Пельтье элемент своими руками как сделать: как изготовить своими руками из подручных материалов?

Содержание

как изготовить своими руками из подручных материалов?

Элементом Пельтье принято называть преобразователь, который способен работать от разности температур. Происходит это путем протекания электрического тока по проводникам через контакты. Для этого в элементах предусмотрены специальные пластины. Тепло от одной стороны переходит в другую.

На сегодняшний день указанная технология является востребованной в первую очередь из-за значительной мощности теплоотдачи. Дополнительно устройства способны похвастаться компактностью. Радиаторы для многих моделей устанавливаются слабенькие. Связано это с тем, что тепловой поток довольно быстро остывает. В результате нужная температура поддерживается постоянно.

Подвижных частей указанный элемент не имеет. Работают устройства абсолютно бесшумно, и это является несомненным преимуществом. Также следует сказать, что эксплуатироваться они способны очень долго, а случаи поломок возникают крайне редко. Самый простой тип состоит из медных проводников с контактами и соединительными проводами. Дополнительно с охлаждающей стороны имеется изолятор. Изготовляют его, как правило, из керамики или нержавеющей стали.

Зачем нужны элементы Пельтье?

Элементы Пельтье чаще всего используются для изготовления холодильников. Обычно речь идет о компактных моделях, которые могут применяться, к примеру, автомобилистами в дороге. Однако на этом область применения устройств не подходит к концу. В последнее время элементы Пельтье активно начали устанавливать в звуковую, а также акустическую технику. Там они способны выполнять функции куллера.

В результате охлаждение усилителя устройства происходит без какого-либо шума. Для портативных компрессоров элементы Пельтье являются незаменимыми. Если говорить о научной отрасли, то ученые применяют данные устройства для охлаждения лазера. При этом можно добиться значительной стабилизации волны изучения у светодиодов.

Недостатки моделей Пельтье

Казалось бы, такое простое и эффективной устройство лишено недостатков, однако они имеются. В первую очередь специалисты сразу отметили малую пробивную способность модуля. Это говорит о том, что у человека возникнут определенные проблемы, если он захочет охладить прибор, который работает от сети с напряжением 400 В. В данном случае частично поможет решить эту проблему специальная диэлектрическая паста. Однако пробой тока все равно будет высоким и обмотка элемента Пельтье может не выдержать.

Дополнительно указанные модели не советуют применять для точной электроники. Поскольку в конструкции элемента имеются металлические пластины, то чувствительность транзисторов может нарушаться. Последним недостатком элемента Пельтье можно назвать малый коэффициент полезного действия. Достигнуть значительной разности температур указанные устройства не способны.

Модуль для регулятора

Сделать элемент Пельтье своими руками для регулятора довольно просто. Для этого следует заранее заготовить две металлические пластины, а также проводку с контактами. В первую очередь для установки готовят проводники, которые будут располагаться у основания. Обычно их закупают с маркировкой «РР».

Дополнительно для нормального контроля температуры следует предусмотреть полупроводники на выходе. Они необходимы для того, чтобы быстро отдавать тепло на верхнюю пластину. Для установки всех элементов следует использовать паяльник. Чтобы доделать элемент Пельтье своими руками, в последнюю очередь подсоединяют два провода. Первый монтируется у нижнего основания и фиксируется у крайнего проводника. Соприкосновения при этом с пластиной следует избегать.

Далее крепят второй провод у верней части. Фиксация осуществляется также к крайнему элементу. Для того чтобы проверить работоспособность устройства, применяют тестер. Для этого два провода нужно подсоединить к прибору. В результате отклонение напряжения должно составить примерно 23 В. В данной ситуации многое зависит от мощности регулятора.

Холодильники с терморезистором

Как сделать элемент Пельтье своими руками для холодильника с терморезистором? Отвечая на этот вопрос, важно отметить, что пластины для него подбираются исключительно из керамики. При этом проводников используется около 20 штук. Это необходимо для того, чтобы перепад температуры был более высоким. Повысить коэффициент полезного действия можно до 70 %. В данном случае важно рассчитать энергопотребление устройства.

Сделать это можно исходя из мощности оборудования. Холодильник на жидком фреоне в этом случае походит идеально. Непосредственно элемент Пельтье устанавливается возле испарителя, который располагается рядом с мотором. Для его монтажа потребуется стандартный набор инструментов, а также прокладки. Они необходимы для того, чтобы оградить модель от пускового реле. Таким образом, охлаждение нижней части устройства будет происходить намного быстрее.

Чтобы добиться получения разницы в температурах (эффект Пельтье) своими руками, проводников может понадобиться не менее 16 штук. Главное при этом — надежно изолировать провода, которые будут подключаться к компрессору. Для того чтобы сделать все правильно, нужно в первую очередь отсоединить осушитель холодильника. Только после этого есть возможность соединить все контакты. По завершении установки предельное напряжение следует проверить при помощи тестера. При нарушении работы элемента в первую очередь страдает терморегулятор. В некоторых случая происходит его короткое замыкание.

Модель для холодильника 15 В

Делается холодильник Пельтье своими руками с малой пропускной способностью. Крепятся модули в основном возле радиаторов. Для того чтобы надежно их закрепить, специалисты используют уголки. К фильтру элемент не должен прислоняться, и это следует учитывать.

Чтобы доделать термоэлектрический модуль Пельтье своими руками, нижнюю пластину в основном выбирают из нержавеющей стали. Проводники, как правило, применяются с маркировкой «ПР20». Нагрузку они максимум способны выдерживать на уровне 3 А. Максимальное отклонение температуры способно достигать 10 градусов. В этом случае коэффициент полезного действия может составлять 75 %.

Элементы Пельтье в холодильниках 24 В

Используя элемент Пельтье, холодильник своими руками сделать можно только из проводников с хорошей герметизацией. При этом они для охлаждения должны укладываться в три ряда. Рабочий ток в системе обязан поддерживаться на уровне 4 А.. Проверить его можно при помощи обычного тестера.

Если использовать керамические пластины для элемента, то максимального отклонения температуры можно добиться в 15 градусов. Провода к конденсатору устанавливаются только после того, как будет подложена прокладка. Закрепить ее на стенке устройства можно разными способами. Главное в данной ситуации — не использовать клей, который чувствителен к температурам свыше 30 градусов.

Элемент Пельтье для автомобильного охладителя

Чтобы сделать качественный автохолодильник своими руками, Пельтье (модуль) подбирается с пластиной, толщина которой не более 1.1 мм. Провода лучше всего использовать немодульного типа. Также для работы потребуются медные проводники. Их пропускная способность должна составлять не менее 4А.

Таким образом, максимальное температурное отклонение будет доходить до 10 градусов, это считается нормальным. Проводники чаще всего используют с маркировкой «ПР20». Они в последнее время показали себя более стабильными. Также они подходят для различных контактов. Для соединения устройства с конденсатором используют паяльник. Качественная установка возможна только на блок реле прокладку. Перепады в данном случае будут минимальными.

Как сделать элемент для кулера питьевой воды

Модуль Пельтье (элемент) своими руками делается для кулера довольно просто. Пластины для него важно подбирать только керамические. Проводников в устройстве используют не менее 12. Таким образом, сопротивление будет выдерживаться высокое. Соединение элементов стандартно осуществляется при помощи пайки. Проводов для подключения к прибору должно быть предусмотрено два. Крепиться элемент обязан в нижней части кулера. При этом с крышкой устройства он может соприкасаться. Для того чтобы исключить случаи коротких замыканий, всю проводку важно зафиксировать на решетке либо корпусе.

Кондиционеры

Модуль «Пельтье» (элемент) своими руками делается для кондиционера только с проводниками класса «ПР12». Их выбирают для этого дела в основном из-за того, что они хорошо справляются с низкими температурами. Максимум модель способна выдавать напряжение 23 В. Показатель сопротивления при этом будет находиться на уровне 3 Ом. Перепад температуры максимум достигает 10 градусов, а коэффициент полезного действия — 65 %. Укладывать проводники между листами можно только в один ряд.

Изготовление генераторов

Изготовить генератор, используя модуль Пельтье (элемент), своими руками можно. Производительность устройства поднимется в целом на 10 %. Достигается это за счет большего охлаждения мотора. Максимум нагрузка прибором выдерживается 30 А. За счет большого количества проводников сопротивление способно составлять 4 Ом. Отклонение температуры в системе равняется примерно 13 градусов. Крепится модуль непосредственно к ротору. Для этого в первую очередь следует отсоединить центральный вал. Во многих случаях статор не мешает. Чтобы обмотка ротора не нагревалась от индуктора, используют керамические пластины.

Охлаждение видеокарты на компьютере

Для охлаждения видеокарты следует подготовить не менее 14 проводников. Лучше всего подбирать медные модели. Коэффициент проводимости тепла у них довольно высокий. Для подключения устройства к плате используются провода немодульного типа. Монтируется модель возле кулера видеокарты. Для ее закрепления обычно используют маленькие металлические уголки.

Для фиксации их можно воспользоваться обычными гаечками. Появление излишнего шума при эксплуатации говорит том, что устройство работает не должным образом. В данном случае необходимо проверит целостность проводки. Также нужно осмотреть проводники.

Элемент Пельтье для кондиционера

Чтобы качественно сделать элемент Пельтье своими руками для кондиционера, пластины используют двойные. Минимальная их толщина должна составлять не менее 1 мм. В таком случае можно надеяться на температурное отклонение в 15 градусов. Производительность кондиционеров после оснащения модулей в среднем увеличивается на 20 %. Многое в данной ситуации зависит от температуры окружающей среды. Также следует учитывать стабильность напряжения от сети. При небольших помехах нагрузка устройством выдерживается примерно 4 А.

При пайке проводников их следует размещать не слишком близко друг к другу. Чтобы правильно доделать модули Пельтье своими руками, входные и выходные контакты надо устанавливать только на одну из двух пластин. В таком случае прибор получится более компактным. Грубой ошибкой в данной ситуации будет подключать модуль непосредственно к блоку. Это приведет к неминуемой поломке элемента.

Установка модуля на конденсатор

Чтобы установить модуль Пельтье своими руками, важно оценить мощность конденсатора. Если она не превышает 20 В, то элемент следует монтировать с проводниками, на которых указана маркировка «ПР30» или «ПР26». Для того чтобы закрепить модуль Пельтье (элемент) своими руками на конденсаторе, используют маленькие металлические уголки.

Лучше всего их устанавливать по четыре на каждую из сторон. По производительности конденсатор, в конечном счете, способен прибавить плюс 10 %. Если говорить о теплопотерях, то они будут незначительными. Коэффициент полезного действия прибора в среднем равняется 80 %. Для высоковольтных конденсаторов модули не рассчитаны. В данном случае не поможет даже большое количество проводников.

Как сделать термогенератор Пельтье своими руками

Можно приобрести элементы и у соотечественников, но уж совсем по баснословной цене, а это не наш путь.

Итак мой термогенератор нагревается масляной (на обычном, самом дешевом, подсолнечном масле) горелкой.

Которая помещена вот в такой разборный корпус, состоящий из консервной банки, регулятора высоты горелки и самого элемента Пельтье.

Сама горелка тоже состоит из банки и угольного фитиля.

Изготовить такой фитиль можно по этой видеоинструкции.

Лично я делаю такие фитили из углей от костра, продвинутые жители больших городов могут просто купить древесный уголь в магазине. Подобная горелка и сама по себе хороша, можно использовать как источник освещения, вместо свечек. Масло на её работу уходит мало, особо не чадит, может гореть сутками.

Вот это элемент Пельтье, сверху на него помещен радиатор от охлаждения компьютерного процессора, с вентилятором.

Это регулятор уровня огня горелки. Я его изготовил от убитого CD-rom_а. Его можно изготовить из чего угодно, лишь бы фантазия работала.

Элемент Пельтье (в данном варианте два-три элемента, друг на друге, всё смазано термопастой) у меня зажат между охлаждающим радиатором и нагревающим радиатором.

Пространство вокруг элемента я заполнил резиной (от каблуков ненужной обуви) и склеил всё это автомобильным термогерметиком.

Вентилятор для охлаждения изготовил из 3–х вольтового двигателя от того же неисправного CD-rom_а и лопастей штатного вентилятора от компьютерного кулера. Двигатель и вентилятор состыковал при помощи китайского суперклея и дискодержателя от всё того же CD-rom_а. В результате получился вентилятор охлаждения, который начинает работать от полутора вольт и жрёт совсем небольшой ток.

Для радиатора нагревания взял радиатор от кулера старого процессора.

Напряжение, порядка 6-8 вольт, у меня выходит на преобразователь, где уменьшается до нужных для девайсов пяти вольт.

Про этот преобразователь я уже писал. http://tutankanara.livejournal.com/410005.html

Вот и сам генератор в сборе. Кат только (в пределах минуты-две) вырабатываемое напряжение достигает полутора вольт, начинает крутиться вентилятор охлаждения, и холодная сторона элемента начинает охлаждаться. В рабочий режим генерации термогенератор выходит через несколько минут. От него можно питать светодиодные гирлянды и заряжать электронные девайсы. Мой генератор даёт порядка 400 миллиампер тока при 5 вольтах напряжения. Сила тока зависит от применяемого элемента. Если будет возможность, поставлю элементы получше.

Также данное устройство, если снять генераторную часть, можно использовать в качестве обычной горелки, для кипячения воды. Обычно я заполняю наполовину банку и она закипает через 10-15 минут.   

Термогенератор Пельтье своими руками — * Выживание в мало-благоприятных Ситуациях * — LiveJournal

В продолжение темы о самодельных девайсах. http://tutankanara.livejournal.com/410005.html На этот раз речь пойдёт о темрогенераторе на элементах Пельтье.

Элементы Пельтье это такие небольшие (обычно 4х4 см.) штуковины, состоящие из керамических пластин и биметалла между ними, посредством которого при нагревании одной стороны и охлаждении другой – вырабатывается электрический ток. Или наоборот, подавая ток, нагреваем одну сторону и охлаждаем другую. Данное свойство элементов Пельтье используют при изготовлении переносных холодильников, но меня в первую очередь больше интересует генераторная способность этих устройств.

Действительно, очень удобно. Нагреваешь одну сторону элемента, охлаждаешь другую – и получаешь достаточный ток и напряжение для зарядки, например, сотового или прочих электронных девайсов. А у меня вообще с электричеством напряг, часто не бывает, так что такая штука мне жизненно необходима. .Нет, конечно, частично, проблему нехватки электричества могут решить солнечные батареи. Это, на данном этапе, я вообще считаю один из лучших источников альтернативной энергетики. Поэтому у меня есть и солнечная батарея (о которой расскажу позже), небольшой, но достаточной для меня мощности. Выдаёт она где-то 1 – 1,5 ампера при напряжении от 5 до 15 вольт.

Но солнце есть не всегда, поэтому термогенератор оказался нужнее. Да и вне цивилизации он необходим, а также выживальщики, я думаю, такими вещами интересуются.

Для создания термогенератора подойдут не всякие элементы Пельтье, а лишь те, которые держат температуру 300-400 градусов. Конечно, можно изготовить генератор и из обычных элементов, тех, что применяют в холодильниках, но лишь в порядке эксперимента. Ибо, чуть только перегреете – и элемент выйдет из строя. Приобрести высокотемпературные элементы можно у американцев или у китайцев. (Небольшое отступление про китайцев: читая мой блог, может сложиться неверное представлениея, что я плохо отношусь к Китаю или китайцам. Совсем наоборот, Китаем я восхищаюсь, что не мешает мне считать, что это самый вероятный наш противник. Опять же, немцы тоже когда-то были нашим врагом, да и французы, да и кто только не был. И что с того? Будет война – будем ненавидеть, но пока мир – мы друзья. Тем более, что всё в конце концов закончится, как ранее в случае с другими нациями. И таки станут, после всех войн, русские и китайцы – братьями навек. Аминь.)
Можно приобрести элементы и у соотечественников, но уж совсем по баснословной цене, а это не наш путь.

Итак мой термогенератор нагревается масляной (на обычном, самом дешевом, подсолнечном масле) горелкой.

Которая помещена вот в такой разборный корпус, состоящий из консервной банки, регулятора высоты горелки и самого элемента Пельтье.

Сама горелка тоже состоит из банки и угольного фитиля.

Изготовить такой фитиль можно по этой видеоинструкции.


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Как сделать охладитель Пельтье Top Полное руководство 2022

Распространенный вопрос: Как сделать охладитель Пельтье . Это популярная тема, которая появляется на большинстве сайтов социальных сетей. Изготовление охладителя Пельтье может быть очень увлекательным. Это позволяет хранить еду и напитки у правильного переключателя контроля температуры , чтобы брать их с собой повсюду.

Процесс изготовления кулера занимает много времени. Был ли он успешным? Publican Anker позволяет вам легко запутаться в этих проблемах.Однако Publican Anker уверяет, что все методы основаны на реальном жизненном опыте. Мытарь Анкер здесь, чтобы помочь вам добиться успеха!

Что такое термоэлектрический эффект?

Они используют файлы cookie и данные для предоставления и поддержки услуг, таких как отслеживание сбоев и защита от спама, мошенничества и злоупотреблений. Показывайте персонализированную или общую рекламу, в зависимости от ваших настроек, в Google и в Интернете. Пожалуйста, смотрите больше здесь:

Короче говоря, термоэлектрический эффект — это преобразование горячего радиатора в электричество.Вы можете разделить его на эффект Зеебека, эффект Пельтье и эффект Томсона.

Эффект Зеебека относится к преобразованию желаемой разницы температур в электричество. Эффект Пельтье относится к преобразованию электричества в разницу температур.

Эти эффекты возможны только с термоэлектрическими модулями. Эти твердотельные тепловые насосы могут перемещать тепло от одного конца к другому при подаче напряжения. Они также генерируют электричество, если одна сторона горячая, а другая холодная.

Вы можете использовать его для расчета эффекта Томсона для различных материалов.

Теперь мы лучше понимаем термоэлектрический эффект. Давайте сосредоточимся на модулях Пельтье. Это будет нашим основным направлением в этом проекте.

Что такое модуль Пельтье?

Охладители Пельтье, термоэлектрические модули Пельтье, которые используют эффект Пельтье в соединениях полупроводников, легированных N или P, называются охладителями модулей Пельтье. Они более эффективны в качестве охлаждающих или нагревательных устройств (эффект Пельтье), чем в качестве генераторов (эффект Зеебека).

В качестве стандарта мы будем использовать модуль Пельтье TEC1-1276, 6-амперный кулер размера C (стандартный) с парой PN 127.

Изготовление мощного охладителя Пельтье

Шаг 1. Соединяем радиаторы и элементы Пельтье.

Я использовал термопасту из радиаторов, чтобы зажать элементы Пельтье между ними и скрепить их болтами, обеспечив равномерное распределение элементов Пельтье между ними.

Небольшое примечание: печатная сторона элемента Пельтье становится холодной стороной после установления полярности.

Шаг 2: Вырежьте отверстие в крышке холодильника.

Разметив форму радиатора, вырезал крышку кулера. Я использовал бритву, чтобы срезать заусенцы с краев, а затем использовал свой пылесос, чтобы убрать весь беспорядок.

Шаг 3: Прикрутите теплообменник к крышке.

Я прикрепил весь теплообменник к крышке с помощью 3-дюймовых болтов из нержавеющей стали, шайб и гаек. После установки крышки я прикрепил вентилятор к радиатору с холодной стороны для циркуляции воздуха.

Шаг 4: Установка электрики.

Чтобы обеспечить надежное решение с низким импедансом, я спаял провода 12 и 0 вольт. Я прикрепил термометр к крышке с помощью черного силиконового клея. Я прикрепил термодатчик к ребрам холодного радиатора.

Для питания я использовал 12-вольтовую вилку.

Быстрые тесты показывают, что внутренняя температура опускается ниже 9°С, а температура окружающей среды опускается до 28°С менее чем за полчаса.Радиатор на тепловых трубках хорошо охлаждает 65-ваттный модуль Пельтье! Этот предварительный тест также был задокументирован с помощью тепловых изображений.

Шаг 5: Добавление теплоизоляции.

Многие люди не понимают, что солнцезащитные кремы серебристого цвета для ветрового стекла могут быть отличным теплозащитным или изоляционным материалом. Взял кусок штока, вырезал, блок питания, силиконом прилепил к крышке.

Шаг 6: Фиксация ручки.

Из-за размера радиатора с горячей стороны пришлось заменить ручку ремешком.Чтобы дополнить свой кулер Пельтье, я использовал ремень от старой сумки.

Шаг 7: Тестирование.

Работал без охлаждения, разница температур окружающей среды 29С. Через полчаса она упала до 17С. Эта эффективность охлаждения превосходна.

Охладители Пельтье

лучше всего подходят для предварительно охлажденных продуктов, поскольку они не могут заморозить продукты в горячей среде. Несмотря на то, что холодный радиатор довольно большой, я не возражаю против уменьшения объема хранилища из-за того, как он работает.

Интересный факт: При 9 вольтах кулер станет холоднее, но на это потребуется больше времени.Это связано с тем, что тепловые потери в Пельтье прямо пропорциональны току.

Соответствующие должности:

Шаг 8: Улучшение!

Я не хотел увеличивать мощность охлаждения за счет удаления внутреннего вентилятора. Разница температур впечатляет! Удивительно!

Эта инструкция была интересной. Это стоило 700 TD, и теперь у меня есть холодильник, в котором можно хранить продукты, пока я не доберусь до самодельного мини-холодильника с элементами Пельтье. Нет необходимости покупать глупый, неуклюжий лед или убирать беспорядок.

Персонализированный контент и реклама могут быть основаны на таких вещах и ваших действиях, как поиск в Google и видео, которые вы смотрите на YouTube. Персонализированный контент и реклама включают в себя такие вещи, как более релевантные результаты и рекомендации, настраиваемую домашнюю страницу YouTube и рекламу, адаптированную к вашим интересам. Нажмите здесь, чтобы увидеть больше:

Часто задаваемые вопросы

Насколько холодная сторона может быть у охладителя Пельтье?

Пластина Пельтье стандартного портативного термоэлектрического охладителя потребляет около 3-5 ампер.Он может выдерживать температуры до 40 градусов по Фаренгейту ниже переключателя контроля температуры окружающей среды. Например, если кулер находится на улице в 80-градусный день, он получит 40 градусов.

Поиск: https://askinglot.com/how-cold-does-a-peltier-cooler-get

Может ли Пельтье заморозить воду?

1,5 часа. Один литр воды можно заморозить при температуре 40С. Термоэлектрические модули (ТЭМ), работающие на эффекте Пельтье, могут обеспечивать высокую скорость охлаждения и работать от источников постоянного тока.Эти предметы могут замораживать воду без хладагента и сокращать время замораживания до 3 минут.

Читайте дальше: https://www.researchgate.net/publication/333673168_Rapid_Water_Freezer_Using_Thermoelectric_Module

Может ли элемент Пельтье охладить комнату?

С термоэлектрическим охлаждающим модулем Пельтье вы можете приготовить все, что захотите. Это не так экономично, как цикл компрессора R-134A, который является стандартным серийным кондиционером воздуха.

Источник: https://engineering.stackexchange.com/questions/33476/can-peltier-modules-be-practically-used-to-cool-a-room

Почему Пельтье не используется в переменном токе?

Большинство термоэлектрических охладителей не охлаждают электронные гаджеты ниже 50 градусов по Фаренгейту. Термоэлектрические охладители не следует использовать в местах с температурой выше 80 градусов по Цельсию. Причина в том, что прибор Пельтье не может производить большой тепловой поток и может снизить температуру лишь примерно на 20 градусов.

Щелкните здесь: https://www.quora.com/Why-dont-we-use-thermoelectric-coolers-in-AC

Заключение

Вам не нужно учить все, но вы все равно можете сделать свой Пельтье круче, если будете полны решимости. Это признак того, что ваше понимание является исключительным.

Мытарь Анкер был бы признателен, если бы вы оставили свои комментарии ниже. Publican Anker будет использовать ваш опыт и предложения для создания более качественных статей.

Как спроектировать модульную систему Пельтье

Модули Пельтье

, также называемые термоэлектрическими модулями, часто являются основой эффективного решения для управления температурным режимом, когда необходимо точно контролировать температуру объекта.Хотя их можно использовать как для нагрева, так и для охлаждения объектов, чаще всего модули Пельтье используются для охлаждения объектов до температуры ниже температуры окружающей среды. Поскольку они обычно предлагаются как компонент, а не как полная система, для правильной интеграции и управления модулем потребуется некоторая работа по проектированию. Спроектировать тепловую систему Пельтье несложно, но базовое понимание характеристик термоэлектрического модуля полезно для обеспечения успешного применения. Для простоты в этом обсуждении будет сделано предположение, что модуль Пельтье охлаждает интересующий объект.Однако следует отметить, что конструктивные соображения по нагреву объекта идентичны, за исключением того факта, что полярность напряжения и тока, питающих устройство Пельтье, обратная (обратно также направлено направление теплового потока через модуль).

Модульные системы Пельтье

На приведенной ниже схеме показаны основные подсистемы, необходимые при использовании модуля Пельтье для контроля температуры объекта. Модуль Пельтье является ключевым элементом системы, но необходимы и другие элементы.Термоэлектрический модуль будет передавать тепло от охлаждаемого объекта, а радиатор необходим для рассеивания как тепла, передаваемого через модуль Пельтье, так и тепла, выделяемого источником электроэнергии. Источник питания обеспечивает ток, необходимый для работы устройства Пельтье, а внешняя петля обратной связи, связанная с тепловым монитором, позволяет системе точно контролировать температуру охлаждаемого объекта.

Типичная конструкция модульной системы Пельтье

Критерии первоначального выбора модуля Пельтье

Модули Пельтье

обычно выбираются на основе тепловых требований приложения.Оттуда можно определить требуемый ток и соответствующее напряжение привода. Наиболее важными тепловыми условиями являются теплота, передаваемая через модуль, максимальная температура по модулю Пельтье и максимальная температура горячей стороны модуля. Производители Пельтье обычно предлагают ряд термоэлектрических модулей, которые будут работать в заданном наборе тепловых условий и обеспечивают диапазон рабочих значений тока и напряжения питания. Более подробное обсуждение выбора устройства Пельтье можно найти в нашем блоге «Как выбрать модуль Пельтье».

Питание модуля Пельтье

Модули Пельтье

легче всего охарактеризовать по потреблению тока. Уровень тока, необходимый для приложения, определяется путем оценки характеристик выбранного устройства Пельтье. Доминирующими параметрами, влияющими на требуемый ток, являются передаваемая тепловая мощность, температура, которую необходимо поддерживать, и рабочая температура модуля. Хотя характеристики модуля Пельтье определяются током, для питания устройства и обеспечения требуемого рабочего тока можно использовать источник регулируемого напряжения.Прикладываемое напряжение, необходимое для подачи желаемого тока, можно определить, просмотрев характеристики выбранного термоэлектрического модуля (см. пример).

Управление напряжением, подаваемым на модуль Пельтье

В некоторых приложениях модуль Пельтье должен работать таким образом, чтобы обеспечить непрерывное максимальное охлаждение. В этих случаях к устройству Пельтье прикладывается постоянное напряжение, а результирующий ток нагрузки и охлаждение можно определить на основе графиков характеристик в спецификациях.

Конструкция модуля Пельтье с постоянным напряжением

Однако в других приложениях модули Пельтье используются для поддержания объекта при контролируемой температуре. В этих конструкциях используется тепловой датчик, такой как термопара, твердотельный датчик температуры или инфракрасный датчик, для контроля температуры объекта. Данные о температуре возвращаются к источнику питания через контур терморегулирования для регулировки напряжения (или тока), подаваемого на модуль Пельтье. Распространенным методом управления напряжением, подаваемым на термоэлектрический модуль, является включение каскада широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на выходе стандартного источника питания.Внешний ШИМ-каскад необходим, потому что многие блоки питания не имеют возможности простой регулировки выходного напряжения в широком диапазоне. Выходное напряжение каскада ШИМ также должно быть отфильтровано, чтобы его пульсации составляли менее 5%. Более высокие пульсации напряжения не повредят модуль Пельтье, но снизят его коэффициент полезного действия (COP) и могут вызвать проблемы с электрическим шумом в охлаждаемом объекте. Конструкция контура терморегулирования может быть реализована во многих формах из-за требуемой узкой полосы пропускания контура.Кроме того, полярность контролируемого напряжения или тока должна быть реверсивной, если система контроля температуры должна одновременно охлаждать и нагревать объект.

Модульная конструкция системы Пельтье с ШИМ

Учет всех источников тепла

Устройства Пельтье передают тепло через модуль при подаче электроэнергии. Помимо передаваемого тепла, термоэлектрические модули в процессе работы выделяют дополнительное тепло за счет подводимой электрической мощности.Тепловое решение для системы Пельтье должно рассеивать как тепло, передаваемое через модуль Пельтье, так и собственное генерируемое тепло. В системах, работающих при низком КПД, тепло, выделяемое при электрической работе устройства Пельтье, будет значительно больше, чем его теплопередача. Сочетание температуры окружающей среды и эффективности радиатора определяет максимальную рабочую температуру модуля Пельтье и производительность системы.

Типичный тепловой поток через модуль Пельтье

Резюме

Системы, использующие модули Пельтье, могут быть чрезвычайно эффективным методом контроля температуры объекта. Эти системы имеют преимущества по сравнению с традиционными конфигурациями контроля температуры на основе компрессоров и диссипативных нагревателей, поскольку они могут работать в любом положении и часто меньше по размеру, легче и более энергоэффективны, а также демонстрируют меньший электрический и акустический шум. Стандартные компоненты также можно использовать практически для всех подсистем, необходимых для настройки приложения модуля Пельтье.Это делает модули Пельтье интригующим вариантом, когда речь идет о дизайне управления температурой вашего следующего проекта.

электронная книга

Загрузите бесплатное подробное руководство по управлению температурным режимом

Доступ сейчас

Дополнительные ресурсы


Есть комментарии по этому посту или темам, которые вы хотели бы видеть в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу [email protected]ком

Соберите подставку с элементами Пельтье, чтобы ваш кофе оставался теплым или холодным

В 1798 году Жану Шарлю Афанасу Пельтье было всего 13 лет, и хотя он происходил из малообразованной семьи в сельской Франции, люди уже начали замечать интеллектуальные способности юноши.

Помимо того, что он страстно читал почти любую книгу, которую мог достать, Пельтье проявил способности к починке часов.Его семья была слишком бедна, чтобы продолжить общее образование, поэтому отец отдал его в ученики к часовщику. Молодой Пельтье нашел своего хозяина, мсье Брауна, крайне неприятным и чрезвычайно властным человеком. Браун запретил Пельтье заниматься чем-либо, кроме изготовления часов. Но ночью Пельтье тайно читал при свечах. То есть, пока Браун не обнаружил его и не убрал все свечи из его комнаты. Даже тогда Пельтье пытался читать у своего окна при свете полной луны.Снова Браун обнаружил его и остановил даже от этого. Это было последней каплей: «Са хватит!» Пельтье заплакал и ускользнул в Париж.

В Париже жизнь была лучше. Он нашел работу, пожалуй, у самого уважаемого часовщика во всей Франции: Авраама Луи Бреке. Пельтье постоянно работал на Бреке до 1815 года, когда он получил значительное наследство от матери своей жены. Эта финансовая свобода дала ему возможность выйти за рамки часового дела. Впервые в жизни Пельтье смог посвятить себя тому, что любил больше всего: обучению.Он читал все, что попадалось под руку: художественную литературу Вольтера, философию Руссо, но больше всего книги по науке.

С каждой прочитанной книгой Пельтье становился все более любопытным. Вскоре он перестал читать и начал проводить эксперименты. Немногие ученые с таким энтузиазмом занимались столькими разными областями. Он препарировал животных, наблюдал за ночным небом, исследовал химические процессы и предсказывал погоду, среди множества других занятий. Но вклад, за который его сегодня лучше всего помнят, — это его эксперименты с электричеством.

 

В 1834 году Пельтье обнаружил, что когда он пропускал электрический ток по цепи, состоящей из двух разных проводников, в местах соединения разнородных проводов происходило что-то удивительное. В зависимости от направления тока один переход нагревался, а другой охлаждался. Чем больше прикладывалось напряжение, тем горячее и холоднее становилось.

Это явление теперь известно как эффект Пельтье и является ключевой идеей при разработке многих точных приборов, спутников, тепловых насосов, осушителей и даже винных холодильников.

Научные принципы, лежащие в основе эффекта Пельтье, сложны, но в двух словах они работают следующим образом: при заданном напряжении количество энергии, которой обладают электроны при движении по проводникам, различается в зависимости от материала электрического проводника. В электрических соединениях между различными типами проводников плавный поток электронов прерывается, вызывая эквивалент электронной пробки. С одной стороны варенья электроны отдают избыточную энергию в окружающую среду, чтобы они могли войти в новый проводник.Здесь становится жарко. На другом стыке электроны делают обратное: вынуждены поглощать энергию из своего окружения, они делают эту сторону холодной.

Вскоре инженеры и ученые поняли, что эта сверхпростая схема (всего пара спаянных вместе проводов разных типов и батарея) имеет множество интересных применений. Имея только источник напряжения и два типа проводников, можно создать нагревательное и охлаждающее электрическое устройство без движущихся частей.

В этом выпуске «Истории переделки» мы воспользуемся термоэлектрическим принципом мсье Пельтье, чтобы сконструировать настольную подставку для напитков, которая может нагревать и охлаждать чашку — на ваш выбор — одним нажатием кнопки.

МАТЕРИАЛЫ

  • Настенный трансформатор, 12 В, 1,5 А
  • Болты, ¼”×2½”, с полной резьбой (4) с гайками
  • Шайбы, внутренний диаметр ¼” (12)
  • Охлаждающий вентилятор, 12 В, квадрат 50 мм
  • Радиатор с алюминиевым оребрением, примерно 70 мм × 70 мм × 25 мм. Скорее всего, вы не найдете радиатор именно такого размера, но любой близкий подойдет.
  • Алюминиевые полосы толщиной 1¼”×½”×0,019″ (4) Вы можете купить алюминиевый лист в хозяйственном магазине и обрезать его по размеру с помощью ножниц по металлу.Закруглите и подпилите все края для безопасности.
  • Переключатель двухполюсный на два направления (DPDT), также известный как переключатель «вкл-выкл-вкл»
  • Коробка для проектов, примерно 1½”×2″×2½”
  • Соединительный провод, калибр 22, изолированный, красный и черный (2 фута каждого)
  • Термоэлектрические модули Пельтье, 40 мм × 40 мм, 12 В, 6 А (2) Модули Пельтье используют эффект Пельтье для нагрева и охлаждения. Они сделаны из двух керамических пластин, размещенных на противоположных сторонах массива полупроводников.
  • Термоклей маленький тюбик

ИНСТРУМЕНТЫ

  • Сверло с насадками 5/16″ и ½”
  • Кусачки/инструмент для зачистки проводов
  • Небольшие разводные ключи (2) и/или отвертка, подходящая к головкам болтов
  • Ножницы по металлу
  • Файл

См. схему сборки для всех последующих шагов.

 

 

1. Используя отверстия на корпусе вентилятора в качестве шаблона, отметьте места для сверления отверстий на плоской стороне алюминиевого радиатора. Просверлите отверстия диаметром 5/16″ в корпусе радиатора, как показано на рисунке.

2. Согните алюминиевые полосы в форме буквы L и просверлите в каждой отверстие диаметром 5/16″. Вам нужно будет сформировать букву L на основе вашей конкретной чашки для напитков. См. выше, как они будут размещены в верхней части устройства.

3. Соберите L-образные алюминиевые планки, радиатор и охлаждающий вентилятор в единый узел с помощью болтов ¼ дюйма, как показано, с помощью двух небольших разводных ключей или отвертки.Поместите шайбы между головкой болта и планками, вентилятором и радиатором, вентилятором и гайкой.

4. Просверлите отверстие для стержня переключателя DPDT в центре вашей проектной коробки. Обычно это ½ дюйма в диаметре, но измерьте шток переключателя, чтобы убедиться в этом. Просверлите аналогичное отверстие в противоположной стенке коробки проекта, чтобы проложить провода, как показано на рисунке.

5. Подсоедините каждый модуль Пельтье к 12-вольтовому настенному трансформатору и отметьте, какая сторона устройства нагревается, а какая охлаждается.

6. Используйте термоклей, чтобы приклеить модули Пельтье один на другой, горячей стороной вниз, к плоской стороне радиатора, как показано на рисунке B. Сдвоение модулей обеспечивает больший эффект нагрева и охлаждения, чем единый модуль.

7. Используйте кусачки и инструмент для зачистки проводов, чтобы подключить устройство, как показано на электрической схеме ниже, чтобы подставка имела три положения. Когда переключатель находится в верхнем положении, охлаждаемые стороны элементов Пельтье находятся сверху. Когда переключатель находится в нижнем положении, элементы Пельтье будут иметь теплые стороны вверх.Когда переключатель находится в среднем положении, устройство выключено.

На изображении ниже показано, как выполняются перекрестные проводные соединения между клеммами переключателя DPDT.

Закройте окно проекта. Ваш подстаканник Пельтье готов.

ВПЕРЕД — БУДЬТЕ ГОРЯЧИМ И ХОЛОДНЫМ

Чтобы использовать подстаканник Пельтье, подключите настенный трансформатор к розетке и переведите переключатель в верхнее положение. Поднесите руку к верхней поверхности модуля Пельтье, чтобы определить, становится ли он холодным.Переведите переключатель в нижнее положение, чтобы убедиться, что он нагревается.

Если подставка не нагревается и не охлаждается, проверьте соединения и убедитесь, что устройство подключено правильно.

Металлические чашки

лучше всего работают с подставкой Пельтье (рис.  ). Наслаждайтесь теплым или холодным напитком!


 

Удивительный генератор Зеебека

Эффект Зеебека — это обратный эффект Пельтье: получить 5 В от пламени свечи.Классика из Make: Volume 15.

Камера Вильсона с охлаждением на Пельтье

Atomic punks — постройте камеру Вильсона своими руками, чтобы сделать радиоактивные частицы и гамма-лучи видимыми.

Охлажденный напиток

Пельтье + помпа = охладите и раздайте свой любимый напиток, температура которого регулируется аксессуаром Adafruit.

 

 

Для чего ДЕЙСТВИТЕЛЬНО хорош термоэлектрический охладитель…

Сказки… вечные двигатели… Не все сказки – вечные двигатели, но все вечные двигатели – непременно сказки. Однако прежде чем я перейду к особенностям термоэлектрических охладителей, представляется уместным подготовить почву для этой конкретной категории сказок.

Есть два классических типа вечных двигателей-«машин», называемых (не очень изобретательно) машинами «типа 1» и «типа 2» (или столь же творчески — машинами «1-го рода» и «2-го рода»).Машины типа 1, скорее всего, вам сразу знакомы. Они нарушают Первый закон термодинамики , который гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую. Как правило, машины типа 1 включают в себя какой-то вращающийся механизм, который благодаря явно продуманной конструкции всегда создает крутящий момент в постоянном направлении (или, возможно, в переменном направлении, но со средним преимуществом в одном направлении). В отсутствие трения (или нагрузки) они будут двигаться вечно без добавления энергии.Машины типа 1 настолько легко найти, что Патентное ведомство США не будет принимать заявки на машины этого типа без работающей модели. В тех редких случаях, когда он есть, «хитрость» всегда заключается в том, чтобы где-то спрятать небольшой источник энергии, и работа патентного инспектора состоит в том, чтобы быть умнее изобретателя и найти его! Самые вопиющие примеры машин типа 1 — это когда изобретатель фактически утверждает, что управляет грузом, хотя для машины нет источника энергии. Более хитрые примеры не скрывают того факта, что у них есть источник энергии, они просто заявляют, что отдают больше энергии, чем получают.Например, несколько лет назад меня попросили оценить «генератор свободной энергии с нулевым зацеплением», который, как утверждалось, вырабатывал больше электроэнергии, чем приводил ветряную турбину. (В этом случае я считаю, что изобретатель был не намеренно вводил в заблуждение, но он совершенно не знал, как измерять электрическую мощность!)

Машины Типа 2 более тонкие. Они нарушают Второй закон термодинамики , который гласит, что энтропия не может быть уменьшена (в закрытой системе). Энтропию сложно понять, не говоря уже о ее количественном выражении, но очень часто ее можно свести к простому наблюдению, что тепло никогда не может пассивно перетекать из более холодного места в более горячее.Если кажется, что это происходит, вы либо упустили что-то важное, либо у вас есть настоящий вечный двигатель типа 2. Я вспоминаю (смущенно) экзамен по моему первому курсу термодинамики для студентов. Нас попросили оценить любопытную (и подозрительно звучащую) вещь под названием «вихревая трубка». В вихревой трубе сжатый воздух подается в основание Т-образной трубы, и, что удивительно, из одной ветви Т выходит холодный воздух, а из другой ветви Т выходит горячий. понимать, что это означало, что некоторая энергия каким-то образом двигалась «в гору» от температуры входящего потока к более горячей выходной ветви.Постановка задачи была очень конкретной и включала в себя массовый расход, температуру и давление, поэтому я приступил к расчетам, показывающим, что, хотя чистая энергия не создавалась, чистая энтропия вытекающих воздушных потоков была меньше, чем энтропию набегающего воздушного потока, доказывая тем самым его невозможность. Оказывается, вихревые трубы существуют! Я допустил ошибку в расчетах, хотя профессор был достаточно великодушен, чтобы предоставить мне частичную оценку, по крайней мере, за то, что я думал о поиске нарушения 2-го закона.Я хочу сказать, что 2-й закон необходимо учитывать всякий раз, когда вы пытаетесь «перекачать» энергию из холодного места в более горячее.

Введите Термоэлектрические охладители (или ТЭО) . Это умные маленькие гаджеты, использующие хорошо зарекомендовавший себя эффект Пельтье. Это что-то вроде обратных термопар. Вы наверняка где-то сами их видели в виде пивного кулера или чего-то подобного. Очевидно, они работают (и были запатентованы). Одна из самых крутых вещей в них заключается в том, что они не имеют движущихся частей и могут быть абсолютно бесшумными.Вы подаете электричество на клеммы устройства, и одна «сторона» гаджета становится холодной («внутри» в случае холодильника на колесах), в то время как другая сторона (или снаружи) одновременно нагревается. Очевидно, что если температура вашей окружающей среды находится где-то между этими двумя крайними значениями температуры, тепло обязательно будет выходить из горячей стороны в окружающую среду, а тепло будет течь в холодную сторону устройства из окружающей среды (или того, к чему оно прикасается, например свое пиво). Если вы обратите внимание, то сделаете два вывода: 1) это может быть действительно умный способ охлаждения электроники без использования вентиляторов или жидких хладагентов; и 2) если это не нарушает 2-й закон, то есть какой-то важный момент, который мы еще не удосужились рассмотреть (и он может нас укусить в конце концов).

Вот эта вещь: она называется эффективностью Карно тепловой машины. При применении он дает вам быструю оценку, основанную на задействованных температурах, количества дополнительного тепла, которое вам придется добавить в систему охлаждения, чтобы переместить часть этого тепла из более холодного места в более горячее место. (На самом деле это то, что позволяет не нарушать 2-й закон). Ради аргумента может оказаться, что для того, чтобы вывести 1 Вт из перехода, вам нужно добавить дополнительный 1 Вт, а это означает, что ваш последний радиатор должен отводить в окружающую среду 2 Вт вместо исходного 1 Вт.Откуда берется дополнительная энергия? Через эти милые, тихие электрические терминалы. Приложенные вольты, умноженные на подаваемые амперы, равняются дополнительной энергии, которой раньше не было.

Да, вот в чем загвоздка! Конечно, можно создать миниатюрный охладитель Пельтье и понизить температуру перехода (T j , «внутри» электронного компонента) до чего-то более холодного, чем окружающая среда, или даже — не будем жадничать — просто сделать ее ниже это было без кулера! Проблема в том, что когда вы включаете кулер, вы будете добавлять энергию к общей системе, чтобы получить этот более низкий T j .С точки зрения термального аналитика макромасштаба, это, как правило, неправильный поступок, потому что чаще всего у вас уже были проблемы с отводом всего тепла из вашей системы. (Действительно, эта проблема заключается в том, почему ваш T j был горячее, чем вы хотели с самого начала.) Например, сопротивление вашей печатной платы может быть в 2 раза ниже, чем было раньше (больший теплоотвод, больший вентилятор и т. д.) , чтобы отвести тепло , добавленное охладителем, чтобы получить меньшую T j .Но если бы вы могли это сделать, то вы должны были бы просто сделать это — другими словами, без добавления кулера — и вы бы все равно опустили свой T j кучу!

Теперь я могу придумать пару ситуаций, когда TEC может быть отличным выбором, но вы должны быть очень уверены в своих расчетах. Во-первых, когда у вас очень маленькая локализованная концентрация тепла, и вы можете позволить себе понизить температуру этого места за счет небольшого нагрева всего остального вокруг него.Во-вторых, когда вам действительно нужно контролировать температуру определенного устройства в электронной системе, например, датчика изображения (где так называемый «темновой ток» является серьезной проблемой и быстро растет с температурой). В этом последнем случае у вас должен быть некоторый запас в «тепловом бюджете» вашей системы, потому что с точки зрения системы вам придется избавляться от дополнительного тепла.

Мой совет: тщательно обдумайте, действительно ли TEC подходит для решения вашей проблемы с охлаждением электроники.И использование его для охлаждения пива также может быть не лучшим выбором, если вы собираетесь тщательно продумать охлаждение своей электроники! Ты будешь судьей!

экспериментов по охлаждению на эффекте Пельтье – устройства Пельтье

Скачать PDF YouTube

 

Охлаждающее устройство Пельтье представляет собой термоэлектрический полупроводниковый компонент, обеспечивающий охлаждение без движущихся частей. Он очень прост в использовании и может быть очень холодным – и очень горячим!

Сегодня мы проведем несколько экспериментов с распространенным и недорогим устройством охлаждения Пельтье.

Введение

Возможность охлаждения воздуха или теплообмена имеет решающее значение во многих ситуациях. От компьютерных чипов, которые должны защищать от перегрева, до космических кораблей, которые должны выдерживать экстремальные температуры, проектирование систем охлаждения — это большой бизнес.

Большинство из нас знакомы с кондиционированием воздуха. Снижая температуру и влажность, они позволяют нам жить и работать в условиях, которые в противном случае были бы неудобными или даже невыносимыми. Даже в прохладном климате кондиционеры используются в центрах обработки данных для поддержания комфортной рабочей температуры оборудования (и персонала).

В обычном кондиционировании воздуха используется хладагент или хладагент, который циркулирует по трубам, насосам, испарителям и конденсаторам для отвода тепла и отвода его наружу. Он эффективен и эффективен, но также занимает много места.

Существуют также области применения, в которых обычное кондиционирование воздуха нецелесообразно или даже невозможно.

Введите устройство Пельтье. Этот полупроводниковый компонент может осуществлять теплообмен без каких-либо движущихся частей.Он идеально подходит для охлаждения компьютерных микросхем, а также для создания небольших охлаждающих устройств для личного пользования. Он также используется в космических кораблях, поскольку обычный кондиционер не работает в условиях низкой гравитации.

Мы не будем строить космические корабли в мастерской, по крайней мере, сегодня. Но мы можем использовать недорогие устройства Пельтье, обеспечивающие охлаждение, для небольших проектов или просто для интересных и забавных экспериментов.

Эффект Пельтье

В 1834 году французский физик Жан Шарль Атанас Пельтье обнаружил, что пропускание электрического тока через два разнородных металла может привести к повышению или понижению температуры на стыке двух металлов.

Пельтье экспериментировал с проводами из меди и висмута. Он обнаружил, что при протекании тока от меди к висмуту на переходе выделяется тепло. Он также обнаружил, что верно и обратное: когда ток протекает между висмутом и медью, переход становится холоднее.

Это явление стало известно как Эффект Пельтье .

Эффект Зеебека

Эффект, тесно связанный с эффектом Пельтье, называется эффектом Зеебека .

Эффект Зеебека назван в честь немецкого физика Томаса Иоганна Зеебека, который открыл этот эффект в 1821 году, однако на самом деле его наблюдал еще в 1794 году итальянский ученый Алессандро Вольта. Если это имя звучит знакомо, Вольта действительно тот джентльмен, в честь которого назван Вольт.

Эффект Зеебека по существу противоположен эффекту Пельтье. Эффект Зеебека описывает преобразование тепла непосредственно в электричество на стыке различных типов проводов.

Устройство Пельтье также можно использовать как устройство Зеебека и наоборот, хотя эффективность обоих ограничена. Эффекты Пельтье и Зеебека относятся к категории Термоэлектрические эффекты .

Современные устройства Пельтье

Вместо разнородных металлов современные устройства Пельтье используют полупроводники.

Полупроводниковый охладитель Пельтье состоит из набора «ножек», состоящих из полупроводникового материала P- или N-типа. «Нога» строится путем создания нескольких слоев материала подложки, наращиваемых для того, чтобы иметь некоторую высоту.

Эти «ножки» расположены в виде матрицы с чередованием материалов типа P и N.

Токопроводящая пластина помещается ниже и выше матрицы для обеспечения электрических соединений. Затем вся сборка помещается между теплопроводным изолятором, обычно керамическим.

Это тип устройства Пельтье, с которым мы сегодня будем экспериментировать.

Проблемы с модулями Пельтье

Модули Пельтье

— очень полезные охлаждающие устройства, но они далеки от совершенства.

Самая большая проблема с модулем Пельтье — его неэффективность. Охладитель Пельтье далеко не так эффективен, как обычное устройство на основе хладагента. Хотя их можно использовать для создания небольших кондиционеров, было бы нецелесообразно использовать их для охлаждения всего здания.

Еще одна проблема — срок службы. Модуль Пельтье не вечен, эффективность всех термоэлектрических охладителей с возрастом снижается. Справедливости ради следует отметить, что обычные системы кондиционирования воздуха также страдают тем же недостатком.

TEC1-12706 Охладитель Пельтье

Устройство Пельтье, которое мы собираемся использовать, представляет собой очень распространенный модуль, охладитель Пельтье TEC1-12706.

Это небольшое устройство размером 40мм х 40мм, я измерил толщину своего модуля 3,75мм. Это модуль Пельтье стандартного размера, и вы обнаружите, что 40 мм x 40 мм также являются стандартным размером радиатора.

Модуль имеет два вывода, красный и черный. Это для его питания, я использовал 12-вольтовый блок питания для своего модуля.Поскольку модули Пельтье не очень эффективны, вам потребуется хороший ток, чтобы управлять этим, я рекомендую использовать блок питания, рассчитанный на 6 ампер.

Чтение номера детали

В эксперименте можно использовать и другие модули Пельтье. Эти модули имеют стандартную схему номеров деталей, как показано ниже.

Номер детали моего устройства выглядит следующим образом:

  • TE – это аббревиатура от «Термоэлектрический»
  • C – указывает размер модуля.Модуль «C» — это модуль стандартного размера, а модуль «S» — меньшего размера.
  • 1 — указывает количество ступеней или слоев полупроводникового материала. В этой серии большинство из них имеют только один слой, но доступны модули Пельтье с большим количеством слоев.
  • 127 – Количество пар, «пара» – это пара соединений P-N.
  • 06 – Сила тока, на которую рассчитано устройство, в амперах. Обратите внимание, что эти модули не имеют номинального напряжения.

TEC1-12706 Эксплуатация

В моем модуле сторона с маркировкой охлаждается, однако это может быть нестандартно, поэтому я советую вам протестировать ваш модуль.

Кстати, вы можете изменить полярность напряжения, подаваемого на модуль Пельтье. В результате тепло будет излучаться с другой стороны модуля. Это хорошая уловка, чтобы знать, если вам случится установить свой модуль задом наперед.

Одна вещь, которую вы обнаружите очень быстро, это то, что вы ДОЛЖНЫ использовать радиатор на горячей стороне, модуль сгорит, если вы этого не сделаете, а холодная сторона вообще не будет сильно охлаждаться.

Модули Пельтье

также не рассчитаны на температуру, при которой они охлаждаются. Вместо этого модуль рассчитан на разницу температур между горячей и холодной сторонами. Таким образом, чем холоднее будет горячая сторона, тем холоднее станет холодная сторона.

Эксперименты с модулем Пельтье

Мы собираемся провести несколько экспериментов с модулем Пельтье. Хотя ни один из этих экспериментов (за исключением, пожалуй, последнего) не имеет практической ценности, они дадут вам хорошее представление о степени охлаждения, которую вы можете получить от модуля Пельтье.

Они также покажут вам важность использования хорошего радиатора и мощного блока питания.

Быстрое включение

Первый эксперимент максимально прост!

Все, что мы собираемся сделать, это на короткое время включить наш модуль, чтобы посмотреть, насколько сильно нагреется горячая сторона. Я подчеркнул «очень кратко», и я имею в виду, что пара секунд — это все, что требуется при подходящем блоке питания.

Сначала я измерил температуру модуля перед включением питания.Обратите внимание, что я поместил модуль на приспособление, чтобы держать его, вы не хотите держать его в руке, когда будете проводить этот эксперимент! Так как может быть ОЧЕНЬ жарко!

В моем случае было измерено 20,8 по Цельсию, что примерно соответствует температуре окружающей среды в мастерской, когда я проводил измерения.

Затем я подал питание от своего 12-вольтового настольного блока питания. Это привело к тому, что горячая сторона модулей сразу же нагрелась, и я отключил питание всего через 2 секунды. Затем я провел еще одно измерение температуры.

Как видите, температура резко возросла всего за пару секунд!

Из-за устройства, которое я использовал для удержания модуля, «холодная» сторона была вовсе не такой холодной, мой кондуктор отводит тепло в обе стороны. И, поскольку модуль Пельтье создает разницу температур, было бы не так холодно, даже если бы я использовал устройство для изоляции двух сторон.

Во всяком случае, этот эксперимент показывает, насколько важно иметь радиатор на горячей стороне.Чем мы и займемся дальше.

