ตู้เย็นเซมิคอนดักเตอร์ Peltier

การทำงานของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่ที่เป็นพื้นฐานของคอมพิวเตอร์นั้นมาพร้อมกับการกระจายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำงานในโหมดบังคับโอเวอร์คล็อก การทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของส่วนประกอบดังกล่าวต้องใช้วิธีระบายความร้อนที่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่ามีสภาวะอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการทำงาน ตามกฎแล้ว วิธีการรักษาสภาพอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดคือเครื่องทำความเย็นที่ใช้ฮีทซิงค์และพัดลมแบบเดิม

ความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของเครื่องมือดังกล่าวได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการปรับปรุงการออกแบบ การใช้เทคโนโลยีล่าสุด และการใช้เซ็นเซอร์และการควบคุมที่หลากหลายในองค์ประกอบ ทำให้สามารถรวมเครื่องมือดังกล่าวเข้ากับระบบคอมพิวเตอร์ได้ โดยให้การวินิจฉัยและการควบคุมการทำงานเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ในขณะเดียวกันก็รับประกันสภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการทำงานของส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะเพิ่มความน่าเชื่อถือและขยายการทำงานโดยปราศจากปัญหา

พารามิเตอร์ของเครื่องทำความเย็นแบบดั้งเดิมได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องอย่างไรก็ตามเมื่อเร็ว ๆ นี้วิธีการเฉพาะในการทำความเย็นองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์เช่นตู้เย็นเซมิคอนดักเตอร์ Peltier ปรากฏในตลาดคอมพิวเตอร์และในไม่ช้าก็ได้รับความนิยม (แม้ว่าจะมักใช้คำว่าเครื่องทำความเย็น แต่เป็นคำที่ถูกต้องในกรณีของ องค์ประกอบ Peltier ก็คือตู้เย็นนั่นเอง)

ตู้เย็น Peltier ประกอบด้วยโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกแบบเซมิคอนดักเตอร์พิเศษซึ่งมีพื้นฐานมาจาก Peltier Effect ที่ถูกค้นพบเมื่อต้นปี ค.ศ. 1834 เป็นอุปกรณ์ทำความเย็นที่มีแนวโน้มเป็นอย่างยิ่ง เครื่องมือดังกล่าวประสบความสำเร็จในการใช้งานมานานหลายปีในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ

ในช่วงอายุหกสิบเศษและอายุเจ็ดสิบ อุตสาหกรรมในประเทศได้พยายามผลิตตู้เย็นขนาดเล็กในครัวเรือนซ้ำแล้วซ้ำอีก โดยการดำเนินการดังกล่าวมีพื้นฐานมาจากปรากฏการณ์ Peltier อย่างไรก็ตาม ความไม่สมบูรณ์ของเทคโนโลยีที่มีอยู่ ประสิทธิภาพต่ำ และราคาที่สูง ทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวไม่สามารถออกจากห้องปฏิบัติการวิจัยและม้านั่งทดสอบในขณะนั้นได้

แต่ปรากฏการณ์ Peltier และโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกไม่ได้คงอยู่เฉพาะนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเพียงลำพัง ในกระบวนการปรับปรุงเทคโนโลยี ปรากฏการณ์เชิงลบหลายอย่างลดลงอย่างมาก จากความพยายามเหล่านี้ ทำให้เกิดการสร้างโมดูลเซมิคอนดักเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โมดูลเหล่านี้ซึ่งมีการทำงานตามเอฟเฟกต์ Peltier ได้ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันเพื่อระบายความร้อนให้กับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาเริ่มถูกนำมาใช้เพื่อระบายความร้อนให้กับโปรเซสเซอร์อันทรงพลังสมัยใหม่ซึ่งการทำงานมาพร้อมกับการกระจายความร้อนในระดับสูง

เนื่องจากคุณสมบัติทางความร้อนและการปฏิบัติงานที่เป็นเอกลักษณ์อุปกรณ์ที่ใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก - โมดูล Peltier ช่วยให้คุณสามารถทำความเย็นองค์ประกอบคอมพิวเตอร์ในระดับที่ต้องการได้โดยไม่มีปัญหาทางเทคนิคพิเศษและต้นทุนทางการเงิน ในฐานะที่เป็นตัวทำความเย็นของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ วิธีการรักษาสภาวะอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการทำงานเหล่านี้จึงมีแนวโน้มที่ดีอย่างยิ่ง มีขนาดกะทัดรัด สะดวก เชื่อถือได้ และมีประสิทธิภาพในการทำงานสูงมาก

ตู้เย็นเซมิคอนดักเตอร์มีความน่าสนใจเป็นพิเศษเนื่องจากเป็นวิธีการระบายความร้อนแบบเข้มข้นในระบบคอมพิวเตอร์ ซึ่งมีการติดตั้งและใช้งานองค์ประกอบต่างๆ ในโหมดบังคับอย่างหนัก การใช้โหมดดังกล่าว - การโอเวอร์คล็อก (การโอเวอร์คล็อก) มักจะทำให้ประสิทธิภาพของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและตามกฎแล้วระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม การทำงานของส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ในโหมดดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะคือการกระจายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ และมักจะจำกัดความสามารถของสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ เช่นเดียวกับเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่และใช้แล้ว ส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ดังกล่าวซึ่งการทำงานมาพร้อมกับการกระจายความร้อนสูงไม่เพียง แต่เป็นโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบของอะแดปเตอร์วิดีโอประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่และในบางกรณีคือชิปโมดูลหน่วยความจำ องค์ประกอบอันทรงพลังดังกล่าวต้องการการระบายความร้อนอย่างเข้มข้นเพื่อการทำงานที่ถูกต้องแม้ในโหมดปกติและยิ่งกว่านั้นในโหมดโอเวอร์คล็อก

โมดูล Peltier

ตู้เย็น Peltier ใช้ตู้เย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกแบบธรรมดาซึ่งการทำงานขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Peltier เอฟเฟกต์นี้ตั้งชื่อตาม Peltier ผู้ผลิตนาฬิกาชาวฝรั่งเศส (พ.ศ. 2328-2388) ซึ่งค้นพบเมื่อกว่าหนึ่งศตวรรษครึ่งที่แล้วในปี พ.ศ. 2377

Peltier เองไม่ค่อยเข้าใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์ที่เขาค้นพบ ความหมายที่แท้จริงของปรากฏการณ์นี้ก่อตั้งขึ้นในไม่กี่ปีต่อมาในปี พ.ศ. 2381 โดยเลนซ์ (พ.ศ. 2347-2408)

ในช่องที่ทางแยกระหว่างแท่งบิสมัทและพลวงสองแท่ง Lenz วางหยดน้ำไว้ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านไปในทิศทางเดียว หยดน้ำจะแข็งตัว เมื่อกระแสน้ำไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม ส่งผลให้น้ำแข็งละลาย ดังนั้นจึงพบว่าเมื่อผ่านการสัมผัสของตัวนำกระแสไฟฟ้าสองตัวขึ้นอยู่กับทิศทางของตัวนำหลังนอกเหนือจากความร้อนของจูลแล้วยังมีการปล่อยหรือดูดซับความร้อนเพิ่มเติมซึ่งเรียกว่าความร้อนเพลเทียร์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์เพลเทียร์ (Peltier effect) ดังนั้นจึงเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับปรากฏการณ์ซีเบค

หากในวงจรปิดที่ประกอบด้วยโลหะหรือสารกึ่งตัวนำหลายชนิด อุณหภูมิที่จุดสัมผัสของโลหะหรือสารกึ่งตัวนำแตกต่างกัน กระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในวงจร ปรากฏการณ์ของกระแสเทอร์โมอิเล็กทริกนี้ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2364 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Seebeck (พ.ศ. 2313-2374)

ต่างจากความร้อนของจูล-เลนซ์ ซึ่งเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแส (Q=R·I·I·t) ความร้อนเพลเทียร์เป็นสัดส่วนกับกำลังแรกของกระแส และสัญญาณจะเปลี่ยนเมื่อทิศทางของกระแสหลังเปลี่ยน . ความร้อนของ Peltier ตามที่การศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็น สามารถแสดงได้ด้วยสูตร:

คิวพี = พี คิว

โดยที่ q คือปริมาณไฟฟ้าที่ส่งผ่าน (q=I t) P คือสิ่งที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์เพลเทียร์ ซึ่งค่านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุที่สัมผัสและอุณหภูมิ

ความร้อน Peltier Qp ถือเป็นค่าบวกหากปล่อยออกมา และเป็นค่าลบหากถูกดูดซับ

ข้าว. 1. โครงการทดลองวัดความร้อน Peltier, Cu - copper, Bi - บิสมัท

ในรูปแบบที่นำเสนอของการทดลองวัดความร้อน Peltier โดยที่ความต้านทานของสายไฟ R (Cu + Bi) ลดลงในแคลอรีมิเตอร์ ความร้อนจูลเดียวกันจะถูกปล่อยออกมาในแต่ละแคลอริมิเตอร์ ได้แก่ Q = R I I I t ในทางกลับกัน ความร้อนของเพลเทียร์จะมีค่าเป็นบวกในแคลอรีมิเตอร์หนึ่งและเป็นลบในอีกแคลอรีมิเตอร์หนึ่ง ตามรูปแบบนี้เป็นไปได้ที่จะวัดความร้อน Peltier และคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ Peltier สำหรับตัวนำคู่ต่างๆ

ควรสังเกตว่าค่าสัมประสิทธิ์ Peltier ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก ค่าบางค่าของสัมประสิทธิ์ Peltier สำหรับคู่โลหะต่างๆ แสดงอยู่ในตาราง

ค่าสัมประสิทธิ์ Peltier ซึ่งเป็นลักษณะทางเทคนิคที่สำคัญของวัสดุมักจะไม่ได้วัด แต่คำนวณผ่านค่าสัมประสิทธิ์ของ Thomson:

P = ต

โดยที่ P คือสัมประสิทธิ์ Peltier, a คือสัมประสิทธิ์ของ Thomson, T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์

การค้นพบปรากฏการณ์ Peltier มีอิทธิพลอย่างมากต่อพัฒนาการทางฟิสิกส์ในเวลาต่อมา และต่อเทคโนโลยีสาขาต่างๆ ในเวลาต่อมา

ดังนั้นสาระสำคัญของเอฟเฟกต์แบบเปิดมีดังนี้: เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านการสัมผัสของตัวนำสองตัวที่ทำจากวัสดุต่างกันขึ้นอยู่กับทิศทางของมันนอกเหนือจากความร้อนของจูลแล้ว ความร้อนเพิ่มเติมจะถูกปล่อยหรือดูดซับซึ่งเรียกว่า Peltier ความร้อน. ระดับของการสำแดงผลกระทบนี้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวนำที่เลือกและโหมดไฟฟ้าที่ใช้

ทฤษฎีคลาสสิกอธิบายปรากฏการณ์ Peltier โดยข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนที่ถูกพาโดยกระแสจากโลหะหนึ่งไปยังอีกโลหะหนึ่งจะถูกเร่งหรือช้าลงเนื่องจากความต่างศักย์สัมผัสภายในระหว่างโลหะ ในกรณีแรก พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นแล้วถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ในกรณีที่สองพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจะลดลงและการสูญเสียพลังงานนี้จะถูกเติมเต็มเนื่องจากการสั่นสะเทือนทางความร้อนของอะตอมของตัวนำที่สอง ผลลัพธ์ที่ได้คือความเย็นสบาย ทฤษฎีที่สมบูรณ์กว่านี้ไม่ได้คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ระหว่างการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากโลหะหนึ่งไปยังอีกโลหะหนึ่ง แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานทั้งหมด

ปรากฏการณ์ Peltier สังเกตได้ชัดเจนที่สุดในกรณีของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และ n ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไฟฟ้าผ่านการสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่าง ๆ - ทางแยก p-n- และ n-p เนื่องจากปฏิกิริยาของประจุที่แสดงโดยอิเล็กตรอน (n) และรู (p) และการรวมตัวกันใหม่พลังงานจะถูกดูดซับอย่างใดอย่างหนึ่ง หรือปล่อยออกมา จากปฏิกิริยาเหล่านี้และกระบวนการพลังงานที่เกิดขึ้น ความร้อนจึงถูกดูดซับหรือปล่อยออกมา การใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าชนิด p และ n ในตู้เย็นเทอร์โมอิเล็กทริกแสดงไว้ในรูปที่ 1 2.

ข้าว. 2. การใช้เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และ n ในตู้เย็นเทอร์โมอิเล็กทริก

การรวมเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p- และ n จำนวนมากเข้าด้วยกันช่วยให้คุณสร้างองค์ประกอบการทำความเย็น - โมดูล Peltier ที่มีกำลังค่อนข้างสูง โครงสร้างของโมดูล Peltier เทอร์โมอิเล็กทริกของเซมิคอนดักเตอร์แสดงไว้ในรูปที่ 1 3.

ข้าว. 3. โครงสร้างของโมดูล Peltier

โมดูล Peltier เป็นตู้เย็นเทอร์โมอิเล็กทริกที่ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และ n เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม ทำให้เกิดทางแยก p-n- และ n-p การเปลี่ยนแต่ละครั้งจะมีหน้าสัมผัสทางความร้อนกับหม้อน้ำตัวใดตัวหนึ่งจากสองตัว อันเป็นผลมาจากการผ่านของกระแสไฟฟ้าของขั้วหนึ่งทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างหม้อน้ำของโมดูล Peltier: หม้อน้ำตัวหนึ่งทำงานเหมือนตู้เย็นหม้อน้ำอีกตัวจะร้อนขึ้นและทำหน้าที่กำจัดความร้อน บนรูป ภาพที่ 4 แสดงลักษณะของโมดูล Peltier ทั่วไป

ข้าว. 4. ลักษณะของโมดูล Peltier

โมดูลทั่วไปมีความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอยู่ที่หลายสิบองศา ด้วยการระบายความร้อนแบบบังคับอย่างเหมาะสมของหม้อน้ำทำความร้อนหม้อน้ำตัวที่สองตู้เย็นทำให้สามารถบรรลุอุณหภูมิติดลบได้ ในการเพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิ สามารถทำการเชื่อมต่อแบบต่อเรียงของโมดูลเทอร์โมอิเล็กตริก Peltier ได้ โดยมีเงื่อนไขว่าจะมีการระบายความร้อนอย่างเพียงพอ สิ่งนี้ช่วยให้มีวิธีที่ค่อนข้างง่ายในการรับความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีนัยสำคัญและรับประกันการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพขององค์ประกอบที่ได้รับการป้องกัน บนรูป รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อนของโมดูล Peltier ทั่วไป

ข้าว. 5. ตัวอย่างการเชื่อมต่อแบบคาสเคดของโมดูล Peltier

อุปกรณ์ทำความเย็นที่ใช้โมดูล Peltier มักเรียกกันว่าเครื่องทำความเย็น Peltier แบบแอคทีฟหรือเรียกง่ายๆ ว่าเครื่องทำความเย็น Peltier

การใช้โมดูล Peltier ในเครื่องทำความเย็นแบบแอคทีฟทำให้โมดูลเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องทำความเย็นแบบมาตรฐานที่ใช้ฮีทซิงค์และพัดลมแบบดั้งเดิมอย่างมาก อย่างไรก็ตามในกระบวนการออกแบบและใช้เครื่องทำความเย็นด้วยโมดูล Peltier จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติเฉพาะหลายประการที่เกิดจากการออกแบบโมดูลหลักการทำงานสถาปัตยกรรมของฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่และการทำงานของระบบ และซอฟต์แวร์ประยุกต์

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือพลังของโมดูล Peltier ซึ่งตามกฎแล้วขึ้นอยู่กับขนาดของมัน โมดูลพลังงานต่ำไม่ได้ให้ระดับการระบายความร้อนที่ต้องการ ซึ่งอาจนำไปสู่ความผิดปกติขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับการป้องกัน เช่น โปรเซสเซอร์ เนื่องจากความร้อนสูงเกินไป อย่างไรก็ตาม การใช้โมดูลที่มีขนาดใหญ่เกินไปอาจทำให้อุณหภูมิของหม้อน้ำทำความเย็นลดลงถึงระดับความชื้นที่ควบแน่นจากอากาศ ซึ่งเป็นอันตรายต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากน้ำที่ผลิตอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการควบแน่นอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของคอมพิวเตอร์ได้ เหมาะสมที่จะระลึกว่าระยะห่างระหว่างตัวนำไฟฟ้าบนแผงวงจรพิมพ์สมัยใหม่มักจะเป็นเพียงเศษเสี้ยวของมิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม แม้จะมีทุกอย่าง โมดูล Peltier อันทรงพลังซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องทำความเย็นประสิทธิภาพสูงและระบบระบายความร้อนและการระบายอากาศเพิ่มเติมที่สอดคล้องกันซึ่งครั้งหนึ่งเคยอนุญาตให้ KryoTech และ AMD ร่วมกันวิจัยเพื่อโอเวอร์คล็อกโปรเซสเซอร์ AMD ที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีแบบดั้งเดิมให้มีความถี่เกิน 1 GHz นั่นคือเพื่อเพิ่มความถี่ในการทำงานเกือบ 2 เท่าเมื่อเทียบกับโหมดปกติของการทำงาน และต้องเน้นย้ำว่าประสิทธิภาพระดับนี้ทำได้ภายใต้เงื่อนไขที่รับประกันความเสถียรและความน่าเชื่อถือที่จำเป็นของโปรเซสเซอร์ในโหมดบังคับ ผลลัพธ์ของการโอเวอร์คล็อกที่รุนแรงเช่นนี้คือบันทึกประสิทธิภาพระหว่างโปรเซสเซอร์ของสถาปัตยกรรม 80x86 และชุดคำสั่ง และ KryoTech สร้างรายได้ที่ดีจากการนำเสนอหน่วยทำความเย็นออกสู่ตลาด เมื่อติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสม อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นแพลตฟอร์มสำหรับเซิร์ฟเวอร์และเวิร์กสเตชันประสิทธิภาพสูงที่เป็นที่ต้องการ และ AMD ได้รับการยืนยันถึงผลิตภัณฑ์ระดับสูงและวัสดุทดลองที่หลากหลายสำหรับการปรับปรุงสถาปัตยกรรมของโปรเซสเซอร์ต่อไป อย่างไรก็ตาม มีการศึกษาที่คล้ายกันกับโปรเซสเซอร์ Intel Celeron, Pentium II, Pentium III ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน

ควรสังเกตว่าโมดูล Peltier ปล่อยความร้อนจำนวนค่อนข้างมากระหว่างการทำงาน ด้วยเหตุนี้ คุณจึงควรใช้ไม่เพียงแต่พัดลมที่ทรงพลังเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องทำความเย็น แต่ยังใช้มาตรการในการลดอุณหภูมิภายในเคสคอมพิวเตอร์ด้วย เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปของส่วนประกอบคอมพิวเตอร์อื่นๆ ในการดำเนินการนี้ ขอแนะนำให้ใช้พัดลมเพิ่มเติมในการออกแบบเคสคอมพิวเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสภาพแวดล้อมภายนอกเคสได้ดีขึ้น

บนรูป ภาพที่ 6 แสดงลักษณะของตัวทำความเย็นแบบแอคทีฟซึ่งรวมถึงโมดูลเซมิคอนดักเตอร์ Peltier

ข้าว. 6. ลักษณะของคูลเลอร์ด้วยโมดูล Peltier

ควรสังเกตว่าระบบระบายความร้อนที่ใช้โมดูล Peltier ไม่เพียงแต่ใช้ในระบบอิเล็กทรอนิกส์เช่นคอมพิวเตอร์เท่านั้น โมดูลดังกล่าวใช้สำหรับระบายความร้อนอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงต่างๆ โมดูล Peltier มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อวิทยาศาสตร์ ประการแรก เกี่ยวข้องกับการวิจัยเชิงทดลองที่ดำเนินการในสาขาฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา

ข้อมูลเกี่ยวกับโมดูล Peltier และตู้เย็น ตลอดจนคุณสมบัติและผลลัพธ์ของการใช้งาน สามารถพบได้บนเว็บไซต์อินเทอร์เน็ต เช่น ตามที่อยู่ต่อไปนี้:

คุณสมบัติการดำเนินงาน

โมดูล Peltier ที่ใช้ในการทำความเย็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มีความน่าเชื่อถือค่อนข้างสูงและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวต่างจากตู้เย็นที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีแบบดั้งเดิม และตามที่ระบุไว้ข้างต้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานพวกเขาอนุญาตให้ใช้น้ำตกซึ่งทำให้อุณหภูมิของเคสขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับการป้องกันเป็นค่าลบแม้ว่าจะมีการกระจายตัวที่สำคัญก็ตาม

อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากข้อได้เปรียบที่ชัดเจนแล้ว โมดูล Peltier ยังมีคุณสมบัติและคุณลักษณะเฉพาะจำนวนหนึ่งที่ต้องนำมาพิจารณาเมื่อใช้เป็นส่วนหนึ่งของสารหล่อเย็น บางส่วนได้รับการบันทึกไว้แล้ว แต่สำหรับการใช้งานโมดูล Peltier อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีการพิจารณาโดยละเอียดเพิ่มเติม ลักษณะที่สำคัญที่สุด ได้แก่ คุณสมบัติการทำงานดังต่อไปนี้:

• โมดูล Peltier ซึ่งปล่อยความร้อนจำนวนมากระหว่างการทำงาน จำเป็นต้องมีฮีทซิงค์และพัดลมที่เหมาะสมในตัวทำความเย็น ซึ่งสามารถขจัดความร้อนส่วนเกินออกจากโมดูลทำความเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควรสังเกตว่าโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกนั้นมีค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ค่อนข้างต่ำและเมื่อทำหน้าที่ของปั๊มความร้อนพวกมันก็เป็นแหล่งความร้อนที่ทรงพลัง การใช้โมดูลเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของการทำความเย็นสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของคอมพิวเตอร์ทำให้อุณหภูมิภายในยูนิตระบบเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งมักจะต้องมีมาตรการและวิธีการเพิ่มเติมในการลดอุณหภูมิภายในเคสคอมพิวเตอร์ มิฉะนั้นอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นภายในเคสจะสร้างปัญหาในการทำงานไม่เพียง แต่สำหรับองค์ประกอบที่ได้รับการป้องกันและระบบทำความเย็นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนประกอบอื่น ๆ ของคอมพิวเตอร์ด้วย ควรเน้นย้ำด้วยว่าโมดูล Peltier เป็นโหลดเพิ่มเติมที่ค่อนข้างทรงพลังสำหรับแหล่งจ่ายไฟ เมื่อพิจารณาถึงมูลค่าการใช้ปัจจุบันของโมดูล Peltier พลังของแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์ต้องมีอย่างน้อย 250 W ทั้งหมดนี้นำไปสู่ความสะดวกในการเลือกเมนบอร์ด ATX และเคสที่มีแหล่งจ่ายไฟเพียงพอ การใช้โครงสร้างนี้ช่วยให้ส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์จัดระเบียบโหมดความร้อนและไฟฟ้าที่เหมาะสมได้ง่ายขึ้น ควรสังเกตว่าตู้เย็น Peltier มีแหล่งจ่ายไฟในตัว
• ในกรณีที่เกิดความล้มเหลว โมดูล Peltier จะแยกส่วนประกอบที่ระบายความร้อนออกจากหม้อน้ำตัวทำความเย็น สิ่งนี้นำไปสู่การละเมิดระบบการระบายความร้อนขององค์ประกอบที่ได้รับการป้องกันอย่างรวดเร็วและความล้มเหลวตั้งแต่เนิ่นๆ จากความร้อนสูงเกินไปที่ตามมา
• อุณหภูมิต่ำที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของตู้เย็น Peltier ที่มีพลังงานส่วนเกินทำให้เกิดการควบแน่นของความชื้นจากอากาศ สิ่งนี้ก่อให้เกิดอันตรายต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากการควบแน่นอาจทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างองค์ประกอบต่างๆ เพื่อขจัดอันตรายนี้ ขอแนะนำให้ใช้ตู้เย็น Peltier ที่มีกำลังไฟสูงสุด การควบแน่นจะเกิดขึ้นหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายตัว สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ: อุณหภูมิโดยรอบ (ในกรณีนี้คืออุณหภูมิของอากาศภายในตัวเครื่อง) อุณหภูมิของวัตถุที่เย็นลง และความชื้นในอากาศ ยิ่งอากาศภายในเคสอุ่นขึ้นและมีความชื้นมากขึ้น ความชื้นก็จะเกิดการควบแน่นมากขึ้น และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของคอมพิวเตอร์จะเสียหายตามมา ด้านล่างนี้เป็นตารางที่แสดงการขึ้นต่อกันของอุณหภูมิการควบแน่นของความชื้นบนวัตถุที่ถูกทำความเย็น โดยขึ้นอยู่กับความชื้นและอุณหภูมิโดยรอบ เมื่อใช้ตารางนี้ คุณสามารถระบุได้อย่างง่ายดายว่ามีอันตรายจากการควบแน่นของความชื้นหรือไม่ ตัวอย่างเช่น หากอุณหภูมิภายนอกอยู่ที่ 25°C และความชื้นอยู่ที่ 65% การควบแน่นของความชื้นบนวัตถุที่ถูกทำให้เย็นจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่า 18°C

จุดน้ำค้าง

นอกเหนือจากคุณสมบัติเหล่านี้แล้ว ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงสถานการณ์เฉพาะจำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก Peltier ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องทำความเย็นที่ใช้ในการระบายความร้อนโปรเซสเซอร์กลางประสิทธิภาพสูงของคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง

สถาปัตยกรรมของโปรเซสเซอร์สมัยใหม่และโปรแกรมระบบบางโปรแกรมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการใช้พลังงานขึ้นอยู่กับโหลดของโปรเซสเซอร์ สิ่งนี้ทำให้คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้ อย่างไรก็ตาม มาตรฐานการประหยัดพลังงานยังได้รับการสนับสนุนจากฟังก์ชันบางอย่างที่มีอยู่ในฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของคอมพิวเตอร์สมัยใหม่อีกด้วย ภายใต้สภาวะปกติ การปรับแต่งโปรเซสเซอร์ให้เหมาะสมและการใช้พลังงานมีประโยชน์ทั้งต่อระบบการระบายความร้อนของโปรเซสเซอร์และต่อสมดุลความร้อนโดยรวม อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าโหมดที่มีการเปลี่ยนแปลงการใช้พลังงานเป็นระยะอาจไม่สามารถใช้ร่วมกับวิธีการระบายความร้อนของโปรเซสเซอร์โดยใช้โมดูล Peltier ได้ เนื่องจากตู้เย็น Peltier ที่มีอยู่มักได้รับการออกแบบมาเพื่อการทำงานต่อเนื่อง ในเรื่องนี้ไม่แนะนำให้ใช้ตู้เย็น Peltier ที่ง่ายที่สุดที่ไม่มีการควบคุมกับโปรแกรมทำความเย็นเช่น CpuIdle รวมถึงระบบปฏิบัติการ Windows NT / 2000 หรือ Linux

หากโปรเซสเซอร์เปลี่ยนไปใช้โหมดพลังงานต่ำและการกระจายความร้อนอาจทำให้อุณหภูมิของเคสและชิปโปรเซสเซอร์ลดลงอย่างมาก การระบายความร้อนของคอร์โปรเซสเซอร์ในบางกรณีอาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานหยุดชะงักชั่วคราวและส่งผลให้คอมพิวเตอร์ค้างอย่างถาวร ควรจำไว้ว่าตามเอกสารของ Intel อุณหภูมิต่ำสุดที่รับประกันการทำงานที่ถูกต้องของโปรเซสเซอร์ Pentium II และ Pentium III ที่ผลิตจำนวนมากมักจะอยู่ที่ +5 °C แม้ว่าตามในทางปฏิบัติแสดงให้เห็น อุณหภูมิจะทำงานได้ดีแม้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า อุณหภูมิ

ปัญหาบางอย่างอาจเกิดขึ้นได้จากการทำงานของฟังก์ชันในตัวจำนวนหนึ่ง เช่น ฟังก์ชันที่ควบคุมพัดลมระบายความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โหมดการจัดการพลังงานของโปรเซสเซอร์ในระบบคอมพิวเตอร์บางระบบมีไว้สำหรับการเปลี่ยนความเร็วของพัดลมระบายความร้อนผ่านฮาร์ดแวร์ในตัวของเมนบอร์ด ภายใต้สภาวะปกติ สิ่งนี้จะช่วยปรับปรุงพฤติกรรมการระบายความร้อนของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการใช้ตู้เย็น Peltier ที่ง่ายที่สุด ความเร็วในการหมุนที่ลดลงสามารถนำไปสู่การเสื่อมสภาพของระบบการระบายความร้อนซึ่งส่งผลร้ายแรงต่อโปรเซสเซอร์อยู่แล้วเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปโดยการทำงานของโมดูล Peltier ซึ่งนอกเหนือจาก การทำหน้าที่ของปั๊มความร้อนเป็นแหล่งความร้อนเพิ่มเติมที่ทรงพลัง

ควรสังเกตว่าในกรณีของหน่วยประมวลผลกลางคอมพิวเตอร์ ตู้เย็น Peltier อาจเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการระบายความร้อนของชิปเซ็ตวิดีโอแบบดั้งเดิมที่ใช้ในอะแดปเตอร์วิดีโอประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่ การทำงานของชิปเซ็ตวิดีโอดังกล่าวมาพร้อมกับการกระจายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญและโดยปกติจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงโหมดการทำงานอย่างกะทันหัน

เพื่อขจัดปัญหาเกี่ยวกับโหมดพลังงานแปรผันที่ทำให้เกิดการควบแน่นของความชื้นจากอากาศและอุณหภูมิที่เป็นไปได้และในบางกรณีแม้กระทั่งความร้อนสูงเกินไปขององค์ประกอบที่ได้รับการป้องกันเช่นโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ก็จำเป็นต้องปฏิเสธที่จะใช้โหมดดังกล่าวและจำนวนที่สร้างขึ้น -ในฟังก์ชั่น อย่างไรก็ตาม คุณสามารถใช้ระบบระบายความร้อนที่ให้การควบคุมอัจฉริยะสำหรับตู้เย็น Peltier แทนได้ เครื่องมือดังกล่าวสามารถควบคุมได้ไม่เพียง แต่การทำงานของพัดลมเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนโหมดการทำงานของโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกที่ใช้ในเครื่องทำความเย็นแบบแอคทีฟอีกด้วย

มีรายงานการทดลองเกี่ยวกับการฝังโมดูล Peltier ขนาดเล็กลงในชิปโปรเซสเซอร์โดยตรงเพื่อทำให้โครงสร้างที่สำคัญที่สุดเย็นลง โซลูชันนี้ช่วยให้ระบายความร้อนได้ดีขึ้นโดยลดความต้านทานความร้อน และสามารถเพิ่มความถี่ในการทำงานและประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ได้อย่างมาก

ห้องปฏิบัติการวิจัยหลายแห่งดำเนินการในทิศทางของการปรับปรุงระบบเพื่อให้มั่นใจว่าสภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ และระบบระบายความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก Peltier ถือว่ามีแนวโน้มที่ดีอย่างยิ่ง

ตัวอย่างตู้เย็น Peltier

เมื่อไม่นานมานี้โมดูล Peltier ของการผลิตในประเทศก็ปรากฏตัวในตลาดคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่าย เชื่อถือได้ และค่อนข้างถูก ($7-$15) โดยทั่วไปจะไม่รวมพัดลมระบายความร้อน อย่างไรก็ตามโมดูลดังกล่าวไม่เพียงช่วยให้ทำความคุ้นเคยกับวิธีการทำความเย็นที่มีแนวโน้มเท่านั้น แต่ยังใช้เพื่อจุดประสงค์ในระบบป้องกันส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์อีกด้วย นี่คือบทสรุปของหนึ่งในตัวอย่าง

ขนาดโมดูล (รูปที่ 7) - 40×40 มม., กระแสสูงสุด - 6 A, แรงดันไฟฟ้าสูงสุด - 15 V, การใช้พลังงาน - สูงสุด 85 W, ความแตกต่างของอุณหภูมิ - มากกว่า 60 °C เมื่อมาพร้อมกับพัดลมอันทรงพลัง โมดูลจะสามารถปกป้องโปรเซสเซอร์ด้วยการกระจายพลังงานสูงถึง 40 วัตต์

ข้าว. 7.ลักษณะของตู้เย็น PAP2X3B

โมดูล Peltier ในประเทศมีทั้งรุ่นที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าและทรงพลังกว่าในตลาด

ช่วงของอุปกรณ์ต่างประเทศนั้นกว้างกว่ามาก ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างของตู้เย็นในการออกแบบที่ใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก Peltier

ตู้เย็นที่ใช้งาน Peltier จาก Computernerd

ตู้เย็น PAX56B ได้รับการออกแบบมาเพื่อระบายความร้อนให้กับโปรเซสเซอร์ Intel, Cyrix และ AMD Pentium และ Pentium-MMX ที่ทำงานที่ความถี่สูงถึง 200 MHz โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกขนาด 30x30 มม. ช่วยให้ตัวทำความเย็นสามารถรักษาอุณหภูมิ CPU ให้ต่ำกว่า 63°C โดยมีการกระจายพลังงาน 25W และอุณหภูมิแวดล้อม 25°C เนื่องจากโปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่กระจายพลังงานน้อยกว่า ตัวระบายความร้อนนี้จึงช่วยให้คุณรักษาอุณหภูมิของโปรเซสเซอร์ให้ต่ำกว่าตัวระบายความร้อนอื่น ๆ ที่ใช้ฮีทซิงค์และพัดลมได้มาก โมดูล Peltier ที่รวมอยู่ในตู้เย็น PAX56B ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ 5 V ที่สามารถจ่ายกระแสไฟได้ 1.5 A (สูงสุด) พัดลมของตู้เย็นนี้ต้องใช้แรงดันไฟฟ้า 12 V และกระแสไฟฟ้า 0.1 A (สูงสุด) พารามิเตอร์พัดลมตู้เย็น PAX56B: บอลแบริ่ง, 47.5 มม., 65,000 ชั่วโมง, 26 dB. ขนาดโดยรวมของตู้เย็นนี้คือ 25×25×28.7 มม. ราคาตู้เย็น PAX56B โดยประมาณอยู่ที่ 35 ดอลลาร์ ราคาที่ระบุเป็นไปตามรายการราคาของบริษัทช่วงกลางปี ​​2543

ตู้เย็น PA6EXB ได้รับการออกแบบมาเพื่อระบายความร้อนให้กับโปรเซสเซอร์ Pentium-MMX ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นด้วยการกระจายพลังงานสูงสุด 40W ตู้เย็นนี้เหมาะสำหรับโปรเซสเซอร์ Intel, Cyrix และ AMD ทั้งหมดที่เชื่อมต่อผ่านซ็อกเก็ต 5 หรือซ็อกเก็ต 7 โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก Peltier ที่รวมอยู่ในตู้เย็น PA6EXB มีขนาด 40 × 40 มม. และใช้กระแสไฟฟ้าสูงสุด 8 A (โดยทั่วไปคือ 3 A) ที่แรงดันไฟฟ้า 5 B โดยเชื่อมต่อผ่านขั้วต่อไฟคอมพิวเตอร์มาตรฐาน ขนาดโดยรวมของตู้เย็น PA6EXB คือ 60×60×52.5 มม. ในการติดตั้งตู้เย็นนี้ เพื่อการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีระหว่างหม้อน้ำและสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องจัดให้มีพื้นที่ว่างรอบตู้เย็นด้านบนอย่างน้อย 10 มม. และด้านข้าง 2.5 มม. ตัวทำความเย็น PA6EXB มีอุณหภูมิ CPU 62.7°C พร้อมการกระจายพลังงาน 40W และอุณหภูมิแวดล้อม 45°C โดยคำนึงถึงหลักการทำงานของโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกที่รวมอยู่ในตู้เย็นนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการควบแน่นของความชื้นและการลัดวงจรจึงจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการใช้โปรแกรมที่ทำให้โปรเซสเซอร์เข้าสู่โหมดสลีปเป็นเวลานาน ราคาโดยประมาณของตู้เย็นดังกล่าวอยู่ที่ 65 ดอลลาร์ ราคาที่ระบุเป็นไปตามรายการราคาของบริษัทช่วงกลางปี ​​2543

ตู้เย็น DT-P54A (หรือที่รู้จักกันในชื่อ PA5B โดย Computernerd) ออกแบบมาสำหรับโปรเซสเซอร์ Pentium อย่างไรก็ตาม บางบริษัทที่จำหน่ายตู้เย็นเหล่านี้ในท้องตลาดก็แนะนำให้ผู้ใช้ Cyrix/IBM 6x86 และ AMD K6 ด้วยเช่นกัน หม้อน้ำที่รวมอยู่ในตู้เย็นมีขนาดค่อนข้างเล็ก ขนาด 29×29 มม. ตู้เย็นมีเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในตัวซึ่งจะแจ้งให้คุณทราบถึงความร้อนสูงเกินไปหากจำเป็น นอกจากนี้ยังควบคุมองค์ประกอบ Peltier อีกด้วย ชุดประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมภายนอก ทำหน้าที่ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและการทำงานขององค์ประกอบ Peltier การทำงานของพัดลมตลอดจนอุณหภูมิของโปรเซสเซอร์ อุปกรณ์จะสร้างการแจ้งเตือนหากองค์ประกอบ Peltier หรือพัดลมทำงานล้มเหลว หากพัดลมทำงานที่ความเร็วน้อยกว่า 70% ของความเร็วที่ต้องการ (4,500 RPM) หรือหากอุณหภูมิโปรเซสเซอร์สูงกว่า 145°F (63°C) . หากอุณหภูมิโปรเซสเซอร์สูงกว่า 100°F (38°C) องค์ประกอบ Peltier จะถูกเปิดใช้งานโดยอัตโนมัติ ไม่เช่นนั้นจะอยู่ในโหมดปิดใช้งาน ฟังก์ชันหลังช่วยขจัดปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการควบแน่นของความชื้น น่าเสียดายที่องค์ประกอบนั้นติดอยู่กับแผงระบายความร้อนอย่างแน่นหนาจนไม่สามารถแยกออกได้โดยไม่ทำลายโครงสร้างของมัน ทำให้ไม่สามารถติดตั้งบนหม้อน้ำตัวอื่นที่ทรงพลังกว่าได้ สำหรับพัดลมนั้นการออกแบบนั้นโดดเด่นด้วยความน่าเชื่อถือในระดับสูงและมีพารามิเตอร์สูง: แรงดันไฟฟ้า - 12 V, ความเร็วในการหมุน - 4500 RPM, ความเร็วการจ่ายอากาศ - 6.0 CFM, การใช้พลังงาน - 1 W, ลักษณะเสียง - 30 เดซิเบล ตู้เย็นนี้ค่อนข้างมีประสิทธิผลและมีประโยชน์สำหรับการโอเวอร์คล็อก อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีของการโอเวอร์คล็อกโปรเซสเซอร์ คุณควรใช้ฮีทซิงค์ขนาดใหญ่และเครื่องทำความเย็นที่ดี ราคาของตู้เย็นนี้มีตั้งแต่ 39 ถึง 49 เหรียญ ราคาที่ระบุเป็นไปตามรายการราคาของบริษัทหลายแห่งในช่วงกลางปี ​​2000

ตู้เย็น AC-P2 ได้รับการออกแบบมาสำหรับโปรเซสเซอร์ประเภท Pentium II ในชุดประกอบด้วยตัวทำความเย็นขนาด 60 มม. ฮีทซิงค์ และส่วนประกอบ Peltier ขนาด 40 มม. ไม่เหมาะกับโปรเซสเซอร์ Pentium II 400 MHz และสูงกว่า เนื่องจากชิปหน่วยความจำ SRAM ไม่ได้ระบายความร้อนในทางปฏิบัติ ราคาโดยประมาณสำหรับกลางปี ​​2000 อยู่ที่ 59 ดอลลาร์

ตู้เย็น PAP2X3B (รูปที่ 8) คล้ายกับ AOC AC-P2 เพิ่มคูลเลอร์ขนาด 60 มม. สองตัวเข้าไป ปัญหาการระบายความร้อนของ SRAM ยังคงไม่ได้รับการแก้ไข ควรสังเกตว่าไม่แนะนำให้ใช้ตู้เย็นร่วมกับโปรแกรมทำความเย็น เช่น CpuIdle รวมถึงระบบปฏิบัติการ Windows NT หรือ Linux เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะเกิดการควบแน่นของความชื้นบนโปรเซสเซอร์ ราคาโดยประมาณในช่วงกลางปี ​​2000 อยู่ที่ 79 ดอลลาร์

ข้าว. 8.ลักษณะของตู้เย็น PAP2X3B

ตู้เย็น STEP-UP-53X2 ติดตั้งพัดลมสองตัวที่สูบลมปริมาณมากผ่านหม้อน้ำ ราคาโดยประมาณสำหรับกลางปี ​​2000 คือ 79 ดอลลาร์ (Pentium II), 69 ดอลลาร์ (Celeron)

ตู้เย็นซีรีส์ Bcool ของ Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) ได้รับการออกแบบมาสำหรับโปรเซสเซอร์ Pentium II และ Celeron และมีข้อมูลจำเพาะที่คล้ายกันดังแสดงต่อไปนี้ โต๊ะ.

ตู้เย็นซีรีส์ BCool

ควรสังเกตว่ากลุ่มตู้เย็น BCool ยังมีอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายกัน แต่ไม่มีองค์ประกอบ Peltier ตู้เย็นดังกล่าวมีราคาถูกกว่าตามธรรมชาติ แต่ก็มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการทำความเย็นส่วนประกอบของคอมพิวเตอร์

ในการเตรียมบทความ มีการใช้เนื้อหาของหนังสือ "PC: การปรับแต่ง การเพิ่มประสิทธิภาพ และการโอเวอร์คล็อก" ฉบับที่ 2, แก้ไขใหม่. และเพิ่มเติม - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: BHV - ปีเตอร์สเบิร์ก 2000. - 336 น.

โมดูล Peltier สามารถใช้งานได้ 4 รูปแบบ: เป็นองค์ประกอบความร้อน (ในตู้อบ...) เป็นองค์ประกอบทำความเย็น (ในตู้เย็น...) เพื่อรับไฟฟ้า (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า...) และยังได้รับความช่วยเหลืออีกด้วย ของธาตุ Peltier คุณสามารถรับน้ำได้ นี่คือสิ่งที่บทความของฉันจะเกี่ยวกับ

องค์ประกอบเพลเทียร์- นี่คือตัวแปลงเทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งหลักการทำงานขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Peltier - การเกิดขึ้นของความแตกต่างของอุณหภูมิเมื่อกระแสไฟฟ้าไหล ในวรรณคดีภาษาอังกฤษ องค์ประกอบ Peltier ถูกกำหนดให้เป็น TEC (จากภาษาอังกฤษ เทอร์โมอิเล็กทริกคูลเลอร์ - เทอร์โมอิเล็กทริกคูลเลอร์)

เอฟเฟกต์ที่อยู่ตรงข้ามกับเอฟเฟกต์ Peltier เรียกว่าเอฟเฟกต์ Seebeck

หลักการทำงาน

การทำงานขององค์ประกอบ Peltier ขึ้นอยู่กับการสัมผัสของวัสดุนำไฟฟ้าสองชนิดที่มีระดับพลังงานอิเล็กตรอนต่างกันในแถบการนำไฟฟ้า เมื่อกระแสไหลผ่านการสัมผัสกับวัสดุดังกล่าว อิเล็กตรอนจะต้องได้รับพลังงานเพื่อที่จะเคลื่อนที่ไปยังแถบการนำพลังงานที่สูงกว่าของเซมิคอนดักเตอร์อื่น เมื่อพลังงานนี้ถูกดูดซับ จุดสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์จะถูกทำให้เย็นลง เมื่อกระแสไหลในทิศทางตรงกันข้าม จุดสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์จะได้รับความร้อน นอกเหนือจากผลกระทบทางความร้อนตามปกติ

เมื่อโลหะสัมผัสกัน เอฟเฟกต์ Peltier จะมีขนาดเล็กมากจนมองไม่เห็นพื้นหลังของปรากฏการณ์การให้ความร้อนแบบโอห์มมิกและการนำความร้อน ดังนั้นในการใช้งานจริงจึงมีการใช้หน้าสัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์สองตัว

องค์ประกอบ Peltier ประกอบด้วยคู่ขนานของเซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็กหนึ่งคู่หรือมากกว่า - หนึ่ง n-type และหนึ่ง p-type ในคู่ (โดยปกติคือบิสมัทเทลลูไรด์, Bi2Te3 และซิลิคอนเจอร์มาไนด์) ซึ่งเชื่อมต่อเป็นคู่โดยใช้จัมเปอร์โลหะ จัมเปอร์โลหะทำหน้าที่เป็นหน้าสัมผัสความร้อนพร้อมกันและหุ้มด้วยฟิล์มไม่นำไฟฟ้าหรือแผ่นเซรามิก คู่ขนานเชื่อมต่อกันในลักษณะที่เกิดการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของเซมิคอนดักเตอร์หลายคู่ที่มีความนำไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ เกิดขึ้นเพื่อให้ที่ด้านบนมีลำดับการเชื่อมต่อหนึ่งลำดับ (n->p) และที่ด้านล่าง ตรงกันข้าม (p->n) กระแสไฟฟ้าจะไหลตามลำดับผ่านเส้นขนานทั้งหมด หน้าสัมผัสด้านบนจะถูกทำให้เย็นลงและหน้าสัมผัสด้านล่างจะถูกให้ความร้อน - หรือในทางกลับกัน ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงถ่ายเทความร้อนจากด้านหนึ่งขององค์ประกอบ Peltier ไปยังด้านตรงข้าม และสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิ

หากด้านความร้อนขององค์ประกอบ Peltier ถูกระบายความร้อน เช่น ด้วยหม้อน้ำและพัดลม อุณหภูมิของด้านความเย็นก็จะยิ่งต่ำลง ในเซลล์แบบขั้นตอนเดียว ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และขนาดของกระแส ความแตกต่างของอุณหภูมิอาจสูงถึงประมาณ 70 °C

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดีขององค์ประกอบ Peltier คือมีขนาดเล็ก ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว รวมถึงก๊าซและของเหลว เมื่อทิศทางกระแสไฟกลับด้าน สามารถทำได้ทั้งการทำความเย็นและการทำความร้อน ซึ่งทำให้สามารถควบคุมอุณหภูมิที่อุณหภูมิแวดล้อมทั้งด้านบนและด้านล่างอุณหภูมิของเทอร์โมสตัทได้ ข้อดีอื่น ๆ คือการไม่มีชิ้นส่วนกลไกและไม่มีเสียงรบกวน

ข้อเสียขององค์ประกอบ Peltier คือประสิทธิภาพต่ำกว่าหน่วยทำความเย็นคอมเพรสเซอร์ freon ซึ่งทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมากเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่แตกต่างที่เห็นได้ชัดเจน อย่างไรก็ตาม การพัฒนาอยู่ระหว่างดำเนินการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อน และองค์ประกอบ Peltier ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี เนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่า 0 °C สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมใดๆ

ปัญหาหลักในการสร้างองค์ประกอบ Peltier ที่มีประสิทธิภาพสูงคืออิเล็กตรอนอิสระในสารนั้นเป็นทั้งพาหะของกระแสไฟฟ้าและความร้อน วัสดุสำหรับองค์ประกอบ Peltier จะต้องมีคุณสมบัติพิเศษสองประการพร้อมกัน - เป็นการดีที่จะนำกระแสไฟฟ้า แต่การนำความร้อนไม่ดี

ตามทฤษฎีแล้วเป็นไปได้ที่จะบรรลุความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงมากในแบตเตอรี่เซลล์ Peltier ซึ่งมากกว่า 70 องศาเซลเซียสในกรณีนี้ควรใช้วิธีการควบคุมอุณหภูมิแบบพัลส์จะดีกว่าซึ่งสามารถลดการใช้พลังงานได้เช่นกัน ในกรณีนี้ ขอแนะนำให้ปรับระลอกคลื่นในปัจจุบันให้เรียบเพื่อยืดอายุการใช้งานขององค์ประกอบ Peltier

การประยุกต์ใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก: ในเครื่องทำน้ำเย็น, ระบบทำความเย็นสำหรับคอมพิวเตอร์หรือไมโครวงจรของอุปกรณ์ขนาดเล็กต่างๆ, ในเครื่องกำเนิดความร้อนไฟฟ้า, การระบายความร้อนของการ์ดวิดีโอ, สะพานเหนือหรือใต้, ตู้เย็นในรถยนต์, เครื่องทำความเย็นด้วยอากาศ, Arduino สำหรับระบายความร้อนเมทริกซ์ CCD และเครื่องตรวจจับแสงอินฟราเรด ในเครื่องกำเนิดความร้อนไฟฟ้า ในเทอร์โมสตัท, ในเครื่องมือห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์, เครื่องสอบเทียบความร้อน, สารคงตัวทางความร้อน โดยทั่วไปซึ่งจำเป็นต้องบรรลุความแตกต่างของอุณหภูมิมากกว่า 60 องศา

ขนาดเพลเทียร์เพลทและลักษณะการบริโภค

ขนาดของเพลต Peltier และลักษณะการบริโภค (การใช้พลังงาน แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความต่างของอุณหภูมิสูงสุด) เครื่องหมายของเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปในแต่ละไซต์ทั้งหมดขึ้นอยู่กับผู้ผลิต (ตัวอย่างเช่น: TEG1-241-1.4-1.2; СР1.4-127-06L ในประเทศ; TB-127-1.4-1.5 Frost-72 ; SP1848-27145; เครื่องกำเนิดความร้อน Seebeck TEP1-142T300) ในทางกลับกันลักษณะจะไม่แตกต่างกันมากนัก แต่ตัวชี้วัดบางตัวก็ไม่ได้แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

DIY ตู้เย็น USB (โมดูล Peltier)

ในการสร้างตู้เย็นขนาดเล็กของเรา เราจำเป็นต้องค้นหาหรือซื้อส่วนประกอบ Peltier (อ่านรายละเอียดได้ด้านล่างว่ามันคืออะไรและทำงานอย่างไร) และหม้อน้ำสองตัว

องค์ประกอบ Peltier นี้ ฉันดึงมันออกมาจากคอมพิวเตอร์ที่พัง โดยวางอยู่ระหว่างโปรเซสเซอร์และตัวทำความเย็น ทำความสะอาดแผ่นระบายความร้อนเก่าออก โดยสรุปองค์ประกอบ Peltier นี้เมื่อจ่ายกระแสตรงจะเริ่มทำงานดังนี้: ด้านหนึ่งเริ่มร้อนขึ้นและด้านที่สองจะเย็นลงหากคุณเปลี่ยนขั้วของแหล่งพลังงาน จากนั้นด้านข้างขององค์ประกอบก็จะทำงานในทางตรงกันข้าม!

ต่อไป ฉันเอาเรดิเอเตอร์ขนาดใหญ่สองตัวจากแอมป์ที่ไม่จำเป็น จากนั้นฉันก็หล่อลื่นองค์ประกอบด้วยซิลิโคนใหม่ซึ่งฉันซื้อจากร้านขายวิทยุ และยึดองค์ประกอบ Peltier ระหว่างหม้อน้ำ ในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้แผ่นระบายความร้อน!
ฉันเชื่อมต่อสายไฟเข้ากับองค์ประกอบจากสาย USB แล้วเสียบเข้ากับคอมพิวเตอร์ - หม้อน้ำตัวหนึ่งเริ่มร้อนขึ้นและตัวที่สอง - เย็นลง! มันเลยขนฟูไปหมด!

วัสดุที่ฉันติดตู้เย็นดูเหมือนโฟมอัดหรือพลาสติกที่มีรูพรุน โดยทั่วไปวัสดุสามารถเป็นอะไรก็ได้คุณภาพหลักคือฉนวนกันความร้อน
แก้วออร์แกนิกดูค่อนข้างเปราะบาง แต่จริงๆ แล้ววัสดุมีความทนทาน
กาวเป็นกาวซุปเปอร์

จากนั้นเพื่อความสะดวก ฉันจึงทำตัวล็อคแม่เหล็ก
มันกลับกลายเป็นว่าดี - น้ำแร่หนึ่งขวดใส่เข้าไปได้อย่างง่ายดาย

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า - ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้องค์ประกอบ Peltier

ข้อดีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้:

เชื้อเพลิงคือสิ่งที่ไหม้หรือร้อน
- เอาต์พุต USB 5 โวลต์, 500mA.
— ไม่ขึ้นอยู่กับแสงแดด ลม ฯลฯ
- โครงสร้างที่เรียบง่ายและแข็งแรงที่สามารถคงอยู่ตลอดไป
- คุณสามารถปรุงอาหารในขณะที่ชาร์จโทรศัพท์ได้
- ความเก่งกาจ
- ทุกคนสามารถประกอบที่บ้านได้ในเย็น 1 วัน (แม้แต่พนักงาน AvtoVAZ =))
- การออกแบบราคาถูก

ฉันไม่ได้ประดิษฐ์ มีสำเนาเชิงพาณิชย์ที่ดีกว่าของฉันมาก ตัวอย่างเช่น BioLite CampStove ราคาของมันคือ 7900 รูเบิล สำเนาของฉันถูกจัดทำขึ้นโดยเร่งรีบในการเขียนบทความนี้และการทดลองเพิ่มเติม

พื้นฐานคือองค์ประกอบ Peltier นี่คือโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกที่ใช้ในเครื่องทำน้ำเย็นและตู้เย็นแบบพกพา และยังใช้เพื่อทำให้โปรเซสเซอร์เย็นลงอีกด้วย เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า ด้านหนึ่งจะเย็นลงและอีกด้านจะร้อนขึ้น ในทางกลับกัน เราจะให้ความร้อนด้านหนึ่งเพื่อรับไฟฟ้า

หลักการสำคัญคือด้านหนึ่งได้รับความร้อนและอีกด้านยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด จำเป็นต้องมีอุณหภูมิที่แตกต่างกัน 100 องศาเซลเซียส

มาเริ่มกันเลย!


เราจะต้อง:
— องค์ประกอบ Peltier ผมใช้ TEC1-12710
- แหล่งจ่ายไฟที่ไม่จำเป็นจากคอมพิวเตอร์
ใครก็ตามแม้แต่คนที่มอดไหม้ และทุกสิ่งก็มอดไหม้ไปหมด ยกเว้นร่างกาย
- เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า
โมดูลบูสต์ DC-DC, แรงดันไฟฟ้าอินพุต 1-5 โวลต์, เอาต์พุต 5V เสมอ
- หม้อน้ำ (ยิ่งใหญ่กว่ายิ่งดี) ควรใช้ตัวทำความเย็น 5V เพราะ หม้อน้ำจะค่อยๆร้อนขึ้น ในฤดูหนาวสิ่งนี้จะไม่คุกคามเนื่องจากคุณสามารถวางหม้อน้ำบนน้ำแข็งได้
- วางความร้อน
- ชุดเครื่องมือ

โมดูล TEC1-12710 พิกัด 10 A (มีน้อยมีมาก) แต่อันที่ทรงพลังกว่าจะมีขนาดใหญ่กว่า ยิ่งมีกระแสไฟฟ้ามากเท่าไรก็ยิ่งมีประสิทธิภาพและมีราคาแพงมากขึ้นเท่านั้น ฉันซื้อใน aliexpress ประมาณ 250 รูเบิล ในร้านขายเครื่องใช้ไฟฟ้าของเราราคาประมาณ 1,500 รูเบิล

โมดูลได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 12V แต่ไม่ได้จ่ายมากนักเนื่องจากประสิทธิภาพต่ำเมื่อเราใช้ในทิศทางตรงกันข้ามเช่น เพื่อรับกระแส

เพื่อให้ไฟ 5 โวลต์มีเสถียรภาพและอุปกรณ์ชาร์จได้อย่างปลอดภัย คุณต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเสถียรภาพ เริ่มจ่ายไฟ 5 โวลต์เมื่อองค์ประกอบ Peltier มีเพียง 1 คุณจะพบว่าทุกอย่างพร้อมสำหรับการชาร์จด้วยไฟ LED ที่ติดสว่างบนโมดูล


คุณสามารถประกอบของคุณเองได้ แต่ฉันตัดสินใจเชื่อถือชาวจีนพวกเขามีโมดูลสำเร็จรูปพร้อมเอาต์พุต USB ในราคา 80 รูเบิล บนเว็บไซต์เดียวกัน

เรามาทำลายแหล่งจ่ายไฟของเรากันดีกว่า ฉันต้องทำรูเพิ่มเติมเพื่อการไหลเวียนของอากาศที่ดีขึ้น (แหล่งจ่ายไฟเก่ามาก)

หลักการสำคัญคืออากาศถูกดูดเข้ามาจากด้านล่าง และไหลออกมาทางด้านบน พูดง่ายๆก็คือคุณต้องทำเตาธรรมดา อย่าลืมจัดให้มีรูสำหรับขว้างเศษไม้และที่วางหม้อหรือแก้วน้ำหากต้องการ


ถัดไปคุณจะต้องติดโมดูล Peltier พร้อมหม้อน้ำเข้ากับผนังเรียบโดยก่อนหน้านี้ใช้แผ่นระบายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ ยิ่งติดต่อแน่นก็ยิ่งดี ด้านที่เขียนแบบจำลองนั้นเย็นเราใช้หม้อน้ำ หากคุณผสมกัน โมดูลจะไม่จ่ายแรงดันเอาต์พุต ในกรณีนี้คุณเพียงแค่ต้องสลับสายไฟ


เราประสานบูสต์คอนเวอร์เตอร์และค้นหาตำแหน่งที่จะซ่อนมัน โดยทั่วไปคุณสามารถปล่อยมันไว้บนสายไฟได้ แต่คุณต้องหุ้มฉนวนอย่างแน่นอน เช่น ใส่ท่อหดด้วยความร้อน

วางมันทั้งหมดเข้าด้วยกัน. นี่คือสิ่งที่ควรเกิดขึ้น:

มันทำงานอย่างไร?

โดยทั่วไปแล้วเราจะโยนกิ่งไม้, มันฝรั่งทอด, ทุกสิ่งที่ไหม้อยู่ข้างใน จากนั้นเราก็จุดไฟ ไฟทำให้ผนังเตาและองค์ประกอบ Peltier ซึ่งอยู่บนผนังด้านใดด้านหนึ่งร้อนขึ้น อีกด้านหนึ่งขององค์ประกอบซึ่งอยู่บนหม้อน้ำจะคงอยู่ที่อุณหภูมิถนน ยิ่งอุณหภูมิต่างกันมากก็ยิ่งมีกำลังมากขึ้น แต่อย่าหักโหมจนเกินไป

ประสิทธิภาพสูงสุดนั้นอยู่ที่ความแตกต่าง 100 องศา เมื่อเวลาผ่านไป หม้อน้ำเริ่มร้อนขึ้นและจะต้องทำให้เย็นลง คุณสามารถโยนหิมะ เทน้ำ ใส่หม้อน้ำบนน้ำแข็งหรือในน้ำ ใส่แก้วน้ำเย็นลงไป มีตัวเลือกมากมาย วิธีที่ง่ายที่สุดคือเครื่องทำความเย็น โดยจะต้องใช้พลังงานบางส่วน แต่ผลลัพธ์โดยรวมจะไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการทำความเย็น


อย่าให้องค์ประกอบสัมผัสกับอุณหภูมิสูง เพราะอาจทำให้ไหม้และไหม้ได้ เอกสารระบุอุณหภูมิสูงสุด 180 ° C แต่คุณไม่ควรกังวลมากเกินไป เพราะการระบายความร้อนที่ดีและฟืนธรรมดาจะไม่มีอะไรเกิดขึ้น

หากคุณไม่ขี้เกียจและทำทุกอย่างถูกต้อง คุณจะได้เครื่องย่อยไม้ธรรมดา ๆ ที่คุณสามารถอุ่นอาหาร ต้มน้ำ และชาร์จอุปกรณ์ของคุณได้ในเวลาเดียวกัน

สามารถใช้ที่บ้านได้หากปิดไฟฟ้าโดยวางเทียนไว้ข้างใน อย่างไรก็ตามหากคุณเชื่อมต่อ LED เข้ากับมัน แต่แสงจะสว่างกว่าจากเทียนมาก

ทุกที่ที่คุณเจอสิ่งที่ไหม้อยู่ คุณจะมีไฟฟ้า ความอบอุ่น และความสามารถในการปรุงอาหารโดยใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าแคมป์ไฟ

การทดสอบครั้งแรก!

ฉันไปที่ป่าหลังเลิกงาน พระอาทิตย์เกือบจะตกแล้ว พุ่มไม้เปียก แต่เตาก็พิสูจน์ตัวเองได้ 100%

ผลลัพธ์เกินความคาดหมายทั้งหมดของฉัน ทันทีที่ชิปติดไฟ ไฟแสดงสถานะก็สว่างขึ้น ฉันเชื่อมต่อโทรศัพท์และเริ่มชาร์จ การชาร์จมีเสถียรภาพ

ตัวแปลงไม่ได้เครียดเลย ฉันยังนำแผ่นระบายความร้อนของแล็ปท็อปติดตัวไปด้วย โดยมีคูลเลอร์ 2 ตัวและไฟ LED ซึ่งควรใช้อย่างเหมาะสม เชื่อมต่อกัน ทุกอย่างหมุน ส่องแสง สายลมพัด ฉันยังเอาพัดลม USB มาเชื่อมต่อในตอนท้ายเมื่อเหลือเพียงถ่านเท่านั้น ทุกอย่างทำงานได้ดี ฉันไม่รู้จะลองทำอะไรอีก

ผลลัพธ์:

ทุกอย่างทำงานได้ดีทำให้พื้นเป็น Ampere ในทำนองเดียวกันคุณต้องมีเครื่องทำความเย็นเพราะ ภายในครึ่งชั่วโมงหม้อน้ำจะร้อนขึ้นประมาณ 40 องศาในฤดูร้อนจะร้อนกว่านี้อีก ปล่อยให้ตัวเองหมุน

เปลวไฟลุกโชนขึ้นมาบนที่สูง โดยส่วนตัวแล้วฉันไม่ต้องการไฟขนาดนั้น ฉันจะปิดรูบางส่วนเพื่อให้มันเผาไหม้ช้าลง

ฉันจะทำทุกอย่างด้วยวิธีใหม่ ฉันจะใช้เครื่องย่อยไม้มาตรฐานที่ทำจากกระป๋องเป็นพื้นฐาน แต่ฉันจะทำให้โลหะหนาขึ้นและเป็นสี่เหลี่ยม ฉันจะซื้อหม้อน้ำดีๆ ที่มีรูปร่างเหมาะสมและพยายามทำแบบพับได้เพื่อให้ใช้พื้นที่ในการพกพาน้อยลง

การผลิตน้ำดื่มด้วยโมดูล Peltier

อุปกรณ์ทำความเย็นได้รับการยอมรับอย่างมั่นคงในชีวิตของเราจนเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าหากไม่มีอุปกรณ์นี้จะทำได้อย่างไร แต่การออกแบบสารทำความเย็นแบบคลาสสิกไม่เหมาะกับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ เช่น กระเป๋าเก็บความเย็นสำหรับเดินทาง

เพื่อจุดประสงค์นี้ การติดตั้งจะใช้โดยหลักการทำงานขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Peltier เรามาพูดสั้น ๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้

มันคืออะไร?

คำนี้หมายถึงปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริกที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2377 โดยนักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส ฌอง-ชาร์ล เปลเลติเยร์ สาระสำคัญของผลกระทบคือการปลดปล่อยหรือการดูดซับความร้อนในบริเวณที่ตัวนำที่ไม่เหมือนกันสัมผัสกันซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ตามทฤษฎีคลาสสิก มีคำอธิบายของปรากฏการณ์ดังต่อไปนี้: กระแสไฟฟ้าถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างโลหะ ซึ่งสามารถเร่งหรือชะลอการเคลื่อนที่ของพวกมันได้ ขึ้นอยู่กับความต่างศักย์สัมผัสในตัวนำที่ทำจากวัสดุต่างกัน ดังนั้นเมื่อพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น พลังงานก็จะถูกแปลงเป็นความร้อน

ในตัวนำที่สอง กระบวนการย้อนกลับจะถูกสังเกตโดยต้องมีการเติมพลังงานตามกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ นี่เป็นเพราะความผันผวนของความร้อนซึ่งทำให้เกิดการระบายความร้อนของโลหะที่ใช้สร้างตัวนำที่สอง

เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้สามารถผลิตโมดูลองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ที่มีผลเทอร์โมอิเล็กทริกสูงสุดได้ เป็นเรื่องสมเหตุสมผลที่จะพูดคุยสั้น ๆ เกี่ยวกับการออกแบบ

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

โมดูลสมัยใหม่เป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยแผ่นฉนวนสองแผ่น (โดยปกติจะเป็นเซรามิก) โดยมีเทอร์โมคัปเปิลเชื่อมต่อแบบอนุกรมระหว่างแผ่นเหล่านั้น แผนภาพแบบง่ายขององค์ประกอบดังกล่าวสามารถดูได้ในรูปด้านล่าง

การกำหนด:

• เอ - หน้าสัมผัสสำหรับเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน
• B คือพื้นผิวร้อนขององค์ประกอบ
• C - ด้านเย็น;
• D - ตัวนำทองแดง
• E เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ p-junction;
• F เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด n

การออกแบบทำในลักษณะที่แต่ละด้านของโมดูลสัมผัสกับจุดเชื่อมต่อ p-n หรือ n-p (ขึ้นอยู่กับขั้วไฟฟ้า) หน้าสัมผัส p-n ถูกทำให้ร้อน, n-p ถูกทำให้เย็นลง (ดูรูปที่ 3) ดังนั้น ความแตกต่างของอุณหภูมิ (DT) จึงเกิดขึ้นที่ด้านข้างขององค์ประกอบ สำหรับผู้สังเกตการณ์ ผลกระทบนี้จะดูเหมือนการถ่ายโอนพลังงานความร้อนระหว่างด้านข้างของโมดูล เป็นที่น่าสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงขั้วของแหล่งจ่ายทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในพื้นผิวที่ร้อนและเย็น

ข้อมูลจำเพาะ

คุณลักษณะของโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกอธิบายโดยพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

• ความสามารถในการทำความเย็น (Q สูงสุด) คุณลักษณะนี้ถูกกำหนดบนพื้นฐานของกระแสสูงสุดที่อนุญาตและความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านข้างของโมดูลซึ่งวัดเป็นวัตต์
• ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดระหว่างด้านข้างขององค์ประกอบ (DT สูงสุด) พารามิเตอร์จะได้รับสำหรับสภาวะในอุดมคติหน่วยการวัดคือองศา
• ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตซึ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิต่างกันสูงสุด - I max;
• แรงดันไฟฟ้าสูงสุด U สูงสุดที่จำเป็นสำหรับกระแส I สูงสุดเพื่อให้ถึงค่าความแตกต่างสูงสุด DT max ;
• ความต้านทานภายในของโมดูล - ความต้านทานแสดงเป็นโอห์ม
• ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ - COP (คำย่อจากภาษาอังกฤษ - ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ) อันที่จริงนี่คือประสิทธิภาพของอุปกรณ์ซึ่งแสดงอัตราส่วนของการทำความเย็นต่อการใช้พลังงาน สำหรับองค์ประกอบราคาไม่แพงพารามิเตอร์นี้อยู่ในช่วง 0.3-0.35 สำหรับรุ่นที่มีราคาแพงกว่าจะเข้าใกล้ 0.5

การทำเครื่องหมาย

พิจารณาว่าการถอดรหัสโมดูลโดยทั่วไปเป็นอย่างไรโดยใช้ตัวอย่างรูปที่ 4

การทำเครื่องหมายแบ่งออกเป็นสามกลุ่มที่มีความหมาย:

1. การกำหนดองค์ประกอบ ตัวอักษรสองตัวแรกจะไม่เปลี่ยนแปลงเสมอ (TE) ซึ่งบ่งชี้ว่านี่คือองค์ประกอบเทอร์โม ถัดไประบุขนาดอาจมีตัวอักษร "C" (มาตรฐาน) และ "S" (เล็ก) ตัวเลขหลักสุดท้ายระบุจำนวนเลเยอร์ (เรียงซ้อน) ในองค์ประกอบ
2. จำนวนเทอร์โมคัปเปิลในโมดูลที่แสดงในรูปภาพคือ 127
3. ค่ากระแสไฟที่กำหนดในแอมแปร์เรามี - 6 A.

