Пельтье холодильник: Холодильник Пельтье | это… Что такое Холодильник Пельтье?

Холодильник Пельтье | это… Что такое Холодильник Пельтье?

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler). Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Содержание

  • 1 Принцип действия
  • 2 Достоинства и недостатки
  • 3 Применение
  • 4 Ссылки

Принцип действия

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника.

При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников.


Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута, Bi2Te3 и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу противоположные (p->n).

Протекающий электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 К.

Достоинства и недостатки

Достоинством элемента Пельтье является небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования.

Недостатком элемента Пельтье является очень низкий коэффициент полезного действия, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Кроме того элементы Пельтье с размерами более 60 мм x 60 мм практически не встречаются. Несмотря на это, элементы Пельтье нашли широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Применение

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например элементы Пельтье применяются в маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров и кроме того необходимая мощность охлаждения невелика.

Кроме того элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров, с тем чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30 – 40 К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей ( до -80 для одностадийних холодильников и до -120 для двухстадийных).

Ссылки

  • Эффект Пельтье в полупроводниках
  • Охлаждение процессора ПК элементом Пельтье

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.

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.

Стоит ли попробовать сделать холодильник на элементах Пельтье?

Спросил

Изменено 1 год, 4 месяца назад

Просмотрено 22k раз

\$\начало группы\$

Я построил коробку из пенополистирола толщиной 5см с внешними размерами 60х55х80см. Я хотел использовать его в качестве бродильной камеры для домашнего пивоварения. Причина, по которой я не выбрал обычный (некоторые б/у дешевые) холодильник, заключается в том, что он мне нужен в небольшой камере с размерами пола 80х130см. Также дверь этой камеры имеет ширину всего 55 см. Так что попасть внутрь какого-нибудь холодильника, скорее всего, будет невозможно.

Решил купить 2 модуля Пельтье – TEC-12715 и прикрепил их к “радиатору горячей стороны” размерами 23х17х4см и “радиатору холодной стороны” размерами 10х17х5см. Я запитываю каждый отдельно от выделенного блока питания ATX, каждый из которых может выдерживать макс. 18 А при 12 В, так что есть резерв. Горячую сторону охлаждают 5 вентиляторов, снятых со старых корпусов, и блоки питания atx. Меньший прохладный радиатор вставлен в верхнюю часть коробки и запаян. На холодном радиаторе установлен один 12см вентилятор.

К сожалению, я могу получить максимум около 18 градусов Цельсия внутри (35-литровая бочка с примерно 20-литровым пивом внутри + 4x 1,5-литровые бутылки с водой, как накопление “холода”). Горячий радиатор большую часть времени имеет температуру 50 градусов Цельсия (у меня датчик температуры наклеен на его среднюю часть (рядом с элементами Пельтье, которые также находятся посередине)). Температура окружающей среды сейчас составляет 29 градусов по Цельсию. Таким образом, это разница максимум в 11 градусов Цельсия .

Должен ли я считать это “нормальным” при рассмотрении неэффективности модулей Пельтье? Или мне следует втиснуть внутрь больше холода? Я где-то читал в Интернете, что эффективность Пельтье ужасна, когда горячая сторона превышает 40 градусов, но я не уверен, что это правда. Я планировал также сделать некоторую регулировку температуры, но, поскольку я хотел приблизиться к 15 градусам Цельсия, сейчас для этого нет причины.

Есть идеи, предложения?

  • Пельтье

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$ 9)

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Вы можете посмотреть, чем занимаются коммерческие подразделения. Вот, например, имеющийся в продаже ларь-холодильник TEC. Он меньше твоего, но потребляет всего 3,5 ампера при 12 вольтах. Обратите внимание, что он указан для перепада температур 36 F (20 C).

Вы не говорите, как долго ваш кулер работает, но имейте в виду, что 26 литров воды требуют много охлаждения. Согласно ссылке Amazon, вы должны подождать не менее 24 часов, прежде чем проводить измерения.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Я заметил, что никто не упомянул об использовании водяного охлаждения для горячей стороны, в моем лучшем морозильнике используются элементы Пельтье на каждом конце, с водяным охлаждением через водяной насос, небольшим радиатором и вентилятором. Достигнет внутренней температуры на 27 градусов ниже температуры окружающей среды, при полном пиве.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я использую элемент Пельтье в старом мини-холодильнике. Это работает хорошо; он продолжает замораживать внутреннюю холодную раковину.

Я использую небольшой вентилятор на 120 В от Walmart на горячей стороне и небольшой компьютерный вентилятор внутри. Он становится холодным до тех пор, пока на нем не образуется слишком много льда, после чего я должен выключить его примерно на 30 минут.

Помните, что чем больше тепла вы рассеиваете, тем холоднее оно становится; меньше влаги также означает лучшее охлаждение.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Я прикрепил два модуля Пельтье (TEC12706) к 11-литровому холодильнику. В сумме они потребляют около 8 ампер тока. Температура внутри коробки достигает 10 градусов по Цельсию в течение часа (с четырьмя бутылками по 1 л) и минимум 1 градус по Цельсию после ожидания в течение двух часов. Температура в помещении 30С. Я использую водяное охлаждение. Вы можете сравнить эти результаты со своей настройкой и найти ответ самостоятельно.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Мини-холодильник с модулями Пельтье – Охладитель Пельтье

– Реклама –

В середине 1821 года Дж.Т. Зеебек обнаружил, что если два разнородных металла, соединенных в двух разных точках, держать при разных температурах, возникает микронапряжение. Это явление называется эффектом Зеебека. Несколько лет спустя Пельтье обнаружил, что если к термопаре приложить напряжение, один спай термопары нагревается, а другой остывает. Эффект, противоположный эффекту Зеебека, называется эффектом Пельтье.

Это руководство по проектированию небольшого твердотельного кулера основано на общедоступном чипе Пельтье. Чип Пельтье — это термоэлемент, использующий эффект Пельтье для реализации теплового насоса. У него две тарелки, одна холодная, другая горячая. Между пластинами находится несколько термопар, соединенных между собой. Если подается правильное напряжение, одна пластина становится холодной, а другая — горячей.

Микросхема Пельтье называется тепловым насосом, потому что она не производит ни тепла, ни холода. Он просто передает тепло от одной пластины к другой, тем самым охлаждая первую пластину. Его также часто называют чипом термоэлектрического охладителя (TEC). Короче говоря, при подаче постоянного тока (DC) на чип TEC создается разница температур между передней и задней частями устройства (эффект Пельтье), и в итоге вы получаете горячую и холодную поверхность. TEC1-12706 — это обычная микросхема термоэлектрического охладителя, доступная у большинства трейдеров eBay.

– Реклама –

В TEC1-12706 буква C после TE указывает на «стандартный размер», а 1 указывает на «одноступенчатый» TEC. Рядом идет тире. После тире первые три цифры обозначают количество термопар внутри ТЭП. Здесь 127 пар. Следующие две цифры обозначают номинальный рабочий ток для элемента Пельтье. Таким образом, 06 означает «6 ампер».

Охладитель Пельтье

Охладитель Пельтье представляет собой двигатель охладителя, содержащий элемент Пельтье (чип TEC). Когда постоянный ток проходит через чип TEC, низкотемпературная сторона поглощает тепло, а высокотемпературная сторона излучает тепло, создавая разницу температур на двух поверхностях. Однако, поскольку излучаемое тепло в большей степени реагирует на количество электричества, подводимого к модулю, чем поглощаемое тепло, при непрерывном пропускании постоянного тока через микросхему излучаемое тепло превышает поглощаемое тепло, и обе стороны модуля становятся горячими. Из-за этого очень важно подключить микросхему TEC к радиатору, например алюминиевому оребрению, чтобы эффективно рассеивать излучаемое тепло.

Короче говоря, когда на микросхему ТЭО подается постоянное напряжение, положительные и отрицательные носители заряда в массиве гранул поглощают тепловую энергию с одной поверхности подложки и отдают ее на подложку с противоположной стороны. Поверхность, где тепловая энергия поглощается, становится холодной, а противоположная поверхность, где выделяется тепловая энергия, становится горячей!

Охладитель Пельтье также включает в себя мощную комбинацию радиатора и вентилятора для охлаждения чипа TEC. В таблице ниже приведены характеристики чипа термоэлектрического охладителя TEC1-12706. Вы можете купить процессорный блок радиатора и вентилятора почти с такими же характеристиками, как у процессорного вентилятора для процессоров AMD: 80,6×80,6×69..4мм3 с алюминиевым радиатором. 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 eBay и/или Amazon (см. рис. 1).

Рис. 1: Основные компоненты самодельного охладителя Пельтье

Чип TEC и базовый тест

Прежде чем приступить к фактической сборке чипа TEC, протестируйте его на работоспособность. Для этого просто подключите красный (+) и черный (-) провода чипа TEC (TEC1-12706) к лабораторному источнику питания постоянного тока 1,5 В и оставьте его включенным на 10–30 секунд. После этого вы можете проверить чип TEC кончиком пальца или цифровым термометром, чтобы убедиться, что одна сторона чипа горячая, а другая холодная. Просто отметьте горячие и холодные грани чипа ТЭО (например, буквами Н и С) любым несмываемым маркером.

Рис. 2: Тестирование чипа TEC

Включение питания

Собранный двигатель кулера (термоэлектрический чип кулера, радиатор и охлаждающий вентилятор, все в сборе) может питаться от импульсного источника питания (SMPS) 12 В, 6 А+ /module, как показано на рис. 3. В противном случае попробуйте аккумулятор SMF 12 В/7 Ач. Если все в порядке, через несколько секунд на тарелке появятся следы инея.

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

Обратите внимание, что основной функцией микросхемы Пельтье является охлаждение, и микросхемы Пельтье имеют различную номинальную мощность в зависимости от того, насколько быстро холодная сторона способна охладить объект. Другим обычно указываемым фактором является дельта-Т (dT), которая представляет собой максимальную разницу между температурами с обеих сторон.

Кроме того, микросхемы Пельтье не работают в соответствии со спецификациями, если нет ничего, что помогало бы отводить тепло от горячей стороны. Вот почему требуется мощный радиатор. Это окружающий воздух с его температурой, где тепло рассеивается.

Что ж, собранный и протестированный двигатель кулера теперь можно использовать для сборки собственного мини-холодильника, кулера для банок или крошечного кондиционера. Мы надеемся, что немного поиска в Google даст вам интересные идеи по этому поводу.

Контроллеры/драйверы TEC

Иногда вам нужен специальный контроллер/драйвер TEC. Конечно, существует множество устройств, доступных для расширенных приложений. На eBay вы можете найти несколько устройств, которые справятся с этой задачей. На рис. 4 показано такое многофункциональное устройство, неожиданно с одним каналом обратной связи для приема сигналов от термистора NTC для стабилизации температуры.

Рис. 4: Контроллер Пельтье sPLC-10

Контроллер ТЭО 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 поместить датчик на объект. Обратите внимание, что важно разместить датчик как можно ближе к критической точке на объекте, где вам необходимо поддерживать нужную температуру.

Поскольку охлаждение радиатора с помощью вентилятора снижает тепловое сопротивление радиатора окружающему воздуху, большинство высокопроизводительных контроллеров TEC имеют специальные выходы для управления вентилятором, поддерживаемые методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Поэтому вентилятор увеличивает тепловую производительность 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 теплота, поглощаемая на холодной стороне, деленная на входную мощность элемента Пельтье. Результатом максимального COP является минимальная входная мощность Пельтье. Таким образом, радиатор должен рассеивать минимальное общее количество тепла. Чем ниже температура радиатора, тем ниже dT. Таким образом, можно использовать радиаторы меньшего размера, что позволяет экономить место. С другой стороны, при оптимизации затрат следует использовать конструкцию с более низким КПД.

Постоянный ток или ШИМ?

Для термоэлектрических охладителей, работающих на эффекте Пельтье, предусмотрено два режима питания/контроллера: постоянный ток и ШИМ. 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. Еще одна проблема с режимом PWM – электромагнитные помехи (EMI) в проводке к элементу Пельтье.

Некоторые эксперты рекомендуют использовать ШИМ с LC-фильтром для получения чистого тока возбуждения 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 низкими пульсациями и шумом для достижения хорошей стабильности. Пульсации снижают охлаждающую способность элемента Пельтье.

Линейный или импульсный?

Существует два популярных решения для создания необходимого постоянного тока для управления элементами Пельтье — линейное и импульсное. Поскольку элементы Пельтье/линейные блоки питания питаются от постоянного тока, 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 представлены основы и некоторые идеи для стимулирования воображения и творчества. Читатели могут приобрести большинство ключевых компонентов на eBay.in, а модуль XK2412DC SMPS и контроллер Пельтье SPLC-10 на зарубежных рынках.