Element Peltier DIY

În engleză termenul este denumit TEC - răcitor termoelectric. Un element Peltier de bricolaj este un convertor electric de temperatură care funcționează pe principiul unei diferențe de temperatură care apare în momentul aplicării curentului electric. Este posibil să-l asamblați singur și la ce scop poate fi folosit?

Element Peltier DIY

Este aproape imposibil să faci un dispozitiv acasă, mai ales că nu prea are sens, având în vedere valoarea sa mică de piață.

Dar cei mai mulți meșteri încă preferă să facă elementul Peltier cu propriile mâini, invocând o serie de avantaje:

1. Compact, ușor de instalat pe un platou electronic de casă.
2. Nu există piese în mișcare, ceea ce îi crește durata de viață.
3. Posibilitatea de a conecta mai multe elemente într-un circuit în cascadă pentru a reduce temperaturile foarte ridicate.

Cu toate acestea, DIY Peltier are anumite dezavantaje: eficiență scăzută, necesitatea de a furniza un curent mare pentru a obține o diferență de temperatură vizibilă și dificultatea de a elimina energia termică de pe suprafața răcită.

Să ne uităm la un exemplu de diagrame despre cum să faci un Peltier cu propriile mâini:

• Utilizați-l ca parte a unui generator termoelectric, conform schemei de conectare.
• Asamblați un convertor simplu pe cipul L6920 IC (Figura 1).

Figura 1. Element Peltier DIY: circuit universal

1. Aplicați o tensiune în intervalul 0,8-5,5V la intrarea convertorului rezultat pentru a avea o ieșire stabilă de 5V.
2. Când utilizați un dispozitiv de tip convențional, setați limita de temperatură a părții încălzite la 150 de grade.
3. Pentru calibrare, folosiți ca sursă de căldură un recipient cu apă clocotită, care cu siguranță nu se va încălzi peste 100 de grade.

Descrierea tehnologiei și principiul de funcționare

Metoda de funcționare a unui răcitor termoelectric este destul de simplă. Efectul Peltier DIY se bazează pe contactul a doi conductori de curent care au niveluri diferite de energie electronică în zona lor de conducere.

Figura 2. Principiul de funcționare al elementului

Când un curent electric este aplicat printr-o astfel de legătură, electronul dobândește energie mare, permițându-i să se deplaseze în banda de conducție de energie mai mare a celui de-al doilea semiconductor. Când această energie este absorbită, are loc zona de răcire a conductorilor (Figura 2).

Când procesul are loc în direcția opusă, reacția duce la încălzirea zonei de contact și la efectul termic obișnuit.

După ce vizionați un videoclip Peltier cu propriile mâini, puteți trage anumite concluzii despre principiul funcționării acestuia:

1. Cantitatea de curent furnizată va fi proporțională cu gradul de răcire - dacă pe o parte a modulului se realizează un radiator bun, la utilizarea circuitelor de radiatoare, partea sa rece va asigura cea mai scăzută temperatură posibilă.
2. Când polaritatea curentului se schimbă, planurile de încălzire și răcire își schimbă părțile.
3. Când un obiect intră în contact cu o suprafață metalică, acesta devine atât de mic încât nu poate fi văzut pe fundalul încălzirii ohmice sau al altor efecte de conductivitate termică, motiv pentru care în practică se folosesc doi semiconductori.
4. Datorită unui număr variat de termocupluri - de la 1 la 100, aproape orice capacitate de refrigerare poate fi atinsă.

Caracteristicile tehnice ale elementului Peltier

Componenta este utilizată pe scară largă în diferite circuite frigorifice.

Ceea ce nu este surprinzător, deoarece un peltier DIY are următoarele caracteristici tehnice:

1. Capabil să atingă temperaturi scăzute, ceea ce reprezintă o soluție excelentă pentru răcirea aparatelor electrice și a celor supuse încălzirii.
2. Îndeplinește perfect munca unui răcitor convențional, ceea ce face posibilă instalarea acestuia în sistemele moderne de sunet și acustic.
3. Absolut silentios - in timpul functionarii nu produce sunete straine sau intense.
4. Are un transfer puternic de căldură, menținând în același timp temperatura dorită pe calorifer pentru o perioadă destul de lungă.

Frigider de bricolaj cu elemente Peltier

Pentru a asambla unitatea frigorifică veți avea nevoie de un număr suficient de conductori electrici și unelte speciale (Figura 3).

Un frigider Peltier DIY necesită o abordare specială a asamblarii și a materialelor folosite:

1. Baza plăcii ar trebui să fie ceramică durabilă;
2. Pentru diferenta maxima de temperatura trebuie pregatite minim 20 de racorduri;
3. Calculele corecte sunt cheia pentru creșterea eficienței cu 70%;
4. Freonul va oferi cea mai mare putere echipamentelor folosite;
5. Un modul de casă este instalat lângă vaporizatorul său, lângă motor;
6. Instalarea se realizează cu un set standard de instrumente folosind garnituri;
7. Sunt necesare pentru a izola modelul de lucru de releul de pornire;
8. Izolarea va fi necesară și pentru cablarea în sine, înainte de a-l conecta la compresor;
9. Pentru a evita scurtcircuitul, puterea tensiunii de limitare este numită de tester.

