Самодельный элемент пельтье: как сделать в домашних условиях и практическое применение

Содержание

Самодельный мини-холодильник из элементов Пельтье » Изобретения и самоделки

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.

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.

Рис. 1: Ключевые компоненты для кулера Peltier

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.

Рис. 3: 6А-8А, 12В импульсный источник питания

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.

Рис. 4: контроллер Пельтье sPLC-10

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.

Примечание 

В этой статье рассказывается об основах и некоторых идеях, направленных на стимулирование воображения и творчества. Считыватели могут приобрести большинство ключевых компонентов с eBay.

in, а также SMPS-модуль XK2412DC и контроллер Пельтье SPLC-10 на зарубежных рынках.

electronicsforu.com

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

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:

Шаг 1

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

Шаг 2

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.

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

Шаг 3

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

Шаг 4

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

Шаг 5

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

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

Шаг 6

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

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.

Инструменты:

  • 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.

Автор самоделки Виктор Борисов.

Осушитель воздуха на элементе Пельтье своими руками

Показатели влажности в помещении свыше 60 % губительно сказываются не только на самочувствии человека, но и на мебели, бытовой технике, стенах и потолке. Абсолютно все, живое и искусственное, страдает от негативного воздействия повышенной влажности. В слишком влажных помещениях разводится грибок, размножается плесень и микроорганизмы. Справиться с высокими показателями влажности помогают осушители воздуха, которые не так уже и сложно изготовить самостоятельно.

Причины высоких показателей влажности

Излишняя влажность — большая проблема
  • Неправильная установка металлопластиковых окон в квартире.
  • Неправильная организация фундамента.
  • Неправильная гидро- и теплоизоляция или ее полное отсутствие.
  • Отсутствие вытяжной системы, ее низкая функциональность.
  • Выполнение ремонтных работ в закрытой комнате.

Снизить влажность можно устранив технологические несоответствия. К сожалению, это не всегда возможно. Тогда на помощь приходят осушители воздуха.

Важно! Установить показатели влажности в помещении можно с помощью специального устройства – гигрометра.

Виды осушителей воздуха

В зависимости от физических принципов работы различаются:

  • испарительный осушитель: влажный воздух с помощью вентилятора направляется на холодную поверхность, где он преобразовывается в конденсат и стекает в установленный бак;
  • адсорбционный осушитель: внутри прибора устанавливается абсорбционный механизм, преобразовывающий влажность в конденсат и выводит его в специальный резервуар;
  • осушитель с применением элемента Пельтье: с помощью полупроводниковых элементов в процессе протекания через них тока, влажный воздух охлаждается и преобразовывается в конденсат.

Принцип элемента Пельтье

Элемент Пельтье

Речь идет о механизме термоэлектрического преобразователя, который действует на эффекте Пельтье. Основывается он на появлении разности температурных показателей в процессе перемещения электрического тока через элементы преобразователя.

В своей конструкции устройство имеет одну или несколько пар полупроводниковых параллелепипедов n — и р-типа, которые соединяются парами по средствам перемычек, как правило, металлических. В конструкции они являются своеобразными термическими контактами. Такие элементы изолированы с помощью пленки, устойчивой к току. Перемычки могут быть исполнены и в виде пластин, выполненных из керамики.

Полупроводниковые параллелепипеды соединяются последовательно: вверху – n->p, внизу — p->n. В процессе использования элементы, находящиеся вверху, охлаждаются, а нижние контакты – нагреваются. То есть с помощью электрического тока тепло перемещается с одной стороны на другую, создавая разность температурных показателей, которая может составлять до 70 градусов. Показатели зависят от величины поставляемого тока.

Принцип работы элемента Пельтье для непрофессионалов

Элемент Пельтье – термическая пара, которая представляет собой 2 проводника р и n, с последовательным соединением между собой. При протекании электрического тока через установленные элементы, тепло на контакте n-p поглощается, а на контакте p-n – образовывается. В результате физического явления на примыкающем участке температура будет снижаться, а противоположный элемент, соответственно, будет повышать свои температурные показатели. При изменении полярности тока изменяется функциональность участков: место нагрева будет охлаждаться, а противоположная сторона – нагреваться. Для использования на практике элемента установки одной термопары недостаточно. Чем мощнее термоэлектрический модуль, тем больше в нем установлено термопар.

Достоинства

  • Компактные размеры устройства.
  • Отсутствие движущихся механизмов в конструкции.
  • Отсутствие газа и жидкости.
  • Бесшумность.
  • Наличие регулировки мощности охлаждающего процесса.
  • Возможность выполнять термостатирование при разных показателях температуры окружающей среды.
Осушитель своими руками

Недостатки

  • Незначительный КПД.
  • Потребность использования электросети.
  • Ограниченное количество включений и отключений.
  • Большие затраты при использовании мощного модуля.

Сферы использования

  • В холодильных установках бытового характера.
  • В процессе охлаждения электроники.
  • В генераторах, основанных на термоэлектрическом принцип.

Осушитель воздуха на элементах Пельтье своими руками

Элемент Пельтье может использоваться в виде теплового насоса, с помощью которого устранить избыток влаги в закрытом помещении не составит труда.

Схема конструкции

Пластины Пельтье могут быть разных размеров

Осушитель воздуха своими руками, используемый в быту, состоит из 3 деталей: 2-х радиаторов и 1-го элемента Пельтье, размещенного между ними. Чтобы изготовить его нужно:

  • просверлить отверстия в радиаторах;
  • элемент Пельтье намазать с обеих сторон намазать термопастой, которую можно приобрести в специализированном компьютерном магазине;
  • расположить элемент Пельтье между радиаторов и зафиксировать с помощью саморезов.

Важно! Фиксировать конструкцию следует очень аккуратно, так как при сильном зажатии элемент Пельтье может треснуть.

Готовую конструкцию следует закрепить на подставке, с размещенным внизу сосудом для сбора жидкости. Работает такой прибор очень просто: одна сторона охлаждается, в следствии чего на ней собирается влага, которая находится в воздухе. Осушитель воздуха 12 вольт с параллельно соединенным кулером при сильной влажности в помещении за 12 часов работы позволяет собрать более 500 мл жидкости. Этот показатель относителен, так как зависит от показателей влажности в помещении. В том случае, когда один из радиаторов нагревается слишком сильно, необходимо сменить полярность.

Осушитель воздуха Пельтье своими руками из старого холодильника

Материалы:

  • кусок оргстекла, размером 500х600 мм;
  • герметик, к примеру, на основе силикона;
  • бытовой вентилятор, мощность которого составляет 100 Вт;
  • 10 штук саморезов;
  • шланг для слива жидкости;
  • 2 силиконовые прокладки;
  • 2 гайки;
  • втулка.

Дверца морозильной камеры снимается, так как она не потребуется при монтаже конструкции. Вентилятор врезается внутрь оргстекла таким образом, чтобы он обеспечивал поступление воздуха внутрь старой морозильной камеры. Для выполнения такой работы следует проделать в оргстекле отверстие требуемого диаметра, в котором фиксируется с помощью саморезов вентилятор. Стыка и отверстия для создания прочности та герметичности заделываются силиконовым клеем.

Снизу конструкции проделывается отверстие и вставляется шланг для слива отработанной жидкости. Отверстие в обязательном порядке уплотняется герметиком. Свободный конец трубки выводится в емкость, куда и будет стекать отработанная жидкость. На место дверцы устанавливается оргстекло с вмонтированным вентилятором. Данная конструкция, естественно, не будет иметь достойного эстетического внешнего вида, но свои функции будет выполнять безукоризненно. К примеру, данный осушитель своими руками способен снизить влажность в помещении на 8% за одни сутки, притом температура на входе – 14 градусов, а на выходе – 9 градусов.

Осушитель воздуха позволяет создать в помещении необходимые показатели влажности. Простые устройства создают благотворный микроклимат в комнате и не позволяют развиваться в ней плесени и грибкам.

https://youtu.be/EKXWUSMpHaE

Навигация по записям

Модули Пельтье в ПК: теория и практика

Тема охлаждения компонентов ПК волнует многих пользователей. Большинство из них ограничиваются стандартными воздушными кулерами, отдельные энтузиасты собирают СВО. А что же дальше? Наверняка те, кто серьезно интересовался разгоном, слышали о модулях Пельтье (или термоэлектрических модулях, далее по тексту – ТЭМ; английский вариант – TEC, Thermoelectric Cooler) и их применении в качестве тепло-отводов для сильно-греющихся элементов компьютера.

Однако зачастую даже базовую информацию по правильному использованию этих удивительных устройств найти трудно, отсюда – многочисленные ошибки тех, кто впервые с ними сталкивается. К слову, производители систем охлаждения также экспериментируют с модулями Пельтье, порой представляя на суд публики весьма любопытные концепты. Как работают ТЭМ, действительно ли они так уж небходимы в СО компьютера, как самостоятельно собрать нехитрые кулеры и избежать простейших ошибок, достаточно характерных для новичков, – обо всем этом мы расскажем в данном материале.

Немного теории

Чем же на самом деле являются модули Пельтье? В базовом определении это термоэлектрические преобразователи, принцип действия которых основан на эффекте Пельтье, открытом в далеком 1834 году. Суть данного процесса заключается в возникновении разности температур в месте контакта материалов при протекании сквозь них электрического тока.

Мы не станем вдаваться в подробности истории открытия и научного обоснования специфики работы ТЭМ, поскольку этой теме можно посвятить целую диссертацию. Однако общие понятия упомянем.

Базовая схема устройства ТЭМ

Элементы Пельтье состоят из двух токопроводящих материалов (полупроводников) с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. Физика протекания тока через подобные вещества такова, что для перехода электронов им требуется определенная подпитка, получаемая в момент прохождения тока через спайку. В таком случае возможно перемещение частиц в высокоэнергетическую зону проводимости от одного материала к другому. Место соприкосновения полупроводников в момент поглощения энергии охлаждается. Изменение направления тока или перемещение электронов из более энергетической зоны в менее насыщенную приводит к нагреву места контакта. Помимо этого, в модулях Пельтье наблюдается тепловой эффект, характерный для любых веществ, сквозь которые пропускают электрический ток. Вообще процессы, присущие ТЭМ, проявляются и в месте контакта обычных металлов, однако определить их без сложных приборов почти нереально. Поэтому основой для модулей служат полупроводники.

Структура термоэлектрического элемента (модуля Пельтье)

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар полупроводниковых параллелепипедов разных типов (как в диодах или транзисторах, n- и p-типа). Современная индустрия для этих целей наиболее часто выбирает германид кремния и теллурид висмута. Полупроводники попарно соединяются металлическими перемычками из легкоплавких веществ. Последние выполняют роль термоконтактов и напрямую соприкасаются с керамической пластинкой или подставкой. Пары полупроводников соединены последовательно, разные виды проводимости контактируют друг с другом. С одной стороны модуля имеются лишь n->p-переходы, с другой – p->n. Течение тока вызывает охлаждение и нагревание противоположных групп контактов. Поэтому можно говорить о переносе током тепловой энергии с одной стороны модуля Пельтье на другую и, как следствие, возникновении разности температур на пластинке. Правильное применение модулей позволяет извлечь некоторые выгоды для промышленных, в том числе компьютерных СО. К слову, элементы могут быть использованы и в качестве электрогенераторов – основываясь на тех же принципах работы, физика протекающих внутри процессов объясняется эффектом Зеебека (условно говоря, тот же эффект Пельтье с «противоположным знаком»).

Плюсы и минусы применения ТЭМ

Зачастую к достоинствам модулей Пельтье относят:

  • сравнительно небольшие габариты;
  • возможность работы и на охлаждение, и на нагревание системы;
  • отсутствие движущихся частей, механических составляющих, подверженных износу.

В то же время ТЭМ обладают рядом недостатков, существенно сдерживающих их повсеместное практическое применение. Среди них следующие:

В USB-холодильнике также используется модуль Пельтье
  • низкий КПД модулей;
  • необходимость наличия источни- ка тока для их работы;
  • большая потребляемая мощ- ность для достижения заметной разности температур и, как следствие, существенное тепло- выделение;
  • ограниченные габариты и полезные характеристики.

Однако, невзирая на негативные характеристики модулей Пельтье, они нашли свое применение в ряде продуктов. ТЭМ выгодны в первую очередь там, где энергетическая эффективность охладителя некритична, чем меньше – тем лучше. Элементы служат для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах, позволяющих добиться заметного уменьшения теплового шума при длительных экспозициях. Модули Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с целью стабилизации длины волны их излучения. Возможно использование нескольких ТЭМ, составленных последовательно в виде каскадов (холодная сторона одного охлаждает горячую другого), благодаря чему реально достичь очень низких температур для устройств, обладающих малым тепловыделением. Элементы Пельтье – основа компактных холодильников, в первую очередь автомобильных. Их применяют и в миниатюрных сувенирах из области компьютерной периферии, и в производительных СО в качестве основных или вспомогательных компонентов. Именно о последнем варианте мы и поговорим более подробно.

Модули Пельтье в ПК: практика

Элемент Пельтье размещается между водоблоком и медной «буферной» пластинкой

При переходе к практической реализации СО на базе ТЭМ нужно сделать несколько оговорок, которые позволят правильно подобрать параметры итоговых конструкций. Нередко эксперименты новичков заканчиваются плачевно: либо температуры на «холодной» стороне модулей во время работы получаются выше, чем на горячей, либо системы демонстрируют откровенно слабые результаты даже по сравнению со стоковыми кулерами без элементов Пельтье. Причины зачастую кроются в неправильном расчете (или построении СО наугад). Дело в том, что любой ТЭМ имеет свои штатные характеристики, обычно выделяют два значения (рассмотрим их на примере модуля ТЕС1-12709 с заявленной максимальной мощностью 136 Вт), например, пишут, что ΔTmax Qcmax=0(°С) 66 и Qcmax ΔTmax=0(W) 89.2. Перефразируя данное выражение: модуль способен обеспечить максимальный перепад температур между сторонами, равный 89,2 ºС при отсутствии тепловой нагрузки и 0 ºС при наличии таковой на «холодную» сторону 66 Вт. Таким образом, полезная нагрузка модуля лежит в пределах от 0 до 66 Вт, в идеале – чем меньше – тем лучше и тем большую разницу температур обеспечит ТЭМ. В то же время любой модуль имеет другую характеристику – максимальную потребляемую мощность, которую тоже нужно отвести от него с помощью системы охлаждения. Для рассматриваемого ТЕС1-12709 Umax (В) равно 15.2 В, I max- 9 А. Следовательно, при указанных параметрах имеем энергопотребление 136,8 Вт, что, согласитесь, немало.

Система охлаждения должна успешно отводить тепло непосредственно от модуля (обеспечивая максимально возможную низкую температуру «горячей» стороны) и компонентов ПК. Примерный КПД такой системы можете вычислить сами – при полезной составляющей в 150–200 Вт (приблизительно столько выделяют современные разогнанные CPU) для получения хоть каких-то видимых результатов придется затратить не менее 600–800 Вт электрической мощности и отвести не менее киловатта тепловой. Именно поэтому производительные СО на базе модулей Пельтье не получили широкого распространения. Впрочем, прецеденты сравнительно успешной реализации гибридных кулеров известны, а мы попытаемся создать свои – маломощный и оптимальный. Чтобы избежать ограничений в виде недостаточного теплоотвода, на «горячую» сторону ТЭМ поместим производительные водоблоки, подключенные в контур СВО. Кстати, модули Пельтье нельзя устанавливать непосредственно на ядро/теплораспределительную крышку чипов – тонкая керамическая подкладка не способна поддерживать эффективную теплопередачу ко всем полупроводниковым парам, составляющим ТЭМ. Для этой цели лучше всего подойдет промежуточный «буфер» – медная пластинка толщиной 5–7 мм, полностью закрывающая поверхность модуля. К слову, оптимальный режим эксплуатации элементов Пельтье обеспечивается при пониженных напряжении и потребляемом токе. Приближение этих параметров к максимальным существенно повышает тепловую отдачу пластины, однако не так ощутимо – полезную составляющую.

Мы решили по максимуму охладить графический чип видеокарты Radeon HD 4350 и CPU Core 2 Duo E8500, попытавшись разогнать данные компоненты. Для отвода тепла от GPU использовались уже упомянутый ТЕС1-12709 (максимальная потребляемая мощность – 136 Вт) и самодельный медный водоблок, в паре с процессором работали ТЕС1-12726 (395 Вт) и один из лучших промышленных водоблоков Swiftech Apogee GT. Модули подключались напрямую к компьютерному БП в 12-вольтовую цепь. Применение киловаттного be quiet! Dark Power PRO BQT P6PRO-1000W давало все основания не переживать за недостаток мощности для питания ПК и элементов системы охлаждения. В контуре СВО трудились два «двойных» радиатора под 120-миллиметровые вентиляторы и помпа Hydor Seltz L30 (производительностью 1200 л/ч на холостом ходу).

Основа мощного чиллера – «бутерброд» из трех водоблоков и восьми ТЭМ, расположенных между ними

В случае охлаждения компонентов до температур ниже комнатных (в частности, ниже «точки росы») стоит ожидать появления конденсата на переохлажденных поверхностях. Понятно, что вода в таком виде является главным врагом пользователя, и ее выделение необходимо предупредить. Делается это путем тщательной теплоизоляции любых поверхностей (частей РСВ, околосокетного пространства с обеих сторон платы, собственно ТЭМ, теплораспределителя процессора и GPU) материалами, не пропускающими воздух. Лучше всего для этих целей подходит стандартный теплоизоляционный материал для труб водоснабжения (на основании вспененного каучука), специальные замазки, отдельные виды поролона, поставляемого в комплекте с компонентами ПК, на худой конец термопаста и бумажные салфетки. В последнем случае допустима эксплуатация ПК лишь для проведения кратковременных бенчинг-сессий. Теплоизоляция обеспечит повышение общего КПД установки.

Итоговые температуры, полученные в различных режимах работы компонентов, их сравнение с показателями, обеспечиваемыми исключительно системой водяного охлаждения, приведены в диаграмме. Как видите, модули Пельтье позволили понизить температуру компонентов ощутимо ниже комнатной (в зависимости от загрузки). В таких условиях не составило особого труда разогнать процессор до частоты 4,3 ГГц с повышением напряжения питания до 1,35 В, а GPU заставить функционировать на 800 МГц (штатное значение – 600 МГц). В то же время мы получили ощутимый нагрев СО тестового стенда (в корпусе ситуация усугубилась бы более существенно) и резкий рост уровня энергопотребления ПК (собственно, вся конструкция потребляет больше, чем отдельно взятый компьютер на базе компонентов тестового стенда). Подобное решение однозначно пригодится в зимнюю пору, однако летом вряд ли порадует большинство пользователей.

Готовы ли вы на такие жертвы ради достижения сравнительно низких температур на компонентах ПК? Решайте сами, но помните о базовых советах, приведенных в этой части материала, – они помогут правильно применить модули Пельтье на практике. Использование систем охлаждения на основе ТЭМ разумно и оправданно в случае с маломощными компонентами (чипсетами материнских плат, GPU низко- и среднеуровневых видеокарт). Не забывайте и о теплоизоляции охлаждаемых элементов – ведь конденсат является главным врагом системы во время экспериментов с ТЭМ.

Выводы

Подытоживая вышесказанное относительно особенностей работы модулей Пельтье и целесообразности их практического применения, повторимся: ТЭМ имеют упомянутые преимущества и недостатки, которые не позволяют дать однозначного ответа на вопрос: «А стоит ли…?» Их использование оправданно для отвода незначительных тепловых нагрузок (именно к таковым относятся компактные холодильники, термостатированные лазеры; СО для маломощных компонентов ПК – чипсетов и отдельных GPU).

На базе элементов Пельтье можно создавать различные самодельные охлаждающие и нагревающие устройства, существуют примеры успешной реализации маломощных генераторов. Но прежде чем заниматься изготовлением подобных конструкций, ознакомьтесь все же с теоретической составляющей – предварительная подготовка избавит от ошибок и сэкономит время в момент практического воплощения проектов.

Говорить о применении модулей Пельтье в ПК следует достаточно осторожно: прочитав о получении низких температур на охлаждаемых элементах, новички часто забывают о значительной потребляемой и выделяемой мощности подобных СО, не учитывают параметры и «запас прочности» отдельно взятой конструкции. ТЭМ заинтересуют в первую очередь оверклокеров, для которых любой выигрышный градус и каждый мегагерц важны. Рассматриваемые элементы – промежуточное звено между классическими системами водяного охлаждения и чиллерами или фреонками, работающими по принципу фазового перехода. Впрочем, применение ТЭМ отнюдь не назовешь простым, поэтому прежде чем приступать к серьезным экспериментам, тщательно взвесьте все «за» и «против».

Готовые СО на базе ТЭМ

Модули Пельтье используются производителями систем охлаждения для ПК в качестве основных и вспомогательных компонентов кулеров. Порой из этого получаются эффектные действенные устройства, иногда все выходит не так гладко, как изначально задумывалось. Мы решили вспомнить об основных СО, применяющих ТЭМ, которым прочили роль революционеров своего времени.

Thermaltake SubZero4G Один из первых кулеров с элементом Пельтье, наделавший сравнительно много шума в сфере охлаждения CPU (2003 год). Однако невысокий запас прочности, значительное по тем временам энергопотребление, громоздкость конструкции и шумность в работе не позволили ему закрепиться на рынке. Появись эта модель на год-два раньше – возможно, все обернулось бы иначе.

Titan Elena Суперкулер для видеокарт, построенный по тому же принципу, что и Titan Amanda: одна половина радиатора работает непосредственно на отвод тепла от GPU, другая охлаждает горячую сторону ТЭМ. В свое время оказался одним из лучших во время тестирования СО для графических адаптеров. (Мы писали о нем в «Домашнем ПК» в 2007 году.)

Swiftech MCW6500-T Самое мощное современное решение для охлаждения CPU, использующее элемент Пельтье. Представляет собой производительный водоблок, отводящий тепло от ТЭМ (около 400 Вт потребляемой электрической мощности), который, в свою очередь, создает оптимальный температурный режим процессора. Эта система способна обеспечить функционирование Core i7 на частоте порядка 4 ГГц при температуре около 0 ºС (режим простоя) и 20–30 ºС в режиме максимальной нагрузки.

Swiftech MCW60-T Аналогично процессорному решению представляет собой высокопроизводительный водоблок для графического адаптера, дополненный модулем Пельтье. В зависимости от TDP видеочипа способно удерживать его температуру на уровне комнатной или ниже.

Cooler Master V10 Элементы Пельтье этой СО охлаждают часть тепловых трубок. Подход достаточно интересный и правильный, применение модулей позволяет сбить пару-тройку градусов на процессоре. Однако экономическая целесообразность такого хода – под большим вопросом, ввиду того что V10 при существенной цене не в состоянии обогнать лучшие воздушные суперкулеры. Скорее всего, виноваты особенности конструкции и недостаточная мощность ТЭМ.

Titan Amanda Серия достаточно современных процессорных суперкулеров на тепловых трубках, использующих термоэлектрический модуль (2007–2008 гг). Часть радиатора отводила тепло непосредственно от ТЭМ, тогда как другая половина охлаждала греющийся компонент. Подобный подход к проектированию позволяет избежать резкой перегрузки СО вследствие превышения лимитов тепловыделения модуля Пельтье. Кулеры линейки Amanda демонстрировали отличные результаты с процессорами, обладающими сравнительно невысоким TDP.

XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project

Владельцев СВО и тех, кто собирается обзавестись жидкостными системами, могут заинтересовать так называемые чиллеры на базе элементов Пельтье. В зависимости от типа подключения ТЭМ в контур они позволят немного понизить температуру теплоносителя, а при создании мощных СО даже обеспечат температуру хладагента, близкую к нулевой.

Известный нашим читателям энтузиаст Wehr-Wolf давно интересовался затронутой темой эффективного охлаждения компонентов ПК и их дальнейшего экстремального разгона. Начиналось все в далеком 2005 году с теоретических набросков, рассуждений и одного из главных компонентов системы – массивного «бутерброда», состоящего из больших водоблоков. Однако заброшенные на длительное время задумки удалось реализовать лишь совместно с автором данного материала, в середине этого года запустив энтузиастский проект XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project.

Первый пуск ТЭМ-чиллера в полевых условиях

Принцип работы системы достаточно прост: модули Пельтье (8 ТЭМ с максимальной потребляемой мощностью 136 Вт каждый) охлаждают с двух сторон большой медный водоблок, а сами, в свою очередь, охлаждаются аналогичными водоблоками. «Холодный» и «горячий» контуры СВО полностью разделены между собой. Для питания такого количества ТЭМ в процессе первого запуска использовались два компьютерных БП с общей заявленной мощностью 1200 Вт, в качестве охладителя «горячего» контура выступала СЖО с двумя радиаторами под два 120-миллиметровых вентилятора каждый, прокачиваемая мощной помпой. Однако даже такой СВО оказалось недостаточно, и радиаторы пришлось продувать высокопроизводительными промышленными вентиляторами. В «холодный» контур были подключены помпа Hydor L20 II и водоблок Swiftech Apogee GT, охладителем выступал большой водоблок, контактирующий с «холодной» стороной ТЭМ. В результате первого эксперимента удалось добиться температуры воды в контуре порядке 5–7 ºС, при этом в качестве нагрузки для системы использовался процессор Core i7 965 Extreme Edition, разогнанный до частоты 4 ГГц.

С одной стороны, полученные результаты действительно впечатляют – подобные температуры при таких нагрузках способны обеспечить разве что чиллеры на основе систем фазового перехода, с другой – а стоит ли овчинка выделки? Чудовищная потребляемая мощность системы, громоздкая СО «горячего» контура, высокая общая стоимость оправдываются лишь концептуальным статусом XtremeLabs.org MONSTER T.E.C. Project, на данный момент находящимся в стадии доработки.

Холодильник своими руками

Как сделать самодельный холодильник в домашних условиях

В холодильных установках холод вырабатывается только двумя способами – фреоном и электрическими элементами Пельтье (термоэлектрического преобразователя). Первый вариант подходит для больших агрегатов, таких как двухкамерные холодильники или двухдверные приборы Side-by-Side. Второй – для самодельных небольших ларей. Несмотря на сравнительную простоту устройства и распространенность, холодильники остаются дорогостоящим прибором. Именно поэтому тема самостоятельной сборки небольших морозильных камер с использованием элементов Пельтье актуальна и важна.

Лучшие материалы для самодельного холодильника

При наличии знаний и всех необходимых запчастей сделать функциональный самодельный холодильник достаточно легко.

Начать следует со сборки корпуса будущего устройства. Для производства ларя используются самые разные материалы:

  • куски ламината – благодаря наличию специальных пазов конструкция легко собирается и отличается прочность,
  • пенопласт – хрупкий материал, легко обрабатывается, не боится влаги,
  • МДФ или ДВП – без специальной обработки боится влаги,
  • пеноплекс или техноплекс используется для утепления внешних стен зданий,
  • пластиковый бокс с крышкой (ящик для инструментов).

Вообще у кого, что завалялось в гараже или на балконе, то и подойдет, главное, это снаружи и внутри утеплить короб.

Опыт показывает, что оптимальный вариант для самодельного холодильника – экструдированный пенополистирол.

Среди его достоинств выделяется:

  • низкий уровень теплопроводимости — всего 0,031 Вт/(м·°K),
  • относительно высокая прочность (чем плотнее материал, тем прочнее),
  • стойкость к воздействию влаги,
  • маленький вес.

Кроме того, материал легко обрабатывается, а сделанные из него детали отлично склеиваются при помощи обычных жидких гвоздей.

Как сделать короб самодельного холодильника

Собрать короб для будущего холодильника достаточно просто. Для заготовок рекомендуется приобрести несколько листов пенополистирола толщиной 5 мм. Этот материал продается листами размером 1200х600 мм, а недорогая цена за один элемент не ударит по карману. Между собой детали короба соединяются обычной монтажной пеной. В работе не обойтись без рулетки, ножа, карандаша и уровня.

  1. За основу шаблона берется деревянный или картонный ящик средних габаритов. По его размерам из пенополистирола обычным или канцелярским ножом вырезаются детали – стенки и крышка.
  2. Монтажной пеной они соединяются между собой. На поверхность листа наносится слой пены, после чего заготовки необходимо соединить, дав им просохнуть 10 минут. Для удачного закрепления важно не двигать листы до полного просыхания. Для максимальной теплоизоляции рекомендуется делать стенки холодильника двойными.
  3. Крышку холодильника следует вырезать так, чтобы она полностью закрывала пространство ларя и плотно прилегала к его стенкам.
  4. После полного просыхания короба его можно красить. Пенополистирол поглощает краску, поэтому красить его лучше в несколько заходов.
  5. Изнутри холодильник при помощи жидких гвоздей обклеивают обычным утеплителем с алюминиевой фольгой.

Готовый ящик уже отлично удерживает холод, однако для того чтобы он мог его вырабатывать, короб следует дополнить преобразователем холода и необходимыми для его работы элементами.

Монтаж охлаждающего узла, расчет мощности элементов Пельтье

Следующий шаг – это сборка и монтаж охлаждающего узла будущего холодильника. Чтобы получить полноценно работающую технику, нужно подключить корпус к элементу Пельтье, который можно купить в любом магазине радиотехники и компьютерных комплектующих.

Принцип работы термоэлектрического преобразователя Пельтье заключается в разнице температур их верхней и нижней части. При подаче на элемент питания в 12В, ток который проходит через деталь, преобразуется в тепловое излучение (верхняя сторона) и холодный поток (нижняя сторона).

Нижний край элемента Пельтье и становится источником холода для самодельного холодильника. Главная технологическая задача на этом этапе заключается в передаче холода во внутреннюю часть холодильника, где устанавливается радиатор и, наоборот, отвода тепловой энергии наружу. С точки зрения физических процессов, эффективной является следующая конструкция:

  1. В боковую стенку холодильника под прямым углом монтируется алюминиевый брус. Металлическая поверхность обеспечит подачу холода внутрь корпуса.
  2. Со стороны камеры к брусу присоединяется радиатор, который распространяет холод.
  3. С внешней стороны к алюминиевой детали прикрепляется элемент Пельтье, который выделяет тепловую энергию.

Можно пойти более легким путем и посадить охладитель на клей-герметик, но это менее эффективно.

Как сделать расчет холодильника, работающего на элементах Пельтье

Для того чтобы самодельный холодильник полностью выполнял возложенные на него функции, следует произвести правильные расчеты.

Учтите, что теплопотеря холодильника зависит от разницы температуры внутри и снаружи прибора. Например, температура помещения, где стоит ларь, равняется 25 градусам. Соответственно если на холодильнике не будет установлен охладительный элемент, внутри его будут те же 25 градусов. Если добавить один элемент Пельтье с радиаторами по сторонам и усилить его кулером, то через некоторое время температура в герметичном отсеке в 30 литров понизится до 19 градусов. Как это выглядит на бумаге:

  • начертите на листке две оси. В точке их пересечения поставьте число 0. При этом горизонтальная линия — это температура, а вертикальная — мощность одного элемента Пельтье, который уравновешивает потерю тепла.
  • для наглядности на горизонтальной линии поставьте точку, которая обозначит температуру без элемента равную 25 градусам,
  • из этой точки начните вести прямую линию в сторону вертикальной оси,
  • на участке 2/3 поставьте точку, которая обозначит температурный показатель 19 градусов,
  • если отметить еще 1/3 отрезка, то температура уменьшится до 13 градусов и для этого показателя понадобится уже два элемента. Каждая последующая деталь понижает температуру на 6 градусов.

Для охлаждения воздуха в небольшом домашнем холодильнике понадобится три элемента Пельтье. Для обеспечения прибора энергией подойдет блок питания из обычного компьютера. Помимо этого он может работать от автомобильного аккумулятора (понадобится удлинитель с разъемом под прикуриватель).

Чтобы ваш холодильник генерировал холод, важно при установке элемента Пельтье придерживаться ряда правил и рекомендаций.

  1. Соблюдайте полярность проводов. Если этого не сделать и поменять полярность, то при работе элемента нагреваться и охлаждаться будут противоположные части детали.
  2. Обеспечьте верхней части элемента, которая нагревается, постоянное воздушное охлаждение. Для этой цели подойдет как специально купленный кулер, так и вентилятор из системного блока компьютера. От силы потока воздуха во многом зависит и мощность работы элемента Пельтье.
  3. Важной деталью в бесперебойной эффективной работе охладителя является изоляционная прокладка. Она отводит тепло верхней стороны элемента, чтобы нижний охлаждающий радиатор бесперебойно выполнял возложенную на него задачу.
  4. Крепить рабочий элемент между верхним и нижним радиатором рекомендуется по типу «бутерброда». Вначале идет верхний радиатор. Далее при помощи шприца наносится небольшой слой теплопроводной пасты. На это вещество приклеивается керамическая поверхность элемента Пельтье. На нижнюю часть детали снова наносится теплопроводной крем, на который крепится нижний охлаждающий радиатор. Для соединения всех комплектующих их следует крепко прижать и дать конструкции просохнуть пять часов.

Дополнительно к нижнему радиатору можно присоединить еще один кулер. Он позволит устройству лучше распространять по площади ларя холод. Также холодильник быстрей наберет необходимую температуру. Кулер исключает возникновение на стенках устройства конденсата, благодаря чему помещенные в него продукты всегда будут сухими.

Процесс набора необходимой для охлаждения продуктов температуры зависит от того, насколько тепло в том месте, где находится холодильник. Чем теплее снаружи, тем охлаждение происходит дольше. Важный аспект — теплоизолирующие качества самого холодильника и его объем. Хороший самодельный холодильник должен быть герметичным и оснащен плотно прилегающей крышкой.

Подводя итоги можно сделать вывод, что для самостоятельного создания небольшого холодильника, который будет морозить и сохранять холод, понадобится три элемента Пельтье и два кулера на охладительный и нагревательный радиатор. Корпусом станет заранее покрытый утеплителем бокс или собственноручно собранная конструкция из пенополистирола, пенопласта или любого другого материала. При наличии всех перечисленных предметов, минимальных навыков работы с техникой, времени и желания повторить опыт самостоятельной сборки холодильника сможет каждый.


Кулер с элементом Пельтье

Доброго времени суток!
В данном обзоре пойдет речь о мини холодильнике.
Вернее даже о мобильном холодильнике, работающем от 12в.
Т.е. в автомобиль, на природе, на рыбалке,…

Перейдем к тому что получили:
Пришла посылка замотанная во вспененный полиэтилен и все это было в обычном черном пакете.
Помят уголок скорее всего при пересылке. Да и не проблема это, можно выровнять обычными плоскогубцами.


Как видно на фото, «вентиляторы» прикреплены обычными саморезами.
И можно снимать вентилятор с радиатора без откручивания саморезов. Туго-но снимаются и так же одеваются обратно. (скорее удобно чем не удобно)

Откручиваем радиатор и снимаем его. Под ним свежая термопаста. Один уголок не до конца прилегал, исправил выравниванием радиатора.


Вот собственно сам элемент Пельтье. со своими размерами.
Что же оно такое?)
Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.
Эффект Пельтье́ — термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников.
Если быть кратким, то при подачи напряжения на элемент- одна сторона сильно нагревается, а другая сильно охлаждается.

Ну давайте измерим температуру радиатора до включения.

Теперь подадим напряжение с аккумулятора и снова измерим температуру.

Ухты всего-то прошло 5сек и так резко упала температура на радиаторе.

А вот такая стала на том который отводит тепло.

Продолжим измерения:

Итого -3 градуса по Цельсию мы достигли через 1,5минуты!
А на радиаторе снимающим тепло температура так и не изменилась.

Но мы это все брали для готового изделия! И так, приступим.
Да, сразу скажу, что у меня есть термобокс самодельный, с толщиной пенопласта 4см и внутри обклеен фольгированным вспененным полиэтиленом.
Сначала я хотел его сразу и оборудовать этим кулером, но сегодня нашел в гараже вот такую коробочку очень похожую на мой термобокс, только меньшую по размерам и с тощиной стенок всего 1,3см с размерами (внутренними) 23,5х20,5х13 что составляет 0.006м3
Ну, для опытов самое оно!
Вырезаем отверстие для радиатора охлаждения и вставляем его в крышку фиксируя по углам каплей термоклея (мы то помним, что радиатор не нагревается выше 35)

Причем никак не изолируем некоторую часть теплового радиатора (которая немного видна)
Нам нужно просто понять оно работает или нет?

Температура в боксе до

и температура в боксе через 6 минут

Поставив стакан с водой и по прошествии 37 минут (температура воды была 24) температура воды была 16 такая себе прохладная водичка) Охладить баночки с пивом-подходит)
Да, потребление составило 2,54А так что либо в машине либо с хорошим аккумулятором.

Но для моих потребностей самое то!

В общем вывод:
Это работает!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Используйте охладитель Пельтье для эффективного воздушного охлаждения?

Спайы Пельтье создают разницу температур между одной стороной и другой. Эта разница температур обратно пропорциональна количеству тепла (в ваттах), которое перекачивается с холодной стороны на горячую. Вы уже видели, что это происходит очень легко. Если у вас нет вентиляторов или радиатора на холодной стороне, то очень мало тепла циркулирует на холодной стороне, и поэтому ТЕС не передают много тепла. Они не переносят много тепла, поэтому производят большую разницу температур.

Вы упомянули температуру вне чемодана, но эта информация ни к чему не относится. Имеет значение температура горячей стороны самих ТИК. Я не имею в виду температуру установленного на них радиатора, я имею в виду температуру непосредственно на горячей стороне.

Это температура, до которой они охлаждаются. Если у них 60 градусов С на горячей стороне и 40 градусов С на холодной, то это рабочая и остывающая.Конечно, температура обеих сторон выше комнатной, но это не имеет значения. ТЕС создают разницу температур только между своей горячей и холодной стороной. Им все равно, какая температура в комнате, или что вы думаете, жарко и холодно. Учитывая, что эти ТЕС генерируют более 100 Вт каждый из отходов тепла, и после того, как вы добавите радиаторы и вентиляторы на холодную сторону, что значительно увеличит мощность, которую они отводят с холодной стороны, каждый ТЕС теряет 120-150 Вт на своей стороне. горячая сторона.

Давайте будем очень щедры и предположим, что у вас просто потрясающие радиаторы и охлаждение с горячей стороны.Эти штуки припаяны с помощью низкотемпературного припоя висмут-олово непосредственно к массиву тепловых трубок, которые, на правом конце, припаяны к массивному радиатору, полностью сплошному медному, со 140-миллиметровым вентилятором, работающим как реактивный двигатель, буквально истощающим ватты. воздух. Охлаждение настолько фантастическое, что общее тепловое сопротивление горячей боковой пластины окружающей среде составляет всего 0,3 ° C / Вт. Это чуть ли не вдвое лучше, чем у кулеров радиатора с тепловыми трубками ЦП с 14 ядрами Xeon мощностью 140 Вт. И, благодаря вентиляторам и радиаторам на прохладной стороне внутри чемодана, вы сделали так, что ТЕС могут потреблять довольно много ватт.Максимум, на который способны ваши конкретные модули, составляет 75 Вт. Давайте будем консервативными и скажем, что радиаторы с прохладной стороны маленькие, вентиляторы медленные, а термоинтерфейс плохой, и каждый из них может передавать только 30 Вт тепла каждый.

Предполагая, что вы используете их на полном наклоне при 6А и перемещаете 30 Вт, вы будете генерировать 104 Вт отработанного тепла и дополнительно 30 Вт от тепла, которое фактически перемещается. Это, кстати, удивительно — ТЕС обычно способны перемещать только 1 Вт тепла на каждые 5 Вт выделяемого тепла.

В любом случае, при подаче 30 Вт в таблице данных указано, что они будут обеспечивать разницу температур примерно в 35-37 градусов C. А поскольку охлаждение горячей стороны просто потрясающее, и он может значительно охладить 14-ядерный монстр Xeon, чем поставляемые Intel радиаторы. с такими процессорами, 134 Вт тепла, отводимого ТЕС со своей горячей стороны, повысит его температуру только на 40 ° C.

Не до 40 ° C. На 40 ° C. Если температура в помещении составляет 34,9 ° C, тогда ваше лучшее в своем классе охлаждение горячей стороны (впечатляюще) способно поддерживать горячую сторону элемента Пельтье на уровне около 75 ° C.Это означает, что температура на холодной стороне ваших ТИК будет 38 ° C, при условии, что разница температур 37 ° C. Эти TEC работают отлично и охлаждают очень хорошие 30 Вт (10-20 Вт — гораздо более реалистичная цифра, 30 Вт — это, по сути, желаемое за действительное). Конечно, обе стороны все еще теплее комнатной, но чего вы ожидали? Вы вкладываете в него 100 Вт. Конечно, температура выше комнатной. Благодаря тому, что TEC выполняет свою работу, и делает это очень хорошо, одна сторона всего лишь на , немного выше комнатной температуры.

Итак, исходя из того, что вы сказали, похоже, что ваши ТИК работают отлично. Единственная реальная проблема, к сожалению, — это ваши ожидания. В ТИК нет ничего плохого.

Если вы действительно хотите охладить что-то ниже комнатной температуры, это также означает, что горячая сторона должна быть близка к комнатной. Вы делаете это, ограничивая количество тепла, которое вы фактически перекачиваете с помощью каждого TEC, запускаете их на долю от их номинальной мощности и получаете максимально смехотворно высокое охлаждение горячей стороны, насколько это возможно.Самый простой способ сделать это — просто уменьшить количество рассеиваемой мощности. Ваше охлаждение достаточно для их непрерывной работы, но только в том случае, если они должны отводить гораздо меньше тепла.

Однако было перемещено так мало тепла, что разница температур стала слишком большой, и они начали конденсировать влагу из воздуха. Конденсация влаги из воздуха происходит не просто как побочный эффект — для получения фазового перехода в материале требуется преодоление его скрытой теплоты .Это то же самое, что поддерживает температуру в кастрюле с кипящей водой. Вся тепловая энергия идет на превращение воды в пар, и никакая из них не идет на ее нагревание больше.

Если ваши ТЕС конденсируют воду, то вся мощность, которую они выкачивают, используется для превращения водяного пара в жидкую воду, и ни одна из них не пойдет на охлаждение влажного воздуха. Вы хотите, чтобы холодная сторона ТИКов не становилась ниже точки росы, или сделать чемодан воздухонепроницаемым (что в любом случае должно быть, если вы ожидаете, что внутренняя часть будет оставаться прохладной), чтобы ТЕС могли полностью осушать воздух внутри чемодан, после чего они, наконец, начнут охлаждать воздух.

Попробуйте снизить мощность и используйте алюминиевые пластины с холодной стороны, а не радиаторы и вентиляторы. Вам нужен теплораспределитель на холодной стороне, просто что-то для увеличения площади поверхности и некоторой тепловой массы. С радиаторами и вентиляторами количество перемещаемого тепла настолько велико, что эффективность упала до такой степени, что ТЕС в основном просто охлаждают свое собственное тепло и мало что еще.

И, конечно же, возьмите любую стратегию охлаждения, которая является горячей стороной, сделайте ее вдвое лучше, сократив вдвое свои ожидания в отношении производительности, и тогда, я думаю, вы наконец добьетесь желаемых результатов.

Самодельный суперкулер своими руками — RMCybernetics

Целью этого проекта было создание простого устройства, способного сохранять компоненты как можно более прохладными, используя общие детали и материалы. Показанное здесь устройство способно поддерживать температуру приблизительно -50 ° C.

На изображении слева показана открытая поверхность теплового насоса Пельтье, который обычно находится под хорошо изолированной защитной оболочкой с металлическим основанием.

Некоторые тепловые насосы Пельтье установлены на большом радиаторе (с вентилятором) и окружены изоляционным материалом, за исключением холодной поверхности.Используя термоэлектрический эффект элементов Пельтье, тепло может быстро отводиться от этой поверхности, но только до тех пор, пока радиатор может рассеиваться в окружающем воздухе. Большой радиатор и вентилятор можно найти в компьютерных магазинах, поскольку они необходимы для охлаждения процессора вашего компьютера.

Простое приклеивание компонента к поверхности теплового насоса обеспечит достаточно эффективное охлаждение, но только при наличии большой площади соприкасающейся поверхности. Для компонентов более округлой или неровной формы, таких как лазерные диоды, можно использовать очень холодную жидкость для окружения устройства.Эта жидкость должна выдерживать очень низкие температуры без замерзания и быть очень летучей (легко испаряется). Что-то вроде жидкого азота или гелия было бы замечательно, но это не то, что вы можете просто купить в местном хозяйственном магазине. В этом проекте используется «Морозильный спрей», который обычно можно найти в магазинах, торгующих сантехническими принадлежностями. Этот спрей быстро испаряется при контакте с объектами комнатной температуры, отводящими от него тепло. Медленно распыляя Freezer Spray в небольшой контейнер, такой как крышка, можно собрать его как жидкость.Жидкость можно налить в небольшой металлический контейнер, который стоит на поверхности холодного теплового насоса. Этот металлический контейнер также окружен изоляционным материалом, например полистиролом.

Когда тепловые насосы и вентилятор работают, должна быть возможность предотвратить испарение жидкости, позволяя погружать компоненты в воду для охлаждения.

Для большинства тепловых насосов / термоэлектрических модулей Пельтье требуется нестандартное напряжение постоянного тока (например, 8,4). Хотя такое устройство будет нормально работать при более низком напряжении, вы не сможете получить весь охлаждающий потенциал элемента Пельтье.Хорошим способом питания этих устройств является использование широтно-импульсной модуляции, чтобы вы могли точно регулировать среднюю мощность, протекающую через устройство. Наш модулятор импульсов мощности является идеальным источником питания для модулей Пельтье.

Доступные детали: тепловые насосы, тепловая смесь, схемы управления питанием, БП, радиаторы

Как сделать настольный кулер Пельтье | Custom

Кондиционирование воздуха и охлаждение — распространенные методы охлаждения помещения по сравнению с окружающей средой.Эти два набора технологий обычно используют жидкую или газообразную среду для приема тепла из охлаждаемой области и используют вентиляторы для его отвода.

Несмотря на то, что эти машины эффективны, для правильной работы требуются компрессоры, насосы и многие другие устройства, что делает их тяжелыми и громоздкими. Что, если вместо охлаждения всего здания или даже пачки газированных напитков мы захотим охладить один стакан апельсинового сока? Для этого нам понадобится еще одна технология охлаждения — термоэлектрический модуль.

Что такое термоэлектрический эффект?

Короче говоря, термоэлектрический эффект — это прямое преобразование тепла в электричество и наоборот.Его можно разделить на эффект Зеебека, эффект Пельтье и эффект Томсона.

Эффект Зеебека — это преобразование разности температур в электричество, а эффект Пельтье — преобразование электричества в разность температур. Эти эффекты можно испытать только с термоэлектрическими модулями. Эти твердотельные тепловые насосы перемещают тепло от одной стороны к другой после подачи напряжения или вырабатывают электричество, если одна сторона холодная, а другая горячая.

Эффект Томсона используется для точных вычислений двух других эффектов для различных материалов.

Теперь, когда вы знаете о термоэлектрическом эффекте, мы можем сосредоточиться на модулях Пельтье, которые мы и будем использовать в этом проекте.

Что такое модуль Пельтье?

Охладители Пельтье — это термоэлектрические модули, предназначенные для использования эффекта Пельтье на стыке полупроводников с примесью азота и фосфора. Обычно они более эффективны в качестве охлаждающих или нагревательных устройств (эффект Пельтье), чем в качестве генераторов (эффект Зеебека).

Мы будем работать с модулем TEC1-12706, одноступенчатым 6-амперным кулером типоразмера C (стандарт) с 127 парами PN.

Создание стойки для охлаждения напитков

Теперь, когда мы знаем, как она работает, мы можем перейти к ее использованию в нашем проекте. Прежде всего, взглянем на наши материалы. В дополнение к нашему модулю Пельтье TEC1-12706 нам потребуются:

  • Термопрокладки или паста
  • Алюминиевые радиаторы 40 см x 40 см x 11 мм (4)
  • USB-шнур с удаленным выходным разъемом

Постройте подставку для Пельтье, чтобы сохранить Ваш кофе теплый или холодный

В 1798 году Жану Шарлю Атанасу Пельтье было всего 13 лет, и, хотя он происходил из малообразованной семьи в сельской местности Франции, люди уже начали замечать интеллектуальные таланты юноши.

Помимо того, что он был заядлым читателем практически любой книги, которую он мог достать, Пельтье проявил способность устанавливать часы. Его семья была слишком бедной, чтобы продолжить его общее образование, поэтому отец отдал его в ученики часовщику. Молодой Пельтье находил своего хозяина, месье Брауна, крайне неприятным и чрезвычайно властным человеком. Браун запретил Пельтье заниматься чем-либо, кроме часового дела. Но по ночам Пельтье тайком читал при свечах. Так было до тех пор, пока Браун не обнаружил его и не убрал все свечи из своей комнаты.Даже тогда Пельтье пытался читать в своем окне при свете полной луны. Снова Браун нашел его и остановил его,
, даже в этом. Это была последняя капля: «Да хватит!» Пельтье заплакал и убежал в Париж.

Жизнь в Париже была лучше. Он нашел работу, пожалуй, у самого уважаемого часовщика во всей Франции: Авраама Луи Бреке. Пельтье стабильно работал на Бреке до 1815 года, когда он получил значительное наследство от матери своей жены. Эта финансовая свобода дала ему возможность выйти за рамки часового дела.Впервые в жизни Пельтье смог посвятить себя тому, что любил больше всего: учебе. Он читал все, что попадалось ему в руки: беллетристику Вольтера, философию Руссо, но больше всего книги по науке.

С каждой прочитанной книгой Пельтье становилось все более любопытным. Вскоре он отказался от чтения и начал проводить эксперименты. Немногие ученые с таким энтузиазмом занимались столькими разными областями. Он препарировал животных, наблюдал за ночным небом, исследовал химические процессы и предсказывал погоду, среди множества других занятий.Но больше всего его помнят сегодня за его эксперименты с электричеством.

В 1834 году Пельтье обнаружил, что когда он заставлял электрический ток течь по цепи, состоящей из двух разных проводников, в местах соединения разнородных проводов происходило нечто замечательное. В зависимости от направления тока один спай становился горячим, а другой — холодным. Чем больше подавалось напряжение, тем горячее и холоднее становилось.

Это явление теперь известно как эффект Пельтье и является ключевой идеей при разработке многих прецизионных инструментов, спутников, тепловых насосов, осушителей и даже холодильников для вина.

Научные принципы, лежащие в основе эффекта Пельтье, сложны, но в двух словах они работают следующим образом: для заданного напряжения количество энергии, которым обладают электроны при прохождении через проводящие провода, различается в зависимости от материала электрического проводника. В электрических соединениях между различными типами проводников плавный поток электронов прерывается, вызывая эквивалент электронной пробки. С одной стороны, электроны отводят избыточную энергию в окружающую среду, чтобы они могли войти в новый проводник.Здесь становится жарко. На другом стыке электроны делают противоположное: вынуждены поглощать энергию из своего окружения, они делают эту сторону холодной.

Вскоре инженеры и ученые выяснили, что эта сверхпростая схема (всего лишь пара соединенных вместе проводов разных типов и батарея) имеет множество интересных применений. Имея только источник напряжения и два типа проводов, можно создать электрическое устройство, которое нагревает и охлаждает без движущихся частей.

В этом выпуске журнала Remaking History мы воспользуемся термоэлектрическим принципом мсье Пельтье, чтобы сконструировать настольную подставку для напитков, которая может нагревать и охлаждать чашку — по вашему выбору — одним щелчком переключателя.

МАТЕРИАЛЫ

  • Трансформатор настенный, 12В 1.5А
  • Болты, ¼ ”× 2½”, с полной резьбой (4) с гайками
  • Шайбы, внутренний диаметр ¼ ”(12)
  • Вентилятор охлаждения, 12В, квадрат 50мм
  • Радиатор с алюминиевыми оребрениями, примерно 70 мм × 70 мм × 25 мм Скорее всего, вы не найдете точно такого размера, но все, что близко к нему, подойдет.
  • Алюминиевые полосы, толщиной 1¼ ”× ½” × 0,019 ″ (4) Вы можете купить алюминиевый лист в строительном магазине и разрезать его до нужного размера ножницами для жести.Для безопасности закруглите и подпилите все края.
  • Двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT), также известный как переключатель «вкл-выкл-вкл»
  • Проектная коробка, примерно 1½ «× 2» × 2½ «
  • Монтажный провод, изолированный 22 калибра, красный и черный (по 2 фута каждого)
  • Термоэлектрические модули Пельтье, 40 мм × 40 мм, 12 В, 6 А (2) В модулях Пельтье используется эффект Пельтье для нагрева и охлаждения. Они сделаны из двух керамических пластин, размещенных на противоположных сторонах массива полупроводников.
  • Термоклей в тюбике

ИНСТРУМЕНТЫ

  • Сверло с долотами 5/16 ″ и ½ дюйма
  • Кусачки / устройства для снятия изоляции
  • Маленькие разводные гаечные ключи (2) и / или отвертку в соответствии с головками болтов
  • Ножницы для жести
  • Файл

Все последующие шаги см. На схеме сборки.

1. Используя отверстия на корпусе вентилятора в качестве шаблона, отметьте места для сверления отверстий на плоской стороне алюминиевого радиатора. Просверлите отверстия диаметром 5/16 ″ в корпусе радиатора, как показано.

2. Согните алюминиевые полосы в L-образные формы и просверлите отверстие 5/16 ″ в каждой. Вам нужно будет сформировать L на основе вашей конкретной чашки для напитка. Смотрите выше, как они будут размещены на верхней части устройства.

3. Соберите L-образные алюминиевые полосы, радиатор и охлаждающий вентилятор в единый узел с помощью болтов ¼ ”, как показано, с помощью двух небольших разводных гаечных ключей или отвертки.Поместите шайбы между головкой болта и полосами, вентилятором и радиатором, а также вентилятором и гайкой.

4. Просверлите отверстие под шток переключателя DPDT в центре коробки для проекта. Обычно это ½ дюйма в диаметре, но для уверенности измерьте шток переключателя. Просверлите аналогичное отверстие в противоположной стене проектной коробки, чтобы пропустить провода, как показано.

5. Подключите каждый модуль Пельтье к 12-вольтному настенному трансформатору и отметьте, какая сторона блока нагревается, а какая холодная.

6. Используйте термоклей, чтобы приклеить модули Пельтье друг к другу горячей стороной вниз к плоской стороне радиатора, как показано на рисунке B. Двойное соединение модулей обеспечивает больший эффект нагрева и охлаждения, чем одиночный модуль.

7. Используйте кусачки и инструмент для зачистки проводов, чтобы подключить устройство, как показано на электрической схеме ниже, чтобы подставка имела три положения. Когда переключатель находится в верхнем положении, охлаждаемые стороны блоков Пельтье находятся сверху. Когда переключатель находится в нижнем положении, блоки Пельтье будут иметь теплые стороны вверх.Когда переключатель находится в среднем положении, устройство выключено.

На изображении ниже показано, как выполняются «перекрестные» подключения проводов между клеммами на переключателе DPDT.

Закройте коробку проекта. Ваша подставка для Пельтье готова.

ВПЕРЕДИ — БЫТЬ ГОРЯЧИМ И ХОЛОДНЫМ

Чтобы использовать подставку Peltier Coaster, подключите настенный трансформатор к розетке и переведите переключатель в верхнее положение. Держите руку возле верхней поверхности модуля Пельтье, чтобы определить, не становится ли он холодным.Переведите переключатель в нижнее положение, чтобы убедиться, что он нагревается.

Если подставка не нагревается или не охлаждается, проверьте соединения и убедитесь, что устройство подключено правильно.

Металлические чашки лучше всего подходят для подставки Пельтье (рисунок). Наслаждайтесь теплым или холодным напитком!


Удивительный генератор Зеебека

Эффект Зеебека — это обратный эффект Пельтье: получить мощность 5 В от пламени свечи.Классика из Make: Volume 15.

Камера Вильсона с охлаждением Пельтье

Atomic Punk — постройте камеру Вильсона своими руками, чтобы сделать видимыми радиоактивные частицы и гамма-лучи.

Охлажденный напиток для напитков

Пельтье + помпа = охладите и раздайте ваш любимый напиток, температура регулируется безделушкой Adafruit.

Мини-холодильник с модулями Пельтье | Охладитель Пельтье

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

Это руководство по разработке небольшого твердотельного кулера основано на широко распространенном чипе Пельтье.Чип Пельтье — это термоэлемент, который использует эффект Пельтье для реализации теплового насоса. В нем две тарелки, одна холодная, а другая горячая. Между пластинами соединены несколько термопар. При подаче надлежащего напряжения 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. Его также часто называют микросхемой термоэлектрического охладителя (TEC).Короче говоря, при приложении постоянного тока (DC) к микросхеме TEC возникает разница температур между передней и задней частью устройства (эффект Пельтье), и в результате вы получаете горячую и холодную поверхность. TEC1-12706 — это обычный термоэлектрический охлаждающий чип, доступный у большинства трейдеров eBay.

В TEC1-12706 буква C после TE указывает «стандартный размер», а 1 означает «одноступенчатое» TEC. Затем следует тире. Первые три цифры после тире указывают количество термопар внутри ТЭО.Здесь 127 пар. Следующие две цифры обозначают номинальный рабочий ток для Пельтье. Итак, 06 означает «6 ампер».

Охладитель Пельтье

Охладитель Пельтье — это охлаждающий двигатель, содержащий элемент Пельтье (микросхему ТЕС). Когда через микросхему ТЕС пропускается постоянный ток, низкотемпературная сторона поглощает тепло, а высокотемпературная сторона излучает тепло, создавая разницу температур на двух поверхностях. Однако, поскольку излучаемое тепло больше реагирует на количество электричества, вводимого в модуль, чем поглощаемое тепло, если постоянный ток постоянно пропускается через чип, выделяемое тепло превышает поглощенное тепло, и обе стороны блока становятся горячими.Из-за этого крайне важно подключить микросхему TEC к радиатору, например, к алюминиевым ребрам, чтобы эффективно рассеивать излучаемое тепло.

Короче говоря, когда на микросхему ТЕС подается постоянное напряжение, положительные и отрицательные носители заряда в матрице гранул поглощают тепловую энергию от одной поверхности подложки и передают ее подложке на противоположной стороне. Поверхность, на которой поглощается тепловая энергия, становится холодной, а противоположная поверхность, на которой выделяется тепловая энергия, становится горячей!

Охладитель Пельтье также включает в себя мощную комбинацию радиатора и вентилятора для охлаждения микросхемы TEC.В таблице ниже представлены характеристики микросхемы термоэлектрического охладителя TEC1-12706. Вы можете купить радиатор процессора и вентилятор с почти такими же характеристиками, что и вентилятор процессора для процессоров AMD: 80,6 × 80,6 × 69,4 мм3 с радиатором с алюминиевыми ребрами. 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 продавцов на eBay и / или Amazon (см. Рис. 1).

Рис.1: Ключевые компоненты для самодельного охладителя Пельтье

. Микросхема TEC и базовый тест

.

Перед тем, как начать реальное строительство с микросхемой ТЕС, проверьте ее на предмет надлежащего рабочего состояния.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 в течение 10–30 секунд. После этого вы можете проверить микросхему TEC с помощью кончика пальца или цифрового термометра, чтобы убедиться, что одна сторона микросхемы горячая, а другая холодная. Просто отметьте горячую и холодную стороны чипа TEC (например, буквами H и C) с помощью любого перманентного маркера.

Рис. 2: Тестирование микросхемы TEC

Включение питания

Двигатель охладителя в сборе (микросхема термоэлектрического охладителя, радиатор и вентилятор охлаждения, все в сборе) может питаться от блока / модуля импульсного источника питания (SMPS) 12 В, 6 А +, как показано на рис.3. Или попробуйте аккумулятор SMF 12 В / 7 Ач. Если все в порядке, через несколько секунд на пластине появятся следы инея.

Рис. 3: 6A-8A, импульсный источник питания 12 В

Обратите внимание, что основная функция микросхемы Пельтье — охлаждение, а микросхемы Пельтье имеют разные номинальные мощности, соответствующие тому, насколько быстро холодная сторона может охладить объект. Другой обычно указываемый коэффициент — это дельта-Т (dT), которая представляет собой максимальную разницу между температурами с обеих сторон.

Кроме того, чипы Пельтье не работают в соответствии со спецификациями, за исключением случаев, когда есть что-то, что помогает отводить тепло с горячей стороны.Вот почему нужен мощный радиатор. Это окружающий воздух с его температурой, в которой рассеивается тепло.

Итак, собранный и протестированный двигатель кулера теперь можно использовать для создания собственного мини-холодильника, кулера или миниатюрного кондиционера. Мы надеемся, что поиск в Google даст вам интересные идеи по этому поводу.

Контроллеры / драйверы TEC

Иногда требуется специальный контроллер / драйвер ТЕС. Конечно, существует множество устройств для продвинутых приложений.На eBay вы можете найти несколько устройств, которые подойдут для этой работы. На рис. 4 показано такое многофункциональное устройство, неожиданно имеющее один канал обратной связи для приема входных сигналов от термистора NTC для стабилизации температуры.

Рис. 4: Контроллер Пельтье sPLC-10

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

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

Коэффициент полезного действия

Важным показателем при выборе элемента Пельтье является коэффициент полезного действия (COP). COP определяется как количество тепла, поглощаемое на холодной стороне, деленное на входную мощность элемента Пельтье. Результатом максимального COP является минимальная входная мощность Пельтье. Таким образом, радиатор должен рассеивать минимальное общее количество тепла. Более низкая температура радиатора приводит к более низкому dT. Таким образом, можно использовать радиаторы меньшего размера, что обеспечивает более компактную конструкцию.С другой стороны, при оптимизации затрат следует использовать конструкцию с более низким КПД.

DC или PWM?

Существует два режима питания / контроллера для термоэлектрических охладителей, работающих на эффекте Пельтье: постоянный ток и ШИМ. Хотя во многих ситуациях ШИМ используется для управления элементами Пельтье, большинство производителей элементов Пельтье предлагают режим постоянного тока и прямо не рекомендуют прямое ШИМ-управление элементами Пельтье.

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

Некоторые эксперты рекомендуют использовать ШИМ с L-C фильтром, чтобы получить чистый ток возбуждения на более высоких частотах, в то время как другие предпочитают сравнительно простой режим постоянного тока. В любом случае, согласно документации, для достижения хорошей стабильности важно, чтобы ток возбуждения был постоянным и плавным с очень низкой пульсацией и шумом. Волны снижают охлаждающую способность элемента Пельтье.

Линейный или ИИП?

Существует два популярных решения для создания необходимого постоянного тока для управления элементами Пельтье — линейное и SMPS.Поскольку элементы Пельтье / линейные блоки питания питаются постоянным током, линейные блоки питания будут работать оптимально, но они имеют низкий КПД. С другой стороны, блоки SMPS имеют высокий КПД (> 90%), поскольку их электронная конструкция приводит к меньшим потерям. По этой причине не рекомендуется использовать линейные источники питания для управления элементами Пельтье.

Примечание автора

В этой статье рассказывается об основах и некоторых идеях, которые помогут стимулировать воображение и творческие способности.Читатели могут приобрести большинство ключевых компонентов на eBay.in, а модуль XK2412DC SMPS и контроллер Пельтье SPLC-10 — на зарубежных рынках.


Эта статья была впервые опубликована 7 апреля 2018 г. и обновлена ​​17 января 2020 г.

Как разработать модульную систему Пельтье

Модули Пельтье

, также называемые термоэлектрическими модулями, часто являются основой эффективного решения по управлению температурным режимом, когда необходимо точно контролировать температуру объекта.Хотя они могут использоваться как для нагрева, так и для охлаждения объектов, чаще всего модули Пельтье используются для охлаждения объектов до температуры ниже окружающей. Поскольку они обычно предлагаются как компонент, а не как полная система, потребуются некоторые проектные работы для правильной интеграции и управления модулем. Конструкция тепловой системы Пельтье несложна, но базовое понимание характеристик термоэлектрического модуля полезно для обеспечения успешного применения. Для простоты этого обсуждения будет сделано предположение, что модуль Пельтье охлаждает интересующий объект.Однако следует отметить, что конструктивные соображения для нагрева объекта идентичны, за исключением того факта, что полярность напряжения и тока, питающих устройство Пельтье, меняется на противоположную (направление теплового потока через модуль также меняется на обратное).

Модульные системы Пельтье

На схеме ниже показаны основные подсистемы, необходимые, когда модуль Пельтье используется для управления температурой объекта. Модуль Пельтье является ключевым элементом в системе, но другие элементы также необходимы.Термоэлектрический модуль будет передавать тепло от охлаждаемого объекта, в то время как радиатор необходим для рассеивания как тепла, передаваемого через модуль Пельтье, так и тепла, генерируемого источником электроэнергии. Источник питания обеспечивает ток, необходимый для работы устройства Пельтье, а внешний контур обратной связи, связанный с тепловизором, позволяет системе точно контролировать температуру охлаждаемого объекта.

Типовая конструкция системы модуля Пельтье

Критерии первоначального выбора модуля Пельтье

Модули Пельтье

обычно выбираются в зависимости от тепловых требований приложения.Отсюда можно определить требуемый ток и соответствующее напряжение привода. Наиболее важными тепловыми условиями являются тепло, передаваемое через модуль, максимальная температура модуля Пельтье и максимальная температура горячей стороны модуля. Производители элементов Пельтье обычно предлагают ряд термоэлектрических модулей, которые будут обслуживать определенный набор тепловых условий и обеспечивать диапазон рабочих значений тока и напряжения питания. Для более подробного обсуждения выбора устройства Пельтье, пожалуйста, прочтите нашу запись в блоге «Как выбрать модуль Пельтье».

Питание модуля Пельтье

Модули Пельтье

легче всего охарактеризовать по их текущему потреблению. Уровень тока, необходимый для применения, определяется путем оценки характеристических кривых выбранного устройства Пельтье. Основными параметрами, влияющими на требуемый ток, являются передаваемая тепловая мощность, поддерживаемая температура и рабочая температура модуля. Хотя характеристики модуля Пельтье определяются током, управляемый источник напряжения может использоваться для питания устройства и обеспечения желаемого рабочего тока.Приложенное напряжение, необходимое для подачи желаемого тока, можно определить, просмотрев технические характеристики выбранного термоэлектрического модуля (см. Пример).

Управление напряжением, подаваемым на модуль Пельтье

В некоторых приложениях предполагается использовать модуль Пельтье таким образом, чтобы непрерывно доставлялось максимальное количество охлаждения. В этих случаях на устройство Пельтье подается постоянное напряжение, и результирующий ток нагрузки и охлаждение могут быть определены на основе графиков характеристик в таблицах данных.

Модульная конструкция системы Пельтье с постоянным напряжением

Однако в других приложениях модули Пельтье реализуются для поддержания объекта при контролируемой температуре. В этих конструкциях используется термодатчик, такой как термопара, твердотельный датчик температуры или инфракрасный датчик, для контроля температуры объекта. Данные о температуре передаются обратно в источник питания через контур терморегулирования для регулировки напряжения (или тока), подаваемого на модуль Пельтье. Распространенным методом управления напряжением, подаваемым на термоэлектрический модуль, является включение каскада широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на выходе стандартного источника питания.Внешний каскад ШИМ необходим, потому что многие источники питания не имеют возможности легко регулировать выходное напряжение в широком диапазоне. Выходное напряжение каскада ШИМ также должно быть отфильтровано, чтобы оно показывало пульсации менее 5%. Более высокие пульсации напряжения не повредят модуль Пельтье, но уменьшат его коэффициент полезного действия (COP) и могут вызвать проблемы с электрическими шумами в охлаждаемом объекте. Конструкция контура терморегулирования может быть реализована во многих формах из-за малой требуемой полосы пропускания контура.Кроме того, полярность регулируемого напряжения или тока должна быть обратимой, если система контроля температуры будет необходима как для охлаждения, так и для нагрева объекта.

Проектирование системы модуля Пельтье со стадией ШИМ

Учет всех источников тепла

Устройства Пельтье передают тепло через модуль при подаче электроэнергии. В дополнение к передаваемому теплу термоэлектрические модули выделяют дополнительное тепло во время работы из-за подаваемой электроэнергии.Тепловое решение для системы Пельтье должно рассеивать как тепло, передаваемое через модуль Пельтье, так и собственное генерируемое тепло. В системах, работающих с низким КПД, количество тепла, генерируемого электрической работой устройства Пельтье, будет значительно больше, чем его теплопередача. Комбинация температуры окружающей среды и эффективности решения радиатора будет определять максимальную рабочую температуру модуля Пельтье и производительность системы.

Типичный тепловой поток через модуль Пельтье

Резюме

Системы

, использующие модули Пельтье, могут быть чрезвычайно эффективным методом контроля температуры объекта. Эти системы имеют преимущества по сравнению с традиционными конфигурациями управления температурой на основе компрессоров и диссипативных нагревателей в том, что они могут работать в любой ориентации и часто меньше, легче и более энергоэффективны, но при этом обладают меньшим электрическим и акустическим шумом. Стандартные компоненты также могут использоваться почти для всех подсистем, необходимых для настройки приложения модуля Пельтье.Это делает модули Пельтье интересным вариантом, когда речь идет о конструкции терморегулятора вашего следующего проекта.

Дополнительные ресурсы


У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу cuiinsights @ cuidevices.ком

Термоэлектрический генератор

: как построить один

Термоэлектрический генератор

— это полупроводниковое устройство, которое преобразует разницу тепла между двумя слоями в электричество.

Он принадлежит к классу материалов, называемых «термоэлектриками», и является одной из самых больших надежд автомобильной промышленности в отношении экономии, получаемой от двигателя внутреннего сгорания. Его также называют «генератором Пельтье».”

С генератором Пельтье автомобиль может эффективно снизить расход топлива за счет рекуперации части энергии, которую двигатель теряет в виде тепла, и передачи ее аккумулятору, тем самым помогая приводить в действие электронику автомобиля и даже кондиционер. В случае гибридных автомобилей термоэлектрический генератор также может преобразовывать тепло в движение.

Вот как вы можете самостоятельно разработать термоэлектрический генератор Пельтье в домашних условиях:

1. Берем два радиатора

Они должны быть достаточно большими для ваших нужд и смочить их термопастой в том месте, где блок Пельтье застрянет (вы можете найти его в любом IT-магазине / RadioShack).

2. Изготовить теплоизолятор

Это необходимо для разделения двух радиаторов. Это может быть что угодно, если только оно соответствует максимальной температуре вашего приложения (не плавится). Изолятор не должен быть толще блока Пельтье, который вы устанавливаете между радиаторами. Вырежьте отверстие по размеру и форме элемента Пельтье, чтобы оно идеально входило в изолятор. Также освободите место для двух проводов.

3. Собрать генератор

Соедините два радиатора, изолятор с элементом Пельтье и установите источник тепла на один из радиаторов.Чем дольше вы ждете, тем выше напряжение и ток (мощность), которые вы получаете от устройства Пельтье.

Конечно, у всего есть свои ограничения, но с блоком размером с тот, который показан в следующем видео, вы легко сможете управлять небольшими гаджетами, которые есть у вас дома. Более крупный термоэлектрический генератор послужит более высоким целям.

Посмотрите видео и сделайте то же самое! Удачи!

(Посещали 17210 раз, сегодня 2 раза)

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *