Елементи Пельтьє - охолодження і нагрівання - Rmnt.ru

1. Як самостійно виготовити кулер для охолодження води
2. Як виготовити міні-холодильник, чиллер або кондиціонер на теплоелектріческіх модулях своїми силами
3. Де ще застосовують термоелектричні модулі

Стандартні термоелектричні модулі мають взаємодоповнюючі принцип дії. У цій статті ми розповімо про застосування модулів Пельтьє-Зеебека в теплообмінних пристроях і наведемо приклад збірки кулера для води і базової охолоджуючої системи для повітря з можливістю зворотного запуску (нагрівання).

Принцип дії термоелектричних модулів (ТЕМ), використовуваних для охолодження, заснований на ефекті Зеєбека - зворотному процесі щодо ефекту Пельтьє. Основний елемент - все той же ТЕМ, описаний в першій частині . При подачі постійного струму на поле термопар спостерігається різниця температур на площинах керамічної пластини. Це факт, заснований на термодинамічній процесі, який ми описувати не будемо (щоб не втомлювати науковими викладками), але покажемо, як застосувати його в побуті.

Примітка. Для побудови агрегатів, інструкції до яких наведені нижче, знадобляться базові практичні навички складання електричних ланцюгів. Наведені моделі вузлів є зразковими і можуть бути замінені на аналогічні (або більш / менш потужні) на розсуд майстра.

Як самостійно виготовити кулер для охолодження води

Догадливий читач вже зрозумів, що «диво-кухлик» з першої частини можна використовувати для охолодження рідини, якщо запустити його «у зворотний бік», підключивши постійний струм.

ТЕМ застосовані в кожному кулері для води. Аналог цього заводського приладу цілком можна побудувати своїми руками, при цьому працювати він буде не гірше. Ми опишемо сам принцип роботи і схему зборки. Компонування і варіанти виконання можна підібрати, виходячи з власних потреб. Наприклад, зробити його переносним або стаціонарним, інтегрованим в кухонні меблі або систему підготовки питної води. Останній варіант є оптимальним, оскільки охолодження в системі буде керованим (за фактом подачі живлення).

Для цього нам знадобиться:

1. Прямокутна плоска герметична ємність з нержавіючої сталі з розмірами 100х100х30 (фляга-теплообмінник) з різьбовими виходами на ½ дюйма по коротким сторонам. Це єдиний елемент, виготовлення якого краще замовити майстру на заводі.
2. Підводка питної води з фитингом на ½ дюйма (з ємності або водопроводу).
3. Блок живлення на 10-12 вольт з регулюванням сили струму.
4. Термоелектричні модулі TEC1-12705 (40x40) - 2 шт.
5. Провід перетином 0,2 мм.
6. Термоклей або термопаста.
7. Ключ на 2 канали (тумблер, кнопка).
8. Кран, паяльник, припій.

За допомогою термоклею фіксуємо ТЕМ на флягу. З'єднуємо проводи за відповідними групами (плюс і мінус). Визначаємо зручне місце розташування ключа, з огляду на можливість заміни при ремонті і доступність при використанні. Включаємо його в схему. Приєднуємо дроти до блоку живлення. Проводимо випробування ланцюга.

Увага! При випробуваннях обмежтеся наглядом самого факту належного функціонування, але не намагайтеся дати максимальне навантаження насухую - це може привести до виходу з ладу ТЕМ (ремонту не підлягає).

Потім з'єднуємо вхідний фітінг фляги-теплообмінника з каналом подачі води, а вихідний - з підведенням (гнучкою або жорсткою) до крану.

Заповнюємо систему водою і виставляємо оптимальну силу струму при потрібному напорі струменя. Оптимальний напір - трохи сильніше самопливу. Для забору прохолодною питної води цього буде цілком достатньо. Решта нюанси - кріплення, довжина проводів, розташування - суто індивідуальні в кожному окремому випадку.

Дану базову систему можна розвивати й удосконалювати. Наприклад, встановити термостат в теплообміннику і включити його в ланцюг замість ключа (тумблера) - підійде там, де постійно потрібна вода певної температури. Флягу-теплообмінник можна виконати зі срібла для додаткової іонізації води. Включивши в систему підвищує перетворювач постійної напруги ЕК-1674, можна скоротити витрату електроенергії до мінімуму.

Розрахунок витрат на побудову кулера:

Найменування Од. вим. Кількість Ціна од. / Руб. Ст-ть, руб. Теплообмінник з нержавіючої сталі (з роботою) шт. 1 1000 1000 ТЕМ TEC1-12705 (40x40), 53 ват шт. 2 300 600 Блок живлення шт. 1 300 300 Ключ шт. 1 50 50 Провід 0,2 мм м 5 6 30 Термоклей (термопаста) Radial 2 мл шт. 1 150 150 Труби, фітинги, підводки - - 300 300 Разом 2430

У цій системі не задіяний ребристий радіатор, т. К. Поставлена ​​мета - охолодження (але не заморозка) невеликого обсягу води (300 мл) - досягається і без нього.

Як виготовити міні-холодильник, чиллер або кондиціонер на теплоелектріческіх модулях своїми силами

Більш складне завдання - охолодження повітря. Якщо у випадку з водою ефективність роботи кулера гарантована різницею щільності середовищ (вода - повітря), то у випадку з однорідної середовищем (повітря - повітря) справа йде складніше. Основні труднощі - відведення температури з гарячою боку поверхні ТЕМ. Точніше - синхронний відведення температури з обох поверхонь. Якщо просто запустити елемент Пельтьє-Зеебека, нагрітий і охолоджене повітря змішаються, і температура вирівняється.

У замкнутих просторах малого обсягу (до 0,7 м3) цілком застосовна система охолодження на основі ТЕМ з двостороннім повітряним відведенням. Це дозволяє побудувати новий охолоджуючий бокс або дати друге життя старим холодильника (морозильній камері). Для цього доведеться трохи ускладнити систему, включивши в неї пару відвідних вентиляторів обопільною потужності, реле температури, ребристий радіатор і використовувати більш продуктивні теплоелектричні модулі.

Нам знадобиться (для однієї базової точки охолодження):

1. ТЕМ ТЕС1-12712 (40Х40), 106 ват - 1 шт.
2. Вентилятор RQA 12025HSL 110VAC (або потужніший) - 2 шт.
3. Радіатор HS 036-100 (100x85x25 мм).
4. Термостат ТАМ-133-1м (реле температури з датчиком).
5. Блок живлення постійного струму 12 вольт, 6 ампер (з регулюванням).
6. Лист дюралюмінію.
7. Провід, термопаста, кріплення

У готовому боксі, у верхній частині охолоджувальної зони, робимо прямокутне вікно розмірами 100х100 мм. Вирізаємо дві пластини дюралюмінію розмірами 130х130 мм і 180х180 мм. Закріплюємо вентилятор по центру меншою пластини таки чином, щоб залишався продухи 1 см. Встановлюємо реле температури всередині боксу. Монтуємо меншу з пластин всередині боксу (вентилятором усередину боксу) на шурупи або клепки через герметик. Наклеюємо ТЕМи на змонтовану пластину і виводимо дроти. Вирізаємо і вигинає велику пластину так, щоб вона входила в монтажний отвір, але при цьому залишалися бортики для фіксації до стінки боксу зовні. Закріплюємо на неї радіатор і другий вентилятор. Рясно змащуємо термопастой ТЕМи і монтуємо пластину до стінки боксу через герметик.

Увага! Обов'язково повинен бути максимальний контакт площі ТЕМ і пластини!

Складемо електричне коло. Рекомендуємо включити вентилятори на постійну максимальну потужність, а силу струму для ТЕМ - через регулятор. Це забезпечить ефективний знімання температури і перемішування повітря при роботі в різних режимах (не на повну потужність).

Переваги даної конструкції:

• безшумна в порівнянні з компресорними холодильниками робота;
• відсутність механізмів і рухомих частин, сили тертя (нічому ламатися);
• не використовуються рідкі теплоносії (фреон);
• загальна споживана потужність близько 200 ват;
• можна модернізувати конструкцію, варіювати продуктивність;
• доступність і ремонтопридатність окремих агрегатів.

недоліки:

• можлива поява конденсату на пластинах дюралюмінію;
• зовнішній блок управління;
• багато чинників і нюанси роботи виявляються досвідченим шляхом при використанні;
• мала область застосування.

Розрахунок витрат на побудову базової охолоджуючої системи холодильника і кондиціонера:

Найменування Од. вим. Кількість Ціна од. / Руб. Ст-ть, руб. ТЕМ ТЕС1-12712 (40Х40), 106 ват шт. 1 600 600 Вентилятор RQA 12025HSL 110VAC шт. 2 150 300 Дюралюміній 3 мм шт. 1 300 300 Блок живлення постійного струму шт. 1 300 300 Термостат ТАМ-133-1м шт. 1 250 250 Радіатор HS 036-100 шт. 1 220 220 Провід, термопаста, кріплення, припій - - 300 300 Разом 2270

В принципі, дана конструкція - готовий вбудовується кондиціонер, який можна встановити в кабіні автомобіля, трактора, в закритому вольєрі або будці охорони. Слід лише продумати конструктивну захист від атмосферних опадів.

Запас потужності модуля ТЕС1-12712 досить великий. Амплітуда температур на сторонах елементу може досягати 50 градусів. При температурі повітря в приміщенні +27 ° С і застосуванні системи рідинного охолодження (радіатор + вентилятор), можна витягти на виході вражаючі мінус 25 ° С! Це дозволяє створювати безкомпресорні і тихі морозильні камери навіть в домашніх умовах.

Де ще застосовують термоелектричні модулі

Ефект Пельтьє-Зеебека відомий з 1840-х років. Його активно використовують і донині, завдяки стійкості законів фізики. Термоелектричного модуля завжди знайдеться місце там, де є надлишкова енергія або потрібно швидко і безшумно здійснити теплообмін.

Основне застосування теплоелектріческіх модулів:

1. Охолодження мікросхем. Вентилятори, як основний теплообмінник, відходять у минуле. Їм на зміну йдуть компактні, безшумні і практично вічні ТЕМ.
2. Машинобудування. Навіть найсучасніший ДВС виділяє відпрацьовані гази з камери згоряння. Інженери використовують їх високу температуру для отримання додаткової енергії за допомогою елементів Пельтьє. Зібрана енергія подається назад в системи двигуна, але вже у вигляді постійного струму, що дозволяє економити паливо.
3. Побутова техніка. Все, що описано вище плюс більшість побутових приладів, що працюють на охолодження або підігрів (крім компресорних холодильників).

І маленький секрет наостанок. Наш модуль має майже чудове властивість - оборотність. Це означає, що при зміні полярності постійного струму на проводах модуля (за допомогою перемикача) гаряча і холодна поверхню міняються місцями. Кулер перетворюється в нагрівач, холодильник в теплову камеру (інкубатор), а кондиціонер - в малопотужний тепловентилятор. Для цього не доведеться змінювати схему пристрою. Досить просто поміняти полярність.

Цей принцип використаний в пристрої під назвою рекуператор. Він являє собою бокс, що складається з двох ізольованих камер, які сполучаються між собою за допомогою вентиляторів. За допомогою модулів Пельтьє холодне повітря з вулиці підігрівається енергією, витягнутої з нагрітого повітря, який відводиться з приміщення. Пристосування дозволяє економити на опаленні будинку.

Віталій Долбін, рмнт.ру

10.09.14