Figura 3. Folosind un element Peltier, puteți asambla cu ușurință un frigider de camping

O schemă similară poate fi utilizată pentru un răcitor de mașină. Frigiderul auto Peltier este asamblat cu propriile mâini pe o placă ceramică de nu mai puțin de 1 milimetru grosime. Folosește conexiuni nemodulare din cupru cu o capacitate de 4A și folosește conductoare marcate „PR20”, potrivite pentru diverse tipuri de contacte. Pentru a conecta dispozitivul la condensator, utilizați un fier de lipit obișnuit.

Aer condiționat Peltier DIY

În acest caz, numai conductoare de tip „PR12” pot fi utilizate pentru produs (Figura 4).

Aparatele de aer condiționat Peltier sunt asamblate numai pe ele, deoarece pot rezista la temperaturi anormale și pot produce tensiuni de până la 23V:

1. Folosit în principal pentru răcirea plăcilor video ale computerelor.
2. Rezistența sa fluctuează în intervalul de 3 ohmi.
3. Diferența de temperatură este de 10 grade, iar eficiența este de 65%.
4. Necesita 14 conductori de cupru.
5. Pentru conectare se folosește un adaptor non-modular.
6. Dispozitivul este montat lângă coolerul încorporat pe placa video.
7. Structura este asigurată cu colțuri metalice și piulițe obișnuite.

Figura 4. Elementul este folosit și pentru a crea aparate de aer condiționat portabile

Dacă în timpul funcționării aparatului de aer condiționat se observă zgomote străine puternice sau alte sunete necaracteristice, se verifică funcționalitatea acestuia cu un multimetru.

Generator Peltier DIY

Nu este atât de dificil să asamblați singur un astfel de dispozitiv. Un generator Peltier DIY are propriile sale caracteristici: performanța dispozitivului asamblat crește cu 10% datorită răcirii mai mari a motorului, dar nu se recomandă încălzirea componentelor principale la peste 200 de grade. Dispozitivul poate rezista la o sarcină maximă de 30A, iar rezistența acestuia poate fi de 4 Ohmi datorită numărului mai mare de conductori (Figura 5).

Merită să ne amintim că un generator bazat pe elemente Peltier cu propriile mâini:

1. Are o abatere de temperatură în sistem de aproximativ 13 grade.
2. În majoritatea cazurilor de asamblare și dezasamblare a structurii, statorul nu interferează cu acestea.
3. Modulul este atașat direct la rotor, pentru care trebuie să deconectați arborele central.
4. Pentru a evita încălzirea înfășurării rotorului de la inductor, trebuie utilizate plăci ceramice.

Figura 5. Un element Peltier va ajuta la crearea unui generator de camping

Un generator de căldură Peltier DIY este asamblat din două plăci de 10*10cm, grosime de 1mm, fixate cu pastă termică, care acoperă cele patru module necesare. Deasupra lor se pune o conserve sau orice alt recipient pentru a aprinde focul, care va asigura 170-180 de grade. Un radiator de cupru sau aluminiu este atașat la partea inferioară a uneia dintre plăci cu șuruburi. De el este atașată o altă placă de 20*12cm, de care este atașată o altă astfel de piesă. Pe ea este instalată o carcasă a bateriei fabricată din fabrică, la care este lipit un conector pentru încărcarea unui smartphone.

Dezumidificator Peltier DIY

Spre deosebire de același aparat de aer condiționat, implementarea acestei idei este complet justificată. Uscătorul Peltier DIY are un design simplu și un cost redus, iar modulul său de răcire scade temperatura radiatorului sub punctul de rouă, ceea ce duce la depunerea de umiditate conținută în aerul care trece prin dispozitiv. Apoi, apa decantată este trimisă într-un rezervor special de stocare (Figura 6).

În ciuda eficienței scăzute, eficiența unui astfel de dispozitiv poate fi numită destul de satisfăcătoare.

Dezumidificator Peltier de făcut singur:

1. Se conectează fără probleme - firele de ieșire sunt furnizate o tensiune constantă, a cărei valoare este scrisă în fișa de date.
2. Are o polaritate standard - firul roșu merge în plus, firul negru în minus dacă sunt amestecate, suprafețele răcite și încălzite se vor schimba.
3. Se verifică tactil - atunci când este conectat la o sursă de tensiune, o parte va fi rece, cealaltă va fi caldă.
4. Dacă nu există nicio sursă de curent în apropiere, conectăm sondele la bornele modulului și aducem un chibrit aprins sau o brichetă pe una dintre părți și observăm citirile dispozitivului.

Figura 6. Schema de ansamblu uscător de aer

Cum să conectați elementele Peltier pe un modul

Dacă vorbim despre un regulator simplu, nu ar trebui să existe dificultăți de conectare dacă există un circuit. Un modul Peltier DIY este format din două plăci metalice și cabluri cu contacte. Pentru a-l instala, conductoarele „PP” sunt pregătite și așezate la bază. Pentru a controla regimul de temperatură, la ieșire se folosesc semiconductori. Pentru a asambla toate componentele împreună, utilizați un fier de lipit de putere medie. În cele din urmă, conectați cele două fire prin care trece curentul electric.

Modulul DIY Peltier are următoarele nuanțe de conectare:

1. Primul fir conductor este montat la baza inferioară a structurii.
2. Este fixat lângă legătura conductivă cea mai exterioară.
3. În acest caz, ar trebui să evitați orice contact cu o parte metalică.
4. Apoi, un al doilea astfel de cablu este atașat în partea superioară.
5. Este fixat în același mod ca și precedentul.

Testarea unui modul Peltier auto-asamblat

Având în vedere ușurința de asamblare, realizarea singur a dispozitivului nu este dificilă. Testarea unui element Peltier realizat din diode cu propriile mâini, ca oricare altul, nu este, de asemenea, dificilă. Principalul lucru în etapele inițiale este să folosiți materialele potrivite - să pregătiți două plăci metalice și cablare cu contactele necesare, semiconductori marcați „PP”. Puteți verifica totul pentru funcționalitate folosind un multimetru sau un tester obișnuit, iar diodele ar trebui să se aprindă atunci când dispozitivul este conectat la rețea.

Folosind dispozitive simple, puteți utiliza pierderile de căldură din încălzirea aerului sau a lichidelor. În acest articol vă vom spune cum să utilizați energia reziduală a sobelor, cazanelor și focurilor deschise, transformând-o într-un curent electric continuu de putere redusă.

Orice proces chimic are loc cu eliberarea diferitelor tipuri de energie. O sursă atât de puternică precum arderea a fost folosită în orice moment. Poate fi numită sursa primară de căldură și lumină. Aproape toate substanțele de pe Pământ ard, eliberând căldură și lumină în cantități diferite. Transformarea energiei termice în energie electrică nu este dificilă dacă ai la îndemână o turbină cu abur funcțională, similară cu cele instalate în centralele termice. Acesta este un dispozitiv voluminos și complex, care este puțin probabil să găsească un loc în camera cazanelor unei case de țară. Vom incerca sa beneficiam de caldura generata de incalzirea sobei sau incalzirea apei.

Efectul Peltier este un fenomen de diferență de temperatură atunci când termocuplurile de două tipuri diferite de conductori (de tip p și de tip n) interacționează atunci când un curent continuu trece prin ele. Efectul Seebeck este o consecință a efectului Peltier, când se generează un curent electric atunci când unul dintre termocupluri este încălzit. Nu vom descrie în detaliu termodinamica procesului - această informație greu de înțeles poate fi găsită cu ușurință în literatura de referință. Ne interesează rezultatul și opțiunile pentru utilizarea sa practică.

Design modul termoelectric

Un modul termoelectric (TEM) este format din mai multe termocupluri conectate între ele printr-o placă de cupru. Câmpul termocuplului este lipit între două plăci ceramice. Este posibilă asamblarea unui astfel de modul numai într-un mediu din fabrică. Dar puteți asambla și mai multe TEM-uri pentru propriile nevoi acasă. Elementele Peltier-Seebeck sunt disponibile spre vânzare gratuită în magazinele specializate (și pe site-urile web) care vând echipamente tehnologice.

Asamblarea unui TEM de 5 V

Ce vei avea nevoie:

• Modul Peltier TEC1-12705 (40x40) - 2 buc.;
• convertizor de tensiune DC boost EK-1674;
• tabla duraluminiu grosime 3 mm;
• un recipient de apă cu fundul perfect plat (oală);
• lipici fierbinte;
• fier de lipit

Decupăm două plăci identice dintr-o foaie de duraluminiu, puțin mai mari decât două module aflate unul lângă celălalt. Întărim plăcile de pe module pe ambele părți cu lipici fierbinte. Fixăm (cu lipici fierbinte) „sandvișul” rezultat pe fundul oalei. Acest design poate fi deja pus pe foc, dar vom obține un 1,5 V inutil la ieșire. Pentru a îmbunătăți performanța, avem nevoie de un convertor boost, pe care îl lipim în circuit. Va crește tensiunea la 5 V, iar acest lucru este deja suficient pentru a încărca un telefon mobil.

Atenţie! Convertorul are dimensiuni de 1,5x1,5 cm Daca nu ai abilitati profesionale, incredintezi lipirea unui specialist.

Diferența de temperatură în designul nostru este obținută prin încălzirea unei părți (de la cuptor sau flacără) și răcirea celeilalte (apa în oală). Desigur, cu cât diferența este mai mare, cu atât modulul este mai eficient. Prin urmare, pentru a funcționa în modul microgenerator, veți avea nevoie de o temperatură relativ scăzută a apei în oală (este mai bine să o înlocuiți periodic). Pentru a genera râvnitul 5 V, este suficient să plasați structura pe un pahar cu o lumânare aprinsă.

Prin combinarea proporțională a mai multor module, obținem un sistem de generare a energiei mai eficient. În consecință, prin creșterea structurii, creștem proporțional schimbătorul de căldură. În acest caz, suprafața de răcit trebuie acoperită complet cu un recipient cu apă (cea mai simplă și mai accesibilă opțiune).

Totul este atât de simplu încât simți imediat dorința de a asambla mai multe module într-un singur sistem și de a genera 220 V din foc. Și apoi conectați încălzitorul de ulei sau aparatul de aer condiționat. Un astfel de sistem simplu are dezavantajele sale, iar principalul este eficiența scăzută. De obicei, această cifră nu depășește 5%. Acest lucru are ca rezultat un curent relativ scăzut de 0,5 - 0,8 A și o putere foarte scăzută - până la 4 W.

Pentru o pompă sau o lampă incandescentă, acest lucru este neglijabil, dar suficient pentru:

• încărcarea bateriilor până la bateriile motocicletei (în variante proporționale cu cerințele);
• funcționarea lămpilor cu diode emițătoare de lumină (LED);
• receptor radio

Iarna, un sistem amplasat pe o sursa de caldura situata in exterior va functiona cat mai eficient.

Costuri materiale pentru asamblarea unui microgenerator termoelectric de 5V:

*- acest model de element a fost ales din motive de preț. Gama de TEM de la companiile furnizor este destul de largă, ceea ce vă permite să selectați modele mai productive (până la 8 V) (sunt semnificativ mai scumpe).

Produsele fabricate din fabrică cu acest design abia încep să apară la vânzare. Producția în serie se realizează în loturi mici, iar gama este mică. Costul unei astfel de „găleți” începe de la 2.500 de ruble.

Un generator termic din fabrică este un dispozitiv bazat pe efectul Peltier-Seebeck, care poate fi atașat direct pe o suprafață încălzită. Se distinge de designul descris mai sus prin execuția din fabrică (și, prin urmare, fiabilitatea), absența unui schimbător de căldură lichid (în schimb există aripioare pentru răcirea cu aer) și un preț mai mare.

Un termogenerator standard „călător” are următoarele caracteristici:

După cum se poate observa din tabel, fiabilitatea și utilitatea fabricii nu sunt ieftine. Cu toate acestea, nu se poate spune că este superior din punct de vedere funcțional față de versiunea de casă cu găleată. O tensiune impresionantă de 13,5 V va grăbi încărcarea telefonului mobil, dar pentru aceasta va trebui să purtați cu dvs. 2 kg de greutate într-o drumeție, iar acesta este un lux inaccesibil (având în vedere dimensiunea dispozitivului). Și, desigur, prețul te pune pe gânduri. Pentru această sumă, puteți asambla nu o „oală termică”, ci o „tigaie termică” și să vă încărcați cu ușurință laptopul. Și încă o nuanță - dispozitivul necesită încă fixarea pe o placă de metal dacă se folosește un foc deschis.

În general, acesta este un plus frumos și convenabil pentru cei care nu au probleme cu banii și spațiul liber în portbagaj.

Cuptor de energie

Astăzi, cuptorul energetic este apoteoza utilizării TEM-urilor în viața de zi cu zi. Acesta este un produs din fabrică, în esență o cutie de foc „sobă cu burtă” pentru orice tip de combustibil solid cu un modul termoelectric integrat. O opțiune ideală pentru cabane de vânătoare, cabane de vară, cartiere îndepărtate de iarnă și, în general, orice tip de viață departe de civilizație. Proiectat pentru utilizare autonomă (fără radiatoare periferice), are doar vatră și coș de fum. Include prepararea alimentelor. Cele mai puternice elemente Peltier-Seebeck sunt instalate pe acest cuptor.

Caracteristicile cuptoarelor cu energie:

Deși aragazul este portabil, este cu siguranță „categoria grea” a aparatelor electrocasnice. Cu toate acestea, gama de sarcini pentru un cuptor cu energie este destul de largă - poate chiar încărca bateriile auto și poate ilumina încăperi întregi cu lămpi LED. Îi are loc într-un convoi expediționar și într-un vehicul de vânătoare, într-o cameră tehnică și în țară. Cu alte cuvinte, in acest caz avem mereu la noi sursa de caldura, tot ce trebuie sa facem este sa gasim combustibil.

În nișa sa, cuptorul energetic este indispensabil, deși durata de viață declarată de producător este puțin alarmantă - 10 ani. Trebuie remarcat faptul că, ca și în cazul unui termogenerator, există posibilitatea înlocuirii preventive (sau de urgență) a tuturor pieselor până la carcasă.

Modulele termoelectrice sunt obiecte extrem de interesante. Pe lângă metodele de aplicare descrise, acestea sunt folosite și pentru apă și aer condiționat. În același timp, curent continuu este furnizat aceluiași element și funcționează „în direcția opusă” - răcește aerul. Această tehnologie este utilizată cu succes în aparatele de aer condiționat și răcitoare de apă pentru automobile, în industria auto și în producția de microprocesoare. Vom descrie aceste dispozitive în articolul următor.

Vitali Dolbinov, rmnt.ru

Mulți electricieni noi sunt interesați de o întrebare foarte populară - cum să facă electricitatea gratuită și, în același timp, autonomă. Foarte des, de exemplu, atunci când ieșiți în natură, există o lipsă catastrofală a unei prize pentru a reîncărca un telefon sau a aprinde o lampă. În acest caz, un modul termoelectric de casă asamblat pe baza unui element Peltier vă va ajuta. Folosind un astfel de dispozitiv, puteți genera curent cu o tensiune de până la 5 volți, ceea ce este suficient pentru a încărca dispozitivul și a conecta o lampă. În continuare, vă vom spune cum să faceți un generator termoelectric cu propriile mâini, oferind o clasă de master simplă în imagini și cu un exemplu video!

Pe scurt despre principiul de funcționare

Pentru ca pe viitor să înțelegeți de ce sunt necesare anumite piese de schimb la asamblarea unui generator termoelectric de casă, să vorbim mai întâi despre structura elementului Peltier și despre cum funcționează acesta. Acest modul este format din termocupluri conectate în serie situate între plăci ceramice, așa cum se arată în imaginea de mai jos.

Când un curent electric trece printr-un astfel de circuit, apare așa-numitul efect Peltier - o parte a modulului se încălzește, iar cealaltă se răcește. De ce avem nevoie de asta? Totul este foarte simplu, dacă acționați în ordine inversă: încălziți o parte a plăcii și răciți cealaltă, în consecință puteți genera energie electrică de joasă tensiune și curent. Sperăm că în această etapă totul este clar, așa că trecem la cursuri de master care vor arăta clar ce și cum să faci un generator termoelectric cu propriile mâini.

Clasa de master de asamblare

Așadar, am găsit pe Internet instrucțiuni foarte detaliate și în același timp simple pentru asamblarea unui generator de electricitate de casă bazat pe un cuptor și un element Peltier. Pentru a începe, trebuie să pregătiți următoarele materiale:

• Elementul Peltier în sine cu parametrii: curent maxim 10 A, tensiune 15 Volți, dimensiuni 40 * 40 * 3,4 mm. Marcaj – TEC 1-12710.
• O sursă de alimentare veche de la un computer (de la ea este nevoie doar de carcasa).
• Stabilizator de tensiune cu următoarele caracteristici tehnice: tensiune de intrare 1-5 Volți, tensiune de ieșire – 5 Volți. Această instrucțiune pentru asamblarea unui generator termoelectric utilizează un modul cu o ieșire USB, care va simplifica procesul de reîncărcare a unui telefon sau tabletă modern.
• Radiator. Îl poți lua imediat de la procesor cu un cooler, așa cum se arată în fotografie.
• Pasta termica.

După ce ați pregătit toate materialele, puteți continua să faceți singur dispozitivul. Deci, pentru a vă înțelege mai clar cum să creați singur un generator, vă oferim o clasă de master pas cu pas cu imagini și o explicație detaliată:

Generatorul termoelectric funcționează astfel: pui lemne în cuptor, îi dai foc și aștepți câteva minute până se încălzește o parte a plăcii. Pentru a reîncărca telefonul, diferența dintre temperaturile diferitelor părți trebuie să fie de aproximativ 100 o C. Dacă partea de răcire (radiator) se încălzește, trebuie să fie răcită prin toate metodele posibile - turnați ușor apă pe ea, puneți o cană de gheață pe el etc.

Și iată un videoclip care arată clar cum funcționează un generator electric de casă pe lemne:

Producerea energiei electrice din foc

De asemenea, puteți instala un ventilator de computer pe partea rece, așa cum se arată în a doua versiune a unui generator termoelectric de casă cu un element Peltier:

În acest caz, răcitorul va folosi o mică parte din puterea grupului generator, dar sistemul rezultat va fi mai eficient. Pe lângă încărcarea telefonului, modulul Peltier poate fi folosit ca sursă de energie electrică pentru LED-uri, care este o opțiune la fel de utilă pentru utilizarea unui generator. Apropo, a doua versiune a unui generator termoelectric de casă este puțin similară ca aspect și design. Singurul upgrade, pe lângă sistemul de răcire, este capacitatea de a regla înălțimea așa-numitului arzător. Pentru a face acest lucru, autorul elementului folosește „corpul” unui CD-ROM (una dintre fotografii arată clar cum puteți realiza singur designul).

Dacă realizați un generator termoelectric cu propriile mâini folosind această metodă, puteți avea până la 8 Volți de tensiune la ieșire, așa că pentru a vă încărca telefonul, nu uitați să conectați un convertor care va lăsa doar 5 V la ieșire.

Ei bine, ultima versiune a unei surse de energie de casă pentru casă poate fi reprezentată de următoarea diagramă: un element - două „cărămizi” de aluminiu, o țeavă de cupru (răcire cu apă) și un arzător. Rezultatul este un generator eficient care vă permite să creați electricitate gratuită acasă!

Bună, numele meu este Danil și sunt paranoic. Paranoia mea constă în faptul că sunt convins de sosirea iminentă a Marii Vulpi Arctice. Nu contează sub ce formă va veni această vulpe arctică - dacă rămânem în viață, atunci, cel mai probabil, va trebui să începem să trăim de la zero. Și viața este mult mai distractivă când ai ceva de încărcat bateriile din lanternă și dozimetru. Pentru cei care gandesc la fel (la fel si toti cei curiosi), va rog sa decupati mai jos (atentie, fotografii grele).

Partea de cercetare

De fapt, de ce elementul Peltier? Este mult mai logic să achiziționați o lanternă cu o unitate musculară („gândacul de pământ”), panouri solare sau, în cel mai rău caz, să construiți o moară de vânt. Anterior, am crezut și că este foarte posibil să mă descurc cu gândacii de pământ. Dar are o mulțime de piese mobile, care sunt făcute de unchiul Liao din plastic ieftin. Prima defecțiune în condițiile Marii Vulpi Arctice - și rămâi fără electricitate.

Ei bine, vă întrebați, de ce nu panouri solare? Nu există piese în mișcare. Sunt de acord, o să răspund, dar în condiții de iarnă nucleară sau vulcanică sau sub un acoperiș de beton de doi metri al unui adăpost, nu este atât de ușor să prinzi soarele.

Moară de vânt? Ce zonă ar trebui să fie palele sale pentru a se putea învârti chiar și într-un vânt slab? Piese în mișcare, din nou. Moara de vânt este potrivită pentru instalarea permanentă la echiparea unui adăpost pe termen lung.

Luând în considerare aceste argumente, am devenit descurajat. Dar în curând am dat din greșeală de site-ul nepropadu.ru (fără publicitate, doar un link către materialul sursă). Am stat pe el încontinuu două zile, iar pe parcursul procesului am dat peste un articol foarte interesant despre o sobă cu așchii de lemne realizată dintr-o unitate de alimentare pentru computer cu element Peltier în lateral (link la sfârșitul postării). Au fost o mulțime de sceptici în comentarii, dar autorul a scris că a încărcat calm telefonul de la un convertor chinezesc DC-DC conectat... Am rămas cucerit.

Partea de design

Pentru început, am comandat același element Peltier de la chinezi pe e-Bay (suficient pentru experimente). M-a costat 320 de ruble. Ceea ce m-a încântat a fost livrarea rapidă, de urmărire, dar gratuită. În plus, mărfurile au fost trimise literalmente la o oră după plată (și a fost duminică).

În timp ce elementul Peltier călătorea, m-am gândit la proiectarea viitorului generator termoelectric, am găsit un radiator potrivit cu un ventilator (un radiator de procesor vechi funcționa perfect) și, de asemenea, am săpat pe Internet un circuit pentru un convertor DC-DC cu un curent de ieșire maxim de 1 amper la o tensiune de 5 volți.

Nu am considerat indicat sa realizez o soba cu aschii de lemne urmand exemplul din articolul respectiv. Metalul din care este fabricat hardware-ul computerului este foarte moale, se va „scufunda” atunci când este expus la temperaturi ridicate și se va arde rapid. Prin urmare, s-a decis să se realizeze o „versiune detașabilă” a generatorului, care să poată fi montată pe o sobă staționară sau sprijinită de o oală stând pe foc. Și pentru a evita prăjirea elementului Peltier la foc deschis în astfel de condiții, era nevoie de o garnitură rezistentă la căldură, dar termoconductoare. Pentru a face acest lucru, am reușit să obțin o bucată de placă groasă de aluminiu de 100x120x5 milimetri.

Pentru a apăsa elementul Peltier pe substratul de aluminiu și, la rândul său, a apăsa radiatorul pe acesta, am decis să folosesc un set de construcții metalice pentru copii pe care l-am cumpărat cândva pentru nevoile robotice.

Dar elementul Peltier a sosit și a venit timpul pentru asamblare.

Partea tehnologica

Aveam un radiator, o placă de aluminiu, un element Peltier, o mână de componente radio, o bucată de PCB din folie și o varietate de șuruburi și piulițe. nu-mi amintesc mai departe.

Deci, toate componentele sunt asamblate, puteți începe asamblarea.

Îmi cer scuze pentru placa care a fost marcată și găurită în două locuri - abia mai târziu mi-a trecut prin minte că ar fi frumos să fotografiez de la bun început întregul proces de asamblare.

Prima problemă care m-a așteptat a fost ventilatorul standard de 12 volți de pe calorifer. Deoarece voi produce doar 5 volți și chiar și la un curent maxim destul de mic, acest lucru ar putea crea o problemă.

În primul rând, mi-am aruncat momeala în toate magazinele de radio și computere din Perm, dar nicăieri nu exista un ventilator de 5 volți 80x80 milimetri. Și dacă erau, erau mai mici ca dimensiuni și cu un curent de peste 200 mA, ceea ce era prea mult.

Apoi am făcut câteva săpături pe eBay și am constatat că ventilatorul de care aveam nevoie a costat de la 300 de ruble. Dar a fost inutil să sper la livrare rapidă, așa că am lăsat această opțiune ca rezervă.

Și numai după toate căutările am ghicit să conectez ventilatorul standard de 12 volți la o sursă de tensiune de 5 volți. S-a dovedit că suflă destul de bine și, în același timp, nu consumă foarte mult curent. Prin urmare, am decis să-l las deocamdată, iar după testare, dacă este necesar, comand un fan pe eBay.

Am marcat o placă de aluminiu și am făcut două găuri în ea pentru montarea radiatorului și două pentru placa convertor de tensiune. Găurile le-am făcut cu diametrul de 4 milimetri (pentru șuruburile de la designer), iar la exterior le-am lărgit la 7,5 milimetri pentru a ascunde capetele șuruburilor. După aceea, am rotunjit colțurile ascuțite cu o pila și am parcurs cu șmirghel grosier peste toate suprafețele plăcii și cu șmirghel fin unde a fost presat elementul Peltier.

În acest moment, am considerat procesarea substratului finalizată și am început fabricarea convertorului de tensiune.
Convertorul de tensiune impuls impuls este asamblat pe IC L6920, care începe să funcționeze la o tensiune de intrare de 0,8 volți și vă permite să eliminați o tensiune fixă ​​de 3,3 sau 5 volți, sau variabilă de la 1,8 până la 5,5 volți, de la ieșire.

Schema schematică a convertorului este tipică și luată din fișa de date.

Pentru a obține 5 volți la ieșirea circuitului, piciorul 1 este conectat la firul comun. De asemenea, este configurat să iasă un nivel scăzut pe pinul 3 atunci când tensiunea de intrare scade sub 1,5 volți.

Pentru circuit, a fost amenajată o placă de circuit imprimat, pe care s-a asigurat fixarea pe suportul de bază folosind aceleași piese din setul de designer pentru copii. Nu sunt îngrijorat de supraîncălzirea plăcii, deoarece a forțat răcirea de un flux de aer suflat din calorifer.

A trebuit să mă chinesc cu macro-ul carcasei care conținea microcircuitul cumpărat. Pe site-ul magazinului s-a precizat că a fost în cazul SSOP-8. După cum se dovedește, nu există un astfel de caz în setul standard de macrocomenzi Sprint Layout. Am găsit un desen al carcasei SSOP-8 și am făcut o macro, după care am rutat placa. După o imprimare de test, s-a dovedit că microcircuitul este ceva mai larg și nu se potrivește pe plăcuțele sale de contact. Căutarea pe Google a unui anumit model de cip (L6920D) m-a condus la site-ul web Chip-Dip, unde am aflat că IC-ul cu index D este fabricat într-un pachet TSSOP-8. Scărpinându-mă, am găsit un desen al acestei carcase, am creat o macro și am redirecționat placa. Acum totul s-a dovedit a fi corect.

