0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Элемент Пельтье он же термоэлектрический модуль

Термоэлектрический генератор(ТЭГ) на модулях Пельтье

Приветствую всех читателей. В предыдущей теме:Автономная солнечная система в Подмосковье я упомянул про свой ТЭГ, который помогает при отсутствии солнца. В комментариях люди просили на этом остановиться подробнее. Вот, вспомнил, что да как. И отвечаю. Сперва идут мои материалы с Форумхауса многолетней давности. Не все, а для понимания.

Итак, год назад, перед ноябрьским отключением электричества, я сваял примитивный термоэлектрический агрегат из одного модуля Пельтье из Вольтмастера, самый дешёвый на 127 ватт холода. Особенности таких модулей — эффективность в генерации 2-3%, максимальная температура нагрева — 150 градусов Цельсия. Из разнообразных обрезков(см. фото)

алюминия склеил/скрутил вокруг модуля два радиатора — один(нижний) на печку для уменьшения температуры, поступающей к модулю, второй — сверху для быстрейшего охлаждения холодной стороны модуля. Оговорюсь, что в охлаждении не силён совсем, посему лепил алюминь, как попало.
Весь агрегат ставился на печку( печь-шведка), точнее на её чугунную плиту, перед растопкой(температура чугунины максимум-до 250 градусов). Эффективная температура на плите держится около 3 часов, средняя выработка энергии в эти часы — 2-2.5 ватт/час. За одну топку получается около 6 ватт энергии кошкины слёзы. Печь топилась каждый день, поэтому в месяц выходило что то около 200 ватт. К выводам агрегата крокодилами подключался простой стабилизатор( из набора e-kits) и потом заряжались пальчиковые батарейки.
В таком виде, в силу маломощности, перспектив я не увидел

Были приобретены модули Пельтье американские от Thermal Enterprises ( вот такие: Model CP1-12730
62mm x 62mm x 3.8mm
Maxiumu power consumption 545 Watts
Operates from 0-16 volts DC and 0-32 amps
Operates from -60 deg C to +180 deg C
Each device is fully inspected and tested
Fitted with 6-inch insulated leads
Perimeter sealed for moisture protection)
Блок из 4 шт этих Гигантиков, соединённых последовательно. Общая тепловая мощность 2180Вт. Радиатор снизу и сверху алюминий+ вентилятор большой.
Подключены были первый год к большому контроллеру (на фото), во второй год — к малому (на фото 30А), все подключения шли через ваттметры (на фото), люблю я их, удобно. Вот мощность с них и снимал — правый нижний угол — мощность на данный момент, левый нижний общая выработка.
0ватт — когда печь холодная, потом постепенное увеличение до прим 30ватт (максимум, что наблюдал, без записи это 37ватт), потом остывание и опять 0 ватт.

Все что выше — это цитаты с Форумхауса 2011-2014 годов.
Теперь о том, что есть сейчас. И о опыте.
Маленький и маломощный ТЭГ на одном элементе Пельтье сгорел на второй год. Не предназначены они все таки для печки. А вот большой блок из мерканцев вполне живой

Хотя года два я его и не доставал. Расчехлил его только в декабре 19-го. Солнца было мало и в качестве малой поддержки покатил.
Итак конструкция: четыре элемента, последовательно соединённых, между двумя ал.радиаторами. Нижний радиатор для того, чтобы немного снизить температуру чугунины, а верхний, чтобы рассеять побыстрей максимум. Сверху ручка. Снял-поставил обратно. Провода на автомат

А с него, через DC-DC преобразователь, на аккумуляторы.
В первые года крепилась еще стойка с вентилятором для обдува радиатора, но потом выкинул ее. Не нужна. Проще передвинуть по чугунине печки куда нибудь на край. Там где похолодней.
Этой зимой топлюсь осиной и липой в основном, а от них жара мало. И чугунина особо и не разогревается. Почти нужные 180 градусов и есть.
Теперь по выработке. Жить на такой выработке невозможно. Только в качестве хобби или для малой подзарядки аккумуляторов.
Реальный КПД на производство энергии с них, при дельте в 60градусов — 2,4%. То есть от 2 с лишним штатных киловатт остается 52 ватт в час.
У меня при средней топке в 2.5-3 часа, идет выработка энергии до 5 часов(вместе с остыванием). И суточная выработка от 140 до 190 ватт. В месяц около 5квт.
Последние года я забросил эту игрушку, потому как и ветряк и солнечные батареи даже зимой дают на порядок больше, но в этом году как-то звезды неудачно сошлись. И контроллер ветряка полетел. Пришлось две недели новый ждать. И солнца до нового года почти не было. Поэтому и вытащил с антресоли этот агрегат.
Но на 21 января он опять закинут на антресоль.

PS стоили 8 лет назад такие штатовские элементы на ебэе 25$. Сейчас таких не видел, только гонконгские.

PPS есть у меня почти со школьных лет приятель Витя. Человек очень сложной судьбы. Сейчас он вроде как бомж. И живет в основном рядом или под или над тепломагистралями. Вот ему я подарил пять лет назад такую установку. Бочины трубы больше 100 градусов, и 24 часа в сутки. Теперь Он с нотебуком не расстается. И лампочка светит постоянно.

приятель витя пикабушник по-любому..))

ахаха модер скорее)

Все это полная хуйня, уж извини афтар. В свое время рассчитывал, но учитывая КПД пельтьешек на генерацию даже на стадии расчета получается полная хуйня.

У меня при средней топке в 2.5-3 часа, идет выработка энергии до 5 часов(вместе с остыванием). И суточная выработка от 140 до 190 ватт. В месяц около 5квт.

Ну во первых не ватт — а ватт/ч. 5 квт/ч стоят для сельской местности рубля 3 за штуку — и того за ГОД — 12*5*3 = 225р — на такую сумму можно нагенерить за целый год, это же почти 4$. Круто, учитывая что один элемент стоит 25$ — можно за 6 лет отбить, если не сгорит.

Во вторых — он скорее всего сгорит, так как надо во первых его не перегреть, а во вторых стремится максимально нагреть — как контролить нагрев, нууу я ваще хз. А насколько помню — паяны они низкотемпеатурным припоем. Нагревать нужно по максимуму — нужна дельта как можно больше с холодной стороной, которую нужно снабжать гигааантским радиатором если в него реально запулить 2квт ))) С радиаторм и некоторой системой контроля нагрева вся эта шарабайка не отобъется и за 50 лет.

ПыСы: у мну была идея для походного генератора от костра, при чем была мысля делать что-то типа котла с кипящей водой, что не давало бы элементам перегреться.

Вот что за привычка, с первых слов матюгаться, как малолетка. Зачем оно здесь?

Во-первых если быть точным, то никаких ватт/ч или квт/ч тем более не существует. Вы ошиблись. Если писать точно, то только ватт*ч и квт*ч. На профильном ресурсе так бы и написал, но Пикабу ресурс в основном развлекательный и упрощённый. Поэтому, чтобы не заморачивать читателям голову и написал, как было.

Во-вторых, если вы читали заметку, то должны были заметить, что вопрос окупаемости и подключения к центральным сетям не стоит, так как центрального электричества нет совсем. Дом стоит в полной автономии от МОЭСК.

В-третьих, не сгорел за восемь лет. Это уже не теория.

В-четвёртых, дельта по максимуму, как раз вредна. Делал я к нему водяное охлаждение, и обдув, и много чего ещё, восемь лет назад, но всё смысла нет. Идеальная дельта, как я написал в заметке 60 градусов. Будет больше — выработка резко снижается.

Читать еще:  Варенье из сосновых шишек

В-пятых, это и не делалось, как выше было сказано, с оглядкой на окупаемость.

Похоже у автора холодная сторона не совсем холодная. А если холодную сторону до уличной остудить, пельте не полетит? Ну типа +50 — (-20) = 70градусов к примеру

Не полетит — у него паспортный КПД не выше 20% (могу пиздеть, пишу по памяти).

Но паспортный это в идеальных условиях, что вряд ли получится сделать без сложных заморочек. Теперь на пальцах — афтар пишет про модель 540вт — вычитаем 20% КПД которое пойдет на эл-во, остается 430вт которые нужно рассеять с холодной стороны, причем рассеять быстро. Если использовать пассивный конвекционый радиатор (чтобы энергию на вентилятор не тратить), то (опять же если не путаю) рекомендуется МИНИМУМ 10-15см2 площади ребер на 1вт для охлада. 430*10=4300см2=0.43м2 те минимальный радиатор нужен с площадью поверхности под полметра квадратного минимум, а лучше метр. Если кулер будет пассивный — то это нехилая такая вещь, раз в пять больше самого большого компутерного.

ПыСы: как холодную сторону охлаждать на улице если печь в доме — я хз, не двух метровую же тепловую трубу делать.

в далеком будущем когда сделают ткань с таким эффектом то одевшись в одежду из неё можно будет собирать с тела человека энергию, охлаждать в жару и обогревать в холод

вот есть аэрогель материал с очень малой теплопроводимостью, вот бы его внутрь Пелтешки чтоб он не давал одной стороне так сильно нагреваться от другой

а сейчас это баловство не больше

ГыГы. Как он не даст ей сильно нагреваться, он вообще потом тепла перекроет и все.

Читать невозможно! Автор, купи букварь!

Нет, это не Криотермовские модули. Для каждого модуля паспорт с датой и место производства. Мои то ли Калифорния, то ли Коннектикут ( CA or CO). Во всяком случае в 2011 было так.

что мешает купить еще пару модулей или всю печь ими облепить? если она постоянно топится.

Ага, и трястись как бы не сунуть лишнее полено.

Во, блин! Это с печи можно ещё и электричество вырабаттывать? Круто!

А я думал элементы Петлье только в системах охлаждения используются.

У меня же печка до красна раскаляется когда угля засыпаю. Надо тоже собрать такую штуковину!

Может и есть такие, что «до красна» держат, но я про них не слышал. Максимум градусов 200. Потом разваливаются.

Там низко температурный припой, плюс полупроводник — 180С афтар выше пишет, все сходится.

Что за говняный монтаж на последней фотке?

какой есть, извините.

Автономная солнечная система в Подмосковье

Здравствуйте. Буквально вчера поднимал эту тему: Солнышко на новый год и на удивление появилось много вопросов и просьб разъяснить особенности: #comment_157927435. Многое ответил в комментариях. Здесь просто объединяю и дополняю.
Солнечная система состоит из двух независимых блоков. Первый из 15 панелей по 100ватт. Второй из ветряка на 400 ватт и панелей на 280 ватт. Отдельно в доме, в качестве аварийной палочки-выручалочки на темные дни, расположена сборка ТЭГ термогенератор на элементах Пельтье. Весь декабрь очень выручает. Про ветряк я на пикабу уже писал год назад: Про ветряк в развитие сюжета.
Управляются блоки также порознь двумя MPPT контроллерами. Один тайваньский MPP Solar на 60А, другой американский OutBack 80A: https://shop.solarhome.ru/outback-flexmax-80-kontroller-zary. . Инверторов на 220 тоже два. От немецкой Солартроникс на 1 и 2 квт. Проводок параллельных тоже две: на 12/24 и на 220 вольт. Вот такой я извращенец.
Система собиралась с 2010 года по 2015-й. Последние 4.5 года ничего не менялось.
Аккумуляторы Leoch 12/100 8 штук свинец. Работают кстати уже с 2013 года, не нарадуюсь. Аккумуляторы Deka 12/100 4 штуки тоже свинец. Похуже.
Лампы освещения везде светодиодные на 12 вольт, чаще самопайки-самоделки, реже покупные.
Телевизор и ноутбуки с зарядками подключены в низковольтовую сеть через прикуриватели.
На инверторной сети 220 вольт живет только холодильник А+ и насосы колодезные и в доме.
За 10 лет автономной жизни поменял много разных элементов системы. Могу многое сказать про аккумуляторы Delta- г.вно, заливка Пентэласт- г.вно, китайские аналоги немецких контроллеров- г.вно. Литиевые батареи неразумно. Много было выкинуто денег псу под хвост, но это в прошлом.
Цена всех компонентов в современных условиях примерно 250-300 тысяч плюс работа.
В условиях Подмосковья такая конфигурация даёт избыток энергии с февраля по октябрь включительно. Для любых нужд. Проблемы возникают с ноября по январь. Самые проблемы с 20 ноября по 20 января. Это усредненно за десять лет.
Летом же ветряк чаще стоит отключенным, также изредка включаю панели. Электричества больше, чем я могу съесть.
Мои потребности в электричестве зимой ужимаются до 60 квтч в месяц. Летом трачу 250-300 квтч. Если вести активно стройку, то до 1000 квтч в месяц. Система это позволяет. Свет, ноутбук, насосы, вентиляция, телевизор, зарядки, холодильник работают штатно всегда.

PS Если вы привыкли к электропечке/духовке, электрочайнику, микроволновке, утюгу, мощному холодильнику. Т.е. к любому мощному потребителю более 1.5 квт, то эта система не потянет ваши потребности. Только летом. Если же вы сможете без этого обходиться, то система может работать круглый год.

PPS Сделал такую систему не потому, что выпендрежник или денег некуда девать, а потому, что СНТ отключает свет на полгода, а МОЭСК не вмешивается. Судиться не прельщает. Тянуть собственную линию за 1.5 км и ставить свой трансформатор намного дороже. Слушать тарахтящий генератор на природе не хочется. Поэтому и получилось, что получилось.

PPPS Вроде приняли закон о микрогенерации и отдаче в сеть. Весной поинтересуюсь, посчитаю и может быть займусь этим.

Солнышко на новый год

С Новым Годом вас, люди. У нас тоже вот радость, незамечаемая многими. Утром 1 января вылезло из-за опостылевших туч и облаков, ласковое солнце

С 29 ноября в Подмосковье солнца не было от слова совсем. Ночью иногда звезды мелькали, и утром вроде полоса зари пробивалась, но днем все затягивали гадкие тучи. И моя солнечная система стояла мёртвой. Ни ватта на накопители. Только ветряк и спасал от разряда аккумуляторов.

Благо ветренных дней было много.
Теперь и солнце почаще будет радовать. Зима повернула. День пошёл прибавляться.
Желаю всем в новом году побольше счастливых солнечных дней. И мирного неба над головой

Термоэлектрический модуль Пельтье — устройство, принцип действия, характеристики

Явление возникновения термо-ЭДС было открыто немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком в далеком в 1821 году. А заключается это явление в том, что в замкнутой электрической цепи, состоящей из соединенных последовательно разнородных проводников, при условии что их контакты находятся в условиях различных температур, возникает ЭДС.

Данный эффект, названный по имени его первооткрывателя эффектом Зеебека, называют теперь просто термоэлектрическим эффектом.

Если цепь состоит всего из пары разнородных проводников, то такая цепь называется термопарой. В первом приближении можно утверждать, что величина термо-ЭДС зависит лишь от материала проводников и от температур холодного и горячего контактов. Таким образом, в небольшом интервале температур термо-ЭДС пропорциональна разности температур холодного и горячего контактов, а коэффициент пропорциональности в формуле называется коэффициентом термо-ЭДС.

Так например, при разности температур в 100°С, при температуре холодного контакта 0°С, пара медь-константан обладает термо-ЭДС величиной в 4,25мВ.

Между тем, термоэлектрический эффект имеет в своей основе три составляющих:

Первый фактор — различие у разных веществ зависимости средней энергии электронов от температуры. В результате, если при нагреве проводника на одном его конце температура выше, то там электроны приобретают большие скорости, чем электроны на холодном конце проводника.

Кстати, у полупроводников с нагревом растет и концентрация электронов проводимости. Электроны с высокой скоростью устремляются к холодному концу, и там происходит накопление отрицательного заряда, а на горячем конце получается нескомпенсированный положительный заряд. Так возникает составляющая термо-ЭДС, называемая объемной ЭДС.

Читать еще:  Сосиски в лаваше за 5 минут

Второй фактор — у разных веществ контактная разность потенциалов зависит от температуры по-разному. Это связано с различием энергии Ферми у каждого из проводников, сведенных в контакт. Контактная разность потенциалов, возникающая при этом, оказывается пропорциональной разности энергий Ферми.

Получается электрическое поле в тонком приконтактном слое, причем разность потенциалов с каждой стороны (у каждого из сведенных в контакт проводников) будет одинаковой, и при обходе цепи по замкнутому контуру, результирующее электрическое поле будет равно нулю.

Но если температура одного из проводников будет отличаться от температуры другого, то в связи с зависимостью энергии Ферми от температуры, изменится и разность потенциалов. В результате возникнет контактная ЭДС — вторая составляющая термо-ЭДС.

Третий фактор — фононное увеличение ЭДС. При условии, что в твердом теле имеет место температурный градиент, количество фононов (фонон — квант колебательного движения атомов кристалла), движущихся в направлении от горячего конца к холодному будет преобладать, в результате чего вместе с фононами большое количество электронов будет увлекаться в сторону холодного конца, и там станет накапливаться отрицательный заряд, пока процесс не придет в равновесие.

Это дает третью составляющую термо-ЭДС, которая в условиях низких температур может в сотни раз превосходить две упомянутые выше составляющие.

В 1834 году французский физик Жан Шарль Пельтье открыл обратный эффект. Он обнаружил, что при прохождении электрического тока через контакт (спай) двух разнородных проводников выделяется или поглощается тепло.

Количество поглощаемого или выделяемого тепла связано с видом спаянных веществ, а также с направлением и величиной протекающего через спай электрического тока. Коэффициент Пельтье в формуле численно равен коэффициенту термо-ЭДС, умноженному на абсолютную температуру. Это явление известно теперь как эффект Пельтье.

В сути эффекта Пельтье в 1838 году разобрался русский физик Эмилий Христианович Ленц. Он экспериментально проверил эффект Пельтье, поместив каплю воды на место спая образцов сурьмы и висмута. Когда Ленц пропускал через цепь электрический ток, вода превращалась в лед, но когда ученый изменил направление тока на противоположное, лед быстро растаял.

Ученый установил таким образом, что при протекании тока не только выделялось джоулево тепло, но происходило также поглощение или выделение дополнительного тепла. Это дополнительное тепло получило название «тепло Пельтье».

Физическая основа эффекта Пельтье заключается в следующем. Контактное поле в месте спая двух веществ, созданное контактной разностью потенциалов, либо препятствует прохождению пропускаемого через цепь тока, либо способствует ему.

Если ток пропускается против поля, то требуется работа источника, который должен затратить энергию на преодоление контактного поля, в результате чего и происходит нагрев места спая. Ежели ток направлен так, что контактное поле поддерживает его, то работу совершает контактное поле, и энергия отнимается у самого вещества, а не расходуется источником тока. В результате вещество в месте спая охлаждается.

Наиболее выразителен эффект Пельтье у полупроводников, благодаря чему стали возможными модули Пельтье или термоэлектрические преобразователи.

В основе элемента Пельтье два полупроводника, контактирующие между собой. Эти полупроводники отличаются энергией электронов в зоне проводимости, поэтому при протекании тока через место контакта, электроны вынуждены приобретать энергию, чтобы смочь перейти в другую зону проводимости.

Так, при перемещении в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника, электроны поглощают энергию, охлаждая место перехода. При обратном направлении тока электроны отдают энергию, и происходит нагрев дополнительно к джоулеву теплу.

Полупроводниковый модуль Пельтье состоит из нескольких пар полупроводников p и n-типа, имеющих форму маленьких параллелепипедов. Обычно в качестве полупроводников используют теллурид висмута и твердый раствор кремния и германия. Полупроводниковые параллелепипеды соединены между собой попарно медными перемычками. Эти перемычки служат контактами для теплообмена с керамическими пластинками.

Перемычки расположены так, что с одной стороны модуля только перемычки обеспечивающие переход n-p, а с другой стороны — только перемычки обеспечивающие переход p-n. В результате, при подаче тока, одна сторона модуля нагревается, другая — охлаждается, а если полярность питания сменить на противоположную, то сторона нагрева и охлаждения соответственно поменяются местами. Таким образом, при прохождении тока происходит перенос тепла с одной стороны модуля на другую, и возникает разность температур.

Если теперь одну сторону модуля Пельтье нагревать, а другую охлаждать, то в цепи возникнет термо-ЭДС, то есть будет реализован эффект Зеебека. Очевидно, эффект Зеебека (термоэлектрический эффект) и эффект Пельтье — две стороны одной медали.

Сегодня можно легко приобрести модули Пельтье по относительно доступной цене. Наиболее популярны модули Перьтье типа ТЕС1-12706, содержащие 127 термопар, и рассчитанные на питание 12 вольт.

При максимальном потреблении в 6 ампер, достижима разница температур в 60°С, при этом заявляемый производителем безопасный диапазон рабочих температур — от -30°С до +70°С. Размер модуля 40мм х 40мм х 4мм. Модуль может работать как в режиме охлаждения-нагревания, так и в режиме генерации.

Есть и более мощные модули Пельтье, например TEC1-12715, рассчитанный на 165 Вт. При питании напряжением от 0 до 15,2 вольт, с силой тока от 0 до 15 ампер, данный модуль способен развить разность температур в 70 градусов. Размер модуля также 40мм х 40мм х 4мм, однако диапазон безопасных рабочих температур шире — от -40°С до +90°С.

В таблице ниже приведены данные по модулям Пельтье, широко доступным сегодня на рынке:

Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника.

Сумка-холодильник на элементах Пельтье, нет компрессора, не нуждается во фреоне или других хладагентах

Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении.

Что это такое?

Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в 1834 году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

В соответствии с классической теорией существует следующее объяснение явления: электрический ток переносит между металлами электроны, которые могут ускорять или замедлять свое движение, в зависимости от контактной разности потенциалов в проводниках, сделанных из различных материалов. Соответственно, при увеличении кинетической энергии, происходит ее превращение в тепловую.

На втором проводнике наблюдается обратный процесс, требующий пополнения энергии, в соответствии с фундаментальным законом физики. Это происходит за счет теплового колебания, что вызывает охлаждение металла, из которого изготовлен второй проводник.

Современные технологии позволяют изготовить полупроводниковые элементы-модули с максимальным термоэлектрическим эффектом. Имеет смысл кратко рассказать об их конструкции.

Устройство и принцип работы

Современные модули представляет собой конструкцию, состоящую из двух пластин-изоляторов (как правило, керамических), с расположенными между ними последовательно соединенными термопарами. С упрощенной схемой такого элемента можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Устройство модульного элемента Пельтье

Обозначения:

  • А – контакты для подключения к источнику питания;
  • B – горячая поверхность элемента;
  • С – холодная сторона;
  • D – медные проводники;
  • E – полупроводник на основе р-перехода;
  • F – полупроводник n-типа.

Конструкция выполнена таким образом, что каждая из сторон модуля контактирует либо p-n, либо n-p переходами (в зависимости от полярности). Контакты p-n нагреваются, n-p – охлаждаются (см. рис.3). Соответственно, возникает разность температур (DT) на сторонах элемента. Для наблюдателя этот эффект будет выглядеть, как перенос тепловой энергии между сторонами модуля. Примечательно, что изменение полярности питания приводит к смене горячей и холодной поверхности.

Рис. 3. А – горячая сторона термоэлемента, В – холодная

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

  • холодопроизводительностью (Qmax), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
  • максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DTmax), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения — градусы;
  • допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – Imax;
  • максимальным напряжением Umax, необходимым для тока Imax, чтобы достигнуть пиковой разницы DTmax;
  • внутренним сопротивлением модуля – Resistance, указывается в Омах;
  • коэффициентом эффективности – СОР (аббревиатура от английского — coefficient of performance), по сути это КПД устройства, показывающее отношение охлаждающей к потребляемой мощности. У недорогих элементов этот параметр находится в пределах 0,3-0,35, у более дорогих моделей приближается к 0,5.
Читать еще:  Как сделать трубогиб из маховика авто и бендикса стартера

Маркировка

Рассмотрим, как расшифровывается типовая маркировка модулей на примере рисунка 4.

