ペルチェ素子 TEC1-12706。特性・用途・使用条件

ペルチェ素子は、電流が流れると表面に温度差が生じる熱電変換素子です。動作原理は、電流の影響下で導体の接触点に温度差が発生するペルチェ効果に基づいています。

ペルチェ素子の装置と動作原理。

ペルチェ素子が実際にどのように機能するかを理解できるのは、物理学の専門家だけだと思います。開業医にとって、主なことは、モジュールの最小単位である熱電対があることです。これは、2つの接続された導体pおよびnタイプです。

熱電対に電流が流れると、n-p 接点で熱が吸収され、pn 接点で熱が放出されます。その結果、n-p接合に隣接する半導体の部分は冷却され、反対側の部分は加熱されます。電流の極性を変えると、ターン中に n-p セクションが加熱され、反対側が冷却されます。

逆効果もあります。熱電対の片側が加熱されると、電流が発生します。

実際のアプリケーションでは、1 つの熱電対の熱吸収エネルギーでは十分ではありません。熱電モジュールは多くの熱電対を使用します。それらは電気的に直列に接続されています。そして建設的に-冷却と加熱の遷移がモジュールの異なる側に配置されるようにします。

熱電対は 2 枚のセラミック板の間に取り付けられています。それらは銅棒で接続されています。熱電対の数は、数百まで可能です。モジュールのパワーはその数によって異なります。

ペルチェモジュールの高温側と低温側の温度差は、最大 70 °C になる可能性があります。

ペルチェ熱電モジュールは、一方の側の温度を他方の側に比べて下げることを理解する必要があります。それらの。低温側が低温になるためには、高温面から熱を取り除き、その温度を下げる必要があります。

温度差を大きくするために、モジュールの直列 (カスケード) 接続が可能です。

応用。

ペルチェ熱電モジュールが使用されています：

家庭用および自動車用の小型冷蔵庫。
ウォータークーラーで;
電子機器の冷却システム。
熱電発電機で。

ペルチェ素子を使ってを作りました。

ペルチェモジュールの長所と短所。

ペルチェ素子をコンプレッサー冷却ユニットと比較するのは、どこか間違っています。完全に異なるデバイス - コンプレッサー、ガス、液体、および小さな半導体コンポーネントを備えた大きな機械システム。そして、比較するものはこれ以上ありません。したがって、ペルチェモジュールの長所と短所は非常に恣意的な概念です。それらを交換できない領域があり、それ以外の場合、それらの使用はまったく実用的ではありません。

ペルチェ素子の利点は次のとおりです。

機械的に動く部品、ガス、液体がないこと。
サイレント操作;
小さいサイズ;
冷却と加熱の両方を提供する機能。
冷却力をスムーズにコントロール可能。

欠陥:

低効率;
電源の必要性;
限られた数のスタートストップ;
強力なモジュールの高コスト。

ペルチェ要素のパラメータ。

Qmax(W) - 最大許容電流と高温側と低温側の温度差が 0 の場合の冷却能力。低温面に入るすべての熱エネルギーは、損失なく瞬時に高温面に伝達されると考えられています。
デルタ Tmax(度) - 理想的な条件下でのモジュールの表面間の最大温度差: 高温側の温度は 27 °C、低温側は熱伝達ゼロです。
アイマックス(A) - 温度差デルタ Tmax を提供する電流。
ウマックス(V) - 電流 Imax および温度差デルタ Tmax での電圧。
抵抗(オーム) – モジュールの直流に対する抵抗。
警官(Сoefficient Of Performance) - 係数、モジュールによって消費される電力に対する冷却電力の比率。それらの。同様の効率。通常は 0.3 ～ 0.5 です。

ペルチェ素子の運用要件。

ペルチェモジュールは気まぐれなデバイスです。それらの使用は多くの要件に関連しており、それらの要件が満たされない場合、モジュールの劣化または故障につながり、システムの効率が低下します。

モジュールは大量の熱を発生します。放熱用 適切なヒートシンクを取り付ける必要があります. さもないと：
- 低温側の望ましい温度に到達することはできません。ペルチェ素子は、比較的高温の表面の温度を下げます。
- 高温側の許容加熱は、通常 +80 °C (高温のものでは最大 150 °C) です。それらの。モジュールは単に失敗する可能性があります。
- 高温では、モジュールの結晶が劣化します。モジュールの効率と寿命が低下します。
重要 モジュールの信頼できる熱接触冷却ラジエーター付き。
モジュールの電源は、 リップルが 5% 以下の電流. 一部のレポートによると、リップルのレベルが高くなると、モジュールの効率が 30 ～ 40% 低下します。
リレーコントローラを使用してペルチェ素子を制御することはできません。これにより、モジュールが急速に劣化します。スイッチを入れたり切ったりするたびに、半導体熱電対が劣化します。モジュールのプレート間の急激な温度変化により、半導体とのはんだ付けの場所に機械的ストレスが発生します。ペルチェ素子の製造元は、モジュールの開始と停止のサイクル数を標準化しています。家庭用モジュールの場合、これは約 5000 サイクルです。リレーコントローラは、1 ～ 2 か月でペルチェモジュールを無効にします。
また、ペルチェ素子は面間の熱伝導率が高いです。オフにすると、高温側のヒートシンクからの熱がモジュールを介して低温側に伝達されます。
容認できない、ペルチェ素子の電力制御用、 PWM変調を使用する.
ペルチェ素子に電流源または電圧源をどのように供給する必要がありますか? 通常、電圧源が使用されます。実装する方が簡単です。しかし、ペルチェモジュールの電流-電圧特性は非線形で急峻です。それらの。電圧が少し変化すると、電流は大きく変化します。また、モジュール表面の温度変化により特性が変化します。 電力を安定させる必要がある、つまりモジュールを流れる電流とモジュール全体の電圧の積。ペルチェ素子の冷却能力は、電力に直接関係しています。もちろん、これにはかなり複雑なレギュレーターが必要です。
モジュールの電圧は、モジュール内の熱電対の数によって異なります。ほとんどの場合、これらは 16 V の電圧に対応する 127 の熱電対です。 最大 12 V の供給を推奨、または 75% Umax. この電圧により、モジュールの最適な効率が保証されます。
モジュールは密閉されており、水中でも使用できます。
モジュールの極性は、ワイヤの色 (黒と赤) でマークされています。原則として、赤い（プラス）ワイヤは、低温側に対して右側にあります。