خلية بلتيير: كل شيء عن هذا العنصر

ربما تحتاج قم بتبريد شيء ما في مشاريع DIY الخاصة بك. لهذا ، ستحتاج إلى خلية بلتيير. يسمح جهاز أشباه الموصلات هذا المستند إلى التأثيرات الكهروحرارية بتبريد سريع للغاية. يمكنك شرائه في بعض متاجر مثل أمازون، أو قم بإزالته ببساطة من الجهاز التالف في مكانه. الأجهزة التي يمكنك الحصول عليها هي موزعات الماء البارد النموذجية وبعض مزيلات الرطوبة بدون ضاغط.

يستخدم هذا النوع من خلايا بلتيير على نطاق واسع في قطاعات مختلفة من الصناعة للتبريد. السبب هو أن لديها الكثير مزايا على أنظمة التبريد التقليدية الأخرى. على سبيل المثال ، في المثالين اللذين ذكرتهما أعلاه ، في حالة موزع المياه ، فهو مخصص لتبريد خزان المياه بحيث يظل نقيًا ، بينما في مزيل الرطوبة ، يبرد الهواء الداخل بحيث تتكثف الرطوبة وتتقطر في خزان التكثيف ...

التأثيرات الحرارية

الكثير التأثيرات الكهروحرارية هي تلك التي تحول فرق درجة الحرارة إلى جهد كهربائي أو العكس. يتم تحقيق ذلك باستخدام مزدوجات حرارية أو أنواع محددة جدًا من المواد ، وعادة ما تكون أشباه الموصلات. في هذه التدرجات ، تنتج تدرجات الحرارة ناقلات شحنة في المادة ، إما إلكترونات (-) أو ثقوب (+).

يمكن استخدام هذا التأثير ل العديد من التطبيقات، من التدفئة والتبريد وقياس درجات الحرارة وتوليد الكهرباء ، إلخ. وذلك بسبب التأثيرات المختلفة الموجودة داخل ما يسمى بالتأثيرات الكهروحرارية. ومنهم:

• تأثير سيبيك: لاحظ توماس سيبيك أنها ظاهرة تنتج فيها المزدوجات الحرارية التي يُطبق عليها اختلاف في درجة الحرارة الكهرباء. تم اكتشافه عندما لوحظ أن معدنين مرتبطين بأحد طرفيهما تم تطبيق فرق في درجة الحرارة عليه وأنهما ولدا فرق جهد عند طرفيهما المنفصلين. بهذا يمكن استخدام الحرارة المتولدة من بعض المصادر لتحويلها إلى كهرباء.
• تأثير طومسون: يصف تسخين أو تبريد الموصل الحامل للتيار مع تدرج درجة الحرارة. تم وصفه من قبل ويليامز طومسون أو اللورد كلفن.

بشكل عام ، تأثيرات Seebek و Thomson و Peltier يمكن عكسها، على الرغم من أن هذا ليس هو الحال في حالة تدفئة جول.

تأثير بلتيير

El تأثير بلتيير إنه مشابه ، وهو ما تستند إليه الخلايا التي نناقشها في هذه المقالة. مع هذا العقار الذي اكتشفه جان بلتيير عام 1834 ، ومشابه لسيبيك. يحدث ذلك عندما يتسبب الجهد الكهربائي في اختلاف في درجة الحرارة بين مادتين مختلفتين أو مزدوجات حرارية. في حالة الأجهزة الحالية ، تكون أشباه موصلات ، ولكن يمكن أن تكون أيضًا معادن تُعرف باسم تقاطعات بلتيير.

هذا يعني أنه إذا تم تطبيق شحنة كهربائية على هذه الأجهزة ، جانب واحد سوف يسخن والجانب الآخر سوف يبرد. هذا لأن الإلكترونات تنتقل من منطقة عالية الكثافة إلى منطقة منخفضة الكثافة ، فإنها تتمدد بنفس الطريقة التي يتوسع بها الغاز المثالي ، وبالتالي ، فإنها تبرد تلك المنطقة.

بالمناسبة ، يمكن لمرحلة واحدة من TEC أن تولد ملفًا فرق درجة الحرارة بين أجزائه تصل إلى 70 درجة مئوية. لذلك إذا حافظت على الجزء الساخن باردًا ، فستكون سعة التبريد أكبر لخلية TEC أو Peltier. ستكون هذه الحرارة الممتصة متناسبة مع التيار المقدم والوقت.

مزايا وعيوب TEC

مثل أي نظام ، فإن خلية TEC أو Peltier لها مزاياها وعيوبها. هذا هو السبب في أن بعض أنظمة التبريد لا تزال تفضل استخدام طرق تقليدية أخرى. بين الفوائد هي:

• لا تحتوي على أجزاء متحركة ، لذا فهي لا تتطلب صيانة وهي كذلك أكثر موثوقية.
• لا تستخدم ضواغط لا تلوث غاز الكلوروفلوروكربون.
• فإنه يمكن التحكم في درجة الحرارة بسهولة ودقة شديدة، حتى كسور من الدرجة بتغيير التيار المطبق.
• صغيرة الحجم ، على الرغم من إمكانية تصنيعها باستخدام مقاسات مختلفة.
• لديها حياة طويلة تصل إلى 100.000،XNUMX ساعة مقارنة بما توفره بعض الثلاجات الميكانيكية.

ال عيوب استخدام TEC هي:

• يمكنك فقط تبدد كمية محدودة تدفق الحرارة.
• ليست فعالة تحدث بنشاط مقارنة بأنظمة ضغط الغاز. ومع ذلك ، فإن التطورات الجديدة تجعلها أكثر كفاءة.

خصائص

ل لوحة بلتيير مثل TEC1 12706 يمكن أن يصل سعره إلى بضعة يورو ، لذا فهو رخيص للغاية. تبلغ أبعاد هذه اللوحة 40 × 40 × 3 مم وتحتوي على 127 زوجًا من أشباه الموصلات بالداخل. تبلغ الطاقة الكهربائية 60 واط وجهد الإمداد الاسمي 12 فولت والتيار الاسمي 5 أمبير.

معها يمكنك توليد أقصى اختلافات في درجات الحرارة بين وجوههم تبلغ 65 درجة مئوية، وهو أمر جيد جدًا. يمكن أن تعمل بين -55 درجة مئوية و 83 درجة مئوية دون الإضرار بنفسها ، لذلك إذا خرجت عن هذه القيم فإنك تخاطر بأن تكون غير قابل للاستخدام. إذا احتفظت بالقيم ضمن ذلك ، فيمكن أن تدوم حتى 200.000 ساعة من العمل بشكل مثالي ، أي سنوات عديدة ...

كفاءة هذا النموذج حول 12-15 واط مستخرج من الحرارة، هذه كفاءة تقارب 20 أو 25٪ بالنظر إلى أنها تستهلك حوالي 60 واط. على أي حال ، عليك أن تضع في اعتبارك أن هذه القيمة ستتأثر أيضًا بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة المحيطة.

إذا كنت تفضل ذلك ، فبدلاً من شراء خلية TEC أو Peltier فقط ، يمكنك أيضًا الشراء من لا توجد منتجات نظام التبريد الكامل.

تطبيق خلية بلتيير

حسنًا ، خلية بلتيير يمكن استخدامها في المقام الأول للتبريد. على سبيل المثال ، يمكنك تبريد الماء أو أي سائل آخر به ، أو صنع جهاز إزالة الرطوبة منزليًا. مهما كان ، فإن إعداده بسيط للغاية. بمجرد الحصول على الخلية أو الحصول عليها ، سيكون عليك فقط تطبيق التيار المباشر من خلال الكابلات الموجبة والسالبة الموجودة بها. بهذه الطريقة يسخن أحد الجانبين ويبرد الجانب الآخر. يجب أن تحدد جوانبها جيدًا وفقًا لما تبحث عنه.

مثال على التطبيق مع Arduino

يمكنك استخدام أ مخطط الاتصال مثل الذي صنعناه له وحدة التتابع، ولكن بدلاً من تغذية خلية بلتيير والمروحة بجهد 220 فولت تيار متردد ، يتم تغذيتها بالتيار المستمر عند 12 فولت. يمكنك استخدام نفس المخطط وتوصيل المبرد بلوحة Arduino.

بمجرد توصيل كل شيء ، يمكنك ذلك قم بإنشاء رمز بسيط لـ Arduino IDE بحيث يمكن التحكم في نظام التبريد الخاص بك ، مثل هذا النظام للتحكم في المرحل وفقًا للظروف بحيث يمكن تنشيط النظام (يمكنك استخدام رطوبة إضافية ، وأجهزة استشعار درجة الحرارة ، وما إلى ذلك):

const int pin = 9; //Debe ser el pin conectado al relé para su control

const float thresholdLOW = 20.0;
const float thresholdHIGH= 30.0;

bool state = 0; //Celda Peltier desactivada o desactivada

float GetTemperature()
{
return 20.0; //sustituir en función del sensor de temperatura (o lo que sea) empleado
}

void setup() {
pinMode(pin, OUTPUT); //el pin de control se define como salida
}

void loop(){
float currentTemperature = GetTemperature();

if(state == 0 && currentTemperature > thresholdHIGH)
{
state = 1;
digitalWrite(pin, HIGH); //Se enciende el TEC
}
if(state == 1 && currentTemperature < thresholdLOW)
{
state == 0;
digitalWrite(pin, LOW); //Se apaga el TEC
}

delay(5000); //Espera 5 segundos entre las mediciones de temperatura en este caso
}