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Маркировка разбивается на три значащих группы:

  1. Обозначение элемента. Две первые литеры всегда неизменны (ТЕ), говорят о том, что это термоэлемент. Следующая указывает размер, могут быть литеры «С» (стандартный) и «S» (малый). Последняя цифра указывает, сколько слоев (каскадов) в элементе.
  2. Количество термопар в модуле, изображенном на фото их 127.
  3. Величина номинального тока в Амперах, у нас – 6 А.

Таким же образом читается маркировка и других моделей серии ТЕС1, например: 12703, 12705, 12710 и т.д.

Применение

Несмотря на довольно низкий КПД, термоэлектрические элементы нашли широкое применение в измерительной, вычислительной, а также бытовой технике. Модули являются важным рабочим элементом следующих устройств:

  • мобильных холодильных установок;
  • небольших генераторов для выработки электричества;
  • систем охлаждения в персональных компьютерах;
  • кулеры для охлаждения и нагрева воды;
  • осушители воздуха и т.д.

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Холодильник на элементах Пельтье

Термоэлектрические холодильные установки значительно уступают по производительности компрессорным и абсорбционным аналогам. Но они имеют весомые достоинства, что делает целесообразным их использование при определенных условиях. К таким преимуществам можно отнести:

  • простота конструкции;
  • устойчивость к вибрации;
  • отсутствие движущихся элементов (за исключением вентилятора, обдувающего радиатор);
  • низкий уровень шума;
  • небольшие габариты;
  • возможность работы в любом положении;
  • длительный срок службы;
  • небольшое потребление энергии.

Такие характеристики идеально подходят для мобильных установок.

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

Термоэлектрические модули могут работать в качестве генераторов электроэнергии, если одну из их сторон подвергнуть принудительному нагреву. Чем больше разница температур между сторонами, тем выше сила тока, вырабатываемая источником. К сожалению, максимальная температура для термогенератора ограничена, она не может быть выше точки плавления припоя, используемого в модуле. Нарушение этого условия приведет к выходу элемента из строя.

Для серийного производства термогенераторов используют специальные модули с тугоплавким припоем, их можно нагревать до температуры 300°С. В обычных элементах, например, ТЕС1 12715, ограничение – 150 градусов.

Поскольку КПД таких устройств невысокий, их применяют только в тех случаях, когда нет возможности использовать более эффективный источник электрической энергии. Тем не менее, термогенераторы на 5-10 Вт пользуются спросом у туристов, геологов и жителей отдаленных районов. Большие и мощные стационарные установки, работающие от высокотемпературного топлива, используют для питания приборов газораспределительных узлов, аппаратуры метеорологических станций и т.д.

Термоэлектрический генератор B25-12 (М) на 12 вольт, мощностью 25 ватт

Для охлаждения процессора

Относительно недавно данные модули стали использовать в системах охлаждения CPU персональных компьютеров. Учитывая низкую эффективность термоэлементов, польза от таких конструкций довольно сомнительна. Например, чтобы охладить источник тепла мощностью 100-170 Вт (соответствует большинству современных моделей CPU), потребуется потратить 400-680 Вт, что требует установки мощного блока питания.

Второй подводный камень – незагруженный процессор будет меньше выделять тепловой энергии, и модуль может охладить его меньше точки росы. В результате начнет образовываться конденсат, что, гарантировано, выведет электронику из строя.

Тем, кто решиться создать такую систему самостоятельно, потребуется провести серию расчетов по подбору мощности модуля под определенную модель процессора.

Исходя из выше сказанного, использовать данные модули в качестве системы охлаждения CPU не рентабельно, помимо этого они могут стать причиной выхода компьютерной техники из строя.

Совсем иначе обстоит дело с гибридными устройствами, где термомодули используются совместно с водяным или воздушным охлаждением.

Термоэлектрический кулер Армада

Гибридные системы охлаждения доказали свою эффективность, но высокая стоимость ограничивает круг их почитателей.

Кондиционер на элементах Пельтье

Теоретически такое устройство конструктивно будет значительно проще классических систем климат-контроля, но все упирается в низкую производительность. Одно дело — охладить небольшой объем холодильной камеры, другое — помещение или салон автомобиля. Кондиционеры на термоэлектрических модулях будут больше (в 3-4 раза) потреблять электроэнергии, чем оборудование, работающее на хладагенте.

Что касается использования в качестве автомобильной системы климат-контроля, то для работы такого устройства мощности штатного генератора будет недостаточно. Замена его на более производительное оборудование приведет к существенному расходу топлива, что не рентабельно.

В тематических форумах периодически возникают дискуссии на эту тему и рассматриваются различные самодельные конструкции, но полноценного рабочего прототипа пока не создано (не считая кондиционера для хомячка). Вполне возможно, ситуация измениться, когда появятся в широком доступе модули с более приемлемым КПД.

Для охлаждения воды

Термоэлектрический элемент часто используют как охладитель для кулеров воды. Конструкция включает в себя: охлаждающий модуль, контролер, управляемый термостатом и обогреватель. Такая реализация значительно проще и дешевле компрессорной схемы, помимо этого, она надежней и проще в эксплуатации. Но есть и определенные недостатки:

  • вода не охлаждается ниже 10-12°С;
  • на охлаждение требуется дольше времени, чем компрессорному аналогу, следовательно, такой кулер не подойдет для офиса с большим количеством работников;
  • устройство чувствительно к внешней температуре, в теплом помещении вода не будет охлаждаться до минимальной температуры;
  • не рекомендуется установка в запыленных комнатах, поскольку может забиться вентилятор и охлаждающий модуль выйдет из строя.

Настольный кулер для воды с использованием элемента Пельтье

Осушитель воздуха на элементах Пельтье

В отличие от кондиционера, реализация осушителя воздуха на термоэлектрических элементах вполне возможна. Конструкция получается довольно простой и недорогой. Охлаждающий модуль понижает температуру радиатора ниже точки росы, в результате на нем оседает влага, содержащаяся в воздухе, проходящем через устройство. Осевшая вода отводится в специальный накопитель.

Простой и недорогой китайский осушитель воздуха на элементах Пельтье

Несмотря на низкий КПД, в данном случае эффективность устройства вполне удовлетворительная.

Как подключить?

С подключением модуля проблем не возникнет, на провода выходов необходимо подать постоянное напряжение, его величина указанна в даташит элемента. Красный провод необходимо подключить к плюсу, черный — к минусу. Внимание! Смена полярности меняет местами охлаждаемую и нагреваемую поверхности.

Как проверить элемент Пельтье на работоспособность?

Самый простой и надежный способ – тактильный. Необходимо подключить модуль к соответствующему источнику напряжения и дотронуться до его разных сторон. У работоспособного элемента одна из них будет теплее, другая – холоднее.

Если подходящего источника под рукой нет, потребуется мультиметр и зажигалка. Процесс проверки довольно прост:

  1. подключаем щупы к выводам модуля;
  2. подносим зажженную зажигалку к одной из сторон;
  3. наблюдаем за показаниями прибора.

В рабочем модуле при нагреве одной из сторон генерируется электрический ток, что отобразится на табло прибора.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Сделать самодельный модуль в домашних условиях практически невозможно, тем более в этом нет смысла, учитывая их относительно невысокую стоимость (порядка $4-$10). Но можно собрать устройство, которое будет полезным в походе, например, термоэлектрический генератор.

Схема подключения самодельного термогенератора

Для стабилизации напряжения необходимо собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920.

Принципиальная схема преобразователя напряжения

На вход такого преобразователя подается напряжение в диапазоне 0,8-5,5 В, на выходе он будет выдавать стабильные 5 В, что вполне достаточно для подзарядки большинства мобильных устройств. Если используется обычный элемент Пельтье, необходимо ограничить рабочий диапазон температуры нагреваемой стороны 150 °С. Чтобы не утруждать себя отслеживанием, в качестве источника тепла лучше использовать котелок с кипящей водой. В этом случае элемент гарантировано не нагреется выше температуры 100 °С.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector