Автомобильный холодильник на элементе Пельтье

Содержание

Как сделать холодильник на элементе Пельтье

Автомобильный холодильник на элементе Пельтье

В категории товаров для туризма, активного отдыха и оборудования для дачного домика стабильной популярностью пользуются компактные портативные холодильники.

Большинство предлагаемых промышленностью изделий являются пассивными охладителями – это разного рода контейнеры с теплоизолированными стенками, удлиняющие процесс нагревания упакованной в них пищи. В отличие от них, приборы активного типа генерируют холод внутри камеры, питаясь от внешнего источника электрического тока.

Чтобы сэкономить бюджет на покупке дорогостоящего аксессуара для путешествий, можно сделать автомобильный холодильник на элементах Пельтье своими руками.

Автомобильный холодильник

Подготовительный этап

Чтобы удачно поставить элемент Пельтье себе на службу, необходимо ознакомиться с теоретической частью задачи:

  • что такое элемент Пельтье;
  • как рассчитать требуемый объем холодильника;
  • как обеспечивать устройству требуемое питание и корректный отвод тепла;
  • какие существуют схемы подключения данного термоэлектрического модуля.

Элемент Пельтье

В основе работы элемента Пельтье лежит одноименный эффект, при котором, в зависимости от направления и силы тока, протекающего через точку контакта двух полупроводников различного состава, происходит либо выделение, либо поглощение тепла.

Это явление стали использовать в радиоэлектронике для локального охлаждения интегральных матриц, диодов и т. д. Позже компактную, нешумную, недорогую и надежную деталь стали использовать как кустарную замену воздушному охлаждению процессоров ПК.

Чаще всего в качестве рабочего модуля рассматривается элемент Пельтье 12703 для холодильника полезным объемом до 0,5 куб. м.

Одного элемента Пельтье 12703, работающего от 12 V, потребляющего около 3А и 28 Вт; размерами 40х40х10 мм; хватает для создания в закрытом объеме 0,5-0,7 куб. м. разницы температур в 20 градусов с окружающей средой.

Деталь будет корректно функционировать только при работающем теплоотводном устройстве (металлическом радиаторе) и вентиляторе, обеспечивающем отток воздуха от него.

Если запитать элемент 12703 без обеспечения оттока тепла, равно как и его аналоги, охлаждавшие мощные диоды, он может сгореть в течение минуты.

Проверка элемента

Корпус и рабочая камера самодельного агрегата

Чтобы сконструировать автомобильный холодильник своими руками, потребуется теплоизолированный бокс с твердой неметаллической стенкой.

Это может быть серийно выпущенный термобокс для путешествий (пассивно сохраняющий прохладную температуру) или подходящий по размерам пластиковый, фанерный, сделанный из МДФ или подобного теплоизолирующего материала, ящик с плотно закрывающейся крышкой.

  1. Для удобства корпус портативной морозилки можно оснастить ручками по бокам.
  2. Внутри камера самодельного устройства должна быть изолирована с помощью пенофола, пенополистирола, монтажной пены либо листового пенопласта. Исключение – место установки охлаждающего модуля. В точке крепления нужно сделать отверстие под модуль, выемки для монтажа радиаторов и корректного отвода воздуха.
  3. Выбирая, какой лучше поставить радиатор и вентилятор охлаждения, следует обратить внимание на недорогие компьютерные детали: кулер охлаждения центрального процессора и его радиатор.
  4. При монтаже радиатора на модуль Пельтье нужно обязательно использовать термопасту.
  5. Внешний радиатор с размещенным на нем кулером следует защитить от повреждений или прикосновения, лучше с помощью решетки.

Корпус будущего холодильника

Что понадобится для сборки охлаждающего агрегата

Самодельный автомобильный холодильник с элементом Пельтье потребует таких деталей, как:

  • теплоизолированный контейнер;
  • охлаждающий модуль;
  • 2 радиатора и 2 вентилятора (внутри и снаружи);
  • термореле с выносным датчиком (микроконтроллер с термостатом);
  • переключатель на два положения (вкл./выкл.) и провод.

Для подключения к автомобильному аккумулятору понадобятся длинные провода и разъемы (крокодилы).

Не рекомендуется организовывать подключение через разъем прикуривателя, поскольку во время работы контакт сильно нагревается и может вывести из строя проводку авто.

Чтобы обеспечить работу морозильного агрегата от сети на даче, следует приобрести компьютерный или другой подходящий блок питания на 12-15 V с проводами и штепселем.

Изготовление охлаждающего устройства

Последовательность монтажа

Перед тем как поставить элемент Пельтье на холодильник, сделанный своими руками, следует проверить работоспособность конструкции, смонтировав ее в готовом виде на плоской дощечке соответствующего размера.

Схема компоновки деталей следующая:

  • модуль монтируется в вырезанное точно по его размеру отверстие в основании (крышке или стенке автомобильного холодильника);
  • к обеим его плоскостям крепятся предварительно смазанные термопастой радиаторы;
  • на каждый радиатор устанавливается вентилятор в режиме отведения воздуха.

Чтобы понять, какой стороной лучше поставить модуль, следует обратиться к практике обозначений «плюса» красным проводом, а «минуса» – черным. При подаче тока с плюсовой клеммы аккумулятора на красный провод модуля, будет нагреваться та его сторона, на которой расположена маркировка. При обратном подключении – противоположная.

Во время эксплуатации самодельного автомобильного холодильника следует принимать во внимание, что продукты, загружаемые в него, должны быть по возможности охлажденными, иначе аппарату придется затратить большое количество энергии и времени на то, чтобы сначала охладить их, а уже затем – поддерживать заданную температуру внутри камеры.

Источник: http://expertfrost.ru/sovet/element-pelte

Что такое элемент Пельтье и как его сделать своими руками?

Автомобильный холодильник на элементе Пельтье

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.

Сумка-холодильник на элементах Пельтье, нет компрессора, не нуждается во фреоне или других хладагентах

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.

Устройство модульного элемента Пельтье

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.

Рис. 3. А – горячая сторона термоэлемента, В – холодная

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

  • холодопроизводительностью (Qmax), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
  • максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DTmax), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения – градусы;
  • допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – Imax;
  • максимальным напряжением Umax, необходимым для тока Imax, чтобы достигнуть пиковой разницы DTmax;
  • 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.

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

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.

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

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.

Термоэлектрический генератор B25-12 (М) на 12 вольт, мощностью 25 ватт

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.

Термоэлектрический кулер Армада

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.

Настольный кулер для воды с использованием элемента Пельтье

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.

Простой и недорогой китайский осушитель воздуха на элементах Пельтье

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.

Схема подключения самодельного термогенератора

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

Принципиальная схема преобразователя напряжения

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.

Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-element-pelte-i-ego-primenenie.html

Холодильник своими руками

Автомобильный холодильник на элементе Пельтье

Во время борьбы за экологичность и достойное существование внимание обращается на мельчайшие детали.

Устали от постоянного шума кулера в процессоре — помните, устройство требует охлаждения, иначе BIOS просто вырубит системный блок вместе с операционной системой. А в жару хочется покоя и тишины. Решение найдено.

Прежде говорили, что холодильники не исключительно компрессорами живы, созданы альтернативные модели. Подумаем, возможно, удастся собрать холодильник собственными руками.

Предыстория холодильников, или Пособие для изобретателя

Упоминали в обзорах про адсорбционные холодильники, работающие на голубом топливе. Газ, сгорая, заставляет хладагент циркулировать и охлаждать отсеки. Безусловным достоинством конструкции считается бесшумность.

Удаётся услышать легкое шипение от горения топлива, перетекания жидкости по трубкам. Но решение далеко не единственное. Писали, что дорогие автомобильные холодильники работают по иному принципу – на элементах Пельтье.

В 1834 году установлено, что при пропускании постоянного тока через проводники и полупроводники выделяется либо поглощается тепло. Эффект не списывался на закон Джоуля-Ленца: в последнем случае жар выделялся, но охлаждение оставалось недостижимым. Научного объяснения никто не дал, но стало известно, что при пропускании тока в одном направлении тепло поглощается, в другом выделяется!

Известен случай, когда студент отчитывался перед преподавателем на предмет цифровых технологий, компьютеры еще не обрели сегодняшней силы. Процессоры Пентиум II только-только появились на рынке РФ, хотя в США, безусловно, уже встречались и четвертые. Дело сводилось к питанию мозга ЭВМ, к желанию постоянно снизить вольтаж.

Заметили, что процессор потребляет 75 Вт. Одновременно напряжение питания оставалось в районе 3 В. Получается, что маленький кристалл потреблял ток… 25 А. Любой аккумулятор при зарядке не способен на такое. Преподаватель высказался, но оказался не совсем прав.

При указанном малом напряжении процессор в действительности потребляет гигантский ток, часть мощности уходит на полезные нужды, неизбежно происходит выделение тепла в окружающую среду.

И ощутимого! Без кулера процессор может дойти до точки кипения, грелся бы дальше, но системы защиты выключат питание раньше. Получается, процессор расходует значительную мощность. Недавно на рынке появились элементы Пельтье, призванные охлаждать разбушевавшийся мозг.

Некий пользователь заметил, что процессор охладился… до минус 10 градусов Цельсия. Впечатляет?

Элементы Пельтье нельзя назвать дешевыми. Как на их основе построить самодельный холодильник: поставить параллельно внутри термоизолированной емкости, где температура примется постепенно падать.

Но мощность морожения холодильников не измеряется в ваттах, вычисляется по количеству (в килограммах) продукции, температуру которой возможно понизить до заданной. Не знаем, что подразумевается под утверждением, что мощность элемента Пельтье составляет 77 Вт.

При цене 300 рублей за штуку стоит попробовать рассчитать стоимость самодельного холодильника, соотнеся указанные параметры. Мы предлагаем иной путь.

Помните, в обзорах приводили методику для определения потребной мощности нагрева помещения, а теперь ее используем в обратной последовательности. Шаги эксперимента:

  1. Понадобится обыкновенный градусник. Лучше простой уличный. Градусник поместим в наш самодельный холодильник.
  2. Делаем корпус. В настоящих холодильниках применяется для теплоизоляции пенополиуретан. Купите баллончик в магазине строительных материалов. Сгодится и пенопласт, рекомендуем применить изоляцию отражающего типа Пенофол либо подобную. К примеру, берется ящик, с двух сторон плотно отделывается упомянутым материалом, собственно, уже готов неплохой самодельный холодильник. Для сведения — материал взят из космической отрасли, где использовался для создания скафандров. Солнечные лучи убийственны вне атмосферы, а космический холод заставит вздрогнуть самого Саурона, но космонавту все перечисленное не причиняло особенного вреда под слоем Пенофола. Разумеется, в скафандрах применялось золото, серебро, а не алюминий, возможно, обошлось без полиэтилена. Факт – характеристики материала изумительны.
  3. Охладителем вначале станет единственный элемент Пельтье. Вмонтируем его на клей-герметик. Потом покажем методику, позволяющую найти число модулей, необходимых, чтобы самодельный холодильник начал морозить.

Методика расчета самодельного холодильника на элементах Пельтье

Исходим из факта, что теплопотери зависят линейно от разницы температур внутри и снаружи самодельного холодильника. Идём от простого к сложному:

  1. Допустим, температура в комнате составляет 20 ºС и на протяжении опыта остаётся неизменной. Начнем исследование. Очевидно, что при отсутствии элементов Пельтье температура внутри холодильника составит 20 ºС. Это первая точка на прямой (потери линейно растут от разности температур снаружи и внутри самодельного холодильника). Установим элемент Пельтье с радиаторами на обоих боках, причем наружный станет обдуваться кулером для усиления эффекта.
  2. Через время температура в отсеке объемом 30 литров составила 14 ºС. Утверждаем, что, добавив еще два элемента Пельтье с радиаторами и кулерами, любой получит 2 градуса тепла внутри самодельного холодильника, если в комнате 20 ºС тепла. Схема:
  • Начертите на листе бумаги две оси. В точке пересечения по обеим – нуль. Горизонталь – линия температур.
  • Отметьте на горизонтали точку 20 ºС. Это исходный момент, когда тратится нуль мощности, а температура внутри самодельного холодильника равна комнатной.
  • Теперь чертите из нарисованной точки прямую, пересекающую вертикальную ось на любой, но обязательно положительной высоте. 
  • Отметьте на две трети от начала координат точку на оси Х (температур). Это 14 ºС, а по вертикали на линии — мощность одного элемента Пельтье, уравновесившего потери.
  • Теперь отметьте точку на треть от начала. Здесь 8 ºС, а элементов Пельтье понадобится уже два. Это видно по графику.

Выводы по конструктиву самодельного холодильника

Остальные выводы читатели сделают самостоятельно: самодельный холодильник даст 2 градуса тепла по шкале Цельсия, если снабдить прибор тремя элементами Пельтье с кулерами. Опыт допустимо обобщать, подбирать оптимальную изоляцию, варьировать условия.

К примеру, кулеры убрать, чтобы не шумели и не тратили энергию. Это упростит конструкцию. Но хотим охладить пыл изобретателей: в настоящих, не самодельных холодильниках, используются два вентилятора, для холодного и горячего контура. Экспериментируйте.

Устройство холодильника вытерпит компьютерный блок питания. Вспомните, сколько потребляет процессор! Элемент Пельтье далеко не главное внутри. Вольтаж уже заранее приспособлен, не придется искать редких деталей.

Покупаете три элемента Пельтье, чтобы самостоятельно сделать холодильник, берете блок питания из старенького ПК, сооружаете коробку с двумя кулерами, получаете готовый продукт.

Причем способный работать от автомобильного аккумулятора.

Принцип действия холодильника настолько очевиден, что понятен детям. При изменении направления тока элементы Пельтье работают на нагрев. Хорошо иметь рядом теплую пищу, когда вокруг нет подогревательного устройства.

В последнем случае закон работает в обратную сторону. Три элемента Пельтье внутри самодельного холодильника обеспечат температуру на 18 ºС выше окружающей среды. Если в машине 25, в коробке покажет 43. Достаточно, чтобы перекусить и не жаловаться.

Получается уже два прибора в одном лице.

Хотим сказать спасибо автору видео на Ютуб за великолепную идею, как сделать холодильник самостоятельно. Пусть задумка не слишком удалась, но лишь потому, что объем велик. Элементы Пельтье процессорные не настолько мощные, чтобы в одиночку одолеть большой объем, до конца не оформленный.

Источник: https://VashTehnik.ru/xolodilniki/xolodilnik-svoimi-rukami.html

Автомобильный холодильник своими руками : как сделать, Пельтье

Автомобильный холодильник на элементе Пельтье

Сделать автомобильный холодильник своими руками лучше всего на элементах Пельтье. Устройство такого холодильника значительно проще, чем привычного для нас агрегата с компрессором и фреоном в качестве хладагента.

Несмотря на то что компрессорный холодильник имеет более высокий КПД, чем работающий на основе эффекта Пельтье, последний предпочтительней использовать в автомобилях.

Так как он обладает другими немаловажными преимуществами: меньшими габаритами и бесшумной работой.

Компрессорная климатическая техника все же используется в автомобилях, например, кондиционер. Объясняется это тем, что кондиционер охлаждает большой объем и его не удастся сделать на основе эффекта Пельтье.

К тому же кондиционер должен отводить тепло из салона автомобиля дальше, чем позволяет конструкция элемента Пельтье.

Если вам достался старый домашний кондиционер, не спешите радоваться, так как вряд ли вам удастся сделать из него автомобильный холодильник.

Охлаждение без компрессора

Эффект Пельтье заключается в том, что при протекании электрического тока через контакт двух полупроводников с различными типами проводимости (p-n переход) в зависимости от направления тока происходит либо его охлаждение, либо нагревание. Объясняется это взаимодействием электронов с тепловым колебанием атомов кристаллической решетки. А при прохождении тока через последовательно соединенные переходы тепловая энергия, поглощенная одним p-n переходом, выделяется на другом.

Если расположить элемент Пельтье так, чтобы один p-n переход был внутри контейнера с хорошей теплоизоляцией, а другой снаружи, то получится небольшой холодильник, которому достаточно питания от автомобильного прикуривателя.

Еще один холодильник, работающий без компрессора, – абсорбционный. Сделать холодильник в машину можно и из такого старого агрегата.

Но в этом случае конструкция будет зависеть, от того, что вам досталось, поэтому непременно нужно будет поменять нагреватели и терморегуляторы на 12 вольтовые.

Делаем корпус

Для изготовления корпуса вам понадобятся материалы:

  • МДФ толщиной 10 мм.
  • Алюминиевый уголок 1,5×1,5 см.
  • Вытяжные заклепки 3×15 мм.
  • Мебельные шарниры – 2 шт.
  • Замок-защелка типа лягушка.
  • Вспененная фольгированная теплоизоляция толщиной 10 мм.
  • Клеенка на тканевой основе.
  • Клей «жидкие гвозди».
  • Клей ПВА.
  • Герметик.
  • Поролоновый уплотнитель для окон.

Один элемент Пельтье не сможет значительно охладить большой объем, поэтому для одного термоэлектрического элемента не делайте корпус больше чем 40×40×30 см.

Для распила оргалита используйте электрический лобзик или дисковую пилу, если же их нет в вашем арсенале, подойдет и обычная ножовка с мелким зубом. Из листов МДФ при помощи уголков и вытяжных заклепок соберите коробку, которая будет корпусом вашего мини-холодильника.

Уголки располагайте изнутри, чтобы заклепки удерживались надежней. Все полости в стыках между деталями конструкции заполните герметиком. После высыхания герметика оклейте внутреннюю поверхность получившегося ящика утеплителем. Используйте для этого «жидкие гвозди».

На верхние торцы стенок наклейте поролоновый уплотнитель. МДФ очень гигроскопичен, поэтому перед оклейкой корпуса его необходимо загрунтовать. Вместо грунтовки разведите водой немного ПВА (в 1 часть клея добавьте 2 части жидкости). Загрунтуйте корпус, дайте ему просохнуть и оклейте его клеенкой. Не оклеивайте дверцу, так как она является радиатором, а оклейка ухудшит ее теплоотдачу.

Монтаж охладителя

Для этого понадобится:

  • Элемент Пельтье.
  • Электрический вентилятор с рабочим напряжением 12 В и крепление для него.
  • 4 винта М 3×15 с гайками.
  • Разъем для подключения к гнезду прикуривателя.
  • Два медных, многожильных, изолированных провода. Сечение определите исходя из суммарной мощности элемента Пельтье и вентилятора.
  • Термопаста.
  • Листовой алюминий толщиной 3–4 мм.

Сначала нужно изготовить из алюминия два радиатора, смонтировать между ними охлаждающий элемент и отделить их друг от друга листом теплоизоляции. Эта конструкция будет по совместительству дверкой холодильника.

При наружных размерах корпуса 40×40×30 см верхний радиатор должен быть 40×40 см, так как он будет закрывать бокс, а нижний 38×38 см, потому что он должен входить внутрь.

Отрежьте от листа утеплителя квадрат 38×38 см, в его центре прорежьте отверстие по размеру охлаждающего элемента и приклейте его к меньшему радиатору на «жидкие гвозди». Припаяйте провода питания к выводам элемента (на вывод красного цвета нужно подавать «+», а на черный «землю»).

Положите большой радиатор вниз, а на него, теплоизоляцией вверх, маленький так, чтобы их центры совпадали. В сантиметре от каждого угла выреза в теплоизоляции просверлите по отверстию Ø 3 мм одновременно в двух радиаторах. Смажьте охлаждающий элемент с обеих сторон теплопроводящей пастой и положите на свободный от утеплителя участок меньшего радиатора охлаждающей стороной к металлу.

Накройте его большим радиатором так, чтобы ранее сделанные отверстия совпали, и стяните получившийся сэндвич винтами с гайками до сжатия теплоизоляции и касания радиаторами охладителя. Контролируйте сжатие с помощью штангенциркуля измеряя расстояние между радиаторами. Толщина элемента равна 3,8 мм. После уменьшения зазора до этой величины стягивание пластин радиаторов следует прекратить.

Прикрепите получившуюся дверку к шарнирам, а их к корпусу таким образом, чтобы при ее закрывании меньший радиатор входил внутрь корпуса. Для вывода проводов из корпуса наденьте на них подходящий по диаметру отрезок резиновой трубки.

В верхней пластине рядом с контактами подключения питания охладителя просверлите отверстие размером немного меньше наружного диаметра трубки. Выведите через него провода, оставив трубочку в отверстии, чтобы провод не терся о его края.

Прикрепите вентилятор к дверце так, чтобы он был направлен на нее, и подключите его к той же паре проводов. Осталось прикрепить защелку и какую-нибудь ручку для переноски устройства и генератор холода готов.

Выбор сечения провода

Чтобы узнать ток, который потребляет построенный кондиционер, сложите номинальный ток вентилятора с аналогичным параметром охлаждающего элемента. После этого остается только выбрать из справочника соответствующие этому току сечение провода. Фрагмент справочника достаточный для принятия решения в этом случае мы приводим ниже. При длине подключения до 2 м:

  • ток до 1,5 А, сечение провода – 0,3 мм2;
  • ток – 2,5 А, сечение – 0,5 мм2;
  • ток – 3,5 А, провод – 0,7 квадратов;
  • ток – 7,5 А, провод 1,5 квадрата;
  • ток – 10 А, провод – 2 мм2.

При длине подключения 3 м:

  • Iном до 1,5 А, провод – 0,4 мм2;
  • Iном – 2,5 А, провод – 0,8 мм2;
  • Iном – 3,5 А, провод – 1,1 квадрата;
  • Iном – 7,5 А, сечение – 2,3 мм2;
  • Iном – 10 А, сечение – 3,2 квадрата.

Если ваш кондиционер потребляет больший ток, чем тот, на который рассчитан предохранитель прикуривателя, придется подключить его к клеммам аккумулятора через собственную плавкую вставку. Зато вы сэкономите на разъеме для подключения к гнезду прикуривателя.

Сечение одножильного провода S после измерения его диаметра d можно посчитать по формуле – S=π*(d/2)2. Для определения сечения многожильного провода нужно посчитать количество жилок под изоляцией, вычислить сечение одной и умножить на их количество.

Если у вас нет штангенциркуля, диаметр одножильного провода вы можете определить с помощью обычной линейки. Для этого намотайте на отвертку 10 витков провода виток к витку и измерьте линейкой длину получившейся намотки. Поделите результат на 10, и получите диаметр провода.

Требования к питанию

Питание устройства должно быть постоянным током напряжение не более 15 В. Небольшие пульсации не мешают работе.

Значит, в особых условиях самодельный кондиционер не нуждается и его можно просто подключать к бортовой сети автомобиля с 12 вольтовым электрооборудованием.

Для владельцев автомобилей с напряжением бортовой сети 24 В можно порекомендовать соединять два охлаждающих элемента последовательно.

Преимущества и недостатки термоэлектрических охлаждающих устройств

Термоэлектрический охлаждающий кондиционер на основе эффекта Пельтье обладают следующими преимуществами:

  1. Высокая удельная мощность охлаждения. При размерах 40×40×3,8 мм один элемент может отводить тепловую энергию мощностью до 57 Вт.
  2. Бесшумность работы.
  3. Невысокая стоимость. Один элемент стоит не более 3 долларов.
  4. Высокая надежность. Время непрерывной работы до выхода из строя достигает 200 тыс. часов.

Недостатки кулеров Пельтье:

  • Низкий КПД. Поэтому при большом охлаждаемом объеме тяжело добиться значительной разницы температур противоположных поверхностей.
  • Кондиционер потребляет сравнительно большую мощность. Потребляемый одним элементом ток достигает 6 А.
  • Часть потребляемой мощности расходуется на нагревание радиатора, отдающего тепло в атмосферу.

Сделанный своими руками холодильник, разумеется, не заметит кондиционер либо климат-контроль, но в любом случае облегчит поездки в жаркую погоду.

Источник: http://AutoLirika.ru/soveti/avtomobilnyj-holodilnik-svoimi-rukami.html

Автохолодильник «Термия» GSA-001B, устройство, схема и ремонт

Автомобильный холодильник на элементе Пельтье

Читать все новости ➔

Автохолодильники на элементах Пельтье ис­пользуются в летний период на отдыхе, там, где имеется постоянное напряжение питания 12 В: в автомобиле, катере, яхте и т.п.

Но эти устройст­ва, несмотря на свою простоту, иногда выходят из строя. Несколько раз приходилось ремонтировать подобные холодильники автору этих строк.

В на­стоящей статье для домашних умельцев приведе­на полезная информация, которая необходима для ремонта этих устройств.

Автомобильный холодильник «Термия» GSA-001В производства ПАО «Маяк», г. Винница, выполнен в виде пластмассового термоса-контейнера с убирающейся ручкой для переноски и крышкой, в которую помещена вся механика с электроникой устройства. Хо­лодильник легко помещается в багажный отсек автомобиля. В крышку корпуса встроены эле­мент Пельтье, все элементы системы управ­ления режимом

работы холодильника и электронный термометр, а встроенный вентилятор обеспечивает постоян­ный эффект стабильной температуры.

GSA-001В может работать не только как холо­дильник, но и как подогреватель. Он имеет два ре­жима работы:

  • в режиме «Охлаждение» он позволяет поддер­живать температуру до 15°С ниже температуры ок­ружающей среды;
  • в режиме «Нагрев» он поддерживает темпера­туру внутри корпуса аппарата на уровне 56°С.

Этот холодильник отличается простотой кон­струкции, высокой надежностью, экологической безопасностью, не содержит фреона. Холодиль­ник работает от бортовой сети автомобиля (че­рез розетку прикуривателя) как во время движе­ния автомобиля, так и во время стоянки.

Он может работать также от сети переменного тока 220…230 В/50 Гц. Холодильник укомплектован двумя шнурами питания (со стандартной вилкой и штекером для прикуривателя) и автоматическим защитным устройством М-50к-12 (см.

[1]), которое контролирует предельно допустимую разрядку аккумуляторной батареи 11,6 В.

Основные параметры и характеристикихолодильника «Термия» GSA-001В:

  • объем холодильной камеры 25 л;
  • охлаждение ниже температуры окружающей среды на 15°С;
  • номинальная мощность 52 Вт;
  • напряжение питания =12 В/~220 В;
  • класс защиты II;
  • габаритные размеры 325x216x260 мм;
  • вес 4 кг.

Особенности конструкции

Основой холодильника служит, так называе­мый, элемент Пельтье типа ТЕС1-12706 (ТЕС от англ. Thermoelectric Cooler – термоэлектрический охладитель). Его работа основана на эффекте Пельтье, который был открыт еще в 1834 г.

https://www.youtube.com/watch?v=T1WYp4_Sego

Эффект Пельтье – это термоэлектрическое яв­ление, которое возникает при пропускании элек­трического тока через контакт (спай) двух различ­ных проводников или полупроводников.

На этом контакте (спае), помимо джоулева тепла, проис­ходит выделение дополнительного тепла при од­ном направлении тока и его поглощение при об­ратном направлении.

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Элемент Пельтье ТЕС1-12706 (рис.1) представ­ляет собой «сэндвич» толщиной 3,8 мм из двух пло­ских керамических пластин размерами 40×40 мм, между которыми находится множество чередую­щихся последовательно соединенных полупровод­никовых элементов типов «n» и «р» (рис.2).

Рис. 1

При про­хождении постоянного тока через такое соединение одна сторона р-n контактов (одна керамическая пластина) будет нагреваться, а другая, наоборот, охлаждаться.

Рис. 2

 Если изменить направление тока че­рез элемент Пельтье, то та керамическая пластина, которая до этого нагревалась, будет охлаждаться, а та, что охлаждалась, начнет нагреваться Элемент Пельтье ТЕС1-12706 (китайского про­изводства) имеет следующие параметры:

  • напряжение питания постоянное 3,7… 16 В (чем выше напряжение, тем лучше эффект);
  • номинальное напряжение питания 12 В;
  • максимальный ток при напряжении 12 В со­ставляет 4,5 А;
  • мощность 50…60 Вт;
  • максимальная разница температур более 66°С.

ТЕС1-12706 имеет два гибких вывода из про­водов красного и черного цвета. Если подать «+» источника питания на красный провод, а «-» на черный, то охлаждаться будет сторона элемен­та, на которую нанесена надпись «ТЕС1-12706», а противоположная будет нагреваться. При из­менении полярности напряжения, подписанная сторона будет греться, а противоположная ох­лаждаться.

Как было отмечено выше, весь холодильник со­бран в съемной крышке. Там же на двух радиато­рах расположен элемент Пельтье. Два радиатора нужны для отвода (подачи) тепла от сторон элемен­та Пельтье. Устройство содержит два вентилируе­мых канала, которые условно назовем внутренним и внешним.

Они обеспечивают обдув соответству­ющих радиаторов для ускорения и улучшения теп­лообмена.

Внутренним каналом будем называть канал обдува радиатора, который обеспечивает не­обходимую температуру внутри прибора, а внеш­ним каналом – канал, обеспечивающий теплооб­мен второго радиатора и внешней среды.

На рис. 3 показана съемная крышка холодиль­ника с нижней стороны. На этом рисунке хорошо виден внутренний радиатор и канал обдува этого радиатора со снятыми крышками, а также датчик температуры.

Замечу, что крышка внутреннего ка­нала крепится в устройстве с помощью 13-ти за­щелок, которые при снятии этой крышки открыва­ются с помощью плоской отвертки. На рис.

3 показаны элементы только одной из этих защелок.

Рис. 3

Для «вскрытия» крышки холодильника необхо­димо открутить два винта-самореза вверху крышки (рис.3), раскрыть ряд защелок сбоку по пери­метру крышки. Резиновый уплотнитель (рис.

3) трогать и, тем более, отдирать не следует. Он обеспечивает герметичность конструкции, выби­рая мельчайшие щели между корпусом и крышкой холодильника, и к разборке устройства отношения не имеет.

Раскрытая крышка холодильника — рис.4. На этом рисунке показан второй радиатор аппарата и канал его обдува.

Я умышленно не пользуюсь термином «охлаждение», так как, работая в режи­ме «Охлаждение», этот радиатор действительно будет нагреваться, и принудительный обдув будет его охлаждать, а работая, как подогреватель (ре­жим «Нагрев»), он будет охлаждаться, и обдув бу­дет повышать его температуру.

Рис. 4

Весьма интересен способ установки элемента Пельтье на радиаторы. На рис.3 и рис.4 этот эле­мент не виден – только радиаторы.

На эскизе рис. 5 показано, как установлен эле­мент Пельтье на радиаторах в холодильнике GSA-001 В. Нижний радиатор обдувается вентилятором и определяет температуру внутри аппарата, а верхний, который также обдувается вентилятором, и «греет» (или «охлаждает») окружающую среду.

Рис. 5

Одна из сторон элемента через слой термопа­сты КПТ-8 соединена непосредственно с верхним радиатором.

Вторая сторона этого элемента «си­дит» на нижнем радиаторе через алюминиевый пе­реходник, который необходим для того, чтобы раз­нести холодный и горячий радиаторы на определенное расстояние для уменьшения тепло­обмена между ними.

С этой же целью между радиаторами уложена теплоизоляция из пеноплас­та. Естественно, между алюминиевым переходни­ком элементом Пельтье и нижним радиатором проложены слои термопасты КПТ-8.

Весь этот «бутерброд» скреплен двумя винта­ми М4 через изоляционные пластмассовые втул­ки. Головки этих винтов видны на рис. 3 со сторо­ны внутреннего радиатора. Для уменьшения теплообмена между внешним радиатором и вну­тренним каналом, головки винтов (во втулках) по­крыты толстым слоем силиконового герметика.

На переходнике уста­новлен термостат (тер­мореле) типа KSD301, нормально замкнутые контакты которого раз­мыкаются при достиже­нии температуры +85°С. Это обеспечивает огра­ничение температуры внутри прибора в режи­ме «Нагрев».

Замечу, что обдув радиаторов обеспечивается одним вентилятором с двумя крыльчатками, дви­гатель которого размещен в пространстве между внешним и внутренним каналами обдува (внутри пенопластовой теплоизоляции).

На рис. 4 несложно заметить три печатные платы:

  • управления;
  • электронного термометра;
  • сетевого блока питания.

К сожалению, холодильник, как это принято по­следние 15-20 лет, не укомплектован принципи­альной схемой. Нет никакой технической информа­ции, за исключением «Инструкции пользователя», об этом холодильнике и в сети Интернет. Поэтому принципиальные схемы этого аппарата в целом и печатных плат, в него входящих, автору пришлось восстанавливать по монтажу.

На рис. 6 показана общая принципиальная схе­ма автомобильного холодильника «Термия» GSA-001В, на которой платы электронного термомет­ра и сетевого блока питания показаны в виде прямоугольников. Об этих узлах будет рассказа­но отдельно.

Рис. 6

Остановимся на схеме рис. 6 подробнее.

Назначение деталей:

  • Х1 – сетевой разъем;
  • Х2 – разъем кабеля от бортовой сети автомо­биля 12 В;
  • S1 – выключатель-переключатель напряжения сети;
  • S2 – выключатель-переключатель режимов «Охлаждение-Нагрев»;
  • HL1 – красный светодиод-индикатор режима «Нагрев»;
  • HL2 – зеленый светодиод-индикатор режима «Охлаждение»;
  • R1, R2 – ограничивающие резисторы;
  • М1 – двигатель вентилятора;
  • D1-D4 – диодный мост – коммутатор напря­жения питания двигателя вентилятора;
  • SK1 – термостат (термореле) KSD301 +85‘С;
  • ЕК1 – элемент Пельтье типа ТЕС1-12706.

При включении холодильника с помощью пере­ключателя S1 (рис.6) и выключенном S2 (положе­ние OFF) будет включен только термометр, пока­зывающий температуру внутри холодильника.

Выключатель-переключатель S2 при переклю­чении режимов «Охлаждение-Нагрев» меняет по­лярность напряжения питания на элементе Пель­тье. При этом меняется полярность напряжения на светодиодах HL1 и HL2, засвечивая тот из них, ко­торый смещен в прямом направлении.

Чтобы при переключении режимов не менялось направление вращения крыльчаток вентилятора, надо сохра­нить при этом полярность напряжения питания двигателя вентилятора М1. Поэтому напряжение питания поступает на двигатель вентилятора че­рез диодный мост D1-D4.

Заметим, что независи­мо от полярности напряжения на входе моста, на его выходе полярность напряжения, используемо­го для питания М1, будет неизменной.

Размещение на передней панели холодильни­ка выключателей-переключателей S1 и S2, инди­каторов режимов и семисегментного индикатора термометра показано на рис.7.

Страницы:

Источник: http://meandr.org/archives/28145

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.