Peltier thermoelectric module - aparato, prinsipyo ng operasyon, mga katangian

Ang kababalaghan ng paglitaw ng thermo-EMF ay natuklasan ng pisikong pisiko na si Thomas Johann Seebeck pabalik noong 1821. At ang kababalaghan na ito ay binubuo sa katotohanan na sa isang saradong electric circuit na binubuo ng mga heterogenous conductor na konektado sa serye, sa kondisyon na ang kanilang mga contact ay nasa magkakaibang temperatura, nangyayari ang isang EMF.

Ang epektong ito, na pinangalanang tagahanap nito, ang epekto ng Seebeck, ay tinawag na ngayon epekto ng thermoelectric.

Kung ang circuit ay binubuo lamang ng isang pares ng hindi magkakatulad na conductor, kung gayon tinawag ang naturang circuit thermocouple. Sa isang unang pagtatantya, maaari itong maitalo na ang halaga ng thermo-EMF ay nakasalalay lamang sa materyal ng mga conductor at sa temperatura ng malamig at mainit na mga contact. Kaya, sa isang maliit na saklaw ng temperatura, ang thermo-EMF ay proporsyonal sa pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng malamig at mainit na mga contact, at ang koepektibo ng proporsyonal sa pormula ay tinatawag na koepisyent ng thermo-EMF.

Kaya, halimbawa, sa pagkakaiba sa temperatura ng 100 ° C, sa isang malamig na temperatura ng contact na 0 ° C, ang isang pares ng tanso-constantan ay may halaga ng thermo-EMF na 4.25 mV.

Samantala Ang epekto ng thermoelectric ay batay sa tatlong sangkap:

Ang unang kadahilanan ay ang pagkakaiba-iba ng iba't ibang mga sangkap sa pag-asa ng average na enerhiya ng elektron sa temperatura. Bilang isang resulta, kung ang temperatura ng conductor sa isang dulo ay mas mataas, kung gayon ang mga elektron ay nakakakuha ng mas mataas na bilis dito kaysa sa mga electron sa malamig na pagtatapos ng conductor.

Sa pamamagitan ng paraan, ang konsentrasyon ng mga electruction ng conduction ay nagdaragdag din sa semiconductors na may pag-init. Ang mga elektron ay dumadaloy sa malamig na pagtatapos sa isang mataas na bilis, at isang negatibong singil ang natipon doon, at isang hindi kumpletong positibong singil ay nakuha sa mainit na pagtatapos. Kaya mayroong isang bahagi ng thermo-EMF, na tinatawag na volumetric EMF.

Ang pangalawang kadahilanan ay para sa iba't ibang mga sangkap, ang pagkakaiba sa potensyal ng contact ay depende sa temperatura nang naiiba. Ito ay dahil sa pagkakaiba-iba ng enerhiya ng Fermi ng bawat isa sa mga conductor na nakipag-ugnay. Ang potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay na nagmula sa kasong ito ay proporsyonal sa pagkakaiba ng enerhiya ng Fermi.

Ang isang patlang ng kuryente ay nakuha sa isang manipis na layer ng contact, at ang potensyal na pagkakaiba sa bawat panig (para sa bawat isa sa mga conductor na nagdala sa pakikipag-ugnay) ay magiging pareho, at kapag ang circuit ay bilog sa isang saradong circuit, ang nagresultang electric field ay magiging zero.

Ngunit kung ang temperatura ng isa sa mga conductor ay naiiba sa temperatura ng iba pa, pagkatapos ay dahil sa pag-asa ng enerhiya ng Fermi sa temperatura, magbabago rin ang potensyal na pagkakaiba. Bilang isang resulta, magkakaroon ng contact EMF - ang pangalawang sangkap ng thermo-EMF.

Ang pangatlong kadahilanan ay ang pagtaas ng phonon sa EMF. Sa sandaling mayroong temperatura ng gradient sa solid, ang bilang ng mga phonons (phonon - ang dami ng vibrational motion ng mga crystal atoms) na gumagalaw sa direksyon mula sa mainit na dulo hanggang sa lamig ay mananaig, bilang isang resulta kung saan kasama ang mga phonon ng isang malaking bilang ng mga electron ay dadalhin patungo sa malamig na pagtatapos , at isang negatibong singilin ay maipon doon hanggang sa ang proseso ay magkakapareho.

Nagbibigay ito ng ikatlong sangkap ng thermo-EMF, na sa mababang temperatura ay maaaring daan-daang beses na mas mataas kaysa sa dalawang sangkap na nabanggit sa itaas.

Noong 1834, natuklasan ng pisikong pisiko na si Jean Charles Peltier ang kabaligtaran na epekto. Natagpuan niya na kapag ang isang de-koryenteng kasalukuyang dumaan sa isang kantong ng dalawang hindi magkatulad na conductor, ang init ay pinakawalan o hinihigop.

Ang halaga ng init na hinihigop o pinakawalan ay nauugnay sa uri ng mga soldered na sangkap, pati na rin ang direksyon at kadahilanan ng kasalukuyang electric na dumadaloy sa kantong.Ang Peltier koepisyent sa pormula ay ayon sa bilang na katumbas ng koepisyent ng thermo-EMF na pinarami ng ganap na temperatura. Ang kababalaghan na ito ay kilala na ngayon epekto ng peltier.

Noong 1838, naintindihan ng pisika ng pisika na si Emiliy Khristianovich Lenz ang kakanyahan ng epekto ng Peltier. Sinubok niya ang epekto ng Peltier sa pamamagitan ng paglalagay ng isang patak ng tubig sa kantong antimonio at mga halimbawa ng bismuth. Nang maipasa ni Lenz ang isang de-koryenteng kasalukuyang sa pamamagitan ng circuit, ang tubig ay naging yelo, ngunit nang baligtad ng siyentipiko ang direksyon ng kasalukuyang, mabilis na natunaw ang yelo.

Ang siyentipiko ay itinatag sa isang paraan na kapag ang kasalukuyang daloy, hindi lamang Joule heat ay pinakawalan, kundi pati na rin ang pagsipsip o pagpapalabas ng karagdagang init ay naganap. Ang karagdagang init na ito ay tinawag na Peltier heat.

Ang pisikal na batayan ng epekto ng Peltier ay ang mga sumusunod. Ang patlang ng contact sa kantong ng dalawang sangkap, na nilikha ng pagkakaiba ng potensyal ng contact, pinipigilan ang alinman sa pagpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng circuit, o nag-aambag dito.

Kung ang kasalukuyang ipinasa laban sa bukid, kinakailangan ang gawain ng mapagkukunan, na dapat gumastos ng enerhiya sa pagtagumpayan sa larangan ng pakikipag-ugnay, bilang isang resulta kung saan ang junction ay pinainit. Kung ang kasalukuyang ay nakadirekta upang ang patlang ng pakikipag-ugnay ay sumusuporta sa ito, kung gayon ang larangan ng pakikipag-ugnay ay ginagawa ang gawain, at ang enerhiya ay kinuha sa layo ng sangkap mismo, at hindi natupok ng kasalukuyang mapagkukunan. Bilang isang resulta, ang sangkap sa kantong ay pinalamig.

Ang pinaka-nagpapahayag na epekto ng Peltier sa semiconductors, dahil sa kung saan ang mga Peltier modules o mga converter ng thermoelectric.

Sa puso ng Elemento ng Peltier dalawang semikonduktor na nakikipag-ugnay sa bawat isa. Ang mga semikonduktor na ito ay nakikilala sa pamamagitan ng enerhiya ng mga electron sa banda ng pagpapadaloy, kaya kapag ang isang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng punto ng pakikipag-ugnay, ang mga electron ay pinipilit na makakuha ng enerhiya upang magawang lumipat sa isa pang band na pagpapadaloy.

Kaya, kapag lumilipat sa isang mas mataas na enerhiya na pagpapadaloy ng banda ng isa pang semiconductor, sinipsip ng mga elektron ang enerhiya, pinapalamig ang site ng paglipat. Sa kabaligtaran ng kasalukuyang, ang mga elektron ay nagbibigay ng lakas, at ang pag-init ay nangyayari bilang karagdagan sa init ng Joule.

Peltier semiconductor module ay binubuo ng maraming mga pares semiconductors p at n-typehugis tulad ng maliit na parallelepipeds. Karaniwan, ang bismuth telluride at isang solidong solusyon ng silikon at germanium ay ginagamit bilang semiconductors. Ang mga semiconductor parallelepipeds ay magkakaugnay sa mga pares ng mga jumpers ng tanso. Ang mga jumpers na ito ay nagsisilbing mga contact para sa heat exchange na may mga ceramic plate.

Matatagpuan ang mga Jumpers upang sa isang bahagi ng module ay may mga jumpers lamang na nagbibigay ng paglipat ng n-p, at sa kabilang banda, ang mga jumper lamang na nagbibigay ng paglipat ng p-n. Bilang isang resulta, kapag ang isang kasalukuyang ay inilalapat, ang isang bahagi ng module ay nag-iinit, ang iba pang mga bahagi ay lumalamig, at kung ang polaridad ng suplay ay nababaligtad, ang mga gilid ng pag-init at paglamig ay magbabago ng mga lugar nang naaayon. Kaya, sa pagpasa ng kasalukuyang, ang init ay inilipat mula sa isang bahagi ng module sa iba pa, at ang pagkakaiba sa temperatura ay nangyayari.

Kung ngayon ang isang bahagi ng Peltier module ay pinainit at ang iba pa ay pinalamig, pagkatapos ay lilitaw ang thermo-emf sa circuit, iyon ay, ang epekto ng Seebeck ay maisasakatuparan. Malinaw, ang epekto ng Seebeck (epekto ng thermoelectric) at ang Peltier na epekto ay dalawang panig ng parehong barya.

Ngayon madali kang bumili ng Peltier modules sa isang medyo abot-kayang presyo. Ang pinakatanyag na mga module ng Perrier ay uri ng TEC1-12706, na naglalaman ng 127 thermocouples, at dinisenyo para sa 12 boltahe.

Sa isang maximum na pagkonsumo ng 6 amperes, ang pagkakaiba sa temperatura ng 60 ° C ay maaaring makamit, habang ang ligtas na saklaw ng operating na inaangkin ng tagagawa ay mula -30 ° C hanggang + 70 ° C. Ang laki ng module ay 40mm x 40mm x 4mm. Ang module ay maaaring gumana pareho sa paglamig-pag-init mode at sa mode ng henerasyon.

Mayroong mas malakas na Peltier module, halimbawa TEC1-12715, na na-rate sa 165 watts. Kapag pinalakas ng isang boltahe mula 0 hanggang 15.2 volts, na may kasalukuyang lakas na 0 hanggang 15 amperes, ang module na ito ay maaaring bumuo ng isang pagkakaiba sa temperatura na 70 degree.Ang laki ng modyul din 40mm x 40mm x 4mm, gayunpaman, ang hanay ng mga ligtas na temperatura ng pagtatrabaho ay mas malawak - mula -40 ° C hanggang + 90 ° C.

Ipinapakita sa talahanayan sa ibaba ang data sa mga module ng Peltier na malawak na magagamit sa merkado ngayon:

Data sa Mga Modelo ng Pelt