Элемент Пельтье — схемы, принцип работы, применение и инструкция по созданию своими руками

Физический эффект в соответствии с которым, действуют термоэлементы, открыл французский ученый Жан-Шарль Пельтье в первой половине 19 века.

Он описал случаи выделения либо поглощения тепла при контактах разнородных проводников во время пропускания через них электрического тока.

Это открытие надолго забыли из-за недостаточного развития электротехники и вспомнили о нем только во второй половине 20 века после начала бурного развития микроэлектроники. Названные именем ученого элементы широко распространены в промышленности и в быту.

Содержание

Элементы Пельтье: определение, устройство и принцип работы

Преобразователь, в результате работы которого под воздействием электричества возникает разность температур, называется элементом Пельтье.

Элементом Пельтье называется термопара, у которой на разных контактах возникают нагревание и охлаждение под воздействием электричества.

Это приводит к тому, что разные поверхности полупроводника дают разную температуру. Такая термопара может выделять электричество в достаточном количестве при нагревании только одной поверхности.

В практике благодаря этому физическому эффекту используют модули состоящие из множества термопар. Все они соединены нагревающимися сторонами одинаково.

Элемент Пельтье обычно представляет собой несколько термопар, но их может быть и несколько сотен.

Термопары соединяются шинами, сделанными из меди, которые держат пластинки из керамики.

Разница температур мощного модуля составляет 75 градусов Цельсия, нужно только грамотно убирать тепло от нагревающейся пластины.

Для увеличения такой разницы модули соединяют последовательным образом, который называют каскадом.

Современное использование элементов Пельтье

Любой прибор используется с учетом его достоинств и смягчением его недостатков.

Достоинствами элементов Пельтье являются такие их особенности:

Статическое использование прибора – для выработки электроэнергии не нужны движения.
Легкая регулировка температуры охлаждения или нагревания.
Способность термоэлемента быть и нагревателем и охладителем.

Недостатками этих элементов являются нужда постоянно питать модуль от источника питания и дороговизна модулей состоящих из большого количества термопар.

Количество вырабатываемой энергии у термоэлементов бывает всякое, от нескольких ватт до тысячи ватт. В таком же диапазоне изменяется их стоимость.

Необычные свойства термоэлемента позволяют находить разнообразное применение:

в маленьких кондиционерах;
в передвижных холодильниках, в быту и автомобильных;
в офисных охладителях для воды;
для безопасного охлаждения вычислительной техники;
в качестве переносного или небольшого генератора электроэнергии.

Кондиционер простейшей конструкции

На элементах Пельтье работают легко собираемые кондиционеры доступной конструкции, и небольшой производительности, для охлаждения небольших объемов, например, для автомобильного салона.

Несмотря не дороговизну такого кондиционера экономия расхода горючего на работу обычного климат-контроля делает кондиционер на элементах Пельтье в этом случае выгодным.

Маломощный холодильник

Возможно создание на элементах Пельтье только маломощного холодильника, но с большими преимуществами. Эти холодильники:

потребляют небольшое количество электроэнергии;
обладают простой конструкцией;
имеют длительный срок эксплуатации;
не шумят;
занимают мало места;
нормально функционируют лежа на боку и в движении.

Это важные качества для переносных приборов, таких как автохолодильник.

Кулер для воды

Кулер воды – это аппарат, который используется для охлаждения и нагревания воды.

Термоэлемент хорошо охлаждает воду. Состоит из термостата, термоэлемента и еще некоторых деталей.

Эта конструкция надежная и недорогая, но имеет небольшие недостатки:

в пыльном помещении с загрязненным воздухом аппарат быстро забивается;
жидкость охлаждается только до +10 градусов по Цельсию;
в жаркую погоду охлаждение воды происходит медленно.

Осушитель воздуха

Такой прибор на термоэлементе удачно подходит для комнатного помещения, его конструкция проста и дешевая.

Модуль термоэлементов быстро охлаждает решетку прибора, через которую прогоняется воздух. При этом конденсируется влага, которая стекает в поддон.

Охлаждение процессора

Термоэлектрические модули используются для охлаждения персональных компьютеров.

Однако такой вид использования термоэлектрического модуля требует особой осторожности, так как есть вероятность, что этот модуль при недостаточной нагрузке процессора снизит температуру до появления конденсата, что может нанести серьезный ущерб компьютеру.

Если же термоэлектрический модуль совместить с воздушным охлаждением, то получится надежная, но дорогая система.

Генератор электроэнергии

Элемент Пельтье может вырабатывать электрическую энергию. Сила получаемого электрического тока повышается с увеличением разброса температур поверхностей термоэлемента.

Проблема с плавлением припоя внутри модуля. Однако можно использовать очень дорогие припои с высокой температурой плавления.

Дешевые термоэлектрические генераторы приобретают для использования в отдаленных, безлюдных местах в экспедициях и походах.

Элемент Пельтье своими руками

Можно сделать термоэлектрический генератор для походных условий своими руками. Для создания самодельного термогенератора нужны:

элемент Пельтье;
медная пластина;
преобразователь ДС-ДС;
или преобразователь напряжения на микросхемах.

Для обычного термоэлемента нагреваемая сторона должна иметь высокую температуру, но не превышающую 140 градусов.

В качестве нагревателя можно использовать сосуд с кипятком, тогда за температурой не нужно следить, она не будет превышать 100 градусов. Можно заниматься своими делами.

Портативный термоэлектрический генератор позволяет от костра зарядить электронные гаджеты одновременно с приготовлением пищи.

Холодильник своими руками на элементах Пельтье можно сделать из термоэлемента марки ТЕС1 -12706, радиатора, вентилятора и контейнера.

Исправность элемента Пельтье проверяется пальчиковой батареей.

Провод, окрашенный красным, присоединяется к плюсу, а провод, окрашенный черным, подключают к минусу. В исправном элементе нагрев одной стороны и охлаждение другой ощущаются пальцами. Проверка осуществима в течение нескольких минут.

История со столетним перерывом между открытием эффекта Пельтье и его применением в промышленности подчеркивает необходимость соответствия открытия техническому уровню производства. Без микроэлектроники необходимости в применении элементов Пельтье не было.

На нынешнем уровне развития техники картина совершенно иная. Термоэлектрические элементы нужны всюду, а термоэлектрические генераторы нужны как в сложнейших технических конструкциях, так и у туристического костра.