• Roger Stout
3 roky
Kategorie: Články, Chladiče, Design, Funkční, chladiče

Pohádky… perpetuum mobile… Ne všechny pohádky jsou perpetuum mobile, ale všechny perpetuum mobile jsou jistě pohádky. Než se však dostanu ke specifikům termoelektrických chladičů, zdá se vhodné připravit půdu pro tuto konkrétní kategorii pohádek.

existují dva klasické typy „strojů s neustálým pohybem“, které se nazývají (ne tak kreativně) stroje typu 1 a typu 2 (nebo stejně kreativně stroje typu 1 a 2). Typ 1 stroje jsou ty, které jsou s největší pravděpodobností okamžitě známé. Porušují první zákon termodynamiky, který uvádí, že energii nelze vytvořit nebo zničit, pouze transformovat z jedné formy do druhé. Typicky, Typ 1 stroje zahrnovat nějaký rotující mechanismus, který zřejmě přes chytrý design dokáže vždy mít točivý moment generovaný v konstantní směr (nebo možná se střídá směr, ale s průměrnou favorizovat jeden směr). Při absenci tření (nebo zatížení) by se pohybovaly navždy bez přídavku energie. Stroje typu 1 jsou tak snadné, že patentový úřad USA nebude přijímat žádosti o stroje tohoto typu bez pracovního modelu. Ve vzácných případech je k dispozici, „chytrost“ vždy spočívá v tom, že někde skrývá malý zdroj energie, a úkolem patentového úředníka je být chytřejší než vynálezce a najít ho! Nejvíce očividné příklady strojů typu 1 jsou tam, kde vynálezce skutečně tvrdí, že řídí náklad, i když pro stroj neexistuje žádný zdroj energie. Záludnější příklady neskrývají skutečnost, že mají zdroj energie, pouze tvrdí, že dodávají více energie, než přijímají. Například, před pár lety jsem byl požádán, aby hodnocení „free-energy zero-cogging generátor“, který tvrdil, že dodávat více elektrické energie, než řízení větrné turbíny dát. (V tomto případě se domnívám, že vynálezce nebyl úmyslně klamný, ale žalostně nevěděl, jak měřit elektrickou energii!)

stroje typu 2 jsou jemnější. Porušují druhý zákon termodynamiky, který uvádí, že entropii nelze snížit (v uzavřeném systému). Entropie je pojem trochu obtížné pochopit, natož vyčíslit, ale velmi často to může být vařené dolů do jednoduchého pozorování, že teplo může nikdy pasivně tok z chladnějšího místa na teplejší místo. Pokud se to zdá být děje, jste buď vynechal něco zásadního, nebo jinak máte bona fide typ 2 perpetuum mobile. Vzpomínám si (trapně) na zkoušku z mého prvního vysokoškolského kurzu termodynamiky. Byli jsme požádáni, abychom vyhodnotili zvědavou (a rybí znějící) věc zvanou „vortex tube“.“V vírové trubice, stlačený vzduch je přiváděn do spodní části T-tvaru trubky, a, překvapivě, studený vzduch je dodáván z jedné větve na T, a horký vzduch přichází z jiné pobočky T. byl jsem dost podezřelé na to, aby si uvědomil, že to znamená, že nějaká energie se pohybuje „do kopce“ z teploty vstupního proudu na teplejší výstupní větev. Problém prohlášení bylo velmi specifické, a jsou zahrnuty hmotnostní průtoky a teploty a tlaky, takže jsem pokračoval dělat výpočty, které prokazují, že i když ne čisté energie byl vytvořen, čistý entropie i odtékající proudy vzduchu byla nižší než entropie příchozí proud vzduchu, což dokazuje jeho nemožnost. Ukázalo se, vírové trubice jsou skutečná věc! Udělal jsem chybu ve výpočtu, i když profesor byl tak laskav a dej mi částečný kredit za alespoň přemýšlel, jak se dívat na porušení 2. Zákona. Můj názor je, že 2. Zákona je třeba považovat vždy, když se snažíte „čerpadlo“ energie z chladného místa na teplejší místo.

zadejte termoelektrické chladiče (nebo TEC). Jedná se o chytré malé gadgety, které používají dobře zavedený Peltierův efekt. Jsou něco jako reverzní termočlánky. Pravděpodobně jste je někde viděli ve formě chladiče piva nebo něčeho podobného. Zjevně fungují (a byly patentovány). Jednou z nejhezčích věcí na nich je, že nemají žádné pohyblivé části a mohou být naprosto zticha. Používáte elektřinu na svorkách zařízení a jedna „strana“ gadgetu se ochladí („uvnitř“ v případě chladničky RV), zatímco druhá strana (nebo venku) se zahřeje. Samozřejmě, pokud vaše okolní prostředí teplota je někde mezi tyto dvě extrémní teploty, tepla se bude nutně tok z teplé strany na prostředí, a teplo bude proudit do studené straně přístroje z prostředí (nebo co to je dojemné, např. pivo). Pokud věnujete pozornost, uzavřete dvě věci: 1) může to být opravdu chytrý způsob chlazení elektroniky bez nutnosti použití ventilátorů nebo kapalného chladiva; a 2) pokud to není porušení 2. Zákona, tam je nějaký kritický bod jsme ještě ani neobtěžoval, aby zvážila (a to může kousat nás na konci).

zde je tato věc: říká se tomu Carnotova účinnost tepelného motoru. V aplikaci, to vám dává rychlé posouzení, na základě dosahované teploty, množství tepla, budete muset přidat do chladicího systému, aby bylo možné přesunout některé, že teplo z chladnějšího místa na teplejší místo. (Ve skutečnosti je to to, co vám umožňuje vyhnout se porušení 2. zákona). Pro účely tohoto argumentu, by to mohlo dopadnout, že se pohybovat 1W z křižovatky, budete muset přidat další 1 W, což znamená, že vaše konečné chladič musí odmítnout 2 W k prostředí místo původních 1 W., Odkud se další energie? Přes ty pěkné, tiché, elektrické terminály. Volty aplikované v době, kdy byly dodány ampéry, se rovná další energii, která tam předtím nebyla.

Ano, To je háček! Jistě, můžete si vytvořit miniaturní Peltier chladič a nižší teplota přechodu (Tj, „uvnitř“ elektronické součásti), aby něco chladnější než okolní prostředí, nebo dokonce – nebuďme chamtiví – jen aby to bylo nižší, než by byl bez chladiče! Problém je v tom, že když zapnete chladič, přidáte energii do celkového systému, abyste získali nižší Tj. Z pohledu makroekonomického analytika je to obvykle špatná věc, protože častěji než ne, už jste měli potíže dostat veškeré teplo ze svého systému na prvním místě. (Opravdu, tento problém je důvod, proč byl váš Tj teplejší,než jste chtěli začít.) Například odpor vaší desky PC může být 2x nižší než dříve (větší rozmetadlo tepla, větší ventilátor atd.), odmítnout teplo přidané chladičem, aby se dosáhlo nižšího Tj. Ale pokud byste to mohli udělat, pak byste to měli udělat-jinými slovy, bez přidání chladiče-a stejně byste snížili Tj!

nyní mě napadá několik situací, kdy TEC může být vynikající volbou, ale musíte si být velmi jisti svými výpočty. První je, když máte velmi malou, lokalizovanou koncentraci tepla a můžete si dovolit snížit teplotu tohoto místa na úkor zahřívání všeho kolem něj jen trochu. Druhým je, když skutečně potřebujete řídit teplotu konkrétního zařízení v elektronickém systému, například obrazový senzor (kde takzvaný „tmavý proud“ je vážným problémem a rychle stoupá s teplotou). V tomto druhém případě musíte mít určitou rezervu v „tepelném rozpočtu“ vašeho systému, protože z pohledu systému se budete muset zbavit nějakého extra tepla.

moje rada je velmi pečlivě přemýšlet o tom, zda je TEC opravdu správná věc pro Váš problém s chlazením elektroniky. A jeho použití k ochlazení piva nemusí být nejlepší volbou, buď, pokud se budete snažit pečlivě přemýšlet o chlazení elektroniky! Ty budeš soudce!