Chłodziarka samochodowa.pdf

(216 KB) Pobierz

okl mt 10-2007 pomocnicze.qxd

jak to działa

„zimna strona” –

pochłanianie ciepła

pomniał wszystkim zmotoryzowanym turystom

o klimatyzacji i o potrzebie posiadania jakiejś chło-

dziarki samochodowej na produkty żywnościowe.

Oczywiście od dawna już znane są chłodziarki „kla-

syczne”, tzn. działające tak jak lodówki domowe, tzn.

albo absorpcyjne, albo sprężarkowe. Ich wspólną wa-

dą jest stosunkowo skomplikowana budowa i wrażli-

wość na przechyły (por. instrukcje przewożenia lodó-

wek). Na szczęście jednak niedawno odgrzebano nie-

mal zapomniany tzw. efekt Peltiera i obecnie już ma-

my coraz więcej chłodziarek działających na tej zasa-

dzie . Jak one funkcjonują?

elementy

półprze-

wodnikowe

„p” i „n”

płytki

ceramiczne

Chłodziarka

1

„gorąca strona”

– ciepło odpro-

wadzane

miedziane

łączniki

2

samochodowa Kazimierz Topór

Wszyscy znają efekt termoelektryczny Seebe-

cka, czyli po prostu termoparę. Jednym zdaniem tylko

przypominam, że jeśli dwa metale różniące się pod

względem potencjału naturalnego, mierzonego wzglę-

dem elektrody wodorowej, zostaną połączone, a złą-

cze wetkniemy np. do gorącej wody, to wtedy na

przewodach pojawi się siła elektromotoryczna, którą

można zmierzyć i w ten sposób wnioskować o tempe-

raturze wody.

Efekt Peltiera to zjawisko przeciwne, czyli jeśli

do przewodów termopary doprowadzimy prąd stały,

to wtedy w zależności od kierunku przepływu prądu

złącze albo się ogrzeje, albo oziębi! Efekt ten, odkryty

w 1834 roku przez Jeana Peltiera, zachodzi na granicy

dwóch różnych przewodników lub półprzewodników

(n i p) połączonych dwoma złączami (złącza Peltiera).

Podczas przepływu prądu jedno ze złączy ulega

ogrzaniu, a drugie ochłodzeniu. Ochłodzeniu ulega to

złącze, w którym elektrony przechodzą z przewodnika

o niższym tzw. poziomie Fermiego do przewodnika

o poziomie wyższym. Gdy odwrócimy przepływ prą-

du, zjawisko ulega odwróceniu.

Od strony fizycznej zjawisko wygląda nieco

skomplikowanie, ale w istocie rzeczy jest dość proste.

Element, inaczej moduł Peltiera w wykonaniu współ-

czesnym jest elementem półprzewodnikowym, zbudo-

wanym z dwóch bardzo cienkich płytek (ceramika

tlenków glinu), pomiędzy którymi znajdują się – dzięki

miedzianym ścieżkom na wewnętrznych powierzch-

niach płytek obudowy ceramicznej – szeregowo uło-

żone półprzewodniki (naprzemiennie typ p i n) – wy-

konane z tellurku bizmutu, domieszkowanego anty-

monem i selenem .

W strukturze półprzewodnika p brakuje elektro-

nów, aby w pełni „obsadzić” górny poziom energe-

tyczny. Natomiast w półprzewodniku n występuje

nadmiar elektronów. W momencie przepływu prądu

(elektrony płyną od półprzewodnika typu p do n) elek-

trony stają się ładunkami nadmiarowymi, muszą więc

zwiększyć swoją energię kosztem energii cieplnej

z otoczenia. Kiedy prąd płynie w odwrotnym kierun-

ku, elektrony opadają na niższy poziom energetyczny,

co powoduje wydzielenie ciepła. W rezultacie jedna

ze stron modułu może chłodzić, a druga ogrzewać.

1

2

28

T egoroczny lipiec – upalny do niemożliwości – przy-

15900591.051.png

15900591.072.png

15900591.082.png

15900591.001.png

15900591.002.png

15900591.003.png

15900591.004.png

15900591.005.png

15900591.006.png

15900591.007.png

15900591.008.png

15900591.009.png

15900591.010.png

15900591.011.png

15900591.012.png

15900591.013.png

15900591.014.png

15900591.015.png

15900591.016.png

15900591.017.png

15900591.018.png

15900591.019.png

15900591.020.png

15900591.021.png

15900591.022.png

15900591.023.png

15900591.024.png

15900591.025.png

15900591.026.png

15900591.027.png

15900591.028.png

15900591.029.png

15900591.030.png

15900591.031.png

15900591.032.png

15900591.033.png

15900591.034.png

15900591.035.png

Ilość odprowadzonego ciepła zależna jest od

wartości natężenia prądu. Jednakże przepływ prądu

przez układ powoduje wydzielanie się ciepła w sa-

mym module (w wyniku oporu elektrycznego: ciepło

Joule’a–Lentza), tak więc zwiększając natężenie prą-

du, zwiększa się ilość transportowanego ciepła, ale

także ilość ciepła wydzielanego przez moduł, skut-

kiem tego będzie zrównanie się ilości ciepła powsta-

jącego i ciepła transportowanego przy danym natęże-

niu (będzie to maksymalna wydajność modułu), a po

„zimnej” stronie układu otrzymamy najniższą możli-

wą temperaturę). Ciepło to trzeba jeszcze gdzieś od-

prowadzić. (Może posłużyć do tego radiator, radiator

z wentylatorkiem lub chłodzenie wodne).

I na tym polega pewna słabość chłodziarek

„peltierówek”. Taka typowa, turystyczna, może obni-

żyć temperaturę wnętrza o ok. 18–20°C w stosunku

do temperatury otoczenia, a ściślej: temperatury na

powierzchniach chłodzących radiatora. Jeżeli więc

podróżujemy po Grecji i mamy temperaturę otoczenia

rzędu 40°C, to we wnętrzu chłodziarki będzie ok.

20–22°C! Żaden sukces!

Na szczęście można „oszukać” radiator i dość

łatwo podnieść efektywność działania takiej typowej

chłodziarki. Nie zwiększając poboru mocy, możemy

pokryć powierzchnie chłodzące radiatora substancją

higroskopijną, odporną na wodę. Ostatecznie można

okleić powierzchnie radiatora bibułą filtracyjną, ale

nie jest to najlepsze rozwiązanie. Chłodziarkę trzeba

zaopatrzyć w jakiś prosty układ zwilżający tę bibułę,

pozostawiając całą resztę bez zmian. Wentylator, nor-

malnie chłodzący suchy radiator, będzie teraz suszył

wilgotna bibułę, a parująca woda pobierze ciepło pa-

rowania. Efekt jest doskonały, bo przy temperaturze

otoczenia 40°C we wnętrzu chłodziarki możemy mieć

nie więcej niż 3–5°C.

czone z resztą bibuły . Na pewno można to zrobić

lepiej i problem ten podrzucamy prezesowi Klubu Wy-

nalazców, bo gra warta jest świeczki.

Ta długotrwała „hibernacja” efektu Peltiera

(odkrycie w 1843 roku, a realne wykorzystywanie do-

piero w początkach XX w.!) była spowodowana tym,

że – jak się okazało – był on dość szeroko stosowany

w różnych urządzeniach wojskowych, a więc nic

o nim nie można było napisać!

Ogromną zaletą chłodziarek działających na za-

sadzie efektu Peltiera jest to, że bez użycia młotka

w zasadzie trudno jest je zepsuć. Stąd takie szerokie

ich wykorzystanie w technice kosmicznej do chłodze-

nia procesorów instalacji komputerowych i we wszel-

kich przenośnych urządzeniach, w których wymagane

jest chłodzenie.

4

magnes stały o dużej

sile przyciągania

gorący i zimny

ciepłowymiennik

S

N

tarcza wypełniona

proszkiem

magnetycznym –

gadolinem

magnetowody

5

Schemat działania chłodziarki magnetycznej

Pozostaje prob-

lem dawkowania tej

wody; nie ma prze-

cież sensu projekto-

wanie układu zam-

kniętego, czyli z od-

zyskiem odparowanej

wody. Można tu wy-

korzystać zasadę

działania poidełka dla

ptaków . Zbiornik

z wodą zaopatrujemy

w rurkę zanurzoną

w niewielkim naczyń-

ku, którego wnętrze

jest wyłożone tą sa-

mą bibułą filtracyjną

i oczywiście jest połą-

zapas wody

Instalacje klimatyzacyjne w tańszych modelach

samochodów również wykorzystują peltierowski sys-

tem chłodzenia, oczywiście o dużo większej mocy.

Trzeba też dodać, że efekt Peltiera nie jest jedy-

nym, jaki może posłużyć do obniżania temperatury.

Są jeszcze do wykorzystania: efekt E. Warburga, efekt

Ettingshausena i kilka innych. Ciekawostką, godną

specjalnego artykułu, jest tzw. gigantyczny MCE

(efekt magnetokaloryczny) odkryty w 1997 roku przez

K.A. Geschneidera i V. Pecharsky’ego i wróżący zu-

pełnie nową erę w dziedzinie chłodnictwa, daleko

odbiegającego od naszej chłodziarki samochodowej.

W każdym razie jest to krok w dobrą stronę, ponie-

waż wszystkie te lodówki działające w oparciu o sy-

stemy niefreonowe są oczywiście przyjazne dla środo-

wiska i naszej dziury ozonowej. Efekt gigantycznego

MCE polega z grubsza na zmien-

nym magnesowaniu paramagnetyku

np. proszku gadolinu w polu stałego

silnego magnesu. Zmienne magneso-

wanie powoduje z jednej strony silne

chłodzenie (aż do –272°C), z drugiej na-

grzewanie.

Wszystko to oznacza, że za

10–15 lat chłodziarki samochodowe bę-

dą niezniszczalne i zdolne do schłodze-

nia zawartości znacznie poniżej 0°C!

3

3

poziom wody

poidełko

dla ptaków

5

woda

4

warstwa

higroskopijna

do radiatora

29

zasilanie wodą

wilgotnego płaszcza radiatora

15900591.036.png

15900591.037.png

15900591.038.png

15900591.039.png

15900591.040.png

15900591.041.png

15900591.042.png

15900591.043.png

15900591.044.png

15900591.045.png

15900591.046.png

15900591.047.png

15900591.048.png

15900591.049.png

15900591.050.png

15900591.052.png

15900591.053.png

15900591.054.png

15900591.055.png

15900591.056.png

15900591.057.png

15900591.058.png

15900591.059.png

15900591.060.png

15900591.061.png

15900591.062.png

15900591.063.png

15900591.064.png

15900591.065.png

15900591.066.png

15900591.067.png

15900591.068.png

15900591.069.png

15900591.070.png

15900591.071.png

15900591.073.png

15900591.074.png

15900591.075.png

15900591.076.png

15900591.077.png

15900591.078.png

15900591.079.png

15900591.080.png

15900591.081.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

jak to działa.zip (12481 KB)
Kleszcze Mors.pdf (146 KB)
Jednofazowy licznik indukcyjny(1).pdf (336 KB)
Jednofazowy licznik indukcyjny.pdf (336 KB)
Identyfikacja biometryczna.pdf (265 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin