Кондиционер на элементах пельтье для хомячка. Кондиционер для автомобиля на пельтье Термоэлектрический охладитель пельтье в автомобиле

В этой инструкции мы разберем, как сделать простой кондиционер из подручных материалов. В этом кондиционере нет никаких компрессоров и прочих подобных деталей, холод мы будем получать из электроэнергии, а точнее – используя . Стоят они нынче не особо дорого, да и найти их не должно составить большого труда.

Что касается прочих узлов, то нам понадобятся вентиляторы и кулеры от компьютера, они будут служить для охлаждения одной стороны элементов и для нагрева другой. То есть одни вентиляторы будут гнать нам холодный воздух, а другие будут охлаждать элементы, чтобы они не перегревались.

Материалы и инструменты, которые использовал

Список материалов:
- элементы Пельтье ();
- 4 кулера от компьютера (вентиляторы с радиаторами);
- 4 вентилятора от компьютера;
- блок питания на 12В/30А;
- провода;
- термопаста;
- выключатель;
- большой алюминиевый радиатор;
- фанера, листовой пластик или что-то подобное для корпуса.

Процесс изготовления кондиционера:

Шаг первый. Подготавливаем основу
Нам понадобится основа, на которой мы закрепим все важные органы кондиционера. Можно использовать пластик, фанеру или другой подобный материал. Для начала делаем замеры и вырезаем четыре окна под элементы Пельтье. Не забываем проделать канавки под провода. Автор вырезает эти окна канцелярским ножом, поскольку материал используется мягкий.

Термоэлектрический охладитель Пельтье.

Принцип действия заимствовал из нета: 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.

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

Описание
Элемент пельтье представляет из себя термоэлектрический преобразователь, который при подаче напряжения способен создать разность температур на пластинах, то есть перекачать тепло или холод. Представленный элемент Пельтье применяется при охлаждении компьютерных плат (при условии эффективного отведения тепла), для охлаждения или нагрева воды. Так же элементы Пельтье используются в переносных и автомобильных холодильниках.

Элемент Пельтье, работающий от 12 Вольт.

Для нагрева необходимо просто поменять полярность.
Размеры пластины Пельтье: 40 х 40 х 4 миллиметра.
Рабочий диапазон температур: от -30 до +70?..
Рабочее напряжение: 9-15 Вольт.
Потребляемая сила тока: 0.5-6 А.
Максимальная потребляемая мощность: 60 Вт.
Забавная вещица, подключаем 12v +- холодит меняем полярность греет. Используется во многих авто холодильниках, во всяком случае у меня такой. Можно приделать компактную схему в бардачок что б летом шоколад не таял! Для использования и эффективного применения нужно использовать радиатор охлаждения - в качестве теста применил радиатор от компьютерного процессора, можно с куллером. Чем лучше охлаждение тем эффект Пельтье сильнее и эффективнее. При подключении к авто акб на 12v ток потребления составил 5 ампер. Одним словом элемент прожорлив. Так как еще не собрал всё схему, а провел лишь пробные тесты, без приборных замеров температур. Так при режиме охлаждения в течении 10ти минут появилась легкая изморозь. В режиме подогрева вода в металлической чашки закипела. Эффективность конечно же этого охладителя низка, но цена девайса и возможность по экспериментировать делают покупку оправданной. Остальное на фото

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника.

Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении.

Что это такое?

Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в 1834 году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

В соответствии с классической теорией существует следующее объяснение явления: электрический ток переносит между металлами электроны, которые могут ускорять или замедлять свое движение, в зависимости от контактной разности потенциалов в проводниках, сделанных из различных материалов. Соответственно, при увеличении кинетической энергии, происходит ее превращение в тепловую.

На втором проводнике наблюдается обратный процесс, требующий пополнения энергии, в соответствии с фундаментальным законом физики. Это происходит за счет теплового колебания, что вызывает охлаждение металла, из которого изготовлен второй проводник.

Современные технологии позволяют изготовить полупроводниковые элементы-модули с максимальным термоэлектрическим эффектом. Имеет смысл кратко рассказать об их конструкции.

Устройство и принцип работы

Современные модули представляет собой конструкцию, состоящую из двух пластин-изоляторов (как правило, керамических), с расположенными между ними последовательно соединенными термопарами. С упрощенной схемой такого элемента можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Обозначения:

• А – контакты для подключения к источнику питания;
• B – горячая поверхность элемента;
• С – холодная сторона;
• D – медные проводники;
• E – полупроводник на основе р-перехода;
• F – полупроводник n-типа.

Конструкция выполнена таким образом, что каждая из сторон модуля контактирует либо p-n, либо n-p переходами (в зависимости от полярности). Контакты p-n нагреваются, n-p – охлаждаются (см. рис.3). Соответственно, возникает разность температур (DT) на сторонах элемента. Для наблюдателя этот эффект будет выглядеть, как перенос тепловой энергии между сторонами модуля. Примечательно, что изменение полярности питания приводит к смене горячей и холодной поверхности.

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

• холодопроизводительностью (Q max), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
• максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DT max), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения — градусы;
• допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – I max ;
• максимальным напряжением U max , необходимым для тока I max , чтобы достигнуть пиковой разницы DT max ;
• внутренним сопротивлением модуля – Resistance, указывается в Омах;
• коэффициентом эффективности – СОР (аббревиатура от английского — coefficient of performance), по сути это КПД устройства, показывающее отношение охлаждающей к потребляемой мощности. У недорогих элементов этот параметр находится в пределах 0,3-0,35, у более дорогих моделей приближается к 0,5.

Маркировка

Рассмотрим, как расшифровывается типовая маркировка модулей на примере рисунка 4.

Маркировка разбивается на три значащих группы:

1. Обозначение элемента. Две первые литеры всегда неизменны (ТЕ), говорят о том, что это термоэлемент. Следующая указывает размер, могут быть литеры «С» (стандартный) и «S» (малый). Последняя цифра указывает, сколько слоев (каскадов) в элементе.
2. Количество термопар в модуле, изображенном на фото их 127.
3. Величина номинального тока в Амперах, у нас – 6 А.

Таким же образом читается маркировка и других моделей серии ТЕС1, например: 12703, 12705, 12710 и т.д.

Применение

Несмотря на довольно низкий КПД, термоэлектрические элементы нашли широкое применение в измерительной, вычислительной, а также бытовой технике. Модули являются важным рабочим элементом следующих устройств:

• мобильных холодильных установок;
• небольших генераторов для выработки электричества;
• систем охлаждения в персональных компьютерах;
• кулеры для охлаждения и нагрева воды;
• осушители воздуха и т.д.

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Холодильник на элементах Пельтье

Термоэлектрические холодильные установки значительно уступают по производительности компрессорным и абсорбционным аналогам. Но они имеют весомые достоинства, что делает целесообразным их использование при определенных условиях. К таким преимуществам можно отнести:

• простота конструкции;
• устойчивость к вибрации;
• отсутствие движущихся элементов (за исключением вентилятора, обдувающего радиатор);
• низкий уровень шума;
• небольшие габариты;
• возможность работы в любом положении;
• длительный срок службы;
• небольшое потребление энергии.

Такие характеристики идеально подходят для мобильных установок.

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

Термоэлектрические модули могут работать в качестве генераторов электроэнергии, если одну из их сторон подвергнуть принудительному нагреву. Чем больше разница температур между сторонами, тем выше сила тока, вырабатываемая источником. К сожалению, максимальная температура для термогенератора ограничена, она не может быть выше точки плавления припоя, используемого в модуле. Нарушение этого условия приведет к выходу элемента из строя.

Для серийного производства термогенераторов используют специальные модули с тугоплавким припоем, их можно нагревать до температуры 300°С. В обычных элементах, например, ТЕС1 12715, ограничение – 150 градусов.

Поскольку КПД таких устройств невысокий, их применяют только в тех случаях, когда нет возможности использовать более эффективный источник электрической энергии. Тем не менее, термогенераторы на 5-10 Вт пользуются спросом у туристов, геологов и жителей отдаленных районов. Большие и мощные стационарные установки, работающие от высокотемпературного топлива, используют для питания приборов газораспределительных узлов, аппаратуры метеорологических станций и т.д.

Для охлаждения процессора

Относительно недавно данные модули стали использовать в системах охлаждения CPU персональных компьютеров. Учитывая низкую эффективность термоэлементов, польза от таких конструкций довольно сомнительна. Например, чтобы охладить источник тепла мощностью 100-170 Вт (соответствует большинству современных моделей CPU), потребуется потратить 400-680 Вт, что требует установки мощного блока питания.

Второй подводный камень – незагруженный процессор будет меньше выделять тепловой энергии, и модуль может охладить его меньше точки росы. В результате начнет образовываться конденсат, что, гарантировано, выведет электронику из строя.

Тем, кто решиться создать такую систему самостоятельно, потребуется провести серию расчетов по подбору мощности модуля под определенную модель процессора.

Исходя из выше сказанного, использовать данные модули в качестве системы охлаждения CPU не рентабельно, помимо этого они могут стать причиной выхода компьютерной техники из строя.

Совсем иначе обстоит дело с гибридными устройствами, где термомодули используются совместно с водяным или воздушным охлаждением.

Гибридные системы охлаждения доказали свою эффективность, но высокая стоимость ограничивает круг их почитателей.

Кондиционер на элементах Пельтье

Теоретически такое устройство конструктивно будет значительно проще классических систем климат-контроля, но все упирается в низкую производительность. Одно дело — охладить небольшой объем холодильной камеры, другое — помещение или салон автомобиля. Кондиционеры на термоэлектрических модулях будут больше (в 3-4 раза) потреблять электроэнергии, чем оборудование, работающее на хладагенте.

Что касается использования в качестве автомобильной системы климат-контроля, то для работы такого устройства мощности штатного генератора будет недостаточно. Замена его на более производительное оборудование приведет к существенному расходу топлива, что не рентабельно.

В тематических форумах периодически возникают дискуссии на эту тему и рассматриваются различные самодельные конструкции, но полноценного рабочего прототипа пока не создано (не считая кондиционера для хомячка). Вполне возможно, ситуация измениться, когда появятся в широком доступе модули с более приемлемым КПД.

Для охлаждения воды

Термоэлектрический элемент часто используют как охладитель для кулеров воды. Конструкция включает в себя: охлаждающий модуль, контролер, управляемый термостатом и обогреватель. Такая реализация значительно проще и дешевле компрессорной схемы, помимо этого, она надежней и проще в эксплуатации. Но есть и определенные недостатки:

• вода не охлаждается ниже 10-12°С;
• на охлаждение требуется дольше времени, чем компрессорному аналогу, следовательно, такой кулер не подойдет для офиса с большим количеством работников;
• устройство чувствительно к внешней температуре, в теплом помещении вода не будет охлаждаться до минимальной температуры;
• не рекомендуется установка в запыленных комнатах, поскольку может забиться вентилятор и охлаждающий модуль выйдет из строя.

Осушитель воздуха на элементах Пельтье

В отличие от кондиционера, реализация осушителя воздуха на термоэлектрических элементах вполне возможна. Конструкция получается довольно простой и недорогой. Охлаждающий модуль понижает температуру радиатора ниже точки росы, в результате на нем оседает влага, содержащаяся в воздухе, проходящем через устройство. Осевшая вода отводится в специальный накопитель.

Несмотря на низкий КПД, в данном случае эффективность устройства вполне удовлетворительная.

Как подключить?

С подключением модуля проблем не возникнет, на провода выходов необходимо подать постоянное напряжение, его величина указанна в даташит элемента. Красный провод необходимо подключить к плюсу, черный — к минусу. Внимание! Смена полярности меняет местами охлаждаемую и нагреваемую поверхности.

Как проверить элемент Пельтье на работоспособность?

Самый простой и надежный способ – тактильный. Необходимо подключить модуль к соответствующему источнику напряжения и дотронуться до его разных сторон. У работоспособного элемента одна из них будет теплее, другая – холоднее.

Если подходящего источника под рукой нет, потребуется мультиметр и зажигалка. Процесс проверки довольно прост:

1. подключаем щупы к выводам модуля;
2. подносим зажженную зажигалку к одной из сторон;
3. наблюдаем за показаниями прибора.

В рабочем модуле при нагреве одной из сторон генерируется электрический ток, что отобразится на табло прибора.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Сделать самодельный модуль в домашних условиях практически невозможно, тем более в этом нет смысла, учитывая их относительно невысокую стоимость (порядка $4-$10). Но можно собрать устройство, которое будет полезным в походе, например, термоэлектрический генератор.

Для стабилизации напряжения необходимо собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920.

На вход такого преобразователя подается напряжение в диапазоне 0,8-5,5 В, на выходе он будет выдавать стабильные 5 В, что вполне достаточно для подзарядки большинства мобильных устройств. Если используется обычный элемент Пельтье, необходимо ограничить рабочий диапазон температуры нагреваемой стороны 150 °С. Чтобы не утруждать себя отслеживанием, в качестве источника тепла лучше использовать котелок с кипящей водой. В этом случае элемент гарантировано не нагреется выше температуры 100 °С.

Элемент Пельтье – преобразователь термоэлектрического типа. В нем использован эффект Пельтье, заключающийся в том, что проходящий ток приводит к разным температурам с разных сторон элемента.

В элементе Пельтье использованы две пластины из полупроводниковых материалов, различие которых в уровнях энергии электронов. Прохождение тока приводит к тому, что одна из них становится холоднее, а вторая нагревается.

Среди достоинств элементов Пельтье выделяют бесшумность работы (в них движущихся частей), отсутствие в конструкции жидкостей, газов. Но они имеют низкий КПД, что ограничивает их применение.

На базе элементов Пельтье изготавливают мини-холодильники для, например, автомобилей, в которых мало места для размещения обычных приборов. Они есть в конструкциях цифровых фотоаппаратов, инфракрасных спектров, диодных лазеров.

Используя элементы Пельтье, легко сделать самостоятельно кондиционер. Правда, применение их для этих целей довольно спорно из-за их большого энергопотребления, которое несопоставимо с количеством холода, которое при этом вырабатывается.

Но если вопрос не в энергосбережении, а в желании познакомиться с конструкцией и принципом работы элемента, возможности сделать полезную поделку, то можно приступать. Отправляются в радиомагазин и покупают элементы Пельтье в количестве 4…8 штук.

Возвратившись домой, определяют их «горячие» стороны и ими крепят на радиатор, который будет отводить тепло. Лучше если он алюминиевый и имеет большое количество ребер, которые увеличивают теплоотдачу. Посадку делают на термоклей, что улучшает теплопередачу.

Размещают полученное устройство в форточке окна установленным радиатором наружу. В таком положении он будет охлаждаться более холодным уличным воздухом.

«Холодную» сторону элементов Пельтье располагают в сторону комнаты, воздух в которой хотят охлаждать. Крепят к ней вентилятор, например, взятый из компьютера, где он охлаждает процессор. Размещают его так, чтобы комнатный воздух компрессором направлялся на пластину преобразователя.

Элементами Пельтье можно охладить воздух в помещении, но при этом будет расходоваться много электроэнергии. Дело в том, что в приборах почти половину ее расходуется впустую, преобразуясь в тепло, рассеивающееся в атмосфере.

Владельцы пушистых питомцев знают, лето - жуткая пора, в особенности для хомячков. Если в доме стоит система климат-контроля - уже лучше, а если нет - можно подкладывать питомцу кубики льда, или же - установить для хомячка собственный кондиционер! О том, как собрать такое устройство из подручных средств и элемента пельтье, мы расскажем в данной статье.

Элемент Пельтье - это простой по устройству, но очень интересный прибор. С виду - это небольшая керамическая пластинка с разнородными полупроводниками внутри, но если пустить через неё ток по двум контактам - одна сторона начнет охлаждаться, а другая - греться. Работает это и в обратную сторону - если греть одну сторону и охлаждать другую - ЭП будет вырабатывать ток.

Для сборки устройства понадобится:
1. Элемент Пельтье.
2. Радиатор для процессора.
3. Кулер.
4. Термопаста.
5. Блок Питания (в этой статье используется БП на 5V 1A, но лучше подобрать БП под номинальные параметры Элемента Пелетье - 12V, тогда эффективность устройства повысится).

Где найти и как подобрать комплектующие:
Элемент Пельтье найти несложно, они продаются во многих "радиолюбительских" магазинах и на радиорынках. Также, можно заказать в интернете - например, на ebay или Aliexpress по ключевому слову "Peltier". Второй способ - выгоднее, так как пельтьешки с заводов поднебесной обойдутся вам гораздо дешевле (элементы для этой статьи заказывались из Китая, партия из 5шт стоила около 10$). В нашем случае использовался TEC1-12706 40x40mm, оптимальный ток для него - при 12V (хотя не критично повышение до 15-16V) от 0 до 6A.

Остальные комплектующие были сняты со старого компьютера и найдены "в закромах", а если у вас их нет - можно недорого купить их на радиорынке. Не в последнюю очередь, эффективность охлаждения зависит от радиатора - чем он больше, тем лучше. Опытным путем было выведено правило - оптимально, если площадь дна радиатора будет вдвое больше площади ЭП, а высота - 4-5см - такой радиатор не слишком большой, но отлично рассеивает тепло (на радиорынке такой обойдется рублей в 50). Кулер - маленького, снятого с видеокарты, будет достаточно. Блок Питания, как уже говорилось - лучше 12V, но и 5V/1A (старая телефонная зарядка) - показал себя превосходно.

Процесс сборки:
Обычно, на холодной стороне ЭП нанесено название (12706), а теплая - пустая. Проверить стороны можно подключив элемент к БП, соблюдая полярность.
1. Обильно смажьте термопастой теплую сторону Элемента Пельтье, и установите на неё радиатор, плотно прижав.

2. Оголите контакты "+" и "-" кулера, при необходимости удлините их - просто скрутите с двумя проводками побольше, и заизолируйте (термоусадкой, или изолентой) места стыка. Термоусадка - это такая трубочка, которая сильно сжимается, если её нагреть. Очень удобная вещь.

3. С помощью проволоки, стяжек, или специальных креплений - установите кулер на верх радиатора (воздух будет поступать внутрь радиатора и рассеиваться по сторонам).

4. Теперь, соедините вместе контакты кулера и Элемента Пельтье, и не перепутайте полярность - сторона, не прижатая к радиатору, должна охлаждаться, в то время как кулер - крутиться.

Процесс установки ложится на ваши плечи и целиком зависит от параметров жилища вашего питомца. Важно, чтобы радиатор был вынесен во вне - иначе, тепло будет плохо рассеиваться и останется внутри. Установить его на клетку - легче, можно просто продеть радиатор сквозь штырьки, как на фото ниже. Если же у вас террариум - придется импровизировать - например, ставить дополнительный кулер "на выдув" и менять схему питания - питать кулеры от отдельного БП - тогда эффективность вырастет в разы. Простор для модификаций - огромен, а энергопотребление устройства из данной статьи - около 5-6W.

После подключения, температура холодной стороны была ощутимо низкой, и уже через пару минут образовался конденсат - в жару 30+, вашему пушистому питомцу такая обновка гарантированно понравится:)