องค์ประกอบ Peltier อุปกรณ์และหลักการทำงานคืออะไร

อุปกรณ์ทำความเย็นและระบบระบายความร้อนด้วยอากาศเป็นองค์ประกอบสำคัญของชีวิตประจำวัน อย่างไรก็ตาม การออกแบบปริมาตรที่ใช้สารทำความเย็นมาตรฐานไม่เหมาะสำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ เช่น ถุงเก็บความเย็น ในกรณีเช่นนี้ จะใช้อุปกรณ์ตามการทำงานของเอฟเฟกต์ Peltier ซึ่งเราจะพูดถึงรายละเอียดในเนื้อหานี้

องค์ประกอบ Peltier หรือเครื่องทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกมีพื้นฐานมาจากเทอร์โมคัปเปิลของสององค์ประกอบที่มีการนำไฟฟ้าแบบ p และ n ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยแผ่นทองแดงที่เชื่อมต่อ รายละเอียดส่วนใหญ่ทำจากบิสมัท เทลลูเรียม พลวง และซีลีเนียม อุปกรณ์ดังกล่าวใช้ในระบบทำความเย็นภายในประเทศและมีความสามารถในการผลิตพลังงาน

มันคืออะไร

ปรากฏการณ์และคำว่า Peltier บ่งบอกถึงการค้นพบในปี 1834 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jean-Charles Peltierสาระสำคัญของการค้นพบคือความร้อนจะถูกปล่อยหรือดูดซับอย่างต่อเนื่องในบริเวณที่มีการสัมผัสระหว่างตัวนำสองตัวที่มีทิศทางต่างกันซึ่งกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ทฤษฎีคลาสสิกอธิบายปรากฏการณ์นี้ในลักษณะนี้: ด้วยความช่วยเหลือของกระแสไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนระหว่างโลหะ การเร่งหรือช้าลง ขึ้นอยู่กับความต่างศักย์ในการสัมผัสกับตัวนำโลหะที่มีระดับการนำไฟฟ้าต่างกัน องค์ประกอบของเพลเทียร์มีส่วนช่วยในการเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นความร้อน

ในตัวนำที่สองจะเกิดเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามซึ่งจำเป็นต้องเติมพลังงานตามกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการสั่นจากความร้อนซึ่งเป็นผลมาจากการที่โลหะของตัวนำที่สองถูกทำให้เย็นลง

ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีที่ทันสมัย ​​ทำให้สามารถผลิตโมดูล Peltier ที่มีเอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริกสูงสุดได้

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

โมดูล Peltier สมัยใหม่คือการออกแบบที่มีแผ่นฉนวนสองแผ่น และเทอร์โมคัปเปิลเชื่อมต่อกันตามลำดับที่เข้มงวด โครงร่างมาตรฐานขององค์ประกอบนี้เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการทำงานของมันแสดงอยู่ในรูป

การกำหนดองค์ประกอบโครงสร้าง:

• เอ - หน้าสัมผัสซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน
• B - พื้นผิวร้อน
• C - ด้านเย็น;
• D - ตัวนำทองแดง;
• E เป็นเซมิคอนดักเตอร์ p-junction;
• F คือสารกึ่งตัวนำชนิด n

องค์ประกอบถูกสร้างขึ้นเพื่อให้พื้นผิวทั้งสองสัมผัสกับทางแยก p-n หรือ n-p ตามขั้ว หน้าสัมผัส p-n ร้อนขึ้นและอุณหภูมิ n-p ลดลงเป็นผลให้ความแตกต่างของอุณหภูมิ DT ปรากฏขึ้นที่ส่วนปลายขององค์ประกอบ ผลกระทบนี้หมายความว่าพลังงานความร้อนที่เคลื่อนที่ระหว่างองค์ประกอบของโมดูลจะควบคุมระบอบอุณหภูมิโดยขึ้นอยู่กับขั้ว นอกจากนี้ควรสังเกตด้วยว่าในกรณีที่ขั้วเปลี่ยน พื้นผิวที่ร้อนและเย็นจะเปลี่ยนไป

ข้อมูลจำเพาะ

พารามิเตอร์ทางเทคนิคขององค์ประกอบ Peltier จะถือว่าค่าต่อไปนี้:

• ความสามารถในการทำความเย็น (Qmax) - คำนวณตามขีด จำกัด ปัจจุบันและความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายโมดูล หน่วยวัด - วัตต์;
• การจำกัดความแตกต่างของอุณหภูมิ (DTmax) - วัดเป็นองศา คุณลักษณะนี้กำหนดไว้สำหรับสภาวะที่เหมาะสมที่สุด
• Imax คือกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ต้องการเพื่อให้อุณหภูมิแตกต่างกันมาก
• จำกัด แรงดันไฟฟ้า Umax ซึ่งจำเป็นสำหรับกระแสไฟฟ้า Imax เพื่อให้ได้ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุด DTmax;
• ความต้านทาน - ความต้านทานภายในของอุปกรณ์วัดเป็นโอห์ม
• COP คือสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพหรือประสิทธิภาพของโมดูล Peltier ซึ่งสะท้อนอัตราส่วนของการทำความเย็นและการใช้พลังงาน สำหรับอุปกรณ์ราคาไม่แพง ตัวบ่งชี้อยู่ในช่วง 0.3-0.35 สำหรับรุ่นที่แพงกว่า จะแตกต่างกันได้ถึง 0.5 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอุปกรณ์

ข้อดีขององค์ประกอบ Peltier แบบเคลื่อนที่คือขนาดเล็ก การย้อนกลับของกระบวนการ ตลอดจนความเป็นไปได้ในการใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพาหรือตู้เย็น

ข้อเสียของโมดูลคือ ต้นทุนสูง ประสิทธิภาพต่ำภายใน 3% ต้นทุนพลังงานสูง และความจำเป็นในการรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง

แอปพลิเคชัน

แม้จะคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพต่ำ เพลตในโมดูล Peltier ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัด อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ตลอดจนในเครื่องใช้ในครัวเรือนแบบพกพา นี่คือรายการอุปกรณ์ที่รุ่นต่างๆ เป็นส่วนสำคัญ:

• อุปกรณ์ทำความเย็นแบบพกพา
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก
• คอมเพล็กซ์ระบายความร้อนในพีซีและแล็ปท็อป
• เครื่องทำความเย็นสำหรับให้ความร้อนและน้ำเย็นสำหรับน้ำดื่ม
• เครื่องเป่าลม

วิธีเชื่อมต่อ

คุณสามารถเชื่อมต่อโมดูล Peltier ได้ด้วยตัวเอง โดยไม่ต้องใช้เวลาและความพยายามมากนัก หน้าสัมผัสเอาต์พุตต้องมีแรงดันไฟฟ้าคงที่ ซึ่งระบุไว้ในคู่มือการใช้งานของอุปกรณ์ สายสีแดงเชื่อมต่อกับขั้วบวก และสายสีดำเชื่อมต่อกับขั้วลบ โปรดทราบว่าเมื่อกลับขั้ว พื้นผิวที่ร้อนและเย็นจะเปลี่ยนสถานที่

ก่อนทำการเชื่อมต่อ ขอแนะนำให้ตรวจสอบการทำงานขององค์ประกอบ วิธีตรวจสอบอุปกรณ์ที่ง่ายดายและเชื่อถือได้วิธีหนึ่งคือวิธีสัมผัส: สำหรับสิ่งนี้ คุณต้องเชื่อมต่ออุปกรณ์กับแหล่งกระแสไฟฟ้าและสัมผัสหน้าสัมผัสต่างๆ ในอุปกรณ์ที่ใช้งานได้ปกติ หน้าสัมผัสบางส่วนจะอุ่น ขณะที่ส่วนอื่นๆ จะเย็น

คุณสามารถตรวจสอบด้วยมัลติมิเตอร์และไฟแช็กได้ ในการทำเช่นนี้ คุณต้องเชื่อมต่อโพรบกับหน้าสัมผัสของอุปกรณ์ นำไฟแช็กไปด้านใดด้านหนึ่ง และสังเกตการอ่านค่ามัลติมิเตอร์ หากองค์ประกอบ Peltier ทำงานในโหมดมาตรฐาน ในระหว่างกระบวนการทำความร้อน กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นที่ด้านหนึ่ง และข้อมูลแรงดันไฟฟ้าจะแสดงบนหน้าจอมัลติมิเตอร์

วิธีทำองค์ประกอบ peltier ที่ต้องทำด้วยตัวเอง

องค์ประกอบ Peltier ไม่สามารถผลิตที่บ้านได้เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและต้องการความรู้พิเศษเพื่อสร้างองค์ประกอบที่ใช้การได้ อย่างไรก็ตาม คุณสามารถประกอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบเคลื่อนที่ที่มีประสิทธิภาพได้ด้วยมือของคุณเอง ซึ่งจะสะดวกทั้งในประเทศหรือตอนไปเที่ยวแคมป์ปิ้ง

เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ คุณจะต้องประกอบคอนเวอร์เตอร์มาตรฐานบนชิป IC L6920 ด้วยตัวเอง ต้องใช้แรงดันไฟฟ้า 0.8-5.5 V กับอินพุตของอุปกรณ์และที่เอาต์พุตจะผลิต 5 V ค่านี้เพียงพอที่จะชาร์จแบตเตอรี่ของอุปกรณ์มือถือในโหมดมาตรฐาน หากใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ Peltier มาตรฐาน จำเป็นต้องจำกัดอุณหภูมิของพื้นผิวที่ให้ความร้อนไว้ที่ 150 องศา เพื่อความสะดวกในการควบคุมอุณหภูมิ แนะนำให้ใช้กาต้มน้ำที่มีน้ำเดือด จากนั้นรุ่นจะไม่ร้อนเกิน 100 องศา

แผ่นเพลเทียร์ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อทำให้เครื่องใช้ในครัวเรือนสมัยใหม่เย็นลง ในเครื่องปรับอากาศ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ได้รับการพิสูจน์แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพื่อรักษาเสถียรภาพของระบบการระบายความร้อนและทำให้โปรเซสเซอร์ทรงพลังเย็นลง บนพื้นฐานขององค์ประกอบ Peltier ตู้เย็นเคลื่อนที่ที่มีประสิทธิภาพมักจะทำที่บ้านสำหรับกระท่อมฤดูร้อนหรือรถยนต์โดยให้พลังงานแก่หม้อน้ำ เนื่องจากกระบวนการย้อนกลับได้ องค์ประกอบที่สร้างขึ้นเองจึงถูกใช้เป็นโรงไฟฟ้าขนาดเล็กเคลื่อนที่ได้ในพื้นที่ที่ไม่มีแหล่งไฟฟ้า

บทความที่คล้ายกัน: