冷凍装置と空冷システムは、日常生活に欠かせない要素です。ただし、標準的な冷媒ベースの体積設計は、クーラーバッグなどのモバイルアプリケーションには適していません。このような場合、ペルティエ効果の動作に基づくデバイスが使用されます。これについては、この資料で詳しく説明します。
ペルチェ素子または熱電冷却器は、p型とn型の導電性を持つ2つの素子の熱電対に基づいており、接続する銅板で接続されています。ほとんどの場合、詳細はビスマス、テルル、アンチモン、セレンでできています。このような装置は家庭用冷却システムで使用されており、エネルギーを生成する機能もあります。
それは何ですか
この現象とペルチェという用語は、1834年にフランスの科学者ジャンシャルルペルティエによって発見されたことを示唆しています。発見の本質は、電流が流れる2つの異なる方向の導体間に接触がある領域で熱が絶えず放出または吸収されることです。
古典的な理論では、この現象を次のように説明しています。電流の助けを借りて、電子は金属間を移動し、導電性のレベルが異なる金属導体の接触電位差に応じて加速または減速します。したがって、ペルチェ素子は運動エネルギーの熱への変換に寄与します。
2番目の導体では、逆の効果が発生し、物理学の基本法則に基づいてエネルギーの補充が必要になります。この状況は、熱振動のプロセスが原因で発生し、その結果、2番目の導体の金属が冷却されます。
最新の技術の助けを借りて、最大の熱電効果を備えたペルチェモジュールを製造することが可能です。
デバイスと動作原理
最新のペルチェモジュールは、2つの絶縁プレートがあり、熱電対が厳密な順序でそれらの間に接続されている設計です。その機能をよりよく理解するためのこの要素の標準スキームを図に示します。
構造要素の指定：
- A-電源への接続を行うための接点。
- B-高温の表面;
- C-コールドサイド;
- D-銅導体;
- Eはp接合半導体です。
- Fはn型半導体です。
エレメントは、極性に基づいて、両方の表面がp-nまたはn-p接合部と接触するように作られています。接点p-nが熱くなり、n-p温度が下がります。その結果、温度差DTが要素の端に現れます。この効果は、モジュールの要素間を移動する熱エネルギーが極性に応じて温度レジームを調整することを意味します。極性が変化すると、高温面と低温面が変化することにも注意してください。
仕様
ペルチェ素子の技術的パラメータは、次の値を想定しています。
- 冷却能力（Qmax）-電流制限とモジュールの両端間の温度差に基づいて計算されます。測定単位-ワット;
- 限界温度差（DTmax）-度単位で測定され、この特性は最適な条件に対して与えられます。
- Imaxは、より大きな温度差を提供するために必要な最大電流です。
- 限界電圧Umax。これは、電流Imaxが最大温度差DTmaxを達成するために必要です。
- 抵抗-デバイスの内部抵抗。オームで測定されます。
- COPは、ペルチェモジュールの効率または効率の係数であり、冷却と消費電力の比率を反映しています。デバイスの機能に応じて、安価なデバイスの場合、インジケーターは0.3〜0.35の範囲にあり、より高価なモデルの場合、最大0.5まで変化します。
モバイルペルチェ素子の利点は、寸法が小さいこと、プロセスの可逆性、および携帯用発電機や冷蔵庫として使用できることです。
モジュールの欠点は、高コスト、3％以内の低効率、高エネルギーコスト、および温度差を常に維持する必要があることです。
応用
低い成績係数を考慮に入れても、ペルチェモジュールのプレートは、測定、コンピューティングデバイス、およびポータブル家電製品で広く使用されています。モデルが不可欠な部分であるデバイスのリストは次のとおりです。
- ポータブル冷凍装置;
- 小さな発電機;
- PCおよびラップトップの冷却複合体。
- 飲料水を加熱および冷却するためのクーラー。
- 空気乾燥機。
接続方法
ペルチェモジュールは自分で接続できます。時間と労力はそれほどかかりません。出力接点には定電圧を供給する必要があります。これは、デバイスの取扱説明書に示されています。赤い線はプラスに接続され、黒い線はマイナスに接続されています。極性を逆にすると、加熱面と冷却面が入れ替わりますのでご注意ください。
接続する前に、エレメントの操作性を確認することをお勧めします。デバイスをチェックする簡単で信頼性の高い方法の1つは、触覚による方法です。このためには、デバイスを電流源に接続し、さまざまな接点に触れる必要があります。正常に機能しているデバイスでは、一部の接点は暖かく、他の接点は冷たくなります。
マルチメータやライターで確認することもできます。これを行うには、プローブをデバイスの接点に接続し、ライターを片側に持ってきて、マルチメータの読み取り値を観察する必要があります。ペルチェ素子が標準モードで動作している場合、加熱プロセス中に片側に電流が生成され、電圧データがマルチメータ画面に表示されます。
日曜大工のペルチェ素子の作り方
ペルチェ素子は、低コストであり、実用的な素子を作成するための特別な知識が必要なため、自宅で製造するのは実用的ではありません。ただし、効率的なモバイル熱電発電機を自分の手で組み立てることができます。これは、国内やキャンプ旅行で役立ちます。
電圧を安定させるために、L6920ICチップ上に標準のコンバーターを自分で組み立てる必要があります。デバイスの入力には0.8〜5.5 Vの電圧を印加する必要があり、出力では5 Vが生成されます。この値は、標準モードでモバイルデバイスのバッテリーを充電するのに十分です。標準の電子ペルチェデバイスを使用する場合は、加熱面の温度制限を150度に制限する必要があります。温度管理を容易にするために、沸騰したお湯の入ったケトルを使用することをお勧めします。そうすれば、モデルは100度を超えて加熱されません。
ペルチェプレートは、現代の家電製品を冷却するために広く使用されており、エアコンでは、特に熱レジームを安定させ、強力なプロセッサを冷却するためのデバイスの有効性が証明されています。ペルチェ素子に基づいて、効果的な移動式冷蔵庫は、ラジエーターに電力を供給する夏のコテージや車のために自宅で作られることがよくあります。プロセスの可逆性により、自作の要素は、電力源のない地域で移動可能な小型発電所として使用されます。
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