Placa a fost realizată folosind LUT și asamblată. S-a dovedit că lipirea carcasei TSSOP-8 fără uscător de păr este foarte incomod. Dar suntem oameni experimentați, am lipit microcircuite FTDI cu un pas de pin de 0,4 milimetri.

Acum puteți începe să instalați elementul Peltier și radiatorul. Am acoperit substratul și radiatorul în punctele de contact cu elementul cu pastă termică. Apoi a strâns „sandvișul” rezultat cu nuci.

S-a dovedit că placa convertor nu se potrivește, conectorul de intrare se sprijină pe radiator, am calculat ușor greșit. Am răsturnat suporturile de montare, am atârnat placa afară și am adăugat încă două suporturi pentru a proteja elementele de deteriorarea mecanică. Iată cu ce am ajuns:

Acum puteți verifica funcționalitatea generatorului. L-am incalzit pe un arzator pe gaz. Am decis să nu instalez un ventilator deocamdată.

Pentru început, s-a dovedit că am amestecat polaritatea conectării elementului la convertor. Deși totul părea să fie corect - firul negru este la minus, firul roșu este la pozitiv. Cu toate acestea, generatorul nu a vrut să funcționeze. Apoi am schimbat polaritatea conexiunii elementului.

Generatorul a început să funcționeze - mai întâi ambele LED-uri s-au aprins, semnalând prezența a 5 volți la ieșire și tensiune scăzută la intrare, apoi LED-ul roșu s-a stins - tensiunea a crescut peste un volt și jumătate.

Spre nemulțumirea mea, s-a dovedit că fără ventilator, după câteva minute de funcționare a sistemului, radiatorul s-a fierbinte vizibil. Nu va funcționa așa.

A doua zi, m-am plimbat prin piața de metal și mai multe piețe de vechituri de computere, dar când am întrebat de ventilatoare de 5 volți, ei au aruncat mâinile peste tot și m-au sfătuit să merg „în acel loc de acolo” în care fusesem deja. acum câteva minute. Drept urmare, am plecat acasă cu mâinile goale.

Acasă, am efectuat un experiment privind alimentarea unui ventilator standard de 12 volți de la ieșirea de 5 volți a convertorului. Rezultatele nu m-au mulțumit - convertorul, cu o reticență evidentă, a stins LED-ul roșu, iar ventilatorul s-a zvâcnit slab timp de câteva secunde, încercând să pornească. Fluxul de aer de la ventilatorul care funcționează la jumătate de putere nu a fost suficient pentru răcirea normală - caloriferul s-a încălzit la fel de repede, deși nu mi-a mai ars degetele. Până la urmă, am decis să comand ventilatorul de pe Ebay.

Rezultat

În ciuda eficienței scăzute a elementului Peltier în modul de generare, am obținut totuși un rezultat intermediar - la conectarea unei baterii portabile cu un curent de încărcare declarat de 1000 mA la ieșirea convertorului, generatorul a putut produce un curent de aproximativ 600 mA. Cred că acest curent este suficient pentru a încărca majoritatea gadgeturilor în condițiile Marii Vulpi Arctice.

Când sosește ventilatorul (Ibay promite de la mijlocul lunii martie până la începutul lunii aprilie), voi verifica răcirea. În plus, va trebui să testați funcționarea generatorului în condiții de „luptă” - la un incendiu.

Îmi cer scuze pentru calitatea fotografiilor - nu sunt foarte fotograf. Link către articolul care m-a inspirat.

Echipamentele frigorifice și sistemele de răcire cu aer sunt elemente integrante ale vieții de zi cu zi. Cu toate acestea, modelele standard pe bază de agent frigorific nu sunt practice pentru aplicații mobile, cum ar fi pungile frigorifice. În astfel de cazuri, se folosesc dispozitive care se bazează pe efectul Peltier, despre care vom discuta în detaliu în acest material.

Elementul Peltier sau răcitorul termoelectric se bazează pe un termocuplu format din două elemente cu conductivitate de tip p și n, care sunt conectate printr-o placă de cupru de legătură. Piesele în cele mai multe cazuri sunt făcute din bismut, teluriu, antimoniu și seleniu. Astfel de dispozitive sunt utilizate în sistemele de răcire casnice și au și capacitatea de a genera energie.

Ce este?

Fenomenul și termenul Peltier sugerează o descoperire făcută în 1834 de omul de știință francez Jean-Charles Peltier. Esența descoperirii este că căldura este eliberată sau absorbită în mod constant în zona în care există contact între doi conductori direcționați diferit prin care circulă un curent electric.

Teoria clasică explică acest fenomen în felul acesta: cu ajutorul curentului electric, electronii sunt transferați între metale, accelerând sau decelerând, în funcție de diferența de potențial de contact pe conductorii metalici cu diferite niveluri de conductivitate. Elementele Peltier contribuie astfel la conversia energiei cinetice în energie termică.

Efectul opus are loc asupra celui de-al doilea conductor, unde este necesară completarea cu energie pe baza legii fundamentale a fizicii. Această situație apare din cauza procesului de vibrație termică, în urma căruia metalul celui de-al doilea conductor se răcește.

Folosind tehnologii moderne, este posibil să se producă un modul Peltier cu efect termoelectric maxim.

Proiectare și principiu de funcționare

Modulele moderne Peltier sunt un design în care există două plăci izolatoare, iar termocuplurile sunt conectate între ele într-o secvență strictă. O diagramă standard a acestui element pentru o mai bună înțelegere a funcționării acestuia este prezentată în figură.

Denumirile elementelor structurale:

• A – contacte prin care se realizează conexiunea la sursa de alimentare;
• B – suprafata fierbinte;
• C – partea rece;
• D – conductoare de cupru;
• E – semiconductor p-joncțiune;
• semiconductor de tip F – n.

Elementul este fabricat astfel încât ambele suprafețe să fie în contact cu joncțiuni p-n sau n-p, în funcție de polaritate. Contactele p-n se încălzesc, iar temperatura n-p scade. Ca urmare, la capetele elementului apare o diferență de temperatură DT. Acest efect înseamnă că energia termică care se mișcă între elementele modulului reglează temperatura în funcție de polaritate. De asemenea, trebuie remarcat faptul că atunci când polaritatea este inversată, suprafețele calde și reci se schimbă.

Specificații

Parametrii tehnici ai elementului Peltier iau următoarele valori:

• capacitatea de răcire (Qmax) – calculată pe baza limitei de curent și a diferenței de temperatură dintre capetele modulului. Unitatea de măsură – Watt;
• diferenta maxima de temperatura (DTmax) – masurata in grade, aceasta caracteristica este data pentru conditii optime;
• Imax este curentul electric maxim necesar pentru a asigura o diferență de temperatură mai mare;
• tensiunea maximă Umax, care este necesară pentru ca curentul electric Imax să realizeze diferența maximă de temperatură DTmax;
• Rezistență – rezistența internă a dispozitivului, măsurată în Ohmi;
• COP este coeficientul de eficiență sau eficiența modulului Peltier, care reflectă raportul dintre răcire și consumul de energie. În funcție de caracteristicile dispozitivului, pentru dispozitivele ieftine indicatorul este în intervalul 0,3-0,35, pentru modelele mai scumpe acesta variază până la 0,5.

Avantajele unui element Peltier mobil sunt dimensiunile sale mici, reversibilitatea procesului și capacitatea de a fi folosit ca generator electric portabil sau frigider.

Dezavantajele modulului sunt costul ridicat, randamentul scazut in limita de 3%, costurile mari ale energiei si nevoia de a mentine constant o diferenta in conditiile de temperatura.

Aplicație

Chiar și ținând cont de coeficientul de eficiență scăzut, plăcile din modulul Peltier sunt utilizate pe scară largă în instrumentele de măsurare și de calcul, precum și în aparatele electrocasnice portabile. Iată o listă de dispozitive în care modelele sunt parte integrantă:

• dispozitive portabile de refrigerare;
• mici generatoare de electricitate;
• complexe de răcire în PC-uri și laptop-uri;
• Racitoare pentru incalzirea si racirea apei potabile;
• dezumidificatoare.

Cum să te conectezi

Puteți conecta singur modulul Peltier, nu va necesita mult timp și efort. Contactele de ieșire trebuie să fie alimentate cu o tensiune constantă, care este specificată în instrucțiunile de utilizare ale dispozitivului. Firul roșu este conectat la pozitiv, iar firul negru la negativ. Vă rugăm să rețineți că atunci când polaritatea este inversată, suprafețele încălzite și răcite vor schimba locul.

Înainte de conectare, se recomandă să verificați funcționalitatea elementului. Una dintre modalitățile simple și fiabile de a verifica un dispozitiv este metoda tactilă: pentru a face acest lucru, trebuie să conectați dispozitivul la o sursă electrică și să atingeți diferite contacte. Un dispozitiv care funcționează normal va avea unele contacte calde și altele reci.

De asemenea, puteți verifica folosind un multimetru și o brichetă. Pentru a face acest lucru, trebuie să conectați sondele la contactele dispozitivului, să aduceți bricheta într-o parte și să observați citirile multimetrului. Dacă elementul Peltier funcționează în modul standard, în timpul procesului de încălzire va fi generat un curent electric pe o parte, iar datele de tensiune vor fi afișate pe ecranul multimetrului.

Cum să faci un element Peltier cu propriile mâini

Nu este recomandabil să fabricați un element Peltier acasă din cauza costului său scăzut și a necesității de cunoștințe speciale pentru a crea un element de lucru. Cu toate acestea, puteți asambla un generator termoelectric mobil eficient cu propriile mâini, care vă va fi util în țară sau într-o excursie de camping.

Pentru a stabiliza tensiunea electrică, va trebui să asamblați singur un convertor standard folosind cipul L6920 IC. La intrarea dispozitivului trebuie aplicată o tensiune de 0,8-5,5 V, iar la ieșire va produce 5 V, această valoare este suficientă pentru a încărca bateria dispozitivelor mobile în modul standard. Dacă se folosește un dispozitiv electronic Peltier standard, atunci va fi necesar să se limiteze limita de temperatură a suprafeței încălzite la 150 de grade. Pentru a controla cu ușurință temperatura, este indicat să folosiți o oală cu apă clocotită, atunci modelul nu se va încălzi peste 100 de grade.

Plăcile Peltier sunt utilizate pe scară largă pentru răcirea aparatelor electrocasnice moderne, în aparatele de aer condiționat eficiența dispozitivului a fost dovedită, în special, pentru stabilizarea regimului termic și răcirea unui procesor puternic. Pe baza elementului Peltier, frigiderele mobile eficiente sunt adesea realizate acasă pentru o casă de vară sau o mașină, alimentând un calorifer. Datorită reversibilității procesului, elementele de casă sunt folosite ca centrale electrice mici mobile în zonele fără sursă de energie electrică.