Изготовление льда в мастерской!

Для этого эксперимента я установил модуль Пельтье на большой радиатор горячей стороной к радиатору. Я использовал термопасту на радиаторе, чтобы обеспечить хорошую теплопроводность между ним и модулем Пельтье.

Затем я поместил всю сборку в поддон с водой, чтобы вода и алюминиевый поддон могли расширить возможности радиатора.

Я подал питание на модуль Пельтье и заметил, что он сразу начал остывать.Затем я взял пару капель воды и поместил ее поверх модуля.

Я немного подождал и увидел воду на модуле.

Примерно через 90 секунд я заметил, что вода начала замерзать. Я позволил эксперименту продолжаться, наблюдая за процессом замораживания.

Примерно через три минуты вода полностью замерзла!

Чтобы заморозить воду, нужно понизить температуру как минимум до нуля градусов Цельсия.Я подозреваю, что, поскольку он замерзал так быстро, фактическая температура была ниже этой.

Это убедительно доказывает, что модуль Пельтье действительно сильно остывает.

Производство электроэнергии

В последнем эксперименте с модулем Пельтье я собираюсь использовать модуль для того, для чего он не предназначен.

Помните эффект Зеебека? Это был дополнительный эффект эффекта Пельтье, он создает электричество из тепла.

Оказывается, модуль Пельтье может работать как прибор Зеебека, хотя и очень неэффективный.

Я проверил эту теорию, нагрев «горячую сторону» моего модуля с помощью тепловой пушки, одновременно наблюдая за выходным напряжением с помощью измерителя, подключенного к двум проводам.

Мне удалось получить около 1,5 вольта от моего модуля после того, как я его нагрел. Недостаточно, чтобы что-то с этим делать, тем более, что я подозреваю, что это был очень слаботочный ток.

Теоретически можно соединить несколько модулей последовательно, чтобы увеличить напряжение, и параллельно, чтобы получить больший ток.Но для практических целей это всего лишь научный курьез.

Если вы действительно хотите получать электричество из тепла, есть много способов сделать это лучше!

Охладитель Пельтье в сборе

Охладители Пельтье

доступны на eBay и в ряде других источников. Они очень недороги и могут быть использованы для практических целей, таких как создание крошечной холодильной установки или персонального холодильника.

Во всяком случае, эти узлы являются отличным источником запчастей по очень низкой цене.Тот, который я получил, имел три вентилятора, модуль Пельтье и несколько радиаторов и тепловых трубок. Он даже поставлялся с новым 12-вольтовым 6-амперным блоком питания. Очень много, если учесть, что это стоит примерно столько же, сколько блок питания сам по себе!

Так как все в сборке работает от 12 вольт, заставить устройство работать было очень просто.

После подключения я попытался получить показания температуры с «холодной стороны», конца с маленьким вентилятором.

Было нелегко получить показания, но в конце концов я получил один из 17.4 Цельсия. В предыдущих попытках мне удалось получить показания всего 15 градусов.

Одна вещь, которую я заметил, заключалась в том, что у меня образовывался конденсат на радиаторе «холодной стороны», что могло быть вызвано конденсацией влаги в воздухе на холодной поверхности. Таким образом, устройство также действовало как небольшой осушитель!

Это отличные устройства для экспериментов. Следите за eBay, чтобы выбрать одно из них для себя.

Заключение

Модули Пельтье

очень просты в использовании и при правильном теплоотводе действительно могут снизить температуру.Они могут обеспечить охлаждение полупроводников или морозного напитка без каких-либо движущихся частей.

Надеемся, что эта статья и сопровождающее видео натолкнут вас на идеи для ваших собственных крутых проектов!

 

Ресурсы

PDF-версия — PDF-версия этой статьи, отлично подходящая для печати и использования на рабочем месте.

 

Родственные

Краткий обзор

Название изделия

Эксперименты по охлаждению на эффекте Пельтье

Описание

Узнайте об эффекте Пельтье и о том, как использовать обычный и недорогой охладитель Пельтье для охлаждения электронных устройств.Мы проведем несколько экспериментов с модулем Пельтье, в том числе используем его для приготовления льда!

Автор

Мастерская дронботов

Имя издателя

Мастерская дронботов

Логотип издателя

Мини-холодильник с модулями Пельтье — охладитель Пельтье

Это было в середине 1821 года, когда 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 сосредоточено на широко доступном 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.

Микросхему Пельтье называют 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.

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. Итак, 06 означает «6 ампер».

Охладитель Пельтье

Охладитель Пельтье представляет собой двигатель охладителя, содержащий элемент Пельтье (чип ТЕС).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 постоянном 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, носители положительного и отрицательного 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 практически с такими же характеристиками, как процессорный вентилятор для процессоров AMD: 80,6×80,6×69,4 мм3 с алюминиевым оребрением радиатора. 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. Ключевые компоненты самодельного кулера Пельтье

TEC-чип и базовый тест

Прежде чем приступить к реальной конструкции с использованием микросхемы TEC, проверьте ее 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 микросхемы TEC

Включение питания

Собранный двигатель кулера (чип термоэлектрического кулера, радиатор и охлаждающий вентилятор, все в сборе) может питаться от блока/модуля импульсного источника питания (SMPS) 12 В, 6 А+, 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, соответствующую тому, 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 входных сигналов от термистора NTC для стабилизации температуры.

Рис. 4: Контроллер Пельтье sPLC-10

Контроллер ТЭО регулирует ток, подаваемый на микросхему Пельтье, в соответствии с требуемой 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 (КПД). 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.

DC или ШИМ?

Для термоэлектрических охладителей, работающих на эффекте Пельтье, предусмотрено два режима питания/контроллера: DC и PWM. 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 SMPS?

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 SMPS XK2412DC и контроллер Пельтье SPLC-10 — на зарубежных рынках.


Эта статья была впервые опубликована 7 апреля 2018 г. и обновлена ​​17 января 2020 г.

DIY Kit Термоэлектрический охладитель Пельтье Холодильная система охлаждения Теплоотвод Модуль проводимости + Вентилятор + TEC1-12706

Благодаря широкому применению полупроводникового охлаждения все больше и больше энтузиастов-любителей интересуются им. Вопрос в том, как увеличить холодопроизводительность в системах водяного охлаждения.Этот набор для самостоятельной сборки может прийтись вам по вкусу.

Особенности:
Полупроводниковая охлаждающая пластина TEC1-12706, хорошего качества для использования.
Полностью герметичная конструкция, изолирующая влагу из воздуха.
Более высокая надежность, чем у других.
Включает 1 TEC1-12706, 1 охлаждающий модуль, 1 водяной блок, 1 вентилятор, 1 термопасту, 1 базовую плату и набор винтов.
Легкий и миниатюрный, простой в установке.
Отличный набор «сделай сам» для энтузиастов электроники в области охлаждения полупроводников.

Примечание:
1. Модуль кондуктивного охлаждения может замерзнуть при температуре ниже -25°C.
2. TEC1-12706: одна сторона со словами — это сторона охлаждения, другая сторона — сторона отвода тепла.
3. Необходимо установить радиатор или радиатор с водяным охлаждением на стороне отвода тепла; иначе сгорит Пельтье.
4. Блок питания постоянного тока не входит в этот комплект, подготовьте его самостоятельно.

Технические характеристики:
Полупроводниковая охлаждающая пластина: TEC1-12706
Размер: 40 * 40 * 3.75 мм
Внутреннее сопротивление: 2,1~2,4 Ом
Макс. Разница температур: 67°C выше
Номинальное напряжение: 12 В (Vмакс. 15 В, пусковой ток 5,8 А)
Рабочий ток: Iмакс. = 4~4,6 А (номинальное 12 В)
Мощность охлаждения: макс. 50~60 Вт
Рабочая среда: -55~83°C
Процесс герметизации: Стандартный силиконовый каучук 704, герметизирующий со всех сторон
Вентилятор: 12 В пост.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.