เครื่องหมายของซีรีส์ TEC1 รุ่นอื่นจะอ่านในลักษณะเดียวกันเช่น 12703, 12705, 12710 เป็นต้น

แอปพลิเคชัน

แม้จะมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ แต่องค์ประกอบเทอร์โมอิเล็กทริกก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัด คอมพิวเตอร์ และเครื่องใช้ในครัวเรือน โมดูลเป็นองค์ประกอบการทำงานที่สำคัญของอุปกรณ์ต่อไปนี้:

• หน่วยทำความเย็นเคลื่อนที่
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อผลิตไฟฟ้า
• ระบบระบายความร้อนในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล
• คูลเลอร์สำหรับน้ำหล่อเย็นและน้ำร้อน
• เครื่องลดความชื้น ฯลฯ

เราจะยกตัวอย่างโดยละเอียดเกี่ยวกับการใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก

ตู้เย็นบนองค์ประกอบ Peltier

หน่วยทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกมีประสิทธิภาพด้อยกว่าคอมเพรสเซอร์และการดูดซับอย่างมาก แต่มีข้อได้เปรียบที่สำคัญซึ่งทำให้ใช้งานได้สะดวกภายใต้เงื่อนไขบางประการ สิทธิประโยชน์เหล่านี้ได้แก่:

• ความเรียบง่ายของการออกแบบ
• ความต้านทานการสั่นสะเทือน
• ขาดองค์ประกอบที่เคลื่อนไหว (ยกเว้นพัดลมเป่าหม้อน้ำ)
• ระดับเสียงต่ำ
• ขนาดเล็ก
• ความสามารถในการทำงานในตำแหน่งใดก็ได้
• อายุการใช้งานยาวนาน
• การใช้พลังงานเล็กน้อย

คุณลักษณะเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งแบบเคลื่อนที่

องค์ประกอบ Peltier เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกสามารถทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้หากด้านใดด้านหนึ่งได้รับความร้อนแบบบังคับ ยิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างด้านข้างมากเท่าไร กระแสไฟฟ้าที่สร้างจากแหล่งกำเนิดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น น่าเสียดายที่อุณหภูมิสูงสุดสำหรับเทอร์โมเจเนเรเตอร์นั้นมีจำกัด ซึ่งต้องไม่สูงกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะบัดกรีที่ใช้ในโมดูล การละเมิดเงื่อนไขนี้จะนำไปสู่ความล้มเหลวขององค์ประกอบ

สำหรับการผลิตเทอร์โมเจเนอเรเตอร์แบบอนุกรม จะใช้โมดูลพิเศษที่มีการบัดกรีแบบทนไฟ โดยสามารถให้ความร้อนได้ที่อุณหภูมิ 300°C ในองค์ประกอบทั่วไป เช่น TEC1 12715 ขีดจำกัดคือ 150 องศา

เนื่องจากประสิทธิภาพของอุปกรณ์ดังกล่าวต่ำจึงใช้เฉพาะในกรณีที่ไม่สามารถใช้แหล่งพลังงานไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม เครื่องกำเนิดความร้อนขนาด 5-10 วัตต์เป็นที่ต้องการของนักท่องเที่ยว นักธรณีวิทยา และผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ห่างไกล การติดตั้งแบบอยู่กับที่ขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพซึ่งใช้เชื้อเพลิงอุณหภูมิสูงนั้นใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับหน่วยจ่ายก๊าซ อุปกรณ์สถานีอุตุนิยมวิทยา ฯลฯ

สำหรับระบายความร้อนซีพียู

เมื่อเร็ว ๆ นี้โมดูลเหล่านี้เริ่มใช้ในระบบระบายความร้อนสำหรับ CPU ของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล เมื่อพิจารณาถึงประสิทธิภาพของเทอร์โมอิเลเมนต์ที่ต่ำ ประโยชน์ของโครงสร้างดังกล่าวจึงค่อนข้างน่าสงสัย ตัวอย่างเช่นในการทำความเย็นแหล่งความร้อนด้วยกำลัง 100-170 W (ตรงกับรุ่น CPU ที่ทันสมัยที่สุด) คุณจะต้องใช้จ่าย 400-680 W ซึ่งต้องมีการติดตั้งแหล่งจ่ายไฟที่ทรงพลัง

ข้อผิดพลาดประการที่สองคือโปรเซสเซอร์ที่ไม่ได้โหลดจะปล่อยพลังงานความร้อนน้อยลง และโมดูลสามารถระบายความร้อนให้ต่ำกว่าจุดน้ำค้างได้ เป็นผลให้การควบแน่นจะเริ่มก่อตัวซึ่งรับประกันว่าจะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ปิดการใช้งาน

ผู้ที่ตัดสินใจสร้างระบบดังกล่าวด้วยตนเองจะต้องดำเนินการคำนวณหลายชุดเพื่อเลือกพลังของโมดูลสำหรับรุ่นโปรเซสเซอร์เฉพาะ

จากที่กล่าวมาข้างต้น การใช้โมดูลเหล่านี้เป็นระบบระบายความร้อนของ CPU นั้นไม่มีประโยชน์ นอกจากนี้ ยังอาจทำให้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ทำงานล้มเหลวได้

สถานการณ์ค่อนข้างแตกต่างกับอุปกรณ์ไฮบริดที่ใช้โมดูลระบายความร้อนร่วมกับการระบายความร้อนด้วยน้ำหรืออากาศ

ระบบระบายความร้อนแบบไฮบริดได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพ แต่ต้นทุนที่สูงจำกัดกลุ่มผู้ชื่นชม

เครื่องปรับอากาศบน Peltier element

ตามทฤษฎีแล้ว อุปกรณ์ดังกล่าวจะมีโครงสร้างง่ายกว่าระบบควบคุมสภาพอากาศแบบคลาสสิกมาก แต่ทั้งหมดกลับมีประสิทธิภาพต่ำ การทำให้ตู้เย็นปริมาณน้อยเย็นลงก็อย่างหนึ่ง อีกอย่างคือ ภายในห้องหรือภายในรถยนต์ เครื่องปรับอากาศที่ใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกจะใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่า (3-4 เท่า) มากกว่าอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยสารทำความเย็น

สำหรับการใช้งานระบบควบคุมสภาพอากาศในรถยนต์ กำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามาตรฐานจะไม่เพียงพอต่อการใช้งานอุปกรณ์ดังกล่าว การแทนที่ด้วยอุปกรณ์ที่มีประสิทธิผลมากขึ้นจะนำไปสู่การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงอย่างมากซึ่งไม่คุ้มค่า

ในฟอรัมเฉพาะเรื่องการอภิปรายในหัวข้อนี้เกิดขึ้นเป็นระยะและมีการพิจารณาการออกแบบแบบโฮมเมดต่างๆ แต่ยังไม่ได้สร้างต้นแบบการทำงานที่ครบถ้วนสมบูรณ์ (ไม่นับเครื่องปรับอากาศสำหรับหนูแฮมสเตอร์) ค่อนข้างเป็นไปได้ที่สถานการณ์จะเปลี่ยนไปเมื่อโมดูลที่มีประสิทธิภาพที่ยอมรับได้มากกว่ามีจำหน่ายในวงกว้าง

สำหรับน้ำหล่อเย็น

องค์ประกอบเทอร์โมอิเล็กทริกมักใช้เป็นเครื่องทำความเย็นสำหรับเครื่องทำน้ำเย็น การออกแบบประกอบด้วย: โมดูลทำความเย็น ตัวควบคุมที่ควบคุมโดยเทอร์โมสตัท และเครื่องทำความร้อน การใช้งานดังกล่าวง่ายกว่าและราคาถูกกว่าวงจรคอมเพรสเซอร์มากนอกจากนี้ยังเชื่อถือได้และใช้งานง่ายกว่าอีกด้วย แต่ก็มีข้อเสียบางประการเช่นกัน:

• น้ำไม่เย็นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 10-12°C;
• การระบายความร้อนใช้เวลานานกว่าอะนาล็อกของคอมเพรสเซอร์ ดังนั้นคูลเลอร์ดังกล่าวจึงไม่เหมาะสำหรับสำนักงานที่มีพนักงานจำนวนมาก
• อุปกรณ์มีความไวต่ออุณหภูมิภายนอกในห้องอุ่นน้ำจะไม่เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำสุด
• ไม่แนะนำให้ติดตั้งในห้องที่มีฝุ่นมาก เนื่องจากพัดลมอาจอุดตันและโมดูลทำความเย็นอาจทำงานล้มเหลว

เครื่องเป่าลมบนองค์ประกอบ Peltier

ต่างจากเครื่องปรับอากาศ การใช้งานเครื่องเป่าลมกับองค์ประกอบเทอร์โมอิเล็กทริกค่อนข้างเป็นไปได้ การออกแบบค่อนข้างเรียบง่ายและราคาไม่แพง โมดูลทำความเย็นจะลดอุณหภูมิของฮีทซิงค์ให้ต่ำกว่าจุดน้ำค้าง ส่งผลให้ความชื้นในอากาศที่ไหลผ่านอุปกรณ์จับตัวอยู่ น้ำที่ตกตะกอนจะถูกปล่อยลงในถังเก็บพิเศษ

แม้จะมีประสิทธิภาพต่ำ แต่ในกรณีนี้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ก็ค่อนข้างน่าพอใจ

วิธีการเชื่อมต่อ?

จะไม่มีปัญหาในการเชื่อมต่อโมดูลจำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่กับสายเอาต์พุตค่าของมันจะระบุไว้ในแผ่นข้อมูลขององค์ประกอบ สายสีแดงต้องต่อเข้ากับขั้วบวก สายสีดำต้องต่อเข้ากับขั้วลบ ความสนใจ! การกลับขั้วจะสลับพื้นผิวที่เย็นและร้อน

จะตรวจสอบประสิทธิภาพขององค์ประกอบ Peltier ได้อย่างไร?

วิธีที่ง่ายและน่าเชื่อถือที่สุดคือการสัมผัส จำเป็นต้องเชื่อมต่อโมดูลเข้ากับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมและสัมผัสด้านต่างๆ สำหรับองค์ประกอบที่ใช้การได้ องค์ประกอบหนึ่งจะอุ่นขึ้นและอีกชิ้นจะเย็นกว่า

หากไม่มีแหล่งกำเนิดที่เหมาะสม คุณจะต้องใช้มัลติมิเตอร์และไฟแช็ก กระบวนการตรวจสอบนั้นค่อนข้างง่าย:

1. เชื่อมต่อโพรบเข้ากับเทอร์มินัลของโมดูล
2. นำไฟแช็กมาด้านใดด้านหนึ่ง
3. สังเกตการอ่านค่าของเครื่องมือ

ในโมดูลการทำงาน เมื่อด้านใดด้านหนึ่งถูกทำให้ร้อน กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจะแสดงบนแผงหน้าปัด

วิธีสร้างองค์ประกอบ Peltier ด้วยมือของคุณเอง?

แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสร้างโมดูลที่สร้างขึ้นเองที่บ้าน ยิ่งไม่สมเหตุสมผลเลยด้วยต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 4-10 เหรียญสหรัฐ) แต่คุณสามารถประกอบอุปกรณ์ที่เป็นประโยชน์ในการเดินป่าได้ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก

เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ คุณต้องประกอบตัวแปลงอย่างง่ายบนชิป IC L6920

อินพุตของตัวแปลงดังกล่าวใช้แรงดันไฟฟ้าในช่วง 0.8-5.5 V โดยที่เอาต์พุตจะสร้าง 5 V ที่เสถียรซึ่งเพียงพอสำหรับการชาร์จอุปกรณ์มือถือส่วนใหญ่ หากใช้องค์ประกอบ Peltier ทั่วไป ช่วงอุณหภูมิการทำงานของด้านที่ให้ความร้อนจะต้องจำกัดอยู่ที่ 150 °C เพื่อไม่ให้รบกวนการติดตาม ควรใช้หม้อน้ำเดือดเป็นแหล่งความร้อนจะดีกว่า ในกรณีนี้ รับประกันว่าองค์ประกอบจะไม่ร้อนเกิน 100 °C

องค์ประกอบ Peltier เรียกว่าตัวแปลงเทอร์โมอิเล็กทริกพิเศษที่ทำงานบนหลักการ Peltier (การก่อตัวของความแตกต่างของอุณหภูมิเมื่อเชื่อมต่อกระแสไฟฟ้าหรืออีกนัยหนึ่งคือเทอร์โมอิเล็กทริกคูลเลอร์)

ไม่มีความลับที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะร้อนขึ้นระหว่างการใช้งาน การให้ความร้อนส่งผลเสียต่อกระบวนการทำงานดังนั้นเพื่อให้อุปกรณ์เย็นลงองค์ประกอบพิเศษจึงถูกสร้างขึ้นในร่างกายของอุปกรณ์ซึ่งตั้งชื่อตามนักประดิษฐ์จากฝรั่งเศส - Peltier นี่เป็นองค์ประกอบขนาดเล็กที่สามารถระบายความร้อนให้กับส่วนประกอบวิทยุบนบอร์ดอุปกรณ์ได้ เมื่อติดตั้งด้วยตัวเองจะไม่มีปัญหาการติดตั้งในวงจรจะดำเนินการโดยใช้หัวแร้งธรรมดา

1 - ฉนวนเซรามิก
2 - ตัวนำ n - ประเภท
3 - ตัวนำ p - ประเภท
4 - ตัวนำทองแดง

ในสมัยแรกๆ ไม่มีใครสนใจเรื่องความเย็น ดังนั้นสิ่งประดิษฐ์นี้จึงถูกปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ใช้ สองศตวรรษต่อมา เมื่อใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรม ก็เริ่มมีการใช้องค์ประกอบ Peltier ขนาดเล็ก เพื่อระลึกถึงผลของนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส

หลักการทำงาน

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานขององค์ประกอบตามสิ่งประดิษฐ์ของ Peltier จำเป็นต้องเข้าใจกระบวนการทางกายภาพ ผลที่ได้คือการรวมวัสดุสองชนิดที่มีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเข้าด้วยกัน ซึ่งมีพลังงานอิเล็กตรอนต่างกันในบริเวณการนำไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าเชื่อมต่อกับโซนพันธะ อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานสูงเพื่อเคลื่อนที่ไปยังโซนที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าของเซมิคอนดักเตอร์ตัวที่สอง ในระหว่างการดูดซับพลังงาน ตัวนำจะเย็นลง เมื่อกระแสไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามจะเกิดผลกระทบตามปกติจากการให้ความร้อนแก่หน้าสัมผัส

งานทั้งหมดดำเนินการในระดับตาข่ายอะตอมของวัสดุ เพื่อให้เข้าใจงานได้ดีขึ้น ลองจินตนาการถึงก๊าซอนุภาค - โฟนันส์ อุณหภูมิของก๊าซขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์:

• คุณสมบัติของโลหะ
• อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม

เราสันนิษฐานว่าโลหะประกอบด้วยส่วนผสมของอิเล็กตรอนและก๊าซโฟนอน ซึ่งอยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ในระหว่างการสัมผัสของโลหะสองชนิดที่มีอุณหภูมิต่างกัน ก๊าซอิเล็กตรอนเย็นจะเคลื่อนเข้าสู่โลหะอุ่น เกิดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

ที่จุดเชื่อมต่อของหน้าสัมผัส อิเล็กตรอนจะดูดซับพลังงานของหน่วยเสียงและถ่ายโอนไปยังหน่วยเสียงโลหะอื่นๆ เมื่อเปลี่ยนขั้วของแหล่งกำเนิดกระแส กระบวนการทั้งหมดจะเป็นการกระทำย้อนกลับ ความแตกต่างของอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตราบเท่าที่มีอิเล็กตรอนอิสระที่มีศักยภาพสูง ในกรณีที่ไม่มีอยู่อุณหภูมิในโลหะจะเกิดความสมดุล

หากติดตั้งแผ่นระบายความร้อนคุณภาพสูงในรูปแบบของหม้อน้ำไว้ที่ด้านหนึ่งของเพลเทียร์ ด้านที่สองของเพลตจะสร้างอุณหภูมิที่ต่ำลง จะมีอุณหภูมิต่ำกว่าอากาศโดยรอบหลายสิบองศา ยิ่งค่าปัจจุบันมากขึ้น การระบายความร้อนก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น เมื่อกระแสไฟฟ้ากลับขั้ว ด้านเย็นและอุ่นจะเปลี่ยนไปตามกัน

เมื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบ Peltier เข้ากับโลหะ ผลลัพธ์ที่ได้จะไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงสามารถติดตั้งองค์ประกอบทั้งสองได้จริง จำนวนสามารถเป็นเท่าใดก็ได้ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานความเย็น

ประสิทธิภาพของ Peltier effect ขึ้นอยู่กับความแม่นยำในการเลือกคุณสมบัติของโลหะ ความแรงของกระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์ และอัตราการขจัดความร้อน

ขอบเขตการใช้งาน

เพื่อที่จะนำองค์ประกอบ Peltier ไปใช้งานจริง นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองหลายครั้งซึ่งแสดงให้เห็นว่าการขจัดความร้อนที่เพิ่มขึ้นนั้นทำได้โดยการเพิ่มจำนวนสารประกอบของวัสดุ 2 ชนิด ยิ่งจำนวนรอยต่อของวัสดุมากเท่าไร ผลกระทบก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น บ่อยครั้งในชีวิตของเราองค์ประกอบดังกล่าวทำหน้าที่ในการทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เย็นลงลดอุณหภูมิในวงจรขนาดเล็ก

นี่คือการใช้งานบางส่วน:

• อุปกรณ์การมองเห็นตอนกลางคืน
• กล้องดิจิตอล อุปกรณ์สื่อสาร ไมโครวงจรที่ต้องการการระบายความร้อนคุณภาพสูงเพื่อให้ได้เอฟเฟ็กต์ภาพที่ดีที่สุด
• กล้องโทรทรรศน์ที่มีการระบายความร้อน
• เครื่องปรับอากาศ
• ระบบระบายความร้อนด้วยนาฬิกาที่แม่นยำสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบควอตซ์
• ตู้เย็น.
• คูลเลอร์สำหรับน้ำ
• ตู้เย็นรถยนต์.
• การ์ดแสดงผล

องค์ประกอบ Peltier มักใช้ในระบบทำความเย็นและปรับอากาศ เป็นไปได้ที่จะได้อุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำซึ่งเปิดโอกาสให้ใช้อุปกรณ์ที่มีความร้อนเพิ่มขึ้นเพื่อความเย็น

ปัจจุบัน ผู้เชี่ยวชาญใช้องค์ประกอบ Peltier ในระบบเสียงที่ทำหน้าที่เป็นตัวทำความเย็น องค์ประกอบ Peltier ไม่สร้างเสียงใดๆ ดังนั้น ความเงียบจึงเป็นข้อดีประการหนึ่ง เทคโนโลยีนี้ได้รับความนิยมเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนที่ทรงพลัง องค์ประกอบที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่มีขนาดกะทัดรัดหม้อน้ำระบายความร้อนจะรักษาอุณหภูมิไว้เป็นเวลานาน

ข้อดีขององค์ประกอบคืออายุการใช้งานที่ยาวนานเนื่องจากพวกมันถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของตัวเสาหินจึงไม่น่าจะเกิดความผิดปกติได้ โครงสร้างที่เรียบง่ายของชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วไปนั้นเรียบง่าย ประกอบด้วยสายทองแดง 2 เส้นพร้อมขั้วต่อและสายไฟ ฉนวนเซรามิก

นี่คือรายการแอปพลิเคชันขนาดเล็ก กำลังขยายตัวโดยสูญเสียอุปกรณ์ในครัวเรือน คอมพิวเตอร์ รถยนต์ สังเกตได้จากการใช้องค์ประกอบ Peltier ในการระบายความร้อนของไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ก่อนหน้านี้ติดตั้งเฉพาะพัดลมเท่านั้น ตอนนี้เมื่อติดตั้งโมดูลที่มีองค์ประกอบ Peltier เสียงในการทำงานของอุปกรณ์ลดลงอย่างมาก

วงจรทำความเย็นในตู้เย็นธรรมดาจะเปลี่ยนเป็นวงจรที่ใช้ Peltier effect หรือไม่? ปัจจุบันนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากองค์ประกอบต่างๆ มีประสิทธิภาพต่ำ ค่าใช้จ่ายของพวกเขาจะไม่อนุญาตให้ใช้ในตู้เย็นเนื่องจากมันค่อนข้างสูง อนาคตจะแสดงให้เห็นว่าทิศทางนี้จะพัฒนาไปอย่างไร ปัจจุบันมีการทดลองโดยใช้สารละลายที่เป็นของแข็งซึ่งมีโครงสร้างและคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน เมื่อใช้งานราคาของโมดูลทำความเย็นอาจลดลง

ผลย้อนกลับขององค์ประกอบ Peltier

เทคโนโลยีประเภทนี้มีคุณสมบัติที่มีข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ นี่คือผลของการสร้างกระแสไฟฟ้าโดยการทำความเย็นและให้ความร้อนแก่เพลตของโมดูล Peltier กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดพลังงานไฟฟ้าซึ่งมีผลตรงกันข้าม

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวยังคงมีอยู่ตามทฤษฎีล้วนๆ แต่ใครๆ ก็หวังได้ว่าจะมีการพัฒนาทิศทางนี้ในอนาคต ครั้งหนึ่ง นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสรายนี้ไม่พบการประยุกต์ใช้ในการค้นพบของเขา

วันนี้เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริกนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ขอบเขตการใช้งานมีการขยายอย่างต่อเนื่อง ซึ่งได้รับการยืนยันจากรายงานและประสบการณ์ของนักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์ ในอนาคต เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนและอิเล็กทรอนิกส์จะมีความสามารถด้านนวัตกรรมที่สมบูรณ์แบบ ตู้เย็นจะเงียบเหมือนกับคอมพิวเตอร์ ในระหว่างนี้ โมดูล Peltier จะถูกติดตั้งในวงจรต่างๆ เพื่อระบายความร้อนให้กับส่วนประกอบวิทยุ

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดีขององค์ประกอบ Peltier ได้แก่ ข้อเท็จจริงต่อไปนี้:

• องค์ประกอบที่มีขนาดกะทัดรัดทำให้สามารถติดตั้งบนบอร์ดที่มีส่วนประกอบวิทยุได้
• ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและถูซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งาน
• อนุญาตให้เชื่อมต่อองค์ประกอบหลายอย่างในน้ำตกเดียวตามรูปแบบที่ช่วยให้คุณสามารถลดอุณหภูมิของชิ้นส่วนที่ร้อนจัดได้
• เมื่อขั้วของแรงดันไฟฟ้ากลับด้านองค์ประกอบจะทำงานในลำดับย้อนกลับนั่นคือด้านความเย็นและความร้อนจะเปลี่ยนสถานที่

ข้อเสียคือประเด็นต่อไปนี้:

• ค่าสัมประสิทธิ์การกระทำไม่เพียงพอ ซึ่งส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของกระแสอินพุต เพื่อให้ได้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ต้องการ
• ค่อนข้างเป็นระบบที่ซับซ้อนในการขจัดความร้อนออกจากพื้นผิวทำความเย็น

วิธีทำส่วนประกอบ Peltier สำหรับตู้เย็น

คุณสามารถสร้างองค์ประกอบ Peltier ดังกล่าวได้ด้วยตัวเองอย่างรวดเร็วและง่ายดาย ก่อนอื่นคุณต้องตัดสินใจเลือกวัสดุของแผ่นเปลือกโลก จำเป็นต้องใช้แผ่นองค์ประกอบที่ทำจากเซรามิกที่ทนทานเตรียมตัวนำจำนวนมากกว่า 20 ชิ้นเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิจะแตกต่างกันมากที่สุด ด้วยองค์ประกอบประสิทธิภาพที่เพียงพอประสิทธิภาพของตู้เย็นจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

พลังของตู้เย็นที่ใช้มีบทบาทสำคัญ หากทำงานบนของเหลวฟรีออนก็จะไม่มีปัญหาเรื่องประสิทธิภาพ แผ่นองค์ประกอบจะติดตั้งใกล้กับเครื่องระเหยที่ติดตั้งกับเครื่องยนต์ สำหรับการติดตั้งดังกล่าว คุณจะต้องมีปะเก็นและเครื่องมือจำนวนหนึ่ง สิ่งนี้จะช่วยให้มั่นใจว่าด้านล่างของตู้เย็นจะเย็นลงอย่างรวดเร็ว

จำเป็นต้องมีฉนวนตัวนำอย่างระมัดระวังหลังจากเชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์แล้วเท่านั้น หลังจากเสร็จสิ้นการติดตั้งคุณจะต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าด้วยมัลติมิเตอร์ ในกรณีที่องค์ประกอบทำงานผิดปกติ (เช่น ไฟฟ้าลัดวงจร) เทอร์โมสตัทจะทำงาน

การใช้งานอื่นๆ ของโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก

ปัจจุบันมีการใช้เอฟเฟกต์โมดูลัส Peltier ตามกฎฟิสิกส์ พลังงานส่วนเกินของธาตุต่างๆ จะมีประโยชน์เสมอเมื่อต้องการการแลกเปลี่ยนความร้อนที่เงียบและรวดเร็ว

สถานที่หลักในการใช้โมดูล:

• การระบายความร้อนของไมโครโปรเซสเซอร์
• เครื่องยนต์สันดาปภายในจะผลิตก๊าซไอเสีย ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มใช้เพื่อสร้างพลังงานเสริมโดยใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก พลังงานที่ได้รับในลักษณะนี้จะถูกป้อนกลับเข้าสู่มอเตอร์ในรูปของไฟฟ้า สิ่งนี้ทำให้เกิดการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง
• ในเครื่องใช้ในครัวเรือนที่ทำหน้าที่ทำความร้อนหรือทำความเย็น

เครื่องทำความเย็นสามารถเปลี่ยนเป็นเครื่องทำความร้อนได้ และตู้เย็นสามารถทำหน้าที่เป็นตู้ทำความร้อนได้หากขั้วไฟฟ้ากระแสตรงกลับด้าน สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์แบบย้อนกลับ

หลักการนี้ใช้กับผู้พักฟื้น ประกอบด้วยกล่องสองห้อง พวกเขาสื่อสารกันโดยใช้แฟนคลับ องค์ประกอบของ Peltier ทำความร้อนให้กับอากาศเย็นที่เข้ามาจากภายนอกด้วยความช่วยเหลือจากพลังงานที่ดึงมาจากอากาศอุ่นในห้อง อุปกรณ์ดังกล่าวช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการทำความร้อน

ปรากฏการณ์ Peltier เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นพร้อมกับการปรากฏตัวของความแตกต่างของอุณหภูมิบนวัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุเหล่านั้น อธิบายครั้งแรกโดยนักวิชาการและนักประดิษฐ์ Lenz

ขอบคุณ

เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับความกตัญญูจาก Academy of Sciences แห่งสหภาพโซเวียตและนักวิชาการ A.F. Ioffe สำหรับงานอันยิ่งใหญ่ในการพัฒนาเทอร์โมอิเล็กทริกในสหภาพโซเวียตและนำผลการวิจัยไปสู่ความสนใจของสาธารณชน

การบังคับใช้

เอฟเฟกต์ Peltier ใช้สำหรับทำความเย็นและให้ความร้อนโดยตัวนำใด ๆ ตามกฎหมาย Joule-Lenz ดังนั้นปรากฏการณ์นี้จึงมีประโยชน์:

1. เพื่อสร้างตู้เย็นไฟฟ้าแรงต่ำและไฟฟ้ากระแสตรง มีความเป็นไปได้ในการให้ความร้อนเมื่อเปลี่ยนขั้วของแหล่งจ่ายไฟ ทางตะวันตกมีวิธีสร้างกล่องแซนวิชริมถนนดังนี้ ความเย็นจะทำให้ผลิตภัณฑ์ไม่เน่าเสีย ส่วนขั้วกลับด้านช่วยให้สามารถเสิร์ฟผลิตภัณฑ์ร้อนๆ บนโต๊ะได้
2. ตัวระบายความร้อนของโปรเซสเซอร์มีส่วนสำคัญต่อลักษณะเสียงโดยรวมของยูนิตระบบ หากคุณแทนที่ด้วยองค์ประกอบ Peltier บางครั้งพัดลมทั่วไปก็เพียงพอแล้ว ไม่ส่งเสียงดังมากนัก ตัวเคสไม่มีฮีทซิงค์ที่ทรงพลัง และการยึดก็เชื่อถือได้ (ต่างจากวัสดุของเมนบอร์ด)

การพัฒนาทฤษฎีการทำความเย็น

เอฟเฟกต์ Peltier ไม่ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์อย่างใกล้ชิด แต่ดูเหมือนไร้ประโยชน์ เปิดในปี พ.ศ. 2377 โดยรวบรวมฝุ่นบนชั้นวางของห้องสมุดวิทยาศาสตร์มานานกว่าศตวรรษก่อนที่จะพบวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญครั้งแรกในพื้นที่นี้ ตัวอย่างเช่น Altenkirch (1911) ประกาศว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้เอฟเฟกต์ Peltier ในหน่วยทำความเย็น ในการคำนวณของเขา เขาอาศัยการใช้โลหะบริสุทธิ์ แทนโลหะผสมและเซมิคอนดักเตอร์

ความผิดพลาดของข้อสรุปของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้รับการยืนยันในภายหลังซึ่งมีการมอบหมายบทบาทสำคัญให้กับห้องปฏิบัติการเซมิคอนดักเตอร์ของ USSR Academy of Sciences ภายในปี 1950 ทฤษฎีที่สอดคล้องกันได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งทำให้ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า สามารถสร้างตู้เย็นความร้อนด้วยไฟฟ้าเครื่องแรกได้ ด้วยประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำเพียง 20% อุปกรณ์จึงลดอุณหภูมิลง 24 องศา ซึ่งโดยส่วนใหญ่ก็เพียงพอสำหรับใช้ในครัวเรือน หลายปีต่อมา อุณหภูมิที่แตกต่างกันอยู่ที่ 60 องศาแล้ว

ในฟิสิกส์ของยุค 50 องค์ประกอบ Peltier ถือเป็นตู้เย็นที่ใช้แก๊สอิเล็กทรอนิกส์แทนฟรีออน จึงได้พิจารณาระบบดังกล่าว พารามิเตอร์หลักคือค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพอัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่ใช้ต่อหน่วยเวลาต่อกำลังที่ใช้ไป สำหรับเครื่องปรับอากาศและตู้เย็นแบบฟรีออนสมัยใหม่ ตัวเลขดังกล่าวเกินหนึ่งตัว ในช่วงทศวรรษ 1950 องค์ประกอบ Peltier แทบจะไม่ถึง 20%

ผลกระทบจากมุมมองของอุณหพลศาสตร์

เอฟเฟกต์ Peltier อธิบายได้ด้วยสูตรที่แสดงปริมาณพลังงานที่ถูกถ่ายโอนที่กระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง เมื่อแสดงเป็นหน่วยเวลาจะค้นหาพลังของอุปกรณ์โดยพิจารณาจากความต้องการของตู้เย็น องค์ประกอบ Silent Peltier สำหรับตัวระบายความร้อน CPU ได้รับความนิยมในปัจจุบัน แผ่นขนาดเล็กจะทำให้แม่พิมพ์เย็นลงและระบายความร้อนด้วยฮีทซิงค์ของเครื่องทำความเย็น องค์ประกอบ Peltier ทำหน้าที่เป็นปั๊มความร้อน ซึ่งรับประกันว่าจะขจัดความร้อนออกจากโปรเซสเซอร์กลาง เพื่อป้องกันไม่ให้ร้อนเกินไป

ในสูตรในรูป อัลฟ่าหมายถึงค่าสัมประสิทธิ์เทอร์โม-EMF ของครึ่งหนึ่ง (ส่วนประกอบ) ขององค์ประกอบ T คืออุณหภูมิในการทำงานเป็นองศาเคลวิน ตามกฎแล้วในแต่ละองค์ประกอบจะมีลักษณะพิเศษของทอมสัน: หากกระแสไหลผ่านตัวนำและมีการไล่ระดับอุณหภูมิ (ความแตกต่างทิศทาง) ตามแนวเส้นความร้อนอื่น ๆ จะถูกปล่อยออกมานอกเหนือจากจูล คนหลังชื่อทอมสัน ในบางส่วนของวงจรพลังงานจะถูกดูดซับ ซึ่งหมายความว่าเอฟเฟกต์ของ Thomson มีอิทธิพลอย่างมากต่อการทำงานของเครื่องทำความร้อนและตู้เย็น แต่ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ฝ่ายนั้นไม่มีการพิจารณาปัจจัยใดๆ

จากข้อความดังกล่าวตามมาว่าวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดจะเป็นฉนวนกันความร้อนระหว่างทางแยก ทั้งคู่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถสร้างเทอร์โม EMF ได้ กระแสไฟฟ้าจะต้องเอาชนะความต้านทานของมัน พลังงานที่ใช้ไปจะเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิและความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์เทอร์โม-EMF ของสาร และขึ้นอยู่กับกระแสไหล กราฟการขึ้นต่อกันเป็นตัวแทนของเส้นโค้ง และด้วยการแยกความแตกต่างเพื่อหาค่าเอ็กซ์ตรีม จึงเป็นไปได้ที่จะได้เงื่อนไขเพื่อให้บรรลุถึงความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุด (ระหว่างห้องและตู้เย็น)

ตัวเลขแสดงผลการดำเนินการอนุพันธ์ โดยคำนวณกระแสที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้านทาน R ของเทอร์โมคัปเปิลและผลการทำความเย็นที่เพิ่มขึ้นสูงสุด จากสูตรเหล่านี้เป็นไปตามที่เครื่องจักรในอุดมคติจะเกิดขึ้นหาก:

• ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุเทอร์โมคัปเปิลจะเท่ากัน
• ค่าการนำความร้อนของวัสดุเทอร์โมคัปเปิลจะเท่ากัน
• ค่าสัมประสิทธิ์เทอร์โม-แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเท่ากัน แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม
• หน้าตัดและความยาวของกิ่งเทอร์โมคัปเปิลจะเท่ากัน

เป็นการยากที่จะนำเงื่อนไขเหล่านี้ไปใช้ในทางปฏิบัติ ในกรณีนี้ ค่าสัมประสิทธิ์ขีดจำกัดของประสิทธิภาพจะเท่ากับอัตราส่วนของอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อความเย็นต่อความแตกต่างของอุณหภูมิ โปรดจำไว้ว่านี่คือลักษณะของเครื่องจักรในอุดมคติ แต่ในความเป็นจริงก็ยังไม่สามารถบรรลุได้

วิธีเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องทำความเย็นบนส่วนประกอบ Peltier

ตัวเลขแสดงกราฟของปริมาณที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพขององค์ประกอบ Peltier สิ่งแรกที่ดึงดูดสายตาของคุณก็คือค่าสัมประสิทธิ์เทอร์โม-EMF มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เมื่อความเข้มข้นของตัวพาประจุเพิ่มขึ้น นี่เป็นเครื่องเตือนใจว่าโลหะไม่ถือเป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตเทอร์โมคัปเปิล ในทางกลับกันค่าการนำความร้อนจะเพิ่มขึ้น ในทางอุณหพลศาสตร์ถือว่าประกอบด้วยสององค์ประกอบ:

1. การนำความร้อนของโครงตาข่ายคริสตัล
2. การนำความร้อนเป็นแบบอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน องค์ประกอบนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของผู้ให้บริการฟรีและทำให้เกิดการเติบโตของเส้นโค้งบนกราฟที่นำเสนอ ค่าการนำความร้อนของโครงตาข่ายคริสตัลยังคงเกือบคงที่

นักวิจัยมีความสนใจในผลคูณกำลังสองของสัมประสิทธิ์แรงเคลื่อนไฟฟ้าเทอร์โมและค่าการนำไฟฟ้า ค่าดังกล่าวอยู่ในตัวเศษของนิพจน์สำหรับค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ จากข้อมูลดังกล่าว พบจุดสุดขั้วที่ความเข้มข้นของพาหะอิสระในพื้นที่ 10 ถึง 19 หน่วยต่อลูกบาศก์เซนติเมตร นี่เป็นขนาดที่น้อยกว่าที่พบในโลหะบริสุทธิ์สามอันดับ ซึ่งตามมาโดยตรงว่าวัสดุในอุดมคติสำหรับองค์ประกอบของ Peltier จะเป็นเซมิคอนดักเตอร์

ส่วนแบ่งของส่วนประกอบที่สองนั้นค่อนข้างน้อยในทิศทางที่ต่ำกว่าตาม abscissa จึงอนุญาตให้นำวัสดุจากช่วงเวลานี้ ค่าการนำไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกต่ำเกินไป ซึ่งอธิบายถึงความเป็นไปไม่ได้ของการประยุกต์ใช้ในบริบทนี้ ทั้งหมดนี้ช่วยให้เราสามารถระบุเหตุผลว่าทำไมข้อสรุปของ Altenkirch จึงไม่ได้รับการพิจารณาอย่างจริงจัง

ทฤษฎีควอนตัมที่ใช้กับองค์ประกอบ Peltier

อุณหพลศาสตร์ไม่อนุญาตให้มีการคำนวณที่แม่นยำ แต่อธิบายกระบวนการเลือกวัสดุสำหรับองค์ประกอบ Peltier ในเชิงคุณภาพ เพื่อแก้ไขสถานการณ์ นักฟิสิกส์เรียกร้องให้ทฤษฎีควอนตัมช่วย มันทำงานโดยมีค่าเดิมที่แสดงออกมาในแง่ของความเข้มข้นของตัวพาที่ชาร์จฟรี ศักยภาพทางเคมี และค่าคงที่ของ Boltzmann ทฤษฎีดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าจลนศาสตร์ (หรือจุลทรรศน์) เนื่องจากพิจารณาโลกลวงตาและโลกที่ไม่รู้จักของอนุภาคขนาดเล็กที่สุด ในบรรดาการกำหนด ได้แก่ :

1. l คือเส้นทางของผู้ให้บริการไม่คิดค่าใช้จ่ายเฉลี่ย ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ผลลัพธ์ถูกกำหนดโดยเลขชี้กำลังของกลไกการกระเจิงของอิเล็กตรอน r (สำหรับโปรยอะตอมนี่คือ 0 สำหรับไอออนิกและอุณหภูมิต่ำกว่า Debye - 0.5; เหนือ Debye - 1; สำหรับการกระเจิงโดยไอออนที่ไม่บริสุทธิ์ - 2)
2. f คือฟังก์ชันการกระจาย Fermi (เหนือระดับพลังงาน)
3. x คือพลังงานจลน์ที่ลดลงของตัวพาประจุ

อินทิกรัลของฟังก์ชัน Fermi แสดงอยู่ในตาราง และการคำนวณก็ไม่ยาก สมการของทฤษฎีจุลทรรศน์ได้รับการแก้ไขด้วยความเคารพต่อค่าสัมประสิทธิ์ของเทอร์โม - EMF และค่าการนำไฟฟ้าซึ่งทำให้สามารถหาค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะได้ การดำเนินการที่ซับซ้อนเหล่านี้ดำเนินการโดย B.I. บ็อค ซึ่งพบว่าค่าที่เหมาะสมที่สุดของสัมประสิทธิ์ Seebeck อยู่ในช่วงระหว่าง 150 ถึง 400 μV/K แต่ขึ้นอยู่กับระดับของกลไกการกระเจิง เมื่อมองแวบแรกเป็นที่ชัดเจนว่าไม่ได้สังเกตค่าของโลหะ ด้วยเหตุนี้ กลุ่มนักฟิสิกส์ที่นำโดย Ioffe แสดงให้เห็นว่าวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับเทอร์โมคัปเปิลต้องเป็นไปตามเงื่อนไขหลายประการ:

1. อัตราส่วนสูงสุดของการเคลื่อนที่ของตัวพาต่อค่าการนำความร้อนของโครงตาข่ายคริสตัล
2. ความเข้มข้นของตัวพาตามสูตรที่แสดงในรูป

วี.พี. Juse แสดงให้เห็นว่าสารใดมีความคล่องตัวที่ต้องการ โครงสร้างผลึกอยู่ตรงกลางระหว่างอะตอมและโลหะ การนำสิ่งสกปรกเข้าไปในวัสดุจะช่วยลดความคล่องตัวเสมอ สิ่งนี้อธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าค่าสัมประสิทธิ์เทอร์โม-EMF สำหรับโลหะผสมนั้นสูงกว่าวัสดุบริสุทธิ์ แต่สิ่งสกปรกเพิ่มขึ้น r สำหรับสารในอุดมคติที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ค่าสัมประสิทธิ์ thermo-EMF จะต้องคงค่าคงที่เท่ากับ 172 μV / K ความเข้มข้นต้องเปลี่ยนแปลงตามกฎหมายที่ระบุในรูป (ดูข้อ 2)

เซมิคอนดักเตอร์มีความโดดเด่นด้วยความสามารถในการเลือกวัสดุที่ความเข้มข้นของตัวพาประจุขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และเพื่อค้นหาวัสดุที่มีค่าความแตกต่างเกือบเป็นศูนย์ ด้วยการรวมคุณสมบัติเหล่านี้เข้าด้วยกัน คุณสามารถพยายามค้นหาวัสดุที่ใกล้เคียงกับอุดมคติมากที่สุด

การออกแบบตู้เย็น

เพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์ องค์ประกอบ Peltier จะรวมกันแบบขนาน ในขณะเดียวกัน พลังของพวกเขาก็เพิ่มขึ้น ในการออกแบบตู้เย็นของคุณเอง จำเป็นต้องคำนึงถึงการคำนวณการสูญเสียความร้อนผ่านโครงสร้างระนาบ มีการสร้างเครื่องคิดเลขแบบพิเศษขึ้นมา มีหลายเครื่องที่มีจำหน่ายทางออนไลน์

การออกแบบแบบสุ่มไม่ได้ผลกำไรด้วยเหตุผลที่ชัดเจน และข่าวดีก็คือว่าองค์ประกอบของ Peltier มีราคาถูกลงมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ใน Ali Express ซื้อผลิตภัณฑ์จากจีน 60 W ในราคา 300 รูเบิล ไม่ใช่เรื่องยากที่จะแน่ใจว่าราคา 3,000 คุณสามารถประกอบตู้เย็นได้ และอุณหภูมิที่จะรักษานั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบที่ต้องคำนวณ