بخشی از مقاله
خلاصه
تجهیزات ترمودینامیک ابزاری هستند که به صورت حرارت دادن دو فلز غیر همنام و یا آلیاژهای مختلف یک فلز در محل اتصال آنها که باعث تولید اختلاف پتانسیل در دو فلز و نتیجتاً در صورت بسته شدن مدار موجب جریان الکتریکی می شود. این پدیده به این دلیل رخ می دهد که انرژی حرارتی داده شده به سطح برای غلبه بر اتصال بار با سطح می باشد.
حمل این انرژی توسط الکترون ها و یون ها را به اصطلاح ترمویونیک می گویند . حال با استفاده از این انرژی و ساخت فن ترموالکتریک نصب در دودکش وسایل گاز سوز با گرم شدن دودکش ، برق DC تولید شده و موجب گردش فن میگردد . همچنین میتوان از برق تولید شده جهت حرکت فن دیگری برای ورود هوای تازه به محیط استفاده کرد و یا با لامپهای کم مصرف محیط پیرامون را روشن نمود .
مقدمه
مسمومیت با گاز منوکسید کربن یکی از مشکلات مهم سلامت در فصل سرما است که نیاز به مراقبت و اقدامات پیشگیرانه از سوی مردم دارد. گاز مونواکسید کربن ، گازی است بی رنگ و بی بو که از مهم ترین دلایل گازگرفتگی براثر استنشاق گاز منواکسید کربن، مکش نامناسب یا عدم مکش لوله های بخاری گازی، سوختن ناقص نفت بخاری های نفت سوز، بد کارکردن شومینه گازی یا سوخت ناقص و یا شومینه هایی با سوخت چوب، سوختن ناقص زغال در منقل های کرسی، بد کارکردن اجاق خوراک پزی، سوختن ناقص یا نامناسب آبگرمکن، ژنراتورهای خانگی و کار کردن خودرو در پارکینگ های در بسته است.
بطوری که طبق آمار سازمان پزشکی قانونی کشور در سال 94 تعداد 626 نفر و در سال 95 تا کنون تعداد 568 نفر بر اثر مسمومیت گاز مونواکسید کربن جان باخته اند . [1] در سیستمهای گرمایشی مانند بخاری گازسوز معمولی، گاهی دودکش مقداری از مسیر خود را بصورت افقی طی کرده و یا دارای چند زانویی می باشد و یا فاقد کلاهک H می باشد . که به موجب آن خروج محصولات احتراق با مشکل رو برو شده و امکان نفوذ به محیط پیرامون دستگاه را خواهد داشت و موجبات خفگی فراهم خواهد شد . از آنجا که در وسایل گازسوز همه شرایط لازم برای واکنش کامل میسر نمی باشد ، همیشه مقداری آلاینده در محصولات وجود دارد . این آلاینده ها شامل CO ,NO , Sox می باشند که در صورات عدم تخلیه از محیط موجبات خفگی را فراهم می آورد .
تاریخچه:
اوایل قرن نوزدهم آقایان، Thomas Seebeck و Jean Peltier ، توانستند پدیده ای را که پایه صنعت ترموالکتریک امروز است کشف کنند. Seebeck یافت که اگر در محل اتصال دو هادی غیر مشابه اختلاف دما ایجاد نماید، جریان الکتریکی جاری می شود . از طرفی دیگر، Peltier ثابت کرد که جریان عبوری از میان دو هادی غیر مشابه،باعث می شود که گرما یا منتشر شود و یا در محل اتصال جذب شود.
به هر حال پس از پیشرفتهای نیمه قرن بیستم در فن آوری نیمه هادی کابردهای عملی وسایل ترموالکتریک ممکن گردید. با فن آوریهای مدرن، اکنون ما می توانیم طرح های ترموالکتریکی را تولید کنیم که پمپ گرمای مؤثر حالت جامد را برای سرمایش و گرمایش ایجاد می کنند. [2] بسیاری از این واحد ها همچنین می توانند برای تولید توان DC در شرایطی خاص استفاده شوند - مانند تبدیل گرمای تلف شده به جریان الکتریکی - . کاربردهای جدید و اغلب جالب ترموالکتریک هر روز در حال پیشرفت است.
اصول کار سیستم ترموالکتریک - TE -
یک سیستم ترموالکتریک معمولی از یک رشته قرص نیمه هادی تلوراید بیسموت تشکیل گردیده است و به گونه ای تعبیه شده اند که یک نوع از حاملهای بار - مثبت یا منفی - بخش زیادی از جریان را حمل نماید. زوجهای قرص P/N به گونه ای شکل داده شده اند که از نظر الکتریکی با هم سری ولی از نظر گرمایی با هم موازی می باشند. لایه های بیرونی سرامیکی آنها فلزی شده تا بتواند سطح پوششی برای قرص ها ایجاد نموده و آنها را از نظر الکتریکی به یکدیگر متصل نماید. به این ترتیب قرص ها و لایه های بیرونی یک ساختار لایه ای را تشکیل می دهند . اندازه هر طرح ترموالکتریکی بین 0.25 * 0.25 اینچ مربع تا تقریبا 2×2 اینچ مربع تغییر می کند .
طرحهای ترموالکتریکی می توانند به صورت منفرد یا به صورت گروهی با اتصالات سری، موازی و یا سری - موازی بکار روند. در بعضی از کاربردها از طرحهای چند حالته استفاده می کنند. با توجه به اینکه اجزای این سیستم دارای حرکت نمی باشد خود عاملی جهت خرابی کمتر سیستم شده و در نتیجه تعمیر و نگهداری راحت تر و با طول عمر بالاتری نسبت به سیستمهای حرکتی خواهد داشت .
- تولید برق DC بوسیله گرما
- شماتیک مدار
قطعات مورد استفاده در ساخت فن ترموالکتریک:
o فن پردازنده - - CPU های قدیمی: - صفحه پایه 33 در 33 میلیمتر - - یک عدد
o ماژول TEC مدل - TEC1-07110T200 30 x30 x3.3 میلیمتر- موتور DC : 1.5 تا 3 ولت o فن یو اس بی از جنس فلز- - فقط پرههای آن مورد نیاز است -
o خمیر حرارتی
o دو عدد فنر بزرگ
o چهار عدد پیچ M4 و دو عدد پیچM3
o لولههای آلومینیومی - اختیاری - مشخصات ماژول TEC در 7 68 &
محاسبات طراحی
یک عنصر الکترونیکی حالت جامد را که برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان خودنیاز به سرمایش دارد در نظر می گیریم. این عنصر در محیطی با حداکثر دمای 50 درجه سانتیگراد قرار گرفته و دارای تلفاتی برابر 15 وات می باشد . سرد کردن آن ماده تا 25 درجه سانتیگراد قابلیت و اطمینان کاری را بالا می برد . سیستم خنک کننده ترمو الکتریک ویژگیهای فیزیکی زیر را خواهد داشت: عنصر الکترونیکی در اتصال مستقیم با قسمت سرد سیستم خنک کننده TE قرار دارد .
گرماگیر و پنکه در اتصال مستقیم با قسمت داغ سیستم خنک کننده TE قرار دارد . بطوریکه می دانیم گرما بطور طبیعی همواره از جای گرم به جای سرد منتقل می گردد. وقتی تغذیه DC به سیستم ترمو الکتریک اعمال می شود قسمت سرد از عنصر الکترونیکی سردتر می شود، بنابراین گرما به طور طبیعی از آن عنصر به سیستم TE جریان پیدا می کند . حاملهای بار در ماده نیمه هادی دوباره گرما را از عنصر الکترونیکی به گرماگیر منتقل می کنند که این باعث می شود که دمای گرماگیر افزایش پیدا کند . وقتی که دمای گرماگیر از دمای هوای اطراف تجاوز کند، گرما به طور طبیعی از گرماگیر به هوا جریان می یابد. بعنوان مثال چنانچه کمیات طراحی برابر مقادیر زیر باشند.
- وات - 15 بارگرمایی عنصر الکترونیکی = Q
- 50 C - ماکزیمم هوای محیط = TA
- 25 C - دمای مورد نیاز برای عنصر الکترونیکی = TC
