0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как сделать холодильник на элементе Пельтье

Содержание

Холодильник своими руками

Во время борьбы за экологичность и достойное существование внимание обращается на мельчайшие детали. Устали от постоянного шума кулера в процессоре – помните, устройство требует охлаждения, иначе BIOS просто вырубит системный блок вместе с операционной системой. А в жару хочется покоя и тишины. Решение найдено. Прежде говорили, что холодильники не исключительно компрессорами живы, созданы альтернативные модели. Подумаем, возможно, удастся собрать холодильник собственными руками.

Предыстория холодильников, или Пособие для изобретателя

Упоминали в обзорах про адсорбционные холодильники, работающие на голубом топливе. Газ, сгорая, заставляет хладагент циркулировать и охлаждать отсеки. Безусловным достоинством конструкции считается бесшумность. Удаётся услышать легкое шипение от горения топлива, перетекания жидкости по трубкам. Но решение далеко не единственное. Писали, что дорогие автомобильные холодильники работают по иному принципу – на элементах Пельтье.

В 1834 году установлено, что при пропускании постоянного тока через проводники и полупроводники выделяется либо поглощается тепло. Эффект не списывался на закон Джоуля-Ленца: в последнем случае жар выделялся, но охлаждение оставалось недостижимым. Научного объяснения никто не дал, но стало известно, что при пропускании тока в одном направлении тепло поглощается, в другом выделяется!

Известен случай, когда студент отчитывался перед преподавателем на предмет цифровых технологий, компьютеры еще не обрели сегодняшней силы. Процессоры Пентиум II только-только появились на рынке РФ, хотя в США, безусловно, уже встречались и четвертые. Дело сводилось к питанию мозга ЭВМ, к желанию постоянно снизить вольтаж.

Заметили, что процессор потребляет 75 Вт. Одновременно напряжение питания оставалось в районе 3 В. Получается, что маленький кристалл потреблял ток… 25 А. Любой аккумулятор при зарядке не способен на такое. Преподаватель высказался, но оказался не совсем прав.

При указанном малом напряжении процессор в действительности потребляет гигантский ток, часть мощности уходит на полезные нужды, неизбежно происходит выделение тепла в окружающую среду. И ощутимого! Без кулера процессор может дойти до точки кипения, грелся бы дальше, но системы защиты выключат питание раньше. Получается, процессор расходует значительную мощность. Недавно на рынке появились элементы Пельтье, призванные охлаждать разбушевавшийся мозг. Некий пользователь заметил, что процессор охладился… до минус 10 градусов Цельсия. Впечатляет?

Элементы Пельтье нельзя назвать дешевыми. Как на их основе построить самодельный холодильник: поставить параллельно внутри термоизолированной емкости, где температура примется постепенно падать. Но мощность морожения холодильников не измеряется в ваттах, вычисляется по количеству (в килограммах) продукции, температуру которой возможно понизить до заданной. Не знаем, что подразумевается под утверждением, что мощность элемента Пельтье составляет 77 Вт. При цене 300 рублей за штуку стоит попробовать рассчитать стоимость самодельного холодильника, соотнеся указанные параметры. Мы предлагаем иной путь.

Помните, в обзорах приводили методику для определения потребной мощности нагрева помещения, а теперь ее используем в обратной последовательности. Шаги эксперимента:

  1. Понадобится обыкновенный градусник. Лучше простой уличный. Градусник поместим в наш самодельный холодильник.
  2. Делаем корпус. В настоящих холодильниках применяется для теплоизоляции пенополиуретан. Купите баллончик в магазине строительных материалов. Сгодится и пенопласт, рекомендуем применить изоляцию отражающего типа Пенофол либо подобную. К примеру, берется ящик, с двух сторон плотно отделывается упомянутым материалом, собственно, уже готов неплохой самодельный холодильник. Для сведения – материал взят из космической отрасли, где использовался для создания скафандров. Солнечные лучи убийственны вне атмосферы, а космический холод заставит вздрогнуть самого Саурона, но космонавту все перечисленное не причиняло особенного вреда под слоем Пенофола. Разумеется, в скафандрах применялось золото, серебро, а не алюминий, возможно, обошлось без полиэтилена. Факт – характеристики материала изумительны.
  3. Охладителем вначале станет единственный элемент Пельтье. Вмонтируем его на клей-герметик. Потом покажем методику, позволяющую найти число модулей, необходимых, чтобы самодельный холодильник начал морозить.

Методика расчета самодельного холодильника на элементах Пельтье

Исходим из факта, что теплопотери зависят линейно от разницы температур внутри и снаружи самодельного холодильника. Идём от простого к сложному:

  1. Допустим, температура в комнате составляет 20 ºС и на протяжении опыта остаётся неизменной. Начнем исследование. Очевидно, что при отсутствии элементов Пельтье температура внутри холодильника составит 20 ºС. Это первая точка на прямой (потери линейно растут от разности температур снаружи и внутри самодельного холодильника). Установим элемент Пельтье с радиаторами на обоих боках, причем наружный станет обдуваться кулером для усиления эффекта.
  2. Через время температура в отсеке объемом 30 литров составила 14 ºС. Утверждаем, что, добавив еще два элемента Пельтье с радиаторами и кулерами, любой получит 2 градуса тепла внутри самодельного холодильника, если в комнате 20 ºС тепла. Схема:
  • Начертите на листе бумаги две оси. В точке пересечения по обеим – нуль. Горизонталь – линия температур.
  • Отметьте на горизонтали точку 20 ºС. Это исходный момент, когда тратится нуль мощности, а температура внутри самодельного холодильника равна комнатной.
  • Теперь чертите из нарисованной точки прямую, пересекающую вертикальную ось на любой, но обязательно положительной высоте.
  • Отметьте на две трети от начала координат точку на оси Х (температур). Это 14 ºС, а по вертикали на линии – мощность одного элемента Пельтье, уравновесившего потери.
  • Теперь отметьте точку на треть от начала. Здесь 8 ºС, а элементов Пельтье понадобится уже два. Это видно по графику.

Выводы по конструктиву самодельного холодильника

Остальные выводы читатели сделают самостоятельно: самодельный холодильник даст 2 градуса тепла по шкале Цельсия, если снабдить прибор тремя элементами Пельтье с кулерами. Опыт допустимо обобщать, подбирать оптимальную изоляцию, варьировать условия. К примеру, кулеры убрать, чтобы не шумели и не тратили энергию. Это упростит конструкцию. Но хотим охладить пыл изобретателей: в настоящих, не самодельных холодильниках, используются два вентилятора, для холодного и горячего контура. Экспериментируйте.

Устройство холодильника вытерпит компьютерный блок питания. Вспомните, сколько потребляет процессор! Элемент Пельтье далеко не главное внутри. Вольтаж уже заранее приспособлен, не придется искать редких деталей. Покупаете три элемента Пельтье, чтобы самостоятельно сделать холодильник, берете блок питания из старенького ПК, сооружаете коробку с двумя кулерами, получаете готовый продукт. Причем способный работать от автомобильного аккумулятора.

Принцип действия холодильника настолько очевиден, что понятен детям. При изменении направления тока элементы Пельтье работают на нагрев. Хорошо иметь рядом теплую пищу, когда вокруг нет подогревательного устройства. В последнем случае закон работает в обратную сторону. Три элемента Пельтье внутри самодельного холодильника обеспечат температуру на 18 ºС выше окружающей среды. Если в машине 25, в коробке покажет 43. Достаточно, чтобы перекусить и не жаловаться. Получается уже два прибора в одном лице.

Хотим сказать спасибо автору видео на Ютуб за великолепную идею, как сделать холодильник самостоятельно. Пусть задумка не слишком удалась, но лишь потому, что объем велик. Элементы Пельтье процессорные не настолько мощные, чтобы в одиночку одолеть большой объем, до конца не оформленный.

Читать еще:  Тепловые пушки своими руками

Автомобильный холодильник (на элементах Пельтье) своими руками

Процесс изготовления.
Итак, сердцем этого устройства послужат два 12В термоэлектрических модуля Пельтье TEC1-12706, с заявленной мощностью охлаждения в 50 Вт, и потребляемым током от 4 до 6 А.
Размеры этих модулей 40X40X3,75 мм.

Для эффективной и долговечной работы модулей, им необходимо хорошее охлаждение «горячей» стороны. Для этого автор будет использовать старые радиаторы с вентиляторами для компьютерных процессоров.








В качестве охлаждающего радиатора, который будет расположен на внутренней задней стенке холодильника, послужит листовой алюминий 5 мм толщиной.

Из этого материала вырезаются вот такие уголки и полоски. После нарезки с их граней снимается фаска специальным ножом, а поверхности обрабатываются болгаркой с дисковой шлифовальной насадкой.






Поддерживать заданную температуру будет 12 В цифровой термостат W1209.
Его кнопки управления слишком короткие, и нажимать на них без изготовления удлинителей, или переноса на переднюю панель не получится. Поэтому автор снял реле и две клеммные колодки. Провода от датчика температуры он припаял к плате напрямую.

Кроме того, реле было перенесено поближе к термоэлементам, ведь потребляемый ими ток весьма велик, и чем короче и толще будут провода, тем лучше. Также были припаяны провода питания платы.




Теперь нужно организовать подвеску двери.
В нижнем углу дверцы вклеивается штифт, в дне делается ответное отверстие для него. А на верхнем углу дверцы сверлится отверстие, в которое вкладывается пружинка от зажигалки, и вставляется цилиндрический шток.

С помощью такой защелки дверца фиксируется на своем месте.



Со внутренней стороны утеплителя дверцы он вырезал углубление под датчик температуры.

Чтобы выровнять поверхность, датчик приклеивается к алюминиевой пластине специальным теплопроводящим клеем.



Охлаждающим радиатором послужит прямоугольная алюминиевая пластина, к которой автор прикрепляет два параллелепипеда из алюминиевой плиты толщиной 16 мм. Эти подставки нужны для того, чтобы элементы Пельтье находились за теплоизолирующим слоем из пенополистирола.

В подставках высверливаются отверстия для крепления к радиатору, и в них нарезается резьба М3.
Перед установкой, на место соединения подставок и радиатора предварительно наносится термопаста.












Задняя стенка изготавливается из ДВП, и окрашивается аэрозольной краской. На ней закрепляются вентиляторы таким образом, чтобы они находились напротив радиаторов.

В верхней части стенки сделано отверстие для выхода горячего воздуха, и защищено кусочком москитной сетки.










Через час с небольшим температура на контроллере составила 15,7°C (при том, что датчик расположен далеко от радиатора, и теплоизоляция в этом месте не очень толстая).

Сам радиатор остыл до 6,7°C, а напитки охладились до 10,5.







Благодарю автора за рекомендации по изготовлению портативного холодильника на основе элементов Пельтье!

Конечно, размеры холодильника можно сделать как больше, так и меньше. Также можно увеличить мощность, установив дополнительные элементы Пельтье, либо используя элементы большей мощности.

Всем хорошего настроения, крепкого здоровья, и интересных идей!

Авторское видео можно найти здесь.

Самодельный холодильник на элементе Пельтье

Автомобильный холодильник своими руками на элементе Пельтье: чертежи, подробные фото изготовления самоделки с описанием.

Эта самоделка будет полезна в первую очередь для автолюбителей, при поездках на природу, в лес или к речке на пляж, наличие автомобильного мини холодильника очень актуально.

В летний зной в холодильнике можно хранить скоропортящиеся продукты и охлаждать напитки, конечно можно приобрести готовый вариант, но сделать своими руками обойдётся намного дешевле.

Изготовление автомобильного холодильника.

Охлаждать воздух в холодильнике мы будем с помощью элемента Пельтье.

По сути это термоэлектрический преобразователь в форме небольшой пластины, при подключении его к электрическому току в пластине возникает разность температур, одна сторона пластины нагревается, вторая наоборот остывает. Эту особенность мы и будем использовать для работы холодильника.

Материалы для изготовления:

  • Пенополистирол (автор использовал лист размером 1200х600х50 мм).
  • Элемент Пельтье (можно приобрести в радиомагазинах).
  • Два радиатора с кулерами от старых компьютеров.
  • Термопаста.
  • Регулятор температуры с датчиком (продаются в радиомагазинах).
  • Кусок провода и штекер для подключения в прикуриватель авто.
  • Пена монтажная.
  • Нож канцелярский.
  • Линейка, карандаш.
  • Паяльник с паяльными принадлежностями.

Приступаем к изготовлению, первым делом из листов пенополистирола сделаем корпус будущего мини холодильника.

Пенополистирол очень хороший теплоизолятор, даже после отключения холодильника от электричества, он будет удерживать холод внутри контейнера продолжительное время.

На рисунке показаны размеры корпуса, но вы можете сделать короб по своим размерам в зависимости от требуемого объёма холодильника.

Лист пенополистирола легко разрезается канцелярским ножом, все части коробки склеиваются монтажной пеной, после нанесения пены, детали нужно прижать на 5 минут пока пена схватится.

Теперь в холодильник установим охлаждающий элемент.

Для охлаждения будем использовать элемент Пельтье, при подключении его в сеть 12 V, одна сторона его становится очень холодной, она и будет охлаждать воздух внутри холодильника. Вторая сторона элемента будет сильно нагреваться, чтобы устройство не перегорело, нужно отводить тепло, сделать это можно с помощью радиатора и кулера от компьютера.

Схема охлаждающего устройства для автомобильного холодильника.

Но если с внутренней стороны на элемент Пельтье просто поставить радиатор, то он начнёт обмерзать, оптимально установить кулер для равномерного отвода холода от радиатора.

Для хорошей теплоотдачи, между радиаторами и элементом Пельтье наносим слой термопасты. Радиаторы соединяем между собой стандартными скобами, которые используются для крепления к системной плате компьютера.

Тестируем работоспособность устройства, подключаем его к аккумулятору на 12 V.

По сути устройство представляет собой пластину, по бокам которой с обеих сторон закреплены радиаторы с кулерами, работающими на выдув.

Устанавливаем прибор в отверстие коробки, охлаждающей стороной во внутрь, щели между отверстием корпуса и прибора замазываются герметиком.

Наружный блок, радиатор с кулером для отвода горячего воздуха.

Для регулировки температуры установим регулятор температуры с датчиком, сам провод с датчиком нужно протянуть через отверстие в контейнер. Холодильник готов, включаем его в гнездо прикуривателя авто или напрямую к аккумулятору на 12 V и пользуемся.

Один элемент Пельтье охлаждает холодильник до температуры – 3 °С, при температуре окружающего воздуха +25 °С.

При +30°С на улице, в холодильнике стабильно поддерживается температура +6 °С как и в обычном холодильнике.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

В летнее жаркое время находясь на даче или в душном офисе где нет холодильника наверняка захочется выпить охлаждённый напиток или же просто сохранить до обеда еду, чтобы не испортилась, для этого предлагаем сделать очень простой в изготовлении мини-холодильник на элементе Пельтье TEC1-12706 своими руками, изготовление такого холодильника не займёт у Вас много времени.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Детали которые нужны для создания мини-холодильника:

  • Элемент Пельтье TEC1-12706 на 72 Ватта;
  • Листы пенопласта;
  • Кулер с радиатором для процессора;
  • Радиатор под размер элемента Пельтье;
  • Теплопроводный клей;
  • Двусторонний скотч;
  • Блок питания на 12В.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Как сделать холодильник на элементе Пельтье TEC1-12706, пошаговая инструкция:

Намазываем теплопроводным клеем на радиаторе место где будет размещаться элемент Пельтье и прикладываем этот элемент к радиатору, затем берём радиатор поменьше, намазываем также теплопроводным клеем и приклеиваем с другой стороны элемента Пельтье.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

В листе пенопласта который послужит задней стенкой холодильника примерно в центре проделываем квадратное отверстие под маленький радиатор и с помощью клеевого пистолета приклеиваем болты кулера к пенопласту.

Читать еще:  Как выбрать домкрат для автомобиля: несколько полезных советов

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Приклеиваем с помощью двухстороннего скотча сначала верхнюю и нижнюю стенки мини-холодильника, затем две боковые, но так как стенки будут двойные то сначала нужно вставить в средину внутренние стенки, которые должны быть короче наружных на толщину пенопластового листа, к приклеенным на торцы двусторонним скотчем, а затем уже ставим вторые наружные боковые стенки также приклеив на двусторонний скотч.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Затем вставляем внутрь верхнюю и нижнюю внутреннюю стенку холодильника.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Делаем дверку для нашего холодильника, для этого вырезаем два прямоугольника, один должен быть вырезан по максимальному размеру сторон холодильника, а второй меньше на толщину листов пенопласта со всех 4-х сторон, чтобы он входил внутрь боковых стенок обеспечивая максимальную герметичность.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

В качестве крепления дверки (крепёжной петли) к боковой стенки используем скотч.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Перейдём к электронике, у кулера имеется 3 проводка: красный – плюс, чёрный – минус, и синий – регуляция оборотов, последний нам не понадобится его можно отрезать.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

С помощью стяжки стягиваем 4 провода (два от кулера и два от элемента Пельтье) вместе.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

С помощью ножниц равняем провода, чтобы были одинаковой длины:

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Спаиваем провода чёрный с чёрным, красный с красным, а затем красные припаиваем к плюсовому проводу блока питания, а чёрные к минусовому, перед этим надев на них термоусадочные трубки.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Всё, мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) сделанный своими руками за короткое время готов к использованию. При температуре в комнате 32,6 градусов, воду удалось охладить до 11,9 градусов. Предлагаем и Вам повторить данную конструкцию самодельного мини холодильника.

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

Элементы Пельтье или мой путь к криогенным температурам

Многие слышали про «магические» элементы Пельтье — при прохождении тока через них одна сторона охлаждается, а другая — нагревается. Это работает и в обратную сторону — если одну сторону нагревать, а другую охлаждать — вырабатывается электричество. Эффект Пельтье известен с 1834 года, но и по сей день нас не перестают радовать инновационные продукты на его основе (нужно только помнить, что при генерации электричества, как и у солнечных батарей — есть точка максимальной мощности, и если работать далеко от неё — КПД генерации сильно снижается).

В последнее время китайцы поднажали, и заполонили интернеты своими относительно дешевыми модулями, так что эксперименты с ними уже не отнимают слишком много денег. Китайцы обещают максимальную разницу температуры между горячей и холодной стороной в 60-67 градусов. Хммм… А что если мы возьмем 5 элементов, подключим последовательно, тогда у нас должно получиться 20С-67*5 = -315 градусов! Но что-то мне подсказывает, что все не так просто…

Краткая теория

Классические «китайские» элементы Пельтье — это 127 элементов, включенных последовательно, и припаянных к керамической «печатной плате» из Al2O3. Соответственно, если рабочее напряжение 12В — то на каждый элемент приходится всего по 94мВ. Бывают элементы и с другим количеством последовательных элементов, и соответственно другим напряжением (например 5В).

Нужно помнить, что элемент Пельтье — это не резистор, его сопротивление нелинейно, так что если мы прикладываем 12В — у нас может не получится 6 ампер (для 6-и амперного элемента) — ток может изменятся в зависимости от температуры (но не слишком сильно). Также при 5В (т.е. меньше номинала) ток будет не 2.5А, а меньше.

Количество перенесенного тепла пропорционально току. Но помимо этого есть паразитный нагрев от протекания тока, и паразитная теплопроводность — все это делает элемент Пельтье хоть сколько-то эффективным в очень узких условиях.

Кроме того, количество перенесенного тепла сильно зависит от разницы температуры между поверхностями. При разнице 60-67С — перенос тепла стремится к 0, а при нулевой разнице — 51 Ватт для 12*6 = 72-х Ваттного элемента. Очевидно, уже это не позволяет так просто соединять элементы в серию — нужно чтобы каждый следующий был по размерам меньше предыдущего, иначе самый холодный элемент будет пытаться отдать больше тепла (72Вт), чем элемент следующей ступени может пропустить через себя при желаемой разнице температур (1-51Вт).

Элементы пельтье собираются легкоплавким припоем с температурой плавления 138С — так что если элемент случайно останется без охлаждения и перегреется — то достаточно будет отпаяться одному из 127*2 контактов чтобы выкинуть элемент на свалку. Ну и элементы очень хрупкие — как керамика, так и сами охлаждающие элементы — я нечаянно разодрал 2 элемента «вдоль» из-за присохшей намертво термопасты:

Пробуем


Итак, маленький элемент — 5В*2А, большой — 12*9А. Кулер на тепловых трубках, температура комнатная. Результат: -19 градусов. Странно… 20-67-67 = -114, а получились жалкие -19…

Идея — вынести все на морозный воздух, но есть проблема — кулер на тепловых трубках хорошо охлаждает только если температура «горячей» и «холодной» стороны кулера лежит по разные стороны фазового перехода газ-жидкость наполнителя трубки. В нашем случае это означает, что кулер в принципе не способен охладить что-либо ниже +20С (т.к. ниже работают только тонкие стенки тепловых трубок). Придется возвращаться к истокам — к цельно-медной системе охлаждения. А чтобы ограниченная производительность кулера не сказывалась на измерениях — добавим килограммовую медную пластину — тепловой аккумулятор.


Результат шокирующий — те же -19 как с одной, так и с двумя стадиями. Температура окружающего воздуха — -10. Т.е. с нулевой нагрузкой мы еле-еле выжали жалкие 9 градусов разницы.

Выкатываем тяжелую артиллерию

Оказалось, неподалеку от меня хладокомбинат #7, и я решил к ним заглянуть с картонной коробкой. Вернулся с 5-ю килограммами сухого льда (температура сублимации -78С). Опускаем медную конструкцию туда — подключаем ток — на 12В температура моментально начинает расти, при 5В — падает на 1 градус на секунду, и дальше быстро растет. Все надежды разбиты…

Выводы и видео на сладкое

Эффективность обычных китайских элементов Пельтье быстро падает при температуре ниже нуля. И если охладить банку колы еще можно с видимой эффективностью, то температуры ниже -20 добиться не удается. И проблема не в конкретных элементах — я пробовал элементы разных моделей от 3-х разных продавцов — поведение одно и то же. Похоже на криогенные стадии нужны элементы из других материалов (и возможно для каждой стадии нужен свой материал элемента).

Ну а с оставшимся сухим льдом можно поступить следующим образом:

PS. А если смешать сухой лед с изопропиловым спиртом — получится жидкий азот для «бедных» — в нем так же весело замораживаются и разбиваются цветы и проч. Вот только из-за того что спирт не кипит при контакте с кожей — получить обморожение существенно легче.

Самодельный мини-холодильник из элементов Пельтье

Это было в середине 1821 года, когда Дж. Т. Зеебек обнаружил, что, если два разнородных металла, соединенных в двух разных точках, удерживаются при разных температурах, возникает микровольт. Это явление называется эффектом Зеебека. Несколько лет спустя Пельтье обнаружил, что если на термопару подается напряжение, то один контакт термопары нагревается, а другой охлаждается. Противоположность эффекта Зеебека называется эффектом Пельтье.

Читать еще:  Поделки своими руками из шин для сада и огорода, мастер-класс

Это руководство по разработке небольшого самодельного твердотельного кулера сосредоточено на общедоступном чипе Пельтье. Чип Пельтье — это термоэлемент, который использует эффект Пельтье для реализации теплового насоса. У него две тарелки, одна холодная, другая горячая. Между пластинами есть несколько термопар, соединенных вместе. Если подается правильное напряжение, одна пластина становится холодной, а другая — горячей.

Чип Пельтье называется тепловым насосом, потому что он не генерирует ни тепла, ни холода. Он просто передает тепло от одной пластины к другой, таким образом охлаждая первую пластину. Это также обычно называют термоэлектрическим холодильником (TEC) чип. Короче говоря, применяя постоянный ток (DC) к микросхеме TEC, разность температур создается между передней и задней частями устройства (эффект Пельтье), и в результате вы получаете горячую и холодную поверхность. TEC1-12706 — это распространенный чип термоэлектрического кулера.

В TEC1-12706 буква C после TE обозначает «стандартный размер», а 1 обозначает «одноступенчатый» TEC. Прямо рядом идет тире. После тире первые три цифры обозначают количество термопар внутри ТЕС. Здесь насчитывается 127 пар. Следующие два числа обозначают рабочий ток для Пельтье. Итак, 06 означает «6 ампер».

Кулер Пельтье

Кулер Пельтье — это двигатель кулера, содержащий элемент Пельтье (чип TEC). Когда постоянный ток пропускается через микросхему ТЕС, низкотемпературная сторона поглощает тепло, а высокотемпературная сторона выделяет тепло, создавая разницу температур по двум поверхностям. Однако, поскольку выделяемое тепло более реагирует на количество электричества, вводимого в модуль, чем поглощенное тепло, если постоянный ток непрерывно пропускается через микросхему, излучаемое тепло превышает поглощенное тепло, и обе стороны устройства становятся горячими. В связи с этим крайне важно подключить микросхему ТЕС к радиатору, такому как алюминиевые ребра, для эффективного рассеивания выделяемого тепла.

Вкратце, когда на микросхему ТЕС подается постоянное напряжение, носители положительного и отрицательного заряда в матрице гранул поглощают тепловую энергию с одной поверхности подложки и отдают ее на подложку с противоположной стороны. Поверхность, где поглощается тепловая энергия, становится холодной, а противоположная поверхность, где выделяется тепловая энергия, становится горячей!

Кулер Пельтье также включает в себя мощную комбинацию радиатора и вентилятора для охлаждения чипа TEC. В таблице ниже приведены технические характеристики чипа термоэлектрического охладителя TEC1-12706. Вы можете купить радиатор и вентилятор центрального процессора с почти такими же характеристиками, что и вентилятор центрального процессора для процессоров AMD: 80,6 × 80,6 × 69,4 мм3 с радиатором из алюминиевого оребрения. Дополнительная алюминиевая пластина радиатора 60 × 60 мм2 (и термопаста) также доступна по разумной цене. К счастью, вы можете купить большинство этих ключевых компонентов у известных китайских продавцов.

Чип TEC и базовый тест

Перед тем, как начать фактическую конструкцию с микросхемой ТЕС, проверьте ее на исправность. Для этого просто подключите красный (+) и черный (-) провода микросхемы TEC (TEC1-12706) к лабораторному источнику питания 1,5 В постоянного тока и оставьте источник питания включенным на 10–30 секунд. После этого вы можете проверить чип TEC, используя кончик пальца или цифровой термометр, чтобы убедиться, что одна сторона чипа горячая, а другая сторона холодная. Просто отметьте горячие и холодные поверхности микросхемы TEC (например, буквами H и C), используя любую постоянную маркерную ручку.

Рис. 2: Тестирование чипа TEC

Включение

Собранный двигатель кулера (термоэлектрический чип кулера, радиатор и вентилятор охлаждения, все в сборе) может получать питание от модуля / модуля 12 В, 6 А + импульсный источник питания (SMPS), как показано на рисунке 3. Иначе, попробуйте батарею 12V / 7Ah SMF. Если все хорошо, через несколько секунд на тарелке появятся следы мороза.

Обратите внимание, что основная функция микросхемы Пельтье — охлаждение, а микросхемы Пельтье имеют различные номинальные мощности, соответствующие скорости охлаждения холодной стороны объекта. Другим обычно определяемым фактором является дельта-T (dT), который представляет собой максимальную разницу между температурой с обеих сторон.

Кроме того, чипы Пельтье не функционируют в соответствии со спецификациями, если только нет чего-то, что могло бы помочь отвести тепло от горячей стороны. Вот почему требуется громоздкий радиатор. Это окружающий воздух с температурой, в которой рассеивается тепло.

Мини-холодильник с модулями Пельтье.

Итак, собранный и протестированный кулер-двигатель теперь можно использовать для создания собственного мини-холодильника, кулера или крошечного кондиционера. Надеюсь, что немного погуглить даст вам интересные идеи на этот счет.

TEC контроллеры / драйверы

Иногда вам нужен специальный контроллер / драйвер TEC. Конечно, для продвинутых приложений доступно множество устройств. На eBay вы можете найти несколько устройств, которые будут выполнять эту работу. На рис. 4 показано такое многофункциональное устройство, которое неожиданно имеет один канал обратной связи для приема входных сигналов от термистора NTC для стабилизации температуры.

Контроллер TEC регулирует ток, подаваемый на микросхему Пельтье, в соответствии с требуемой температурой объекта и фактической измеренной температурой объекта. Чтобы иметь возможность контролировать температуру объекта, вы должны разместить датчик на объекте. Обратите внимание, что важно размещать датчик как можно ближе к критической точке на объекте, где необходимо поддерживать желаемую температуру.

Поскольку охлаждение вентилятора радиатора снижает тепловое сопротивление от радиатора к окружающему воздуху, большинство высококачественных контроллеров TEC имеют выделенные выходы управления вентиляторами, поддерживаемые методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Поэтому вентилятор увеличивает тепловые характеристики и уменьшает разницу температур (dT), позволяя использовать радиаторы меньшего размера.

Коэффициент производительности

Важной мерой при выборе элемента Пельтье является коэффициент производительности (COP). КС определяется как тепло, поглощаемое на холодной стороне, деленное на входную мощность элемента Пельтье. Результатом максимального COP является минимальная входная мощность Пельтье. Таким образом, радиатор должен рассеивать минимальное суммарное тепло. Более низкая температура радиатора приводит к снижению dT. Таким образом, можно использовать радиаторы меньшего размера, что позволяет сэкономить пространство. С другой стороны, при оптимизации затрат следует использовать проект с более низким COP.

DC или ШИМ?

Существует два режима питания / контроллера для термоэлектрических холодильников, работающих по эффекту Пельтье: постоянный ток и широтно-импульсная модуляция. Хотя во многих ситуациях ШИМ используется для управления элементами Пельтье, большинство производителей элементов Пельтье предлагают режим постоянного тока и явно не рекомендуют прямое ШИМ-управление элементами Пельтье.

Сообщается, что элементы Пельтье, управляемые ШИМ, всегда менее эффективны, чем приложения, управляемые постоянным током. Другая проблема с режимом ШИМ — электромагнитные помехи (EMI) в проводке к элементу.

Некоторые эксперты рекомендуют использовать ШИМ с LC-фильтром для получения чистого тока привода на более высоких частотах, в то время как другие предпочитают сравнительно простой режим постоянного тока. В любом случае, согласно документации, важно, чтобы ток привода был постоянным и плавным, с очень низким уровнем пульсаций и шума для достижения хорошей стабильности. Рябь снижает охлаждающую способность элемента Пельтье.

Линейный или SMPS?

Существует два популярных решения для генерации необходимого постоянного тока для управления элементами Пельтье — линейное и SMPS. Поскольку элементы Пельтье / линейные блоки питания приводятся в действие постоянным током, линейные блоки питания будут работать оптимально, но они имеют низкую эффективность. С другой стороны, блоки SMPS имеют высокую эффективность (> 90%), так как их электронная конструкция приводит к меньшим потерям. По этой причине линейные источники питания не рекомендуется приводить в действие элементы Пельтье.

Источники:

http://vashtehnik.ru/xolodilniki/xolodilnik-svoimi-rukami.html

http://usamodelkina.ru/18725-avtomobilnyj-holodilnik-na-jelementah-pelte-svoimi-rukami.html

http://sam-stroitel.com/samodelnyj-xolodilnik-na-elemente-pelte.html

Мини-холодильник на элементе Пельтье (TEC1-12706) своими руками

http://habr.com/ru/post/145090/

http://izobreteniya.net/samodelnyj-mini-holodilnik-iz-elementov-pelte/

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector