η επαφή, τόσο το καλύτερο. Η πλευρά που γράφει το μοντέλο είναι κρύα, σε αυτήν την πλευρά εφαρμόζουμε το ψυγείο. Εάν το ανακατέψετε, η μονάδα δεν θα παράγει τάση εξόδου σε αυτήν την περίπτωση, απλά πρέπει να αλλάξετε τα καλώδια.


Συγκολλάμε τον μετατροπέα ενίσχυσης και βρίσκουμε πού να τον κρύψουμε. Μπορείς γενικά να το αφήσεις κρεμασμένο στα καλώδια, αλλά πρέπει οπωσδήποτε να το μονώσεις, για παράδειγμα, να του βάλεις θερμοσυστελλόμενο.

Ας τα βάλουμε όλα μαζί. Αυτό είναι που πρέπει να πάρετε:

Πώς λειτουργεί;

Πετάμε κλαδιά, ροκανίδια, γενικά ό,τι καίγεται μέσα. Μετά το ανάβουμε. Η φωτιά θερμαίνει τα τοιχώματα της σόμπας και το στοιχείο Peltier, που βρίσκεται σε έναν από αυτούς τους τοίχους. Η άλλη πλευρά του στοιχείου, που βρίσκεται στο ψυγείο, παραμένει σε εξωτερική θερμοκρασία. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς, αλλά μην το παρακάνετε.

Η μέγιστη απόδοση επιτυγχάνεται ήδη με διαφορά 100 μοιρών. Με την πάροδο του χρόνου, το ψυγείο αρχίζει να θερμαίνεται και θα πρέπει να κρυώσει. Μπορείτε να ρίξετε χιόνι, να ρίξετε νερό, να τοποθετήσετε το καλοριφέρ σε πάγο ή σε νερό ή να τοποθετήσετε μια κούπα με κρύο νερό πάνω του. Υπάρχουν πολλές επιλογές, η πιο απλή είναι ένα ψυγείο, θα αφαιρέσει μέρος της ισχύος, αλλά λόγω ψύξης το συνολικό αποτέλεσμα δεν θα αλλάξει.


ΜΗΝ εκθέτετε το στοιχείο σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να καεί και να καεί. Η τεκμηρίωση αναφέρει μέγιστη θερμοκρασία 180 °C, αλλά δεν χρειάζεται να ανησυχείτε πάρα πολύ, αφού καλή ψύξηκαι με απλά καυσόξυλα δεν θα πάθει τίποτα.

Εάν δεν είστε τεμπέληδες και τα κάνετε όλα σωστά, θα αποκτήσετε έναν τόσο απλό θρυμματιστή ξύλου στον οποίο μπορείτε να ζεστάνετε φαγητό, να βράζετε, να νερό και να φορτίζετε τα gadget σας ταυτόχρονα.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο σπίτι εάν υπάρχει διακοπή ρεύματος τοποθετώντας ένα κερί μέσα. Παρεμπιπτόντως, εάν συνδέσετε LED σε αυτό, το φως θα είναι πολύ πιο φωτεινό από το ίδιο το κερί.

Σε οποιοδήποτε μέρος όπου μπορείτε να βρείτε κάτι να καίει, θα έχετε ηλεκτρισμό, θερμότητα και τη δυνατότητα να μαγειρεύετε άνετα το φαγητό, χρησιμοποιώντας λιγότερα καύσιμα σε σύγκριση με τη φωτιά.

Πρώτες δοκιμές!

Μετά τη δουλειά, πήγα στο δάσος, ο ήλιος είχε σχεδόν δύσει, τα ξύλα ήταν βρεγμένα, αλλά η σόμπα απέδωσε 100%.

Το αποτέλεσμα ξεπέρασε όλες τις προσδοκίες μου. Αμέσως αφού κάηκαν τα ροκανίδια, άναψε η ένδειξη, σύνδεσα το τηλέφωνο και άρχισε να φορτίζει. Η φόρτιση ήταν σταθερή.

Ο μετατροπέας δεν καταπονήθηκε καθόλου. Πήρα μαζί μου και ένα μαξιλάρι ψύξης για το laptop μου, έχει 2 ψύκτες και LED, θα πρέπει να καταναλώνει μια αξιοπρεπή ποσότητα. Το συνέδεσα, όλα γυρίζουν, φέγγουν, φυσάει το αεράκι. Πήρα και έναν ανεμιστήρα USB και τον σύνδεσα στο τέλος, όταν είχαν μείνει μόνο κάρβουνα. Όλα πάνε καλά, δεν ξέρω καν τι άλλο να δοκιμάσω.

Αποτέλεσμα:

Όλα λειτουργούν υπέροχα, βγάζει το φύλο του Ampere. Ωστόσο, χρειάζεστε ένα ψυγείο, γιατί... σε μισή ώρα το καλοριφέρ θερμαίνεται στους 40 βαθμούς περίπου, το καλοκαίρι θα είναι ακόμα περισσότερο. Αφήστε τον εαυτό σας να περιστρέφεται.

Οι φλόγες πέφτουν ψηλά, εγώ προσωπικά δεν χρειάζομαι τέτοια φωτιά, θα καλύψω μερικές από τις τρύπες για να καίει πιο αργά.

Θα κάνω ό,τι καινούργιο, θα πάρω ως βάση έναν τυπικό θρυμματιστή ξύλου που είναι φτιαγμένος από τσίγκινα κουτιά, αλλά θα τον φτιάξω από πιο χοντρό μέταλλο και ορθογώνιο σχήμα. θα αγοράσω καλό καλοριφέρμε ψυγείο κατάλληλου σχήματος και θα προσπαθήσει να φτιάξει μια πτυσσόμενη έκδοση ώστε να πιάνει λιγότερο χώρο κατά τη μεταφορά του.

Παραλαβή πόσιμο νερόχρησιμοποιώντας μια μονάδα Peltier

Λοιπόν, όλα τα γραφήματα έχουν σχεδιαστεί, όλοι οι πίνακες έχουν συμπληρωθεί, τώρα μπορείτε να ονειρευτείτε. Γενικά, αν υπολογίσετε την κατανάλωση ενέργειας σε μια πεζοπορία στο μέγιστο, λαμβάνετε τα εξής:
Πλοηγός GPS - 0,3 W x 10 ώρες = 3 W*h ανά ημέρα.
κάμερα (Canon DSLR) - Μπαταρία 8 Wh για 4 ημέρες = 2 Wh ανά ημέρα.
βιντεοκάμερα (βίντεο για λήψη ενδιαφέρουσες στιγμέςταξίδια, περίπου 1 ώρα βίντεο την ημέρα) - 1,6 Wh ανά ημέρα.
κινητό τηλέφωνο - περίπου 0,2 Wh ανά ημέρα.
φακός ledγια φωτισμό του χώρου στάθμευσης το βράδυ - 2 W*h την ημέρα.
Σύνολο παίρνουμε: 3 + 2 + 1,6 + 0,2 + 2 = 8,8 Wh ανά ημέρα. Λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες κατά τη φόρτιση των μπαταριών αυτών των συσκευών και τα απροσδόκητα έξοδα, μπορείτε εύκολα να στρογγυλοποιήσετε αυτόν τον αριθμό σε 10 Wh ανά ημέρα, που είναι περίπου ίσο με τρεις μπαταρίες AA NiMH (3,2 Wh η καθεμία). Ας υποθέσουμε ότι αυτή είναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που σας επιτρέπει να ταξιδεύετε άνετα σε μια προηγουμένως προγραμματισμένη διαδρομή χωρίς να περιορίζετε τις δημιουργικές σας ορμές. Αυτός ο υπολογισμός είναι λίγο πολύ σωστός για μια σόλο έξοδο ή μια ομάδα δύο ατόμων. Εάν υπάρχουν περισσότερα άτομα, τότε προστίθεται ένας επιπλέον καταναλωτής για κάθε άτομο, είτε πρόκειται για κινητό τηλέφωνο είτε για άλλη κάμερα. Νομίζω ότι για κάθε "επιπλέον" συμμετέχοντα μπορείτε να προσθέσετε με ασφάλεια 1 Wh, δηλαδή, για μια ομάδα 6 ατόμων, ένα άνετο επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας θα είναι 14 Wh ή περίπου 4,5 μπαταρίες AA. Ας υποθέσουμε ότι η πεζοπορία διαρκεί 10 ημέρες, τότε για μια ομάδα 2 ατόμων θα χρειαστείτε 100 Wh ενέργειας, αυτό είναι 31 μπαταρίες NiMH με συνολικό βάρος 31 x 31,5 = 976,5 g, δηλαδή σχεδόν 1 κιλό μπαταριών. Εάν πάρετε αλκαλικές μπαταρίες, οι καλύτερες δίνουν 2,2 Wh και θα χρειαστείτε 45 από αυτές. Δεν ξέρω το βάρος τους, αλλά ακόμα κι αν είναι 25 γραμμάρια το καθένα, το σύνολο είναι πάνω από ένα κιλό. Για μια ομάδα 6 ατόμων, η συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας είναι 140 Wh, δηλαδή σχεδόν 44 μπαταρίες βάρους 1386 g ή 64 μπαταρίες που ζυγίζουν ακόμη περισσότερο. Εάν παίρνετε μαζί σας μπαταρίες LiPo, όπως η χρήση μοντέλων, τότε για δύο άτομα θα είναι μια μπαταρία βάρους 100 Wh ÷ 160 Wh/kg = 0,625 kg ή 625 g Για μια ομάδα 6 ατόμων, η μάζα της μπαταρίας LiPo θα είναι 875 γρ.
Τώρα ας καταλάβουμε πώς πάνε τα πράγματα με τη θερμογεννήτρια. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια μονάδα (ή μονάδες) TEC1-12709, τη θερμαίνουμε όχι περισσότερο από 150 °C, την ψύχουμε σε ρεύμα με θερμοκρασία 15 °C, δηλαδή στην ψυχρή πλευρά θα είναι 20 °C, η διαφορά θερμοκρασίας είναι 150 - 20 = 130 °C. Για τέτοια τιμή διαφοράς θερμοκρασίας δεν έχω δείκτη απόδοσης, θα πρέπει να μετρήσω. Λαμβάνουμε δύο μέγιστες τιμές στο γράφημα απόδοσης σε σχέση με το ρεύμα για το TEC1-12709, για παράδειγμα 13,6 mW/°C για μέση διαφορά θερμοκρασίας 71 °C και 15,7 mW/°C για 87 °C και υπολογίζουμε σε ποια ποσότητα η απόδοση έχει αυξηθεί με την αύξηση της διαφοράς θερμοκρασίας κατά 87 - 71 = 16 °C. Αποδεικνύεται ότι είναι 2,1 mW/°C. Και μετά αναλογικά: εάν μια αύξηση της διαφοράς 16 °C οδήγησε σε αύξηση της απόδοσης κατά 2,1 mW/°C, τότε μια αύξηση της διαφοράς κατά 130 - 87 = 43 °C θα οδηγήσει σε αύξηση της απόδοσης κατά (43 x 2,1) ÷ 16 = 5,6 mW/°C. Αυτό σημαίνει ότι η απόδοση σε διαφορά θερμοκρασίας 130 °C θα είναι ίση με 15,7 + 5,6 = 21,3 mW/°C. Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε 21,3 x 130 = 2769 mW ή 2,8 W. Αυτή η τιμή είναι αρκετά κοντά στην πραγματικότητα, αν κρίνουμε από το γεγονός ότι σε ορισμένα πειράματα βίντεο δύο μονάδες παρήγαγαν 4...6 W. Προκειμένου να ληφθούν 10 Wh ενέργειας χρησιμοποιώντας μία μονάδα, η γεννήτρια πρέπει να λειτουργεί για 10 ÷ 2,8 = 3,57 ώρες και για 14 Wh - 5 ώρες. Δηλαδή, εάν χρησιμοποιείτε μια θερμογεννήτρια που αποτελείται από 2 στοιχεία Peltier, τότε η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ακόμη και για μεγάλη ομάδαδεν διαρκεί πολύ.
Ο μόνος σοβαρό πρόβλημαΤο πρόβλημα που παρουσιάζεται κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας κατά την κατασκήνωση χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο είναι η απαγωγή θερμότητας στην ψυχρή πλευρά. Το καλύτερο και πιο βέλτιστο - υδρόψυξη, αφού το νερό έχει μεγάλη θερμοχωρητικότητα. Από αυτή την άποψη, οι τουρίστες του νερού είναι πιο τυχεροί από τους ποδηλάτες: η μέθοδος μεταφοράς τους συνδέεται ειδικά με το νερό και αν σκεφτείτε τον σχεδιασμό της γεννήτριας (είναι πολύ περίεργο γιατί δεν έχει ακόμη μελετηθεί και εφαρμοστεί σε βιομηχανική κλίμακα) , τότε μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια κατά την οδήγηση. Η γεννήτρια είναι μερικώς βυθισμένη στο νερό και εν μέρει επιπλέει στην επιφάνεια. Το καύσιμο φορτώνεται στον κλίβανο καθώς καταναλώνεται και τα πάντα ψύχονται με νερό από το εξωτερικό. Το καύσιμο συλλέγεται και προετοιμάζεται στη στάση ανάπαυσης.
Εάν δεν θέλετε να ασχοληθείτε με τη συλλογή καυσόξυλων και κουκουνάρια, τότε μπορείτε να σκεφτείτε το σχεδιασμό μιας σόμπας αερίου. Αξίζει να κάνουμε λίγο μαθηματικά εδώ. Έχουμε λοιπόν:
κύλινδρος υγροποιημένου αερίου για καυστήρες αερίου με καύσιμο βάρους 450 g.
σύνθεση: ισοβουτάνιο - 72%, προπάνιο - 22%, βουτάνιο - 6%, ως προς το βάρος είναι 324 g, 99 g και 27 g, αντίστοιχα.
οι θερμογόνοι αξίες για αυτά τα αέρια είναι 49,22 MJ/kg, 48,34 MJ/kg και 49,34 MJ/kg, αντίστοιχα.
Μετά τον πολλαπλασιασμό και την πρόσθεση, έχουμε 22,07 MJ σε έναν κύλινδρο υγραερίου. Θεωρούμε ότι η απόδοση της γεννήτριας μας είναι 1%, επομένως παίρνουμε 220 kJ ως ηλεκτρική ενέργεια, που είναι 61,3 Wh. Με τι μπορείτε να το συγκρίνετε; Λοιπόν, για παράδειγμα, με 19 μπαταρίες NiMH AA. Όχι πολύ και αρκετά ακριβό, το φυσικό αέριο δεν είναι φθηνό.
Δεδομένου ότι η χρήση φυσικού αερίου είναι ακριβή, μπορείτε να βρείτε κάτι χρησιμοποιώντας υγρό καύσιμο, όπως η βενζίνη. Έψαξα λίγο στο Διαδίκτυο για έναν φτηνό καταλύτη για καταλυτικούς καυστήρες, αλλά δεν μπορούσα να βρω τίποτα άλλο εκτός από οξείδιο του χρωμίου (VI) που λαμβάνεται από διχρωμικό αμμώνιο. Ναι, και δεν είναι όλα τόσο ομαλά με αυτό, αλλά αν θέλετε, μέσω ενός συγκεκριμένου πειραματισμού μπορείτε να επιτύχετε σταθερά αποτελέσματα και εδώ. θετικά αποτελέσματα. Τα καταλυτικά θερμαντικά μαξιλάρια που κατασκευάζονται στην Κίνα πιθανότατα χρησιμοποιούν ίχνη στοιχείων ομάδας πλατίνας. Μακάρι να υπήρχε ένας καταλύτης όπως σε αυτό το μαξιλάρι θέρμανσης, αλλά μεγαλύτερος για τα στοιχεία Peltier. Το αποτέλεσμα θα ήταν μια συμπαγής και ελαφριά γεννήτρια. Η θερμογόνος δύναμη της βενζίνης είναι 44,5 MJ/kg, πυκνότητα 0,74 kg/l, από ένα λίτρο βενζίνης έχουμε 33 MJ ενέργειας, σε απόδοση 1% αυτή είναι 330 kJ ή 91,6 Wh ηλεκτρικής ενέργειας (28 μπαταρίες AA). Περισσότερο επιλογή προϋπολογισμού, αλλά συλλέγετε και προετοιμάζετε ό,τι είναι διαθέσιμο στη φύση δωρεάνΤο καύσιμο είναι φυσικά πιο κερδοφόρο και δεν έχει ένα πολύ δυσάρεστο χαρακτηριστικό που είναι εγγενές σε αυτές τις προμήθειες που αγοράζονται στο κατάστημα - δεν εξαντλείται την πιο ακατάλληλη στιγμή.