Эффект пельтье в холодильниках что это такое
Редакция сайта iXBT.com обращается к вам с просьбой отключить блокировку рекламы на нашем сайте.
Дело в том, что деньги, которые мы получаем от показа рекламных баннеров, позволяют нам писать статьи и новости, проводить тестирования, разрабатывать методики, закупать специализированное оборудование и поддерживать в рабочем состоянии серверы, чтобы форум и другие проекты работали быстро и без сбоев.
Мы никогда не размещали навязчивую рекламу и не просили вас кликать по баннерам. Вашей посильной помощью сайту может быть отсутствие блокировки рекламы.
masterok
Речь пойдет об элементах Пельтье, устройствах, которые при определенных условиях могут достаточно сильно нагреваться и охлаждаться. Повышение температуры настолько сильное, что человек способен обжечь палец простым прикосновением. При охлаждении же элемент становится ледяным.
Выглядят данные устройства как небольшие квадраты с двумя проводками. Их можно спаивать друг с другом, получая комбинации. С помощью подобных комбинаций создаются даже компактные охладительные и нагревательные машины.
Перед вами элемент Пельтье. Стандартный размер приблизительно 40×40 миллиметров. Для того, чтобы объяснить, как он работает, обозначим верхнюю поверхность квадрата стороной А, а нижнюю — стороной Б.
Через элемент протекает электрический ток с напряжением около 12-16 вольт.
В первом случае ток протекает через устройство от красного провода с черному. Температура стороны А повышается, а стороны Б понижается.
Во втором случае все меняется с точностью до наоборот. Ток идет по черному проводу к красному: сторона А становится холодной, а Б горячей.
Ток — это направленное движение заряженных частиц. При изменении направления движения этих частиц (тока), холодная и горячая стороны элемента меняются местами. Данный феномен получил называние эффект Пельтье.
Температура горячей стороны приблизительно +80 градусов Цельсия, но в определенных моделях она может доходить до +150. Измерив температуру на холодной стороне, мы получим что-то в диапазоне от -9 до -20 градусов.
Еще более занимательно то, что эффект Пельтье обратим. Если одновременно начать охлаждать одну сторону квадрата и нагревать другую, то по проводам потечет ток.
Мы рассмотрели процесс на бумаге или в вакууме. Теперь поговорим о его применении на практике.
Колебания температуры от +80 до -7 огромны для квадратика 40×40 миллиметров. Если вовремя не отвести тепло, то устройство перегорит и выйдет из строя за несколько десятков секунд.
Поэтому, обычно модуль Пельтье крепится с помощью термопасты, улучшающей теплопроводность, к радиатору. Радиатором может служить обычный большой кусок металла. Сам радиатор дополнительно соединен с вентилятором, который создает воздушный поток от металла к окружающей среде. Таким образом элемент Пельтье передает тепло радиатору, а радиатор уже выбрасывает его в воздух. Другая сторона устройства при этом постоянно охлаждает. Вся система стабильна и выглядит следующим образом:
Система охдаждения с одним элементом Пельтье
На картинке самый простой пример с одним элементом Пельтье. Для того, чтобы улучшить охлаждение, можно спаять 12, 14 или 20 модулей в сеть и прикрепить их к крупному радиатору.
Также существуют устройства/переключатели, меняющие направление движения тока. При правильном подборе количества элементов Пельтье, размеров радиатора и подобных переключателей можно получить стабильную и компактную термокамеру.
Отличным примером подобной термокамеры являются небольшие холодильники для автомобилей.
Автомобильный холодильник
Холодильник подключается к разъему для прикуривателя. Напряжение от автомобильного прикуривателя составляет 12 вольт. Сверху таких холодильников есть переключение на режимы охлаждения или нагрева. Летом можно охладить напитки, а зимой взять еду в любимом ресторанчике и поддерживать ее горячей до приезда домой.
Еще все мы, наверное, видели офисные кулеры. В хороших моделях обычно можно выбирать температуру воды и даже набирать кипяток для чая или кофе. Охлаждение и нагревание воды в таких кулерах также происходит за счет применения эффекта Пельтье.
Если в детстве вы думали, что заклинания Гарри Поттера — это круто, хотели уметь также, а потом расстроились, что в реальном мире они не работают, то советую не удручаться. В реальном мире есть что-то и покруче заклинаний Гарри. Например, элементы Пельтье.
И еще немного про элементы Пельтье
Решил тут себе замутить холодильничек. В автомобиль что бы можно было поставить, да на работу взять. Можно конешно и купить, но это не интересно же. К тому же с давних времен валялись у меня элементы Пельтье. И вот читаешь интернет, и все пишут, что разница в 30'С относительно комнатной это недостижимый результат. Поэтому я прям начал задумываться о двухступенчатых системах. И начал эксперименты. Главная задача — отвести тепло от горячей стороны элемента. И я думал, что лучше кулера на тепловых трубках и быть ничего не может. И собрал следующий стенд:
Кулер неплох, три тепловых трубки, должен отводить 150 ватт тепла. Для китайского элемента tec1-12715 вроде как в самый раз. Но в комнате +25, а на радиаторе всего +12.
Поэтому эксперимент был продолжен, и я решил попробовать водянку. В интернетах пишут о её неэффективности, что мол лучше тепловых трубок ничего ещё не придумано. Но практика — критерий истины, подумал я и из подручных материалов собрал стенд №2. В него вошли:
— радиатор от печки автомобиля Газель;
— насос от аквариума;
— блок с двумя элементами TEC1-12715;
— ПВХ трубки;
— термометр;
— вентилятор 220 В, никто не мешает использовать кулеры от компа.
Собираем всё это дело, заливаем воду, в комнате +24 'С.
И меньше чем за минуту температура проседает сперва до — 15'С, потом подрастает, так как вода в системе подогревается, и всё это стабилизируется на -10'С.
Что сказать, такого я не ожидал. Дешёвый китайский водоблок играючи отводит
В этих наших интернетах умно рассуждают про водоблоки с микронасечками, дабы увеличить площадь теплоотдачи, взвешивают водоблок, что бы выяснить количество меди, а тут какой то люминиевый водоблок так себя показывает. Я потрясён, дамы и господа, я потрясён. Уже клею коробку из пенополистирола экструдированного, и скоро у меня будет портативный холодос. Ура.
42.8K постов 54.6K подписчиков
Правила сообщества
В сообществе запрещена торговля, обсуждение цен, ссылки на страницы с продажами, контакты автора в комментариях. Обязательна информация о материалах и инструментах в текстовом виде.
1. Будьте вежливы, старайтесь писать грамотно.
2. В публикациях используйте четкие и красивые фотографии.
3. Автор поста с тегом [моё] может оставить ссылку на свой профиль, группу или канал на других источниках, при условии, что ссылки (активные и не активные) не ведут на прямые продажи. Допускается не больше четырёх ссылок и только в конце поста (п. 8.5 основных правил).
-ссылки рекламного характера/спам;
-ссылки, ведущие на магазины с указанием стоимости товара/услуги;
-ссылки, ведущие на призывы, покупки, продажи, подписки, репосты, голосование и тому подобное.
(нарушение основных правил сайта, п.8.1 и п. 8.2).
При переходе по ссылке запрещено наличие активных (кликабельных) ссылок, ведущих на вышеперечисленное в п.3, содержание таких ключевых слов как «товар», «услуга», «купить», «продам», «в наличии», «под заказ» и т.п.
3.1 Размещение контактов автора (самим автором или другими пользователями) в комментариях запрещено и подлежит удалению (п. 9.1 и 9.3 основных правил).
4. Обязательным для авторов является наличие технических характеристик изделия в публикациях (материалы, техники, авторские приемы, размеры, времязатраты и прочее) в текстовом виде.
Также помечайте свою работу тегом «Рукоделие с процессом» или «Рукоделие без процесса».
5. Пост-видео, пост-фото без текстового описания переносится в общую ленту. Даже если в видео показан подробный процесс изготовления, делайте краткое описание для тех, у кого нет возможности/желания смотреть видео.
Администрация оставляет за собой право решать, насколько описание соответствует п. 5.
6. Посты с нарушениями без предупреждения переносятся в общую ленту.
За неоднократные нарушения автор получает бан.
Автор может размещать новую публикацию в сообществе, не допуская полученных ранее замечаний.
Не благодари)) Видео в трёх частях где всё подробно расписано на примере охлаждения компьютера.
А можно сделать самогонный аппарат на них? Охлаждать пары и греть куб одновременно. Стартап года
Все верно, пиздаболов в интернетах просто овер дохера, все сука умные и все советы готовы давать постоянно по любому поводу. А как только дело касаться практики так все сразу чета заткнулись.
Молодец бро, практика наше все!
"Здравствуйте, понравилось портмоне, можете поделиться выкройкой?"
Такой вопрос я довольно часто вижу в сообщения в телегу (скорее всего от самых начинающий кожеделов)
Ребят, ну нету у меня выкроек в электронном виде, скажу больше, у меня даже компьютера дома нет уже года 2.
Я не приклеиваю выкройки к коже скотчем, и не пробиваю отверстия под шов через бумагу ( хотя многие мастера в ютубе так делают, но мне это не удобно). Мои выкройки на коже выглядят примерно так:
Это тупо прямоугольники нужным мне размером.
А это детали после раскроя. Вот, видите? Без отверстий.
Вот кстати фото этих заготовок, но уже отшерфованных ( слева заготовки для одного бифолда, справа мусор)
Ещё довольно частый вопрос как я ставлю магниты. Ок, показываю и рассказываю.
Берём магнит нужным вам диаметром, и обтягиваем его тонкой кожей с помощью клея, рук и сликера ( я им формую)
Пробиваю отверстие в заготовке, приклеиваю магнит, накрываю подкладом
Прошиваю магнит по кругу
Крепление получается действительно оригинальное, которое можно использовать в кожналантереи
по всем вопросам пишите в коментариях или на мою страницу в инстаграм
Так же решил создать страничку в ВК
https://vk.com/id778607522
Сковорода в масштабе 1 к 12
Сделал эту сковороду и пользуюсь ею уже давно, но на Пикабу ещё не показывал – всё как-то повода не было.
А тут вдруг наступила Масленица – пора жарить и жечь – всё как мы любим!
В честь такого знаменательного события рассмотрим в подробностях процесс изготовления действующей модели сковороды в масштабе 1 к 12.
Для начала необходимо подготовиться — выпить пару бутылочек пива! Или, говоря другими словами — для изготовления сковороды нам понадобятся две пивные пробки…
Не забывайте, что злоупотребление алкоголем — особенно, после употребления пива — может принести вред вашему здоровью, имуществу и репутации! И не говорите потом, что мы с Минздравом вас не предупреждали!
Но рано или поздно всё хорошее заканчивается и вот вы уже снова дома сортируете пробки и обрывки воспоминаний.
Далее нам понадобится изготовить достаточно простой по своей конструкции штамп. В металлической пластине толщиной не менее 4 мм, сверлом диаметром 22 мм сверлится конусообразное отверстие.
На самом деле надо было использовать сверло диаметром 24 мм, но поскольку в наличии его не оказалось, пришлось расточить получившееся отверстие до необходимого размера круглым напильником.
В качестве пуансона для штампа используется кусок стального стержня диаметром 25 мм.
Торец стержня обрабатываем напильником. По уму, конечно, точить стержень надо токарным станком, но ввиду отсутствия станка, приходится использовать более доступные инструменты.
При помощи наждачной бумаги шлифуем рабочую поверхность штампа.
Из обрезка доски, оставшегося от изготовления ворот в масштабе 1 к 1, делаем направляющую для пуансона.
Пробку очищаем от лишней краски при помощи открытого пламени горелки газовой плиты.
Вставляем заготовку в штамп.
Ударяем по штырю молотком. Металл пробки достаточно легко деформируется, поэтому не стоит лупить со всей дури, представляя, что вы Тор — сын Одина, пожалейте соседей снизу!
Ножницами по металлу обрезаем лишнее.
Далее следует грубая обработка краёв напильником.
После чего — окончательная обработка краёв мелкозернистой наждачкой.
На фото ниже можно сравнить размеры изготавливаемой модели с оригиналом.
Вторая пробка понадобится для изготовления рукояти.
Отверстие в рукояти выполняется сверлом диаметром 1 мм.
Под заклёпки сверлятся отверстия диаметром 0,5 мм.
В качестве материала для заклёпок используется стальная легкогнущаяся проволока в прозрачной изоляции. Встречается в упаковках детских игрушек.
Чёрный цвет сковороде придаётся воронением — обмазыванием её минеральным маслом с последующим обжигом на открытом огне.
Спасибо за внимание, всем блинов и счастья!
P.S. И специально для моих 8 подписчиков: обещанные в прошлый раз миниатюрные гири для весов уже давно готовы и только лишь лень и … (придумайте мне сами какое-нибудь цензурное оправдание) не позволили до сих пор их вам показать. Скоро всё будет!
Домик, 50% сделано )
Здесь ссылка с ответами на часто задаваемые вопросы о моей технике и прочем:
Продолжение поста «Первая 3D обработка на станке 3018 pro»
Вот и видео работы станка.
Как я понял, на пикабу не любят сторонние ссылки, поэтому буду пытаться урезать свои видео под формат пикабу.
УАЗ из дерева
Оказывается всё так просто.
раз, раз и готово!
Кастом толстовки
Собственно в названии все написано))) Будем кошмарить флисовую кофтейку заказчика.
Первым делом прикинем шаблон рисунка.
Далее,после согласования деталей выводим контур. Ткань черная, поэтому берём ручку белого цвета и аккуратно выводим. Не отходя от кассы,начинаем «заливать» краской. Флис — мягкая ткань, чтобы пропитать ее пигментом нужно много слоев. Череп сразу забрасывается оттенками и деталями, чтобы к нему больше не возвращаться.
После того,как был выведен нужный оттенок белого, на крыле, можно начинать набрасывать детали.
Аналогичным образом поступаем и со второй частью рисунка.
«Финалим» работу и доводим до ума)))
Как можно заметить,рисунок в итоговом варианте, отличается от первоначального на бумаге. Дело в том,что основой для данной работы послужила фотография нашивки. А детализация там,оставляет желать лучшего. Тем не менее, заказчик доволен как и я)))
Ниже пара фотографии «на человеке», ну и меня, за работой. Спасибо что дочитали))
Хамелеон — тканый шарф из шелка с кашемиром
Когда магазин пряжи предлагает шикарный артикул в нескольких цветах, хочется взять их все и побольше.
Встречайте: Wudi от Loro Piana — 85% шелк, 15% кашемир
Нитка очень тонкая — 7000м/100г. Чтобы из нее можно было вязать, ее нужно сложить в 17-18 раз. Я буду ткать, поэтому ограничусь десятью сложениями.
Итак, в каждой бобине по 7 км пряжи, всего 42 километра, все эти километры надо разделить на 30 равных частей.
Проработав целый день мотальщицей, получила по 5 клубков каждого цвета, в 5 сложений толщина нити становится 1400м/100г.
При заправке станка через каждый слот и глазок протягиваю двойную нить, поэтому итоговая нить основы 700м/100г.
Изначально использовала бердо 40/10, но ткань оказалась слишком рыхлой, поэтому перезаправила станок с бердо 60/10.
На полях замечу, что бердо 60/10 у меня не деревянное, а полиэтиленовое сборное от Ashford. Пластик в нем мягкий, крайние ламели у каждого сегмента гнутся. Если бы все бердо было хотя бы цельнолитое, а не нарезанное на куски, пластик бы выдержал, а так — разочарование (
Простые квадраты мне показались неинтересными, поэтому они перекрывают друг друга на ширину одной нити и в основе, и в утке.
Шарф получился жизнерадостным хамелеоном — подходит к любой одежде.
Размер 173см в длину и 38см в ширину, жгуты 8см. И, разумеется, кашемир с шелком — сама нежнятина.
Свитшот "Шапки"
Охота за тканями — азартное мероприятие! На просторах интернета появилось великое множество онлайн магазинов. Представлены тысячи позиций на любой вкус и кошелёк, только успевай оформлять и оплачивать заказы.
Сегодня я расскажу о покупке стоковых тканей.
Стоковые ткани — это ткани, которые изготавливают по заказу известных брендов и остаются на текстильных фабриках, другими словами это остатки, которые бренды не выкупают.
Закупка стоковых тканей напоминает, извините за такое сравнение, собачьи бега. Представитель магазина пробегает по складам стоковых тканей, снимает, если успеет, коротенькие видео выставленных образцов, и бежит бронировать выбранные позиции. Кто первый оплатит, тому достанется приз в виде рулонов ткани.
Некоторые магазины для своих клиентов оформляют заказы стока в режиме онлайн, пока байер бегает по складу. Чаще всего покупатель не знает ни о виде, ни о составе ткани. Известна только расцветка и частично принт.
На один такой байерский забег попала и я. Байер был на стоке Monnalisa. Т.е. все ткани, которые мы видели в «короткометражках», были представлены в изделиях одноимённого магазина.
Мой выбор выпал на трикотаж «Шапки». Всё, что я знала о ткани — это принт, и то, что возможно это хлопок. Почти 1,5 месяца ожидания, скидка от розничной стоимости чуть больше 15%, и ткань у меня!
Ну что ж, действительно Monnalisa (я специально зашла в магазин сравнить качество ткани). Хлопок 70%, цвет как у оригинала, шапки-нашивки классные!
Каждая шапка нашита на верхний слой трикотажа (он двуслойный)
Долго думала над моделью, но ничего лучше тривиального свитшота (кофты, джемпера, свитера — пишу для привередливых), я не придумала. В оригинале тоже была кофта на молнии.
Фото процесса почти не делала, свитшот сшился меньше, чем за час.
И второй, для подружки, тоже сшился очень быстро.
1. Обязательно сверяйте выкроенные из ткани детали с выкройкой. Особенно, если кроите ткань в сложенном виде!
2. Формирование горловины. Так горловина имеет более аккуратный вид
3. Укрепляем плечевые швы. 100% этот джемперок перейдёт по наследству к близким людям
4. Стачиваем боковой шов. Обязательно проверяю «крестики», все швы должны чётко совпадать.
5. Два джемперочка. Фото крайне неудачное, но на нём хорошо видно разницу в моделях.
6. Фото на одной из моделей
Кстати, интересный принт либо интересный крой всегда привлекают внимание, и это гарантия, что ваш ребёнок не потеряется в людном месте, т.е. его видно издалека!
Элемент Пельтье
В настоящий момент сложно найти человека, не пользующегося теми или иными видами холодильного оборудования, будь то стационарный холодильник, имеющийся на кухне практически у каждого или же переносной вариант сумки, в которой можно безбоязненно хранить и переносить продукты без опасения их порчи. И хотя обычный холодильник и сумка, сохраняющая холод, выполняют одни и те же функции, их устройство имеет принципиальные отличия.
Обычные стационарные холодильники, широко распространенные как в квартирах, так и частных домах, имеют охлаждающую систему на основе циркуляции хладагента от испарителя к конденсатору и обратно и оснащены одним или двумя компрессорами. В отличие от стандартной конструкции, работа сумки-холодильника основывается на совершенно иных принципах, в них отсутствуют как основные элементы, так и фреон, обеспечивающий отбор тепла. В сумках-холодильниках процесс охлаждения базируется на принципе работы элемента Пельтье, который и обеспечивает требуемое охлаждение. Данный элемент возможно собрать своими руками, для чего следует более подробно остановиться на принципе его работы и основных характеристиках.
Что такое принцип Пельтье
Данный принцип был открыт почти 200 лет назад французом Жаном Пельтье, который обнаружил, что при протекании I по разнородным проводам происходит процесс выделения тепла, а при смене полярности – охлаждения, при этом наибольшее проявление подобного эффекта наблюдалось у полупроводниковых материалов. Причем тогда же была замечена обратимость процесса, при которой при возможности поддержании разных температур на проводах в месте контакта, в них фиксировалось появление электрического тока. Данный эффект также был очень важен и получил название эффекта Зеебека.
Чтобы попытаться объяснить данный эффект с точки зрения физики процесса, необходимо обратиться к классической теории электротехники и движению электротока в зависимости от разности потенциалов. При прикосновении двух разнородных проводов неизбежно возникает разность потенциалов U, создающая определенное поле. Таким образом, если по проводу пропустить I, то созданное разностью U поле будет или способствовать протеканию тока, или являться препятствием к этому.
Если полярность поля и тока противоположны, то необходимо найти дополнительную энергию, способствующую протеканию I, за счет чего контакт будет греться. Если поле и I однонаправлены, то ток поддерживается самим полем. Для этого требуется энергия, забираемая у вещества, что и вызывает охлаждение контакта. Таким образом, то количество тепла, которое выделяется или забирается при прохождении I, будет прямо пропорционально величине заряда, проходящего через место соединения проводников и рассчитывается как произведение I на время его прохождения.
Данное произведение называется коэффициентом Пельтье, величина которого зависит от материала и температур проводников, соприкасающихся между собой.
Если ранее эффект Пельтье не нашел себе широкого применения за неимением необходимых материалов, то на сегодняшний день, с учетом развития новых технологий, найдены типы проводников, которые способны обеспечить максимальный термоэлектрический эффект.
Устройство и принцип работы элемента Пельтье
Для того, чтобы получить максимальный эффект понижения температуры, применяется соединение термоэлементов в виде каскадов. Благодаря подобному устройству, на выходе стало возможным получить максимально низкую температуру и значительно увеличить саму эффективность охлаждения.
Для того, чтобы повысить холодопроводность не прибегая к значительному увеличению I, все элементы Пельтье соединяются последовательно в устройство, получившее название батареи.
Таким образом, нынешний модуль состоит из двух пластин, выполненных из керамики и играющих роль изоляторов, между которыми расположены термопары, соединенные последовательным образом.
При этом, расположение элементов в подобной батарее осуществляется следующим образом:
- Нижняя, горячая сторона.
- Верхняя, холодная сторона.
- Полупроводники, функционирующие на основе n-перехода.
- Полупроводники, функционирующие на основе p-перехода.
- Проводники из меди.
- Клеммы (контакты), служащие для присоединения к ИП (источнику питания).
Здесь p-n переходом (positive-negative) принято считать электронно-дырочный переход в месте соединения полупроводников n (носители зарядов – электроны) и p типа (дырки с положительным зарядом, возникающие в процессе отрыва электрона от атома).
При p-n возникает переход от одного вида проводимости к другому.
В зависимости от расположения, каждая из сторон (горячая или холодная) имеет контакт только с переходом p-n либо n-p. При этом осуществляются следующие функции:
- p-n – нагрев.
- n-p – охлаждение.
Благодаря переносу Q с одной стороны батареи на другую, между ними возникает дельта температур (DT). Как уже было сказано выше, если изменить полярность, то горячая и холодная поверхности просто поменяются местами.
На данном рисунке холодная сторона батареи обозначена как B (синим цветом), горячая – как А (красным цветом соответственно).
Технические характеристики элементов Пельтье
Всем термоэлектрическим модулям с элементом Пельтье присущи следующие характеристики:
- Qmax (холодопроизводительность) – представляет собой максимально допустимый I и разницу T двух сторон батареи. Единица измерения – Ватты. Принято считать, что количество тепловой Q, поступающей на холодную стороны, передается на горячую мгновенно, с нулевыми потерями.
- DTmax – максимум перепада температур между пластинами, измеряется в градусах. При этом, данный параметр учитывается при идеальных условиях работы: горячая сторона — 27C, холодная – отдача тепла равна нулю.
- Imax – максимальный I, необходимый для обеспечения DTmax, измеряется в Амперах.
- Umax – величина напряжения, которая будет иметь место при Imax и DTmax (измеряется в Вольтах).
- Resistance – внутреннее R модуля по постоянному току DC, измеряется в Омах.
- COP (Сoefficient Of Рerformance) – коэффициент, представляющий собой отношение Q охлаждения к Q, которое потребляет весь элемент и представляет собой не что иное, как КПД, при этом его величина колеблется от 0,3 до 0,5.
Каким образом маркируются элементы Пельтье
При маркировке подобных термоэлементов всегда используют стандартные обозначения, а именно:
- Две первые буквы означают непосредственно тип элемента, а именно – ТЕ – термоэлемент.
- Третья буква относится к размеру модуля и может быть выполнена в двух вариантах:
- С – classic, стандартный размер термоэлемента.
- S – small, маленький размер.
Иногда в маркировку после всех цифр добавляется значение, относящееся к размерам модуля.
Пример маркировки: ТЕС1-12706-40 (40х40 мм).
Области применения элементов Пельтье
Хотя все подобные батареи, основанные на элементах Пельтье, имеют COP, равный 0,3-0,5, что фактически соответствует его КПД, они активно применяются в измерительных системах, разного рода вычислительной технике, а также как элемент многих бытовых приборов, а именно:
- Как составляющие холодильных устройств (мобильных автохолодильниках).
- В вычислительной технике, в видеокартах.
- В бытовых кулерах для воды.
- Как генератор электроэнергии, при этом одна из сторон элемента должна принудительно нагреваться.
- Во всех видах цифровых устройств, где крайне важно качественное охлаждение (видеокамеры, микросхемы, приборы для осуществления связи).
- В системах кондиционирования.
- Для телескопической техники, которой необходимо охлаждение.
- Как составляющий элемент приборов ночного видения.
Некоторые примеры применения модулей на элементах Пельтье будут рассмотрены ниже.
Мобильные холодильные установки, автохолодильники на элементах Пельтье
Несмотря на то, что степень охлаждения, реализуемая с помощью элементов Пельтье, сильно уступает холодильникам компрессорного и абсорбционного типа, они активно применяются в качестве мобильных установок охлаждения, так как имеют следующие преимущества:
- Простота конструктивного исполнения.
- Нечувствительность к различному роду вибраций.
- Наличие только статических деталей (исключение составляет система вентиляции, обеспечивающая охлаждение радиатора).
- Бесшумность работы.
- Компактность всего холодильника.
- Отсутствие необходимости выравнивания всего устройства относительно одной, определенной поверхности.
- Длительность эксплуатации без потери всех своих основных качеств.
- Экономичность энергопотребления.
Учитывая все вышесказанное, холодильники на элементам Пельтье идеально подходят как мобильные устройства.
Использование элемента Пельтье в качестве генератора
Как уже указывалось выше, термоэлектрические батареи могут быть использованы как генераторы электроэнергии при условии, что температуру одной из сторон необходимо повышать.
Согласно эффекту Зеебека, при увеличении DT сторон модуля, будет также увеличиваться протекаемый I. Однако, максимально повышать DTmax не представляется возможным, так как слишком высокий уровень температур приведет к расплавлению припоя, что послужит причиной поломки всего устройства (стандартная максимальная температура нагрева обычных термоэлектрических модулей не превышает 150C).
Данную проблему частично можно решить при помощи тугоплавких припоев, которые допускают Т нагрева до 300C. С учетом низкого COP, подобные конструкции применимы лишь в тех случаях, когда использование более эффективных генераторов не представляется возможным, а именно как и в случае с холодильником, для мобильных устройств.
Подобные термогенераторы с мощностью от 25 до 10 Вт прекрасно подойдут жителям отдаленных мест, в длительных походах или при проведении геологоразведочных работ.
Более мощные генераторы уже используют в качестве стационарных устройств и применяют для запитки ГРУ, приборов метеостанций и подобных установок.
Термоэлектрические модули, используемые в вычислительной технике
В последнее время термоэлектрические модули стали активно применяться для охлаждения центрального процессора CPU в персональных компьютерах.
Однако, рентабельность подобного применения батарей на элементах Пельтье достаточно мала по следующим причинам:
- Так как за счет небольшого значения коэффициента COP для эффективного охлаждения требуется запитывать устройство от достаточно мощного блока питания, это экономически невыгодно.
- Процессор в компьютере греется именно в тех случаях, когда ему приходится обрабатывать большой объем информации, в случаях, когда запущены или работают одновременно несколько программ. В ситуациях, когда компьютер просто включен или, к примеру, экран находится в спящем режиме, термоэлектрический модуль способен понизить температуру процессора до точки росы, при которой в любом случае начнется выпадение конденсата. А любая повышенная влажность, как известно, крайне губительна для электроники.
Однако, при использовании гибридных систем охлаждения, при которых термоэлектрические модули работают совместно с другими видами, используемыми для понижения температуры, применение батарей на элементах Пельтье считается оправданным.
Системы кондиционирования на термоэлектрических модулях
Согласно принципу действия, охлаждение при помощи термомодулей на элементах Пельтье вполне способно заменить мобильные системы климат-контроля в автомобилях. Однако, принимая во внимание низкий коэффициент COP, для понижения температуры в салоне автомобиля потребуется значительно большее количество электроэнергии, что экономически не рентабельно.
С учетом того, что подобная автомобильная система климат-контроля будет запитываться от установленного в машине генератора, его мощности будет явно недостаточно, потребуется установка другого, более мощного агрегата. Однако с заменой штатного генератора на более мощный значительно вырастет расход бензина, что вряд ли устроит любого автомобилиста.
Таким образом, применение охладителя на основе элементов Пельтье для систем кондиционирования в настоящее время не нашло должного применения.
Применение элементов Пельтье в кулерах
Во многих моделях современных кулеров, устанавливаемых в различных помещениях, охлаждение воды происходит посредством термоэлектрического модуля.
При этом, конструкция всего устройства оказывается значительно проще и надежнее устройств компрессорного типа, и включает в себя следующие элементы:
- Непосредственно модуль охлаждения на термоэлектрических элементах.
- Управляющий контроллер.
- Термостат.
- Нагревательный элемент.
Несмотря на то, что подобная схема выполнения диспенсеров для воды применяется повсеместно, она также имеет свои недостатки:
- Минимальная температура холодной воды составляет всего лишь 10-12°C.
- Длительное время понижения температуры до требуемых величин.
- Данный вид кулера реагирует на температуру окружающей среды, при этом при повышенной Т в помещении он не сможет охладить воду до требуемого уровня.
- С учетом того, что в конструкции модуля присутствует вентилятор, его нельзя устанавливать в промышленных цехах с высоким уровнем пыли, так как это приведет к поломке последнего.
Термоэлектрические модули Пельтье в осушителях воздуха
Если в кондиционерах применение охлаждающих модулей на элементах Пельтье не рентабельно, то в компактных осушителях воздуха они нашли широкое применение, так как способны понижать температуру до точки росы. При этом происходит выпадение конденсата на специально предназначенном для этого элементе, который затем стекает в резервуар.
Даже несмотря на то, что СОР устройства (КПД) очень невелик, его достаточно, чтобы использовать подобный прибор в качестве осушителя воздуха для небольших помещений.
Работа с элементами Пельтье
Подключение термоэлектрического модуля
Подключение модуля на элементах Пельтье не представляет собой никаких сложностей, так как для этого на два выходящих конца достаточно подать U DC с источника питания ИП. При этом стоит обратить внимание на номинальное напряжение, указанное в техпаспорте.
На красный конец провода подается «+», на черный – «-».
Как уже указывалось выше, при ошибочном подключении начинает нагреваться другая поверхность.
Проверка элемента Пельтье
С учетом того, что термоэлектрический модуль должен нагреваться с одной стороны и охлаждаться с другой, самый простой вариант протестировать данное устройство – подать на него необходимое напряжение с ИП. При этом, одна сторона у него станет теплой, а вторая – холодной.
При отсутствии ИП, можно провести проверку подручными средствами, а именно:
- Взять обычный мультиметр и подключить его клеммы к выводам термоэлектрического модуля.
- Зажечь пламя от спички или зажигалки и поднести к одной из пластин, прогрев ее.
- Так как согласно закону Зеебека, разница температур вызовет протекание I, это отразится на экране прибора.
Важно! Шкала показаний мультиметра должна быть выставлена на замер показаний по току.
Сборка элемента Пельтье собственными силами
Для тех, кто желает изготовить элемент Пельтье дома, своими руками, стоит отметить, что это практически невозможно. Подобные термоэлектрические модули легко можно приобрести в соответствующих магазинах радиодеталей, а их стоимость настолько невысока, что собирать его вручную становится просто невыгодным.
Однако некоторые из подобных устройств на основе элемента Пельтье можно попробовать собрать самостоятельно. К примеру, портативный генератор на термоэлектрическом модуле сможет пригодиться в походах, поездках или долгих путешествиях.
Для сборки генератора понадобится элемент ИМС L6920:
Как видно из указанной схемы при входном U от 0,8 до 5,5В на выходных клеммах будет присутствовать U=5В. При использовании термоэлектрического модуля, можно ограничить его Т посредством применения походного котелка с кипятком, за счет чего по закону Зеебека на выходе пойдет ток, что и обеспечит имеющееся напряжение в 5 В.
Элемент Пельтье своими руками посредством диодов
Теоретически изготовить подобный элемент Пельтье на диодах вполне возможно.
С учетом того, что с физической точки зрения работа термоэлектрического модуля заключается в разности проводимостей материалов p-n и n-p, то можно использовать обычные диоды, которые таковыми и являются. Однако, если данная схема будет работать при нагреве, то понизить температуру посредством диодов не представляется возможным.
Диоды можно использовать как датчик температуры, причем при включении их в цепь в обратном направлении переход откроется, в результате чего I также пойдет в обратном направлении. Однако работать в качестве генератора данная схема не сможет.
Таким образом, посредством элемента Пельтье можно осуществить сборку различных компактных приборов, что будет являться наиболее доступным и дешевым